JPH08510830A

JPH08510830A - 流体媒体の監視用プローブ

Info

Publication number: JPH08510830A
Application number: JP6520201A
Authority: JP
Inventors: アーメンエヌサハゲン
Original assignee: アーメンエヌサハゲン
Priority date: 1993-03-05
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 1996-11-12
Also published as: EP0692948A1; WO1994020013A1; EP0702524A1; EP0692948A4; WO1994020014A1; EP0702524A4; JPH08510829A

Abstract

(57)【要約】波を流体媒体中に放出する少なくとも１本の光ファイバを使用して流体媒体を監視するためのプローブ（６０）。液体媒体は放出された波を散乱し、またはそのルミネッセンス発光を引き起こし、それがその後で少なくとも１本の光ファイバ（１６）によって集められる。プローブは、穴を有する基部（２）と、基部の穴を覆う窓（１）を含み、窓は電磁波を透過する。プローブは窓の背後に置かれた１本または複数の光ファイバによって、散乱された波または波のルミネッセンス光を収集し、その波をコンピュータに接続された分光計に送り込み、コンピュータは、流体媒体を実時間オンラインで分析することができる。ピエゾ抵抗検出素子と温度検出素子が窓に付着され、これらの素子は力コレクタ・ダイアフラムとしても機能できる。これらの素子は主としてダイアフラムの周囲に配置され、ダイアフラムの一部は波を透過し収集するために開いている。

Description

【発明の詳細な説明】流体媒体の監視用プローブ発明の背景（１）発明の分野本発明は流体媒体の監視用プローブに関するものである。更に詳しくいえば、本発明は、流体媒体中に電磁波を放出させて放出された波を散乱させ、または放出された波のルミネッセンス発光を起こさせ、その後ルミネッセンス光を少なくとも１本の光ファイバによって集めるための、光ファイバを少なくとも１本含むプローブに関するものである。（２）関連技術についての説明電磁波が流体媒体中に入ると、１つまたは複数の原子に衝突する。衝突後に残っているエネルギーのいくらかが散乱波に変換される。次に散乱波は別の散乱波を発生することがある。流体媒体との相互作用の後でそのような散乱波を集め、流体媒体を監視および分析するために、種々の試みが行われている。一般に、流体媒体の監視は、流体媒体を構成している元素、化合物および混合物の少なくとも１つの定量分析および定性分析を実行することを含むことがある。また、入射電磁波が流体媒体中に入ると、１つまたは複数の原子に衝突して可視光を発生することがある。これはルミネッセンスと呼ばれる現象である。たとえば、電磁波がリン原子と衝突すると、可視光の範囲内でルミネッセンス発光することがある。また、ルミネッセンスの量と種類はその流体媒体についてのある種の性質を示す。プローブの現在の状態は、ルミネッセンスまたは散乱された電磁波に基づき流体媒体を分析するためのラマン分光計の有用性を大きく制約している。最も大きい制約の１つは、既存のプローブの発生効率と収集効率が低いことである。たとえば、まばらなレイリー光子を分析するためにラマン分光計を使用する場合、プローブは、見掛け上利用できるものより大きい受容角度、または高いグレージング・フィールドを持たなければならない。第１図は従来の光ファイバ対の限界を示す。問題を理解するために、光ファイバ４と５が円錐形受容円錐３１と３２で電磁波をそれぞれ放出し、収集することを考える。各受容円錐３１、３２は、開口数と呼ばれている発散角によって境界を限られる。開口数は光ファイバのコアと外装との種類や寸法などの要因によって決定される。受容円錐３１、３２の一部が、クロスハッチで示されている部分３３で重なり合う。受波光ファイバ５は放出された波のうち、部分３３内にあるものだけを収集するので、図１の光ファイバ対は、部分３３の限界内で反射、散乱された波、すなわちレイリー波を収集するだけである。この部分３３は「グレージング・フィールド」と呼ばれ、グレージング・フィールドが大きくなると、収集効率が高くなる。