JPH08219989A

JPH08219989A - 屈折率・温度の測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH08219989A
Application number: JP4263195A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Yataki; 正道矢瀧
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1995-02-08
Filing date: 1995-02-08
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】温度測定のためのセンサ手段などを必要とせ
ず、光ファイバカプラのような光分岐器を利用して、正
確に被測定物の温度測定及び屈折率測定を行なうことの
できる屈折率・温度測定方法及び装置を提供する。【構成】光分岐器１０の入力ポートに、それぞれ異な
ったピーク波長λ₁ 、λ₂ を持った入力光を入射させ、
少なくとも二つの波長λ₁ 、λ₂ による、それぞれの波
長における独立した分岐比測定結果を得る。この測定結
果を、それらの波長における特定温度範囲内における前
記光分岐器の予め求められた温度、及び屈折率若しくは
屈折率に代表される被測定物の物理量に対する分岐特性
と対比させて、前記の測定された分岐比における測定温
度と、屈折率或は被測定物の物理量とに関する二つの関
係式を導き出し、それらの関係式を解く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば光ファイバカプ
ラのような光分岐器を利用して、屈折率及び屈折率に代
表されるような物理量、例えばワックス中に含まれる油
分の量など、並びに、必要に応じて測定時の温度をも同
時に測定することのできる屈折率・温度測定方法及び装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本願出願人により出願された特開平４−
１３４２５０号公報に開示されるように、光分岐器を応
用して、例えば石油精製工程中におけるワックス中に含
まれる油分の量のような屈折率に関連した物理量を測定
するための測定方法及び装置が提案されている。図１を
参照して、この測定方法及び装置を簡単に説明する。

【０００３】測定装置１は、例えば光ファイバカプラの
ような光分岐器１０を有する。この光分岐器１０は、好
ましくは光ファイバと同じ材料であるシリカにて作製さ
れたハウジング１４に取付けられ、測定プローブ２０が
構成される。ハウジング１４内には、被測定物である試
料Ｓ、即ち、流動状態に維持された、例えば約４０℃の
ワックスが上部開口部から注入され、それによって、少
なくとも光分岐器１０の光結合部１２の外周囲は被測定
物Ｓにて覆われる。

【０００４】この状態にて、波長（λ₁ ）の光を発する
発光ダイオードのような発光器３０にて、第１の光ファ
イバｆ₁ に信号光（光強度Ｐ₀ ）が入射されると、該信
号光は、光結合部１２にて、該光結合部１２の周囲に存
在する物質の光学的屈折率に依存して、一部或は全部が
第２の光ファイバｆ₂ へと移行し、第１及び／又は第２
光ファイバｆ₁ 、ｆ₂ の出力ポートからそれぞれ光強度
Ｐ₁ 、Ｐ₂ にて出射する。

【０００５】前記第１及び／又は第２光ファイバｆ₁ 、
ｆ₂ の出力ポートから出射した光は、該第１及び第２光
ファイバｆ₁ 、ｆ₂ の出力ポートに対応して配置され
た、例えばフォトダイオードのような受光器３１及び３
２にて受光される。該受光器３１、３２によって得られ
る信号は信号処理手段（図示せず）に送信され、該信号
処理手段にて分岐比が演算される。

【０００６】尚、光分岐器の分岐比Ｒ、光分岐器の光出
力をそれぞれＰ₁ 、Ｐ₂ とした場合、光分岐比Ｒ＝１０×１ｏｇ（Ｐ₁ ／Ｐ₂ ）［ｄＢ］と定義する。

【０００７】ワックス中の油分量と光学的屈折率との間
には相関があり、光分岐器１０の分岐比は、その光結合
部１２の周囲に存在する物質の光学的屈折率に依存す
る。

【０００８】従って、この方法によれば、発光器３０か
らの光の強度とほぼ無関係に、光結合部１２を覆うべく
測定プローブ２０へと流動された被測定物の混合比の違
いにより、即ち、ワックス中の油分の混合量の違いによ
り、分岐比が違った値となる。

【０００９】前記信号処理手段には、既知のワックス中
の油分の混合量に対する測定プローブ２０の波長分岐特
性が入力されており、この波長分岐特性と、未知の被測
定物を光分岐器１０に導入した場合に得られた分岐比と
が比較され、被測定物中における油分の混合比、即ち、
油分量が求められる。

【００１０】このように、上記被測定物混合比測定方法
によると、例えば光ファイバカプラのような光分岐器１
０を利用して、この光分岐器１０の光結合部１２に被測
定物Ｓを接触させ、その時の一つの波長域における分岐
比を測定し、この測定結果を前記光分岐器１０の既知の
分岐特性と比較することにより、複数の物質が混合して
いる場合の少なくとも一つの物質の混合比を測定するこ
とができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この測
定システムは、実質的には、被測定物の光学屈折率を測
定しており、物質の屈折率が温度に依存しているため
に、光分岐器１０の分岐特性は、図２に示すように、温
度に依存している。従って、被測定物の温度を一定にす
ることができない場合には、測定結果が大きな誤差を含
むこととなる。

