JPH08286036A - 汚染防止式液中光センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液体内で使用する光ファイバセンサのセンシ
ング部位への生物の付着を抑制することによって、セン
サ汚染の問題を解決し、長距離のセンシングが可能であ
り、かつ長期連続使用に対しても高い信頼性を有する汚
染防止式光センサを提供する。 【構成】 センサを構成する光ファイバ１１は、光計測
用ファイバ１１ａと紫外光照射用ファイバ１１ｆからな
る。ファイバ１１ａの端面１１ｅに照射される紫外光１
０の入射角αの最小値は、ファイバ１１ａの開口数、紫
外光１０の波長、測定対象液の屈折率によって与えられ
る、ファイバ１１ａによる紫外光１０の全反射伝送が可
能な入射角の最大値よりも大きい値となるように設定さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液中で諸種の計測に使
用される液中光センサに関し、特に、汚染されやすい場
所で長期間継続して使用される液中光センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】水中や海中などの液体内における照度特
性や溶存物質、生物種等の定性・定量評価のために光フ
ァイバを利用した計測技術が広く利用されている。計測
の方法としては通常光ファイバをセンサとし、そのコア
（光導波路）の先端を測定対象物を含む液体に接触さ
せ、そこから入力する光情報を光ファイバを導体として
計測装置に伝送することによって行われる。

【０００３】これらの計測には、数カ月から数年単位に
わたる長期の連続測定が待望されて久しいが、現実には
生物や汚染物質等の付着や、それに起因する汚損が大き
な障害となって容易に実現できない。

【０００４】従来水中計測における汚損防止方法として
は、各種有機錫、亜酸化銅などの汚損防止塗料の塗装や
物理的手法を用いて除去する対策が実施されており、海
水の電気分解を利用した生物付着の抑制も行われてい
る。また、一般に波長３００ｎｍ以下の紫外線を利用し
て近距離内にある液体、容器、食品等の殺菌も行なわれ
ている。例えば、特開昭６３ー１７５８０６には瓶内の
殺菌について、特開昭６３ー３０２９４０には管内流水
の殺菌について、特開平０１ー１３６６６０には殺菌灯
の寿命を延ばす冷陰極について、それぞれ開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術の中で
効果が実証されている汚損防止塗料は、その使用に際し
て環境への影響が問題視されているものが多く、最近の
環境保全機運の高まりから使用が困難となり、最近は無
公害型の防染塗料としてシリコン樹脂系のものが検討さ
れている（海生生物汚染対策マニュアル、電気化学協会
編、技報堂出版）。また仮に使用できるものがあったと
しても、光透過性の点からセンサのセンシング部位への
直接塗布はできない。

【０００６】また、物理的すなわち機械的手法は、付着
物質を除去するための装置が液体内にあって保守の困難
な環境にあるだけに、装置そのものに対する信頼性に問
題がある。電気分解によって生成する次亜塩素酸の酸化
力を利用する手法は、発生する遊離塩素の濃度によって
は環境基準に触れることも予想され、環境保全の点でや
や問題が残る。

【０００７】殺菌効果を有する紫外線の利用は、食品、
水等の殺菌には効果的であるが、光計測を行うようなセ
ンサへの適用には問題が生じる可能性がある。特に、計
測対象物からの光の入射面に対して、計測には必要のな
い光を照射することは、センサとしての信頼性を低下さ
せる可能性が高いため、一般には実施されていない。

【０００８】また、紫外線の殺菌効果を利用する手法は
紫外線発生光源の近傍では効果的であるが、水中計測装
置等への利用に際しては、照度が距離の二乗に反比例す
るうえ、水の吸収も生じるため、光源を水中に設置する
等の大がかりな構成が必要となる。ライトガイド（光フ
ァイバ）を用いて水中計測装置に照射する場合には、殺
菌線として利用されている２５４ｎｍおよび１８５ｎｍ
の光（共に水銀ランプ輝線）がファイバ中で著しく減衰
するうえ、ファイバそのものの劣化も進行するため長距
離、長期間の伝送には適用できない。

【０００９】本発明の目的は、液体内で使用する光ファ
イバセンサの信頼性を低下させることなく、そのセンサ
のセンシング部位への生物付着を抑制する機能を有する
ことによってセンサ汚損の問題を解決し、長期連続使用
や長距離伝送に対しても高い信頼性を有する液中光セン
サを提供することである。なお、この光センサにおいて
は、使用する紫外光の波長の実際的な範囲が効果的に３
００ｎｍ以上にも広げられる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の汚染防止式液中
光センサは、光ファイバを用いた液中光センサにおい
て、測定対象物を含む液体と接触するファイバ先端の外
側前方に、ファイバの端面に対して斜めに端面汚染防止
用光を照射するための光照射部が備えられ、光照射部か
ら照射された光のファイバ端面に対する入射角が、ファ
イバの開口数に対応する臨界角よりも大きくなるように
設定されていることを特徴としている。