従来の光ファイバの開口数は典型的には１０°である。したがって、そのグレージング・フィールドは非常に限定され、その収集効率は低い。そのために、従来の光ファイバ対はラマン分光計を大幅に制約する。この種の分析のある応用分野が、産業界では流体媒体の実時間オンライン監視のために存在する。たとえば、ポリマー工業においては、融解したポリマーの温度、圧力および紺成を監視することが極めて望ましい。化学処理プラント、石油精製および精留プラント、ならびにスモッグや汚染物質の検出を含めた他の諸工業では、流体媒体の圧力、温度および組成の実時間オンライン監視は重要である。しかし、明らかに既存のプローブはそれらの条件の下でそのような監視は行えなかった。せいぜい、Ｓａｈａｇｅｎに付与された米国特許第４９９４７８１号および第５０８８３２９号に記載されているような、融解したポリマーの高い圧力および高い温度を監視するために、産業界ではピエゾ抵抗圧力トランスデューサを使用しているだけである。そのようなピエゾ抵抗圧力トランスデューサは１個または複数のピエゾ抵抗素子を上に取付けた圧力コレクタ・ダイヤフラムを用いている。ピエゾ抵抗素子が取付けられているダイヤフラムは圧力セル基部の内部に置くのが普通である。このセル基部はダイヤフラムの一方の側を低圧または真空に保つ。圧力を受ける外部流体媒体がダイヤフラムの外側に接触する。ピエゾ抵抗素子に電圧が印加され、圧力の変化に応じてダイヤフラムが曲がるにつれてピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化し、その結果としてピエゾ抵抗素子を流れる電流が変化する。しかし、高温、高圧の下におけるポリマーその他の流体媒体の組成のオンライン監視は存在しないことは明らかである。したがって、ポリマー融解物の組成は、高温、高圧においては実時間基準では知られない。そのようなポリマー融解物の圧力および温度は１５０００ｐｓｉおよび８００°Ｆ以上に達することがある。実際に、あるポリマー融解物プロセスにおいては温度は１５００°Ｆ以上、圧力は５００００ｐｓｉまで達することがある。更に、ある応用例では、ポリマー融解物は、従来の合金鋼およびステンレス鋼を容易に磨耗して劣化させる腐食性および磨耗性を持つスラリー粘性流体のことであり、ポリマーの監視に一層の障害になる。その結果、ポリマー工業においては、ポリマー融解物はオフライン試料収集によって制御されている。ポリマー融解物の組成は通常は、研究室で分析するためにプロセスからポリマー融解物の試料を取り出して定期的に分析するのが普通である。分析の後で、ポリマー融解物が生産に適当であるかどうかについての判定が行われる。オフライン試料採集では、研究室におけるそのような分析は実行に４時間も要するために、その意図する目的にとって有用でない物質がかなり生産される結果をもたらすことがある。大型のポリマー融解物処理プラントは１時間当たり１０００００ドルを超える価値のポリマーを生産できる。したがって、高温高圧のポリマー融解物を効果的にオンライン監視すると、１基のプラントだけでも大量のポリマー原材料の無駄を省くことによって、月ごとに多額のコストを節約できることになる。したがって、圧力や温度ばかりでなく、ポリマー融解物の組成の実時間オンライン監視を行うプローブが極めて望ましい。したがって、ポリマー融解物の高圧、高温、組成およびその他の物理的特性を監視できる耐久性に富む信頼できるプローブに対する大きな需要がポリマー工業に存在する。また、大きな手術の必要なしに体内の血液、がん、および異常な細胞成長を監視する大きな必要が医学の世界に存在する。たとえば、がんの状態または成長を判定するために手術を行わなければならないことがある。がんにある電磁波を照射すると、がんは散乱波またはルミネッセンス波を放射する。散乱波またはルミネッセンス波を集めて分析できる。それらの波の性質はがんの集中度、成長速度、およびその他の重要な性質を示す。がんを監視するためにこの現象を使用できるプローブを得ることが極めて望ましい。内臓のがんの処置のための１つの技術は患者の体に照射を行うものである。そのようながんの成長を根絶させるには、罹患している器官と周囲の組織に高い線量で放射線を照射する必要がある。