【００１２】従って、光分岐器を利用して屈折率に関連
した物理量を測定する装置は、被測定物の温度を、光分
岐器の既知の分岐比特性が求められた温度と同一に安定
させて測定を遂行するか、若しくは分岐比と共に被測定
物の温度を正確に測定して既知の温度情報を含む校正デ
ータと比較することにより結果を算出することが必要と
されており、そのために、少なくとも被測定物の温度を
正確に測定する何らかの温度測定手段、例えば白金薄膜
抵抗測温体或は熱電対と温度読み取り装置とを光分岐器
とは別に備えておく必要があった。

【００１３】従って、光のみを使用しての測定を達成す
ることが出来ず、結果的には、構成が複雑となると共
に、防爆のための配慮をする必要があった。一般に、光
分岐器を応用した屈折率計に限らず、温度補正機能を備
えた屈折率計は、石油精製の現場などで利用する場合に
防爆への配慮をせねばならず、装置全体が概して複雑か
つ高価にならざるを得なかった。

【００１４】更に重要な問題として、温度測定手段と光
分岐器とが別体であるため、温度と分岐比の測定個所が
実際には異なっており、厳密には異なる被測定物の測定
を行っている上に、温度測定手段に用いられるプローブ
と光分岐器との熱容量や熱伝達率などの特性に差がある
ため、現実には異なった測定条件下で測定していること
になり、結果的に測定誤差の混入を許す要因が存在し、
厳密な測定には限界があるという欠点をもっていた。

【００１５】この欠点は、光分岐器を応用した測定装置
特有のものではなく、屈折率と温度を測定するプローブ
とが別々に備わった装置及びそれらのプローブの構造或
は材質が大きく異なる場合や被測定量が急激に変化する
場合には、同類の弱点があると考えられる。今日存在す
る屈折率計は、すべてこの欠点を持っている、と言って
過言でない。

【００１６】従って、本発明の目的は、温度測定のため
のセンサ手段などを必要とせず、光ファイバカプラのよ
うな光分岐器を利用して、正確に被測定物の温度測定及
び屈折率測定を行ない、被測定物の温度及び屈折率のみ
ならず、屈折率に代表される被測定物の物理量、例えば
ワックス中に含まれる油分の量などを測定することので
きる屈折率・温度測定方法及び装置を提供することであ
る。

【００１７】本発明の他の目的は、構造を簡素とするこ
とができ、且つ防爆の機能を有した、光ファイバカプラ
のような光分岐器を利用して、正確に被測定物の温度測
定及び屈折率測定を行ない、被測定物の温度及び屈折率
のみならず、屈折率に代表される被測定物の物理量、例
えばワックス中に含まれる油分の量などを測定すること
のできる屈折率・温度測定方法及び装置を提供すること
である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
屈折率・温度測定方法及び装置にて達成される。要約す
れば、本発明は、光分岐器の光結合部に被測定物を接触
させ、一端から特定の波長の光を入射し、そのときの出
力光を測定することにより、その出力光の相対比である
分岐比を求め、この求められた測定結果を前記光分岐器
の既知の分岐比特性と比較することにより被測定物の屈
折率又は屈折率に代表される物理量を測定する方法にお
いて、光分岐器の複数の入力ポートに、それぞれ異なっ
たピーク波長を持った入力光を入射させ、少なくとも二
つの波長による、それぞれの波長における独立した分岐
比測定結果を、それらの波長における特定温度範囲内に
おける前記光分岐器の予め求められた温度、及び屈折率
若しくは屈折率に代表される被測定物の物理量に対する
分岐特性と対比させて、前記の測定された分岐比におけ
る測定温度と、屈折率或は被測定物の物理量とに関する
二つの関係式を導き出し、それらの関係式を解くことに
より被測定物の屈折率、屈折率に代表される被測定物の
物理量、被測定物の温度、又はそれらの組み合わせを個
々に又は同時に測定することを特徴とする屈折率・温度
の測定方法である。

【００１９】本発明の好ましい実施態様によれば、本発
明の屈折率・温度の測定方法は、（ａ）前記光分岐器にて実質的に同時に、実質的に同じ
測定温度Ｔにて、少なくとも二つの測定波長λ₁ 及びλ
₂ を用いてぞれぞれ前記被測定物の分岐比Ｒ₁ 、Ｒ₂ を
求める。（ｂ）前記被測定物の分岐比Ｒ₁ 、Ｒ₂ を、予め求めら
れている前記二つの測定波長λ₁ 及びλ₂ での屈折率と
温度の校正データに対比させて、下記関係式１、２で示
される屈折率と温度との相関性を求める。