【００１１】また、請求項２のセンサは、光ファイバを
用いた液中光センサにおいて、測定対象物を含む液体と
接触する光ファイバ先端の外周部前方に、ファイバ外周
部端面から出射された汚染防止用の光の一部または全部
をファイバ中心部端面に斜めに照射するための反射板が
備えられていることを特徴としている。

【００１２】なお、このセンサは、反射板で反射された
汚染防止用光がセンサ用光の伝送用の光ファイバ端面に
照射される角度が、光ファイバの開口数に対応する臨界
角よりも大きくなるように設定されているものであるこ
とが望ましい。

【００１３】また、光ファイバ先端の外周部前方に備え
られた反射板は、円周方向の少なくとも一部が欠如して
いるものであることも一層望ましい。

【００１４】

【作用】本発明のセンサは、光ファイバ端面へ紫外線を
照射することにより、この端面への生物付着を抑制す
る。ファイバの伝送効率は、伝送される光がファイバに
入射する角度がある値よりも大きくなると急激に低下
し、伝送光は途中で失われる。この原理を利用し、液中
で光計測を行うためのファイバ端面に対し、生物付着抑
制効果の確認されている紫外光を、このような伝送損失
の大きい角度で照射することによって、光計測に影響を
与えることなく生物付着を抑制することが可能となる。

【００１５】３００ｎｍ以上の波長を持った紫外光は、
ある程度の生物付着抑制効果を有しており、ファイバ中
の長距離伝送を伴う場合の本発明のセンサの操作におい
て能率的に使用されることができる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１７】図１の、（ａ）は、本発明の汚染防止式液
中光センサの一実施例の先端部断面図、（ｂ）は、
（ａ）の先端部分の拡大断面図である。

【００１８】本発明の汚染防止式液中センサに使用され
る光ファイバ１１は、液体１５内の光計測に用いられる
計測用光ファイバ１１ａと、その端面１１ｅに対し斜め
方向から光を照射することが可能な位置に設置されてい
る紫外光照射用光ファイバ１１ｆから構成される。

【００１９】光ファイバ１１ｆに導入された紫外光１０
が端面１１ｇから計測用光ファイバ１１ａの端面１１ｅ
に照射されることによって、端面１１ｅへの生物の付着
が抑制されるが、その際、端面１１ｅにおける計測用光
ファイバ１１ａへの入射角αの最小値は、ファイバ１１
ａの開口数、紫外光１０の波長、測定対象溶液の屈折率
によって与えられる、ファイバ１１ａによる紫外光１０
の全反射伝送が可能な入射角の最大値（臨界角）よりも
大きい値となるように設定される。この設定によって端
面１１ｅからファイバ１１ａ内へ入射した紫外光１０の
伝送効率は著しく低減し、光検出系への影響は回避され
る。紫外光照射用ファイバ１１ｆはファイバ端面１１ｅ
から液体すなわち測定対象液１５に照射される光１２お
よび測定対象液１５からファイバ端面１１ｅに入射する
光１３の光路を妨げない位置に設置されることが望まし
い。

【００２０】図２の、（ａ）は、第２の実施例の先端の
平面図および部分断面図、（ｂ）は、（ａ）の部分断面
図の先端部拡大断面図である。

【００２１】本実施例に用いられるファイバ２１は光計
測用ファイバ２１ａの外周部分に複数本の紫外光伝送用
ファイバ２１ｂを配置した構成を有しており、その先端
には紫外光伝送用ファイバ２１ｂから出射される２０ａ
を光計測用ファイバの端面２１ｅに照射するための反射
板２４を具備している。端面２１ｅは、反射した紫外光
２０ｂの照射によって生物の付着が抑制される。反射板
２４は、光計測用ファイバ２１ａから測定対象液に照射
される光２２および測定対象液から入射する光２３の光
路を妨げないことが望ましい。

【００２２】図３は、第３の実施例の部分断面図であ
る。

【００２３】反射板３４による反射を介して光計測用フ
ァイバ３１ａの端面端面３１ｅに照射される紫外光３０
ｂの入射角γは反射板３４の角度、高さ、曲率等の設定
によって変えることができる構造としたものである。こ
の入射角βの最小値を、ファイバの開口数、測定対象液
の屈折率、照射光３０ｂの波長によって与えられる、フ
ァイバ３１ａでの紫外光３０ｂの全反射伝送が可能な入
射角の最大値よりも大きい値となるように設定すること
によって、光計測用ファイバの端面３１ｅに入射した紫
外光３０ｂはファイバ３１ａ内で著しく減衰するため、
紫外光３０ｂによる光検出系への影響は除去できる。