その理由は放射線が周囲の組織と、体液と、おそらくその他の器官中に浸透しなければならないためである。そうするとその線量を受ける患者が悪影響を受けることがある。その悪影響のために線量および対応する効果が大きく制約される。発明の概要本発明は流体媒体を監視するためのプローブに関するものである。更に詳しくいえば、本発明は流体媒体を監視するためのプローブに関するものである。プローブは電磁波を流体中に放出する少なくとも１本の光ファイバを含む。流体は放出された波を散乱し、またはルミネッセンス発光を引き起こし、散乱波またはルミネッセンス光はその後で少なくとも１つの光ファイバによって集められる。本発明は、圧力や温度以外の広い種類の極端な環境内での腐食性物質および磨耗性物質あるいはその他の流体媒体の圧力、温度および組成を同時に、または個別に決定するのに使用するのに適したプローブを提供するものである。本発明は更に、穴を有する基部と、基部の穴を覆う窓を含み、窓は電磁波を流体中に送り込むことができ、プローブの収集効率が、散乱された、またはルミネッセンスを分析するのに適した、流体媒体を監視するためのプローブを提供するものである。本発明は更に、収集光ファイバの少なくとも１つの端部が窓の主面に対して５〜４５°の角度を持つ、複数光ファイバコレクタを提供する。この実施例は、収集光ファイバの端部に対する変更とあいまって、大きいグレージング・フィールドを提供する。したがって、この実施例は疎なレイリー波を含めてあらゆる種類の散乱波を収集することを可能にし、かつ効率的にする。別の実施例においては、本発明は電磁波を流体媒体中に送り込み、流体媒体から散乱されたすなわち分散された波を収集する手段を提供する。そのような流体媒体は高温高圧においては極めて腐食性、磨耗性に富むことがある。その腐食性、磨耗性は同時に発現されることもあれば、別々に発現されることもある。別の実施例においては、本発明は電磁波を流体媒体中に放出するための手段を提供する。電磁波は流体媒体中に入り込んだ後で、流体媒体中の分散によってはね返えされる。別の実施例においては、本発明は、分散された電磁波を、窓の後ろに置いた光ファイバを通じて流体媒体へと集め、コンピュータに動作可能に接続された分光計にその波を送る。コンピュータは流体の組成を実時間オンラインで分析する。別の実施例においては、本発明は、流体媒体の組成を分析し、流体媒体の圧力と温度を同時に、または個別に監視する手段を提供する。圧力検出素子と温度検出素子は圧力コレクタ・ダイヤフラムの領域に配置される。電磁波を通し、収集するためにダイヤフラムの一部を開いたままにして素子を配置することが好ましい。別の実施例においては、本発明は、ある電磁波に対して透明な窓を提供し、したがって、赤外線スペクトラム、近赤外線、中赤外線におけるようなある波長帯を窓によって濾波できるようにする。別の実施例においては、本発明は、電磁波を流体媒体中に送り込み、流体媒体によって散乱された電磁波を受ける手段を有するプローブを提供する。その手段の背後に置かれている光ファイバを通じて電磁波が収集される。この手段によりプローブは、腐食性や磨耗性に極めて富む流体媒体に、高温高圧で使用するのに適するようになる。本発明は更に、高圧、高温の流体媒体を外界から分離する窓として作用し、かつ散乱波を一層効率的に収集するためのレンズとして動作する、圧力コレクタ・ダイヤフラムを提供する。本発明は更に、光ファイバを窓に接して圧縮された状態に保持し、したがって、光ファイバおよび組立体全体の温度変化による熱膨張または熱収縮の差を補償する手段を提供する。本発明は、ラマン分光計分析計で使用されている原理などの、ある種の原理を使用可能にするのに十分な高いフォトン収集効率を達成するために、グレージング・フィールドすなわち収集円錐を大きくする手段に関するものである。本発明は、放射線を効果的にし、がんの成長の局部的抑制、破壊、および治療を促進するように、集中した線量の電磁放射線を局部的部位に送るための手段を提供する。本発明は更に、放射線を同時に当て、より多い線量の放射線をより短い間隔で照射できるように、結果を監視する手段も提供する。本発明は、人体内の細胞の相互作用および照射の後で、ルミネッセンス、反射波および散乱波を収集することにより、放射線を実時間オンラインで監視する手段を提供することによって、細胞を監視及び破壊できる組合せプローブを提供する。