【００２０】関係式１：ｎＸ＝ｆ（Ｒ₁ ，λ₁ ，Ｔ）関係式２：ｎＸ＝ｆ（Ｒ₂ ，λ₂ ，Ｔ）ここで、ｎＸは、被測定物の屈折率である。（ｃ）次に、上記二つの関係式１、２を用いて屈折率ｎ
Ｘ及び／又は温度Ｔを求める。ことによって実施される。このとき、屈折率は、屈折率
に代表される被測定物の物理量とされ、例えば、この屈
折率に代表される被測定物の物理量は、石油精製工程中
におけるワックス中に含まれる油分量である。

【００２１】又、本発明の方法は、光結合部を有する光
分岐器と、前記光分岐器の少なくとも光結合部を囲包
し、該光結合部に被測定物を接触させるための手段と、
前記光分岐器の複数の入力ポートにそれぞれ異なる特定
の波長の光を入射するための発光器と、前記光分岐器の
出力ポートからの出力光を受光する受光器と、前記受光
器によって得られた信号を処理し、少なくとも二つの波
長による、それぞれの波長における独立した分岐比を
得、この分岐比を、それらの波長における特定温度範囲
内における前記光分岐器の予め求められた温度、及び屈
折率或は屈折率に代表される被測定物の物理量に対する
分岐特性と対比させて、前記得られた分岐比における測
定温度と、屈折率或は被測定物の物理量とに関する二つ
の関係式を導き出し、それらの関係式を解くことにより
被測定物の屈折率、屈折率に代表される被測定物の物理
量、被測定物の温度、又はそれらの組み合わせを個々に
又は同時に求める信号処理手段とを有することを特徴と
する屈折率・温度測定装置、にて好適に実施される。光
分岐器としては、２×２の光ファイバカプラ或は３個以
上の入力ポートを有したｎ×ｎの光ファイバカプラを使
用し得る。また、光学材料にイオン交換法やパターン堆
積法などにより、屈折率のわずかに異なった導波構造を
光結合が起こるように選択的に設けて構成される、所謂
プレーナー型光結合器を使用することもできる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明に係る屈折率・温度測定方法及
び装置を図面に則して更に詳しく説明する。

【００２３】本発明の屈折率・温度測定方法及び装置
は、光分岐器を応用した、所謂、屈折率計及びその派生
的測定装置において、複数の波長を用いて測定される分
岐比の情報から、温度と屈折率を直接得るものである。

【００２４】上述したように、光分岐器を用いた屈折率
計において、被測定物に対する光分岐器の光出力の相対
比である分岐比は、温度依存性のみならず波長依存性が
ある。換言すれば、一般的に被測定物の屈折率ｎは、求
められるところの光分岐器の分岐比（Ｒ）、測定に用い
られた波長（λ）、測定温度（Ｔ）の関数であることか
ら、屈折率ｎ＝ｆ（Ｒ，λ，Ｔ）と表すことができる。

【００２５】つまり、図１に関連して説明した測定シス
テムでは、油を含んだワックス、即ち、被測定物中の光
分岐器の分岐比（Ｒ）は、図３〜図５に示されるごと
く、屈折率（ｎ）で代表されるワックス中の油分量及び
測定波長（λ）、更には、測定温度（Ｔ）により異な
る。例えば、油分量が既知の試料（５％、１０％、１５
％、２０％、２５％）において、分光特性が図３〜図５
のように求められたとすれば、波長８２０ｎｍにおいて
の分岐比と油分量の関係は図６のようになる。

【００２６】従って、一つの波長を用いて油分量を算出
するためには、被測定物であるワックスの測定時におけ
る正確な温度を知る必要がある。言い換えれば、分岐比
と測定温度を検知しなければ、油分量を知ることは出来
ない。

【００２７】すなわち、或る波長λ₁ において、屈折率
ｎ₁ を持った被測定物における光分岐器の分岐比Ｒ₁ が
測定温度Ｔ₁ で観測されたとしても、前記被測定物と異
なる物質における波長λ₁ での光分岐器の分岐比がＲ₁
であるからといって、測定温度がＴ₁ でなければ、校正
データの校正可能範囲内でも、その物質の屈折率がｎ₁
であるとは限らない。従って、屈折率を求めるために
は、光分岐器の分岐比と温度とを測定する必要がある。

【００２８】しかしながら、今ここで、少なくとも二つ
以上の測定波長λ₁ 、λ₂ 、・・・を用いて特定条件下
（例えば、波長５８９ｎｍ、測定温度２０℃換算）にお
ける、例えば油分量などに換算し得る未知の屈折率ｎＸ
を求めるための測定を行い、測定温度Ｔ₁ とＴ₂ におい
て分岐比がそれぞれＲ₁ 、Ｒ₂ 、・・・と求められたと
すると、ｎＸ₁ ＝ｆ（Ｒ₁ ，λ₁ ，Ｔ₁ ）（１）ｎＸ₂ ＝ｆ（Ｒ₂ ，λ₂ ，Ｔ₂ ）（２）が導き出せる。