【００２４】反射板３４の最適設定に際しては、ファイ
バ端面３１ｅに照射される紫外光３０ｂの入射角γに関
して、反射板３４による複数回の反射を経た光路を考慮
してもよい。複数回の反射を避けたい場合には、円筒状
になっている反射板３４の一部または複数部を除去し、
互いに対向しないような配置にしてもよい。

【００２５】また、光計測用ファイバ３１ａは必ずしも
光の出射を伴うものではないが、測定対象である液体に
光計測用ファイバ３１ａから光を照射する場合には、反
射板によって反射される光の波長は異なっていてもよ
い。

【００２６】図４は、第４の実施例の先端の平面図およ
び部分断面図である。

【００２７】本実施例は、第３の実施例における反射板
のうち、周方向に３箇所欠如させた構造のものである。
測定対象液のファイバ端面４１ｅ付近での滞留は、流速
等の変化に対する計測値の経時変化を測定する際に支障
となる。紫外光４０ｂを光計測用ファイバ４１ａに照射
するための反射板４４は、測定対象液を滞留させる原因
となる。そこで、その一部を欠如させることによって、
測定対象液の滞留を防ぐことができる。また、反射板４
４の欠如部分４４ａは、紫外光伝送用ファイバ４１ｂを
設置しなくてもよい。

【００２８】なお、第４の実施例のセンサを用いて波長
３６５ｎｍの紫外光を光ファイバを介して液体中に照射
してファイバ端面における生物付着状況を実験した。秋
季２ケ月間、海中に浸漬させたファイバ先端への生物付
着は、３６５ｎｍの光を照射したファイバには全く認め
られず、光をを照射しなかったファイバの先端面では明
確な生物付着が認められた。この結果、一般に殺菌作用
がないとされている波長３００ｎｍ以上の紫外光でも、
溶液中の構造物に対する生物付着抑制作用を有すること
が明らかになった。したがって、波長３００ｎｍ以上の
光を用い、光ファイバにより長距離伝送を伴う液中遠隔
位置の光計測を、長期間メンテナンスフリーで実施する
ことが可能となった。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、計測用光
ファイバ端面へ一定以上の入射角で汚染防止用紫外光を
照射する構造とすることにより、センサの信頼性を低下
させることなく、かつ長期間連続して長距離計測可能な
汚染防止式液中光センサを提供することができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の汚染防止式液中光センサの
一実施例の先端部断面図、（ｂ）は、（ａ）の先端部分
の拡大断面図である。

【図２】（ａ）は、第２の実施例の先端の平面図および
部分断面図、（ｂ）は、（ａ）の部分断面図の先端部拡
大断面図である。

【図３】第３の実施例の部分断面図である。

【図４】第４の実施例の先端の平面図および部分断面図
である。

【符号の説明】

１０，２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ，４０ｂ 紫外
光 １１，２１，３１，４１ 光ファイバ １１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ 計測用光ファイバ １１ｅ，２１ｅ，３１ｅ，４１ｅ 計測用光ファイバ端
面 １１ｆ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ 紫外光照射用ファイ
バ １１ｇ 紫外光照射用ファイバ端面 １２，２２ 測定対象液への出射光 １３，２３ 測定対象液からの入射光 １５ 液体（測定対象液） ２４，３４，４４ 反射板 ４４ａ 反射板欠如部分 α，β，γ 紫外光入射角

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバを用いた液中光センサにおい
   て、 測定対象物を含む液体と接触するファイバ先端の外側前
   方に、ファイバの端面に対して斜めに端面汚染防止用光
   を照射するための光照射部が備えられ、前記光照射部か
   ら照射された光のファイバ端面に対する入射角が、ファ
   イバの開口数に対応する臨界角よりも大きくなるように
   設定されていることを特徴とする汚染防止式液中光セン
   サ。
2. 【請求項２】 光ファイバを用いた液中光センサにをい
   て、 測定対象物を含む液体と接触する光ファイバ先端の外周
   部前方に、前記ファイバ外周部端面から出射された汚染
   防止用の光の一部または全部を前記ファイバ中心部端面
   に斜めに照射するための反射板が備えられていることを
   特徴とする汚染防止式液中光センサ。
3. 【請求項３】 前記反射板で反射された汚染防止用光が
   センサ用光の伝送用の光ファイバ端面に照射される角度
   が、前記光ファイバの開口数に対応する臨界角よりも大
   きくなるように設定されている、請求項２記載の汚染防
   止式液中光センサ。
4. 【請求項４】 光ファイバ先端の外周部前方に備えられ
   た反射板は、円周方向の少なくとも一部が欠如してい
   る、請求項２または３記載の汚染防止式液中光センサ。