本発明は更に、従来の光ファイバによって供給されるものより広い波長範囲の電磁波を送り込み、収集することができる改良型の光ファイバを提供する。図面の簡単な説明本発明の上記の諸目的、諸特徴および諸利点は、添付図面を参照して行う好適な実施例についての以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。第１図は、従来の光ファイバの限界を示す図である。第２図は、本発明のプローブの一実施例の断面図である。第２Ａ図は、流体媒体の側から取り出したプローブの第２図の線Ａ−Ａに沿った端面図である。第３図は、ダイヤフラムの一実施例、ならびに接触パッドと、接続アームと、ホイートストンブリッジにおけるピエゾ抵抗素子と、温度検出素子のダイヤフラム上の配置を示す図である。第４図は、散乱曲線である。第５図は、ダイヤフラムの実施例、ならびに接触パッドと、接続アームと、ホイートストンブリッジにおけるピエゾ抵抗素子の配置と、残留圧力感度を低下させるための温度検出素子の配置を示す図である。第６図は、特定の元素、化合物および混合物の個別分析または同時分析を可能にするプローブの電磁窓の実施例を示す図である。第６Ａ図は、流体媒体から取出したプローブの第６図のＡ−Ａ線に沿った端面図である。第６Ｂ図は、第６図の部分Ｂにおける円錐形光ファイバの端部の拡大図である。第６Ｃ図は、第６図の部分Ｂにおける光ファイバの実施例の拡大端面図である。第６Ｄ図は、第６図の部分Ｂにおける光ファイバの別の実施例の拡大端面図である。第６Ｅ図は、第６図の部分Ｂにおける流体媒体側から取った光ファイバ対の別の実施例および温度検出素子の拡大端面図である。第７図は、多数の光ファイバと、プローブを袖強するスリーブとを用いるプローブの実施例の断面図である。第７Ａ図は、流体媒体の側から取出したプローブの第７図の線Ａ−Ａに沿った端面図である。第７Ｂ図は、第７図のプローブの端面図である。それはダイヤフラムと、ソース光ファイバと、収集光ファイバと、温度検出素子と、ピエゾ抵抗素子のダイヤフラム上の場所を示す。第８図は、円錐形端部と、第１図の従来の光ファイバ対より大きいグレージング・フィールドとを有する光ファイバ対の実施例を示す図である。第９図は、各光ファイバが凸状端部を有する光ファイバ対の実施例を示す図である。第１０図は、円錐台形端部を有する複数光ファイバの実施例を示す図である。第１１図は、球面状端部を有する複数光ファイバの実施例を示す図である。第１２図は、端部が球面状である中心光ファイバと、端部が円錐形状である多数の周囲の光ファイバとを有する複数光ファイバの実施例を示す図である。第１３図は、端部が円錐形状である複数光ファイバの実施例を示す図である。第１４Ａ図は、グレージング・フィールドが３０°である従来の光ファイバ対を示す図である。第１４Ｂ図は、グレージング・フィールドが６０°と増加した光ファイバ対を示す図である。第１５Ａ図は、正方形光ファイバのグレージング・フィールドを示す図である。第１５Ｂ図は、円形光ファイバのグレージング・フィールドを示す図である。第１６図は、従来の光ファイバ端部と対合できる円錐側面と平らな側面を有するダイヤフラムを示す図である。第１７図は、従来の光ファイバ端部と対合できる球面側面と平らな側面を有するダイヤフラムを示す図である。第１８図は、従来の光ファイバ端部と対合できる球面中心と、円錐環側面と、平らな側面を有するダイヤフラムを示す図である。第１９図は、従来の光ファイバ端部と対合できる球面側面と平らな側面を有するダイヤフラムならびにライナの位置を示す図である。第２０図は、従来の光ファイバ端部と対合できる凹んだ側面と平らな側面を有するダイヤフラムならびにライナの位置を示す図である。第２１図は、プローブの組立体とその組立体における光ファイバの位置を示す図である。第２１Ａ図は、流体媒体からプローブを分離するための手段を示す、第２１図の部分Ａの拡大図である。第２２図は、流体媒体中のプローブと分離スロットを示す図である。第２３図は、ダイヤフラムに対する残留応力を減少するための二重分離スロットを有する実施例を示す図である。第２４図は、流体媒体チャンバ内で２つのプローブが相互に向き合う別の実施例を示す図である。第２５図は、光ファイバが鋭く曲る時にコンパクトな２プローブ実施例の伝送の非効率を示す図である。