【００２９】このとき、同一の光分岐器を用いてほぼ瞬
時に測定が行えるように構成し、そして同一の被測定物
を同一の測定条件下で観察しているとみなすことが出来
る場合には、ｎＸ₁ ＝ｎＸ₂ ＝・・・（＝ｎＸ）であり、Ｔ₁ ＝Ｔ₂ ＝・・・（＝Ｔ）となる。つまり、上記関係式（１）、（２）は、ｎＸ＝ｆ（Ｒ₁ ，λ₁ ，Ｔ）（３）ｎＸ＝ｆ（Ｒ₂ ，λ₂ ，Ｔ）（４）となる。

【００３０】従って、少なくとも二つの測定波長での校
正データが予め求められていれば、それぞれの既知の波
長で得られる光分岐器の分岐比を前記既知の校正データ
に対比させて屈折率と温度との上記関係式（３）、
（４）を求め、更に二つの関係式（３）、（４）を用い
て温度の項を消去することにより、温度自体を直接的に
測定することなく未知の屈折率ｎＸを求めることができ
る。

【００３１】また更に、求められた屈折率ｎＸを前記の
関係式（３）、（４）のいずれかに代入することによ
り、測定温度Ｔをも求めることが可能となる。その際、
従来の技術が持っていた欠点であるところの、屈折率と
温度との測定個所における、被測定物の均一性及び測定
温度の同一性を保つような努力を必要としない。

【００３２】逆に、二つの関係式から屈折率の項を消去
し、温度を最初に求め、次に屈折率を導くことも可能な
ことは明白であり、どちらを先に求めても構わない。ま
た、必要とするどちらか一方だけを求めることもでき
る。

【００３３】また、三つ以上の測定波長を用いて得られ
る解のなかから、選ばれた二つ以上の解を利用して直接
的或は平均化などの統計処理を施すことにより測定値を
計算することも可能である。

【００３４】実施例１本発明の測定方法を実施する装置の基本構成を図７に示
す。

【００３５】図７を参照すると、測定装置１は、例えば
光ファイバカプラのような光分岐器１０を有する。この
光分岐器１０は、好ましくは光ファイバと同じ材料であ
るシリカにて作製されたハウジング１４に取付けられ、
測定（センサ）プローブ２０が構成される。ハウジング
１４内には、被測定物である試料Ｓ、即ち、流動状態に
維持された、例えば約４０℃のワックスが上部開口部か
ら注入され、それによって、少なくとも光分岐器１０の
光結合部１２の外周囲は被測定物Ｓにて覆われる。

【００３６】又、測定装置１は、例えば発光器３０Ａ、
３０Ｂを備え、第１の発光器３０Ａは、第１の光ファイ
バｆ₁ に波長λ₁ の信号光（光強度Ｐ₀ Ａ）を入射し、
第２の発光器３０Ｂは、第２の光ファイバｆ₂ に波長λ
₂ の信号光（光強度Ｐ₀ Ｂ）を入射する。発光器３０Ａ
及び３０Ｂは、それぞれ異なるピーク波長λ₁ 、λ₂の
光を発生し得る光源であって、例えば発光ダイオードな
どが好適に使用される。

【００３７】第１の発光器３０Ａからの信号光（λ₁ ）
は、光分岐器１０の光結合部１２にて、該光結合部１２
の周囲に存在する物質の光学的屈折率に依存して、一部
或は全部が第２光ファイバｆ₂ へと移行し、第１及び／
又は第２光ファイバｆ₁ 、ｆ ₂ の出力ポートからそれぞ
れ所定の光強度にて出射する。又、第２の発光器３０Ｂ
からの信号光（λ₂ ）は、光結合部１２にて、該光結合
部１２の周囲に存在する物質の光学的屈折率に依存し
て、一部或は全部が第２光ファイバｆ₁ へと移行し、第
１及び／又は第２光ファイバｆ₁ 、ｆ₂ の出力ポートか
らそれぞれ所定の光強度にて出射する。

【００３８】前記第１及び／又は第２光ファイバｆ₁ 、
ｆ₂ の出力ポートから出射した光は、該第１及び第２光
ファイバｆ₁ 、ｆ₂ の出力ポートに対応して配置された
ダイクロイックミラーのような分光器３５、３６にて、
出力光はそれぞれの波長λ₁とλ₂ に再び分離され、光
量を測定するための、例えばフォトダイオードのような
受光器３１、３３及び３２、３４にて受光される。該受
光器３１、３２、３３、３４によって得られる信号は信
号処理手段（図示せず）に送信され、該信号処理手段に
て分岐比が演算される。

【００３９】分光器としては、図８に示すように、ダイ
クロイックミラー３５、３６の代わりにＷＤＭ（Wavele
ngth Division Multiplexer)３７、３８を使用すること
もできる。

【００４０】次に、斯かる構成の本発明の測定装置によ
る測定方法について説明する。

【００４１】一つの波長λ₁ 、例えば８２０ｎｍにおけ
る測定では、被測定物であるワックスの温度と、屈折率
に代表される油分量との二つの物理量は未知であるが、
代表的な分岐比における相関性は図９のごとく既知であ
り、従って、必要とする範囲内におけるすべての分岐比
についての関連性が内挿法或は外挿法などの数学的手法
により推定可能である。