第２６図は、光ファイバが鋭く曲がる必要のある時に伝送の非効率をなくすＶ形または球面形の反射器を示す図である。第２７図は、本発明のプローブ用のパッケージ全体を示す図である。第２８図は、医学用の皮下様ハウジング内に少なくとも１本の光ファイバが収められているプローブの実施例を示す図である。第２８Ａ図は、第２８図の部分Ａにおける皮下注射針の詳細を示す図である。第２８Ｂ図は、皮下注射針の端部に向き合う光ファイバ・チューブの一端部が窓によって封じられて真空室またはガス充填室を形成する、第２８図の部分Ｂにおける詳細を示す図である。第２９図は、電磁波の広い波長範囲の伝送を可能にする光ファイバ・チューブの構造を示す図である。好適な実施例の詳細な説明以下の説明は本発明を実施する最良の態様である。この説明は本発明の一般的な原理を示すために行ったものであって、限定的なものと解してはならない。本発明の範囲は添付の請求の範囲を参照すると最も良く決定される。添付の図面で、類似の参照番号は類似の部分を示すものである。第２図は本発明のプローブ６０の好適な実施例の断面図である。プローブ６０は電磁波を送ることができる窓１を含む。プローブ６０が圧力監視機能を持つ時は、窓１も、Ｓａｈａｇｅｎに付与された米国特許第４９９４７８１号および第５０８８３２９号に記載されているように、圧力コレクタ・ダイヤフラムとして機能する。それらの特許を参照のためにここに収める。簡潔にするために窓１を力コレクタ・ダイヤフラム１と呼ぶことにする。ダイヤフラム１は結晶質または無晶質の耐火材、半導体物質、金属間物質または金属で製作できる。第２Ａ図は第２図の線Ａ−Ａに沿う流体媒体の側から取り出したプローブの端面図である。第２Ａ図に示すように、ダイヤフラム１は六角形であるが、円形、正方形、三角形、またはそれ自体で製作を容易にするその他の形状にできる。ダイヤフラム１は、厚さ０．００３〜０．０７０インチの単結晶または多結晶サファイアの、薄くて歪めることができるダイヤフラムとすることができる。たとえば、直径０．３２０インチ、厚さ０．０１３〜０．０５０インチの単結晶サファイア・スライスを使用できる。サファイアは、１０１１の向きをＣ軸に沿ってＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法で成長させることが好ましい。従来の方法を用いてダイヤフラム１の上でエピタキシャル単結晶ピエゾ抵抗層を成長させることができる。ダイヤフラム１のための他のいくつかの材料はダイヤモンド、水晶、アルミナとして知られているＡｌ₂Ｏ₃などのセラミック化合物、ブリリアとして良く知られている酸化ベリリウムＢｅＯ、窒化シリコン、シリコン・カーバイド化合物、金緑玉として良く知られているブリリアおよびアルミナＢｅＯおよびＡｌ₂Ｏ₃、尖晶石として良く知られているＭｇＯおよびＡｌ₂Ｏ₃、化合物、ジルコニア・アルミナとして良く知られている酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウム系、紅柱石またはシリミナイトとして良く知られているＳｉＯ₂およびアルミニウム化合物、シリコン硝酸塩およびアルミニウム化合物、その他の任意の金属酸化物化合物、またはセラミック処理に適当で、熱膨張率が１×１０^-3〜１×１０^-7／ °Ｆ、電気絶縁性が高く、最適熱伝導度が０．０２０〜０．７００ｃａｌ／ｃｍ² ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃である化合物である。第２図に示すように、ダイヤフラム１が接合層２１によって、アモルファス金属酸化物または結晶金属酸化物、半導体物質、金属、合金またはそれらの組合せの圧力セル基部２に接合される。基部２の熱膨張率は接合層２１およびダイヤフラム１の熱膨張率に良く一致し、１５００°Ｆ以上の高い温度および５００００ｐｓｉ以上の高い圧力で動作できるようにしなければならない。基部２は電気コネクタ（図示せず）を分離することが好ましい。それらのコネクタは穴３にねじ込まれる。アルミナは基部２の適当な材料である。しかし、基部２は次の特性を持つ別の材料とすることもできる。すなわち、熱伝導度が高くて温度応答時間を短くできる、誘電率が高い、非多孔性、ガラスセラミックおよびろう付け封じのための接着性が良い、ポリマー工業、プラスチック工業、食品工業およびその他の工業において遭遇するかもしれない腐食性環境および磨耗性化合物に対する耐蝕性および耐磨耗性。基部２のための他の化合物のいくつかはダイヤモンド、水晶、およびブリリアとして良く知られている酸化ベリリウムＢｅＯなどのセラミック、窒化シリコン、シリコン・カーバイド化合物、金緑玉として良く知られているブリリアおよびアルミナＢｅＯおよびＡｌ₂Ｏ₃、尖晶石として良く知られているＭｇＯおよびＡｌ₂Ｏ₃、化合物、ジルコニア・アルミナとして良く知られている酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムの系、紅柱石またはシリミナイトとして良く知られているＳｉＯ₂およびアルミニウム化合物、シリコン硝酸塩およびアルミニウム化合物、その他の任意の金属酸化物化合物、またはセラミック処理に適当で、熱膨張率が１×１０^-3ないし１×１０^-7／°Ｆ、電気絶縁性が高く、最適熱伝導度が０．０２０から０．７００ｃａｌ／ｃｍ²／ｃｍ／ｓｅｃ／℃である化合物である。ダイヤフラム１と基部２の熱膨張率がほぼ一致した時に好ましい結果を達成できる。接合層２１は動作温度が１５００°Ｆ以上のセラミックガラスが好ましい。接合層２１は１×１０^-3〜１×１０^-7／°Ｆの熱膨張率を持つことが好ましい。不透化（ｄｅｖｉｔｒｉｆｙｉｎｇ）ガラスとしても知られているセラミックガラスは接合層２１のために使用できる。透化セラミックガラスまたは不透化セラミックガラスあるいはガラス、および好ましくは透化セラミックガラスを、シルクスクリーニングまたはドクター・ブレーディングなどの従来の技術によって、ダイヤフラム１と基部２の適切な場所に付着できる。セラミックガラス化合物のいくつかはＣｏｒｎｉｎｇＧｌａｓｓその他の供給業者から市販されている。そのような例の１つがＣｏｒｎｉｎｇＧｌａｓｓＮｏ．７５７８である。セラミックガラスをダイヤフラム１と基部２に付着し、乾燥サイクルを実施した後、選択したセラミックガラスの種類に応じて通常は３５０〜９００℃の温度で、セラミックガラスはダイヤフラム１と基部２に接合してダイヤフラム１と基部２を封じる。この温度範囲では、セラミックガラスは核生成および変換段階を通り、温度が上昇するにつれてプラスチックになって、１２００℃までの温度では融解しない固体物質になる。適切な材料を選択することによって熱膨張率を一致させることができるので、接合層２１はダイヤフラム１と基部２の熱膨張率に良く一致する。熱膨張率が一致することは、動作中に起こる繰り返し加熱・冷却サイクルから生じる微小なひび割れを減少または解消するために重要である。第２Ａ図に示すように、基部２は円筒形である。しかし、六角形、正方形、三角形または製造の容易なその他の任意の形にできる。第２図に示すように、基部２は、空洞６６を有する上面６２と、下面６４と、上面６２から下面６４まで延びる穴６８を有する。光ファイバ４と５はライナ６の中に配置され、ライナ６は穴６８の中に配置される。ライナ６はＫＯＶＡＲで構成することが好ましい。ポリアミド、または動作温度に耐えることができる別の適当な高温材料で光ファイバ４、５およびライナ６を一緒に固定する。これによって、もし固定されなければ破損しやすい光ファイバ４、５の端部の取扱い、収納、形成および研磨が容易になる。光ファイバ４、５は穴６８の中を滑って熱による膨脹収縮を補償する。ダイヤフラム１と、基部２および光ファイバ４、５は外部スリーブ９の中に収められる。スリーブ９はＫＯＶＡＲで製作すること、および基部２の外側に固定することが好ましい。たとえば、銀銅ろう付けを用いてスリーブ９を基部２に固定する。スリーブ９は基部２を補強し、密閉する。追加のハウジングおよび組立体をスリーブ９に取り付けることができる。スリーブ９は基部２と同一平面内を延長して、ダイヤフラム１を保護する機能も果たす。例示的実施例においては、電磁波源（図示せず）が電磁波を光ファイバ４の端部に供給する。波は光ファイバ４を通じて送られ、光ファイバ４の他端部から放出され、その後でダイヤフラム１を通って流体媒体内に入ってルミネッセンスまたは散乱波を生ずる。それらの波の一部は光ファイバ５によって集められ、分光計またはその他の分析試験器によって分析するために外界へ送られる。流体媒体（たとえば、気体または液体）はある電磁波長の範囲にわたって差動的に散乱させる。