【００４２】しかしながら、今現実に光分岐器が検出し
ている特定の分岐比Ｒ₁ 、例えば−３．１ｄＢにおける
油分量と温度との間の関連性が、図９を基にした内挿法
により図１０に示されるごとく解ったとしても、このま
までは未知の油分量と温度の両者を別々に限定すること
は出来ない。

【００４３】又、同様に、波長λ₂ 、例えば９１５ｎｍ
においても代表的な分岐比における相関性が図１１のご
とく既知であり、従って、必要なすべての分岐比におけ
る関連性が内挿法或は外挿法などの数学的手法により推
定可能である。従って、分岐比Ｒ₂ 、例えば２．８ｄＢ
における両者間の関連性が図１２に示されるごとく求め
ることができる。

【００４４】しかしながら、このように２．８ｄＢにお
ける両者間の関連性が判明しても、波長λ₂ だけでの測
定では未知の油分量と温度の両者を別々に特定すること
は出来ない。

【００４５】ところが、図７及び図８に示される本発明
の測定装置においては、光分岐器１０の入力ポートの一
方に波長λ₁ を、又他方の入力ポートから前記波長λ₁
と異なった波長λ₂ が入力されるので、信号処理手段に
より、波長λ₁ における分岐比Ｒ₁ と波長λ₂ における
分岐比Ｒ₂ が同時に測定される。

【００４６】又、上述のように、図９及び図１１に示す
ような予め求められている二つの測定波長λ₁ 及びλ₂
での屈折率と温度の校正データと、前記二つの測定波長
λ₁及びλ₂ で得られた被測定物の分岐比Ｒ₁ 、Ｒ₂ を
対比させ、信号処理することによって、波長λ₁ におけ
る分岐比Ｒ₁ と波長λ₂ における分岐比Ｒ₂ に対して油
分量とワックスの温度における二つの関連性、即ち、関係式１：ｎＸ＝ｆ（Ｒ₁ ，λ₁ ，Ｔ）関係式２：ｎＸ＝ｆ（Ｒ₂ ，λ₂ ，Ｔ）が求められ、図１０と図１２に示す通りである。

【００４７】従って、同一のワックスを用いて、即ち、
同一の油分量のワックスにて、同時に、即ち、同じ測定
温度で、二つの波長λ₁ 及びλ₂ にての測定を行なうこ
とにより、図１０と図１２とで示される二組の関連性の
なかで同一の油分量且つ同じ測定温度が、測定している
ワックスの実際の油分量と温度であることになる。

【００４８】結論的には、上記二つの関係式を用いて屈
折率ｎＸ及び温度Ｔを求めることができる。即ち、図１
０と図１２とに示される関連性を図１３に描かれるよう
に重ね合わせて求められる合致点が、測定された油分量
と温度ということになる。即ち、この実施例では、油分
量１２．０９ｗｔ％、測定温度７７．３４℃となる。

【００４９】実施例２実施例１の測定装置では、本発明の測定方法を達成する
データ収集のためのプローブ、即ち、光分岐器１０は、
入力及び出力ポートがそれぞれ二つの、所謂、２×２光
ファイバカプラにおいて一方の入力ポートから一つの波
長λ₁ を入力し、もう一方の入力ポートから前記の波長
とは異なる波長λ₂ を同時に入射する構成とされた。

【００５０】しかしながら、どちらの波長のデータであ
るかを明白にするために、機械式或は電気式のスイッチ
を設け、二つの光源を選択的に駆動することができる。

【００５１】この実施例２によれば、図１４に示すよう
に、測定装置１の基本構成は実施例１に示す測定装置と
同様に構成し、ただ、発光ダイオードなどとされる発光
器３０Ａ、３０Ｂが電気的スイッチＳＷによって選択的
に駆動される。又、この実施例の場合には、実施例１の
測定装置と異なり、前記第１及び／又は第２光ファイバ
ｆ₁ 、ｆ₂ の出力ポートから出射した光は、該第１及び
第２光ファイバｆ₁ 、ｆ₂ の出力ポートに対応して配置
された、例えばフォトダイオードのような受光器３１、
３２にて直接受光され、実施例１では必要とされた分光
器３５、３６などは必要とされない。該受光器３１、３
２によって得られた信号は、実施例１の場合と同様に、
信号処理手段（図示せず）に送信され、該信号処理手段
にて分岐比が演算される。

【００５２】また、図１５に示すごとく、二つの光源３
０Ａ、３０Ｂに別々の周波数をもって変調をかけて発光
し、受光器３１、３２側に設けたフィルタ３９、４０に
て変調周波数によって二つの信号成分に分類させること
も可能である。

【００５３】更に、図１６に示すように、光源３０Ａ、
３０Ｂと、光分岐器１０の第１及び第２光ファイバｆ
₁ 、ｆ₂ の入力ポートとの間に、どちらか一方の光路を
遮断するようなシャッタ４１を配置し、波長λ₁ 、λ₂
を選別することも可能である。

【００５４】図１４、図１５及び図１６に示すいずれの
測定装置においても、光学的、機械的又は電気的切り替
え装置で測定波長を変えて、滞り無くそれぞれの波長で
の測定を繰り返すことによって、波長λ₁ における分岐
比Ｒ₁ と波長λ₂ における分岐比Ｒ₂ がほぼ同時に測定
される。

【００５５】実施例１の場合と同様に、事前の校正作業
とデータ処理によって波長λ₁ における分岐比Ｒ₁ と波
長λ₂ における分岐比Ｒ₂ に対して油分量とワックスの
温度における二つの関連性が図１０と図１２のごとくで
あると既に求められている。

【００５６】従って、同一のワックスを用いて、すなわ
ち同一の油分量のワックスにて、瞬時に、すなわち同じ
測定温度で、前記の二つの波長λ₁ 、λ₂ での測定を繰
り返せば、図１０と図１２とで示される二組の関連性の
なかで、同一の油分量かつ同じ測定温度が実際の油分量
と温度であることになる。

【００５７】本実施例においても実施例１と同様に、図
１０と図１２とに示される関連性を図１３に描かれるよ
うに重ね合わせて求められるポイントが、測定された油
分量と温度になる。即ち、本実施例で、油分量１２．０
９ｗｔ％、測定温度７７．３４℃となる。

【００５８】実施例３実施例２の場合には、二つの波長λ₁ 及びλ₂ での測定
を一個の光分岐器１０を用いて交互に行う構成とされ
た。この場合には、一方の波長で測定を行っている場合
には、他の波長では測定できないために、僅かではある
が両波長における測定には時間差が生じる。希なケース
と考えられるが、このような時間遅れが問題になるよう
な場合、例えば、被測定物の温度変動や屈折率変化が急
激に起こるような理由で、二つの波長λ₁ 及びλ₂ での
測定を時間遅れなく同時に行う必要がある場合には、図
１７に示す様に、測定プローブ２０のハウジング１４内
に二つの光分岐器１０Ａ、１０Ｂを互に近接して配置
し、一方の光分岐器１０Ａでは一つの波長λ₁ で測定
し、他の光分岐器１０Ｂではもう一方の波長λ₂ での測
定を同時に行うことができる。この実施例の測定装置に
ても、先の実施例の装置と同様の作用効果を達成し得
る。

【００５９】実施例４上記各実施例は、２×２光ファイバカプラを使用するも
のであったが、本発明は、これに限定されることはな
く、図１８に示されるような入力及び出力ポートを複数
個持ったｎ×ｎ光ファイバカプラの三つ以上の入力ポー
トに、それぞれ発光器３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを用いて
三つ以上の波長の光λ₁ 、λ₂ 、λ₃ をスイッチＳＷに
てそれぞれ別々に入射させることによっても同様の作用
効果を達成可能である。

【００６０】被測定物が特定の波長における分光吸収を
もっている場合にはそれらの吸収波長帯を避けるように
選択して使用することで測定を円滑にすることができ
る。

【００６１】一例として、水の中に含まれる微量のベン
ジン（Ｈ₂ ＮＣ₆ Ｈ₄ ＮＨ₂ ）か、クロロホルム（ＣＨ
Ｃｌ₃ ）を検知するに当たって、波長７８０ｎｍ、８４
０ｎｍ、８８０ｎｍのピーク波長をもった光源しか準備
できない場合には、ベンジンとクロロホルムがそれぞれ
８４０ｎｍと８８０ｎｍに吸収波長をもっているため、
ベンジン量の測定には７８０ｎｍと８８０ｎｍを、また
クロロホルムの測定には７８０ｎｍと８４０ｎｍを使
う。このようにして分光吸収の影響を除去することが可
能となる。

【００６２】上記各実施例での説明では、油分量が離散
的に異なり且つ既知である複数の校正用試料を用い、あ
る特定の少なくとも二つの離散的測定温度で測定データ
を収集し、それらのデータから、内挿や外挿などの数学
的手法を経ることにより校正データを準備する方法につ
いて述べたが、この校正データは、油分量や測定温度を
連続的に変化させて測定することにより求めることも可
能である。

【００６３】本発明は、熱電対や白金抵抗測温体などの
ような温度測定のためのセンサを特別に用意する必要が
ない点に特徴を有するものであるが、本発明の装置に例
えば熱電対や白金抵抗測温体のような温度検知手段を並
設すれば、測定装置の故障等の不都合を検知しやすくす
るために、光分岐器以外の温度検知手段、例えば熱電対
を設けて、その読み値と本発明による測定システムの温
度測定値とを参照比較することにより両者に不条理な差
が無いことを検証し、装置の正常作動を確認し、システ
ムの信頼性を増すことができ、更には、測定装置の万一
の故障等の不都合を検知することが可能となる。

【００６４】上記各実施例にて、本発明は、屈折率に代
表される被測定物の物理量は、石油精製工程中における
ワックス中に含まれる油分量であるとして説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、他に、石油製
品であるノルマルパラフィンの炭素数の推定（例えばノ
ルマルのＣ₁₂Ｈ₂₆：９．２ｗｔ％、ノルマルのＣ
₁₃Ｈ₂₈：９１．８ｗｔ％）、発酵工程の反応生成物の生
成量の測定、糖度の測定、ガソリン中の添加材ＭＴＢＥ
（メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル）の量の測定など
を挙げることができ、同様に本発明の原理を適用するこ
とができる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る屈折
率・温度の測定方法及び装置は、光分岐器の複数の入力
ポートに、それぞれ異なったピーク波長を持った入力光
を入射させ、少なくとも二つの波長による、それぞれの
波長における独立した分岐比測定結果を、それらの波長
における特定温度範囲内における前記光分岐器の予め求
められた温度、及び屈折率若しくは屈折率に代表される
被測定物の物理量に対する分岐特性と対比させて、前記
の測定された分岐比における測定温度と、屈折率或は被
測定物の物理量とに関する二つの関係式を導き出し、そ
れらの関係式を解くことにより被測定物の屈折率、屈折
率に代表される被測定物の物理量、被測定物の温度、又
はそれらの組み合わせを個々に又は同時に測定するよう
に構成されるので、（１）熱電対や白金抵抗測温体などのような温度測定の
ためのセンサを特別に用意する必要がなく、一つの光分
岐器にて屈折率と温度の情報を得ることができ、構成が
簡単であり、測定システム全体のコストダウンにも寄与
できる。（２）センサプローブ部を一つの光分岐器にて構成する
ことができ、そのために防爆のための特別な処置が不要
となり、石油精製プラントなどの危険物を取り扱う場所
での活用に有効で、結果的に安価な測定システムを供給
することが出来る。（３）被測定物の温度情報と屈折率の情報を、一つの光
分岐器から同時に収集できるため、測定情報の同時性及
び被測定物の同一性が保てることから、測定精度及び信
頼性の向上が図れる。（４）測定情報の同時性及び被測定物の同一性が保てる
ことから、温度や屈折率変動の急激な被測定物や、流動
的で常にセンサ部に存在する被測定物が変わっているよ
うな場合であっても、より正確な測定が可能である。と
いう効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光分岐器を応用した屈折率計の概略構成
図である。

【図２】光分岐器を応用した屈折率計における分岐比と
油分量の関係の温度依存性を示す図である。

【図３】光分岐器の７０℃における分岐特性と波長との
関係を示を示す図である。

【図４】光分岐器の８０℃における分岐特性と波長との
関係を示を示す図である。

【図５】光分岐器の９０℃における分岐特性と波長との
関係を示を示す図である。

【図６】測定波長８２０ｎｍにおける代表的な測定温度
での分岐比と油分量との相関性を示す図である。

【図７】本発明に係る屈折率・温度測定装置の一実施例
の概略構成図である。

【図８】本発明に係る屈折率・温度測定装置の他の実施
例の概略構成図である。

【図９】測定波長８２０ｎｍにおける代表的な分岐比で
の油分量と温度との相関性を示す図である。

【図１０】測定波長８２０ｎｍ、分岐比−３．１ｄＢで
の油分量との相関性を示す図である。

【図１１】測定波長９１５ｎｍにおける代表的な分岐比
での油分量と温度との相関性を示す図である。

【図１２】測定波長９１５ｎｍ、分岐比２．８ｄＢでの
油分量との相関性を示す図である。

【図１３】本発明による屈折率・温度の測定方法を実現
するための測定データの処理法を説明するための図であ
る。

【図１４】電気的スイッチによる波長切り替え機能を備
えた本発明に係る屈折率・温度測定装置の他の実施例の
概略構成図である。

【図１５】周波数による波長切り替え機能を備えた本発
明に係る屈折率・温度測定装置の他の実施例の概略構成
図である。

【図１６】機械的シャッターによる波長切り替え機能を
備えた本発明に係る屈折率・温度測定装置の他の実施例
の概略構成図である。

【図１７】複数のカプラを用いた本発明に係る屈折率・
温度測定装置の他の実施例の概略構成図である。

【図１８】二つ以上の波長を用いた本発明に係る屈折率
・温度測定装置の他の実施例の概略構成図である。

【符号の説明】

１屈折率・温度測定装置１０光分岐器１２光結合部１４ハウジング２０測定プローブ３０発光器３１、３２、３３、３４受光器３５、３６ダイクロイックミラー３７、３８ＷＤＭ３９、４０フィルタ４１シャッタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光分岐器の光結合部に被測定物を接触さ
せ、一端から特定の波長の光を入射し、そのときの出力
光を測定することにより、その出力光の相対比である分
岐比を求め、この求められた測定結果を前記光分岐器の
既知の分岐比特性と比較することにより被測定物の屈折
率又は屈折率に代表される物理量を測定する方法におい
て、光分岐器の複数の入力ポートに、それぞれ異なった
ピーク波長を持った入力光を入射させ、少なくとも二つ
の波長による、それぞれの波長における独立した分岐比
測定結果を、それらの波長における特定温度範囲内にお
ける前記光分岐器の予め求められた温度、及び屈折率若
しくは屈折率に代表される被測定物の物理量に対する分
岐特性と対比させて、前記の測定された分岐比における
測定温度と、屈折率或は被測定物の物理量とに関する二
つの関係式を導き出し、それらの関係式を解くことによ
り被測定物の屈折率、屈折率に代表される被測定物の物
理量、被測定物の温度、又はそれらの組み合わせを個々
に又は同時に測定することを特徴とする屈折率・温度の
測定方法。
【請求項２】（ａ）前記光分岐器にて実質的に同時
に、実質的に同じ測定温度Ｔにて、少なくとも二つの測
定波長λ₁ 及びλ₂ を用いてぞれぞれ前記被測定物の分
岐比Ｒ₁ 、Ｒ₂ を求める。（ｂ）前記被測定物の分岐比Ｒ₁ 、Ｒ₂ を、予め求めら
れている前記二つの測定波長λ₁ 及びλ₂ での屈折率と
温度の校正データに対比させて、下記関係式１、２で示
される屈折率と温度との相関性を求める。関係式１：ｎＸ＝ｆ（Ｒ₁ ，λ₁ ，Ｔ）関係式２：ｎＸ＝ｆ（Ｒ₂ ，λ₂ ，Ｔ）ここで、ｎＸは、被測定物の屈折率である。（ｃ）次に、上記二つの関係式１、２を用いて屈折率ｎ
Ｘ及び／又は温度Ｔを求める。ことを特徴とする請求項１の屈折率・温度の測定方法。
【請求項３】前記屈折率は、前記屈折率に代表される
被測定物の物理量である請求項１又は２の屈折率・温度
の測定方法。
【請求項４】前記屈折率に代表される被測定物の物理
量は、石油精製工程中におけるワックス中に含まれる油
分量である請求項３の屈折率・温度の測定方法。
【請求項５】光結合部を有する光分岐器と、前記光分
岐器の少なくとも光結合部を囲包し、該光結合部に被測
定物を接触させるための手段と、前記光分岐器の複数の
入力ポートにそれぞれ異なる特定の波長の光を入射する
ための発光器と、前記光分岐器の出力ポートからの出力
光を受光する受光器と、前記受光器によって得られた信
号を処理し、少なくとも二つの波長による、それぞれの
波長における独立した分岐比を得、この分岐比を、それ
らの波長における特定温度範囲内における前記光分岐器
の予め求められた温度、及び屈折率若しくは屈折率に代
表される被測定物の物理量に対する分岐特性と対比させ
て、前記得られた分岐比における測定温度と、屈折率或
は被測定物の物理量とに関する二つの関係式を導き出
し、それらの関係式を解くことにより被測定物の屈折
率、屈折率に代表される被測定物の物理量、被測定物の
温度、又はそれらの組み合わせを個々に又は同時に求め
る信号処理手段と、を有することを特徴とする屈折率・
温度測定装置。
【請求項６】前記屈折率に代表される被測定物の物理
量は、石油精製工程中におけるワックス中に含まれる油
分量である請求項５の屈折率・温度の測定装置。
【請求項７】前記光分岐器は、二つの入力ポートと二
つの出力ポートを持った２×２光ファイバカプラ或はプ
レーナー型光結合器である請求項５又は６の屈折率・温
度の測定装置。
【請求項８】前記発光器は同時に作動して前記光分岐
器に異なる波長の光を同時に入射し、光分岐器からの出
力光は、分光器を介して受光器にて受光される請求項７
の屈折率・温度の測定装置。
【請求項９】前記発光器を選択的に駆動し、前記光分
岐器に異なる波長の光が選択的に入射し、光分岐器から
の出力光は、直接受光器にて受光される請求項７の屈折
率・温度の測定装置。
【請求項１０】前記発光器は別々の周波数にて変調し
て発光され、前記光分岐器に同時に入射し、光分岐器か
らの出力光は、受光器に設けたフィルタにて変調周波数
によって二つの信号成分に分類される請求項７の屈折率
・温度の測定装置。
【請求項１１】前記発光器からの異なる波長の光は、
シャッタにて選択されて前記光分岐器に入射し、光分岐
器からの出力光は、直接受光器にて受光される請求項７
の屈折率・温度の測定装置。
【請求項１２】前記光分岐器は、ハウジング内に近接
配置された二つの光分岐器にて構成され、一方の光分岐
器には一つの波長を入射し、他の光分岐器には異なる他
の波長を入射することを特徴とする請求項５又は６の屈
折率・温度の測定装置。
【請求項１３】前記光分岐器は、入力及び出力ポート
を複数個持ったｎ×ｎ光ファイバカプラあるいはプレー
ナー型光結合器の三つ以上の入力ポートに三つ以上の波
長の光をそれぞれ別々に入射することを特徴とする請求
項５又は６の屈折率・温度の測定装置。