第４図に示すように、分光計は先に述べた集められた波に基づく山と谷を有する散乱曲線を生じることができる。どんな元素や混合物や化合物も、ある特性波長に山と谷を有する独自の散乱も曲線を生成するので、これは有用である。山の位置と大きさは、元素、化合物または混合物の種類および濃度を示す。第２Ａ図は第２図の部分Ａ−Ａに沿って切断したプローブ６０の端部断面図を示す。第２Ａ図は光ファイバ４、５と、ダイヤフラム１と、基部２の相対的な位置を示す。穴３によって下記のピエゾ抵抗素子および温度検出素子へのアクセスが可能になる。不正確な検出を避けるために、光ファイバ４、５はほぼ全ての波を送る必要がある。近赤外線ないし中赤外線、更に詳しくいえば、０．９〜４ミクロンの範囲内の電磁波を分析するための実施例は、光ファイバ４と５の直径が２００〜１０００オングストロームで、サファイアまたは別の適当な材料で製作する。第３図はプローブ６０の端面図を示す。プローブ６０は力収集ダイヤフラム１と、電磁的に透明な窓１３と、ピエゾ抵抗素子１２と、温度検出素子１１とを含む。ピエゾ抵抗素子１２と温度検出素子１１はエピタキシャル付着、化学蒸着、スパッタリングまたはその他の従来技術によってダイヤフラム１上に付着される。温度検出素子１１とピエゾ抵抗素子１２は、単結晶または多結晶のサファイア・ダイヤフラムの上にエピタキシャル成長その他の方法で付着することが好ましい。ピエゾ抵抗素子１２は、ダイヤフラム１の第１の主面８０（第２図）の空洞６６の付近の支持されていない部分の上に、空洞６６に（第２図）向き合って成長し、サファイア・ダイヤフラム１とともに単一の一体結晶構造を形成する。あるいは、ダイヤフラム１の支持されていない部分のどこにでもピエゾ抵抗素子１２を配置できる。ピエゾ抵抗素子１２の厚さは５００〜６００００オングストロームで、好適な厚さの範囲は５００〜７０００オングストロームである。１つの好適なピエゾ抵抗物質は、ホウ素の不純物ドーピングが５×１０¹⁷〜２×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の範囲のシリコンである。別の実施例においては、厚さが８０００オングストロームから１００００オングストロームのシリコンをダイヤフラム１に付着し、ホウ素原子などのＰ形ドーパントを約１×１０¹⁷〜約５× １０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度にドープする。また、ピエゾ抵抗圧力検出素子としてシリコンを使用する時は、シリコンにホウ素原子を９×１０¹⁷〜約５×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³、好ましくは３×１０¹⁸〜２×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ の範囲でドープできる。ドーピングは標準的な半導体拡散技術またはイオン打ち込み技術で行う。指定されたホウ素濃度を目標とする時は、１０００〜１２００℃の範囲の拡散温度が使用できる。これによって、望ましい小さな抵抗温度係数と比較的大きいゲージファクタのピエゾ抵抗素子が得られる。他のピエゾ抵抗物質には各種のシリサイト、ニクロム、および各種のセラミック物質が含まれる。付着されたピエゾ抵抗素子は（標準フォトリソグラフィックマスキング技術およびエッチング技術を用いて）ホイートストン・ブリッジに構成され、薄い導電層でピエゾ抵抗素子をサファイア・ダイヤフラム上の接触パッドに接続する。シリコンの高いゲージファクタを欠いているが、制御可能な抵抗の温度係数を有するピエゾ抵抗素子として応用可能なことが実証済みの他の合金および元素は次の通りである。１．純白金２．タングステンが約８％／残りは白金化合物またはその他の百分率のタングステン３．白金シリサイトとして良く知られているシリコン／白金化合物４．クロムが２０〜８０％またはその他の比率のニッケル／クロム合金５．コンスタンタン合金として良く知られているニッケル／銅合金６．酸素をドープされたシリコンカーバイド７．タンタル／アルミニウム酸化物サーメット８．アルミニウム／アルミニウム酸化物サーメット９．金／アルミニウム酸化物サーメット１０．白金／アルミニウム酸化物サーメット１１．上記物質のその他の組合わせ、または結晶金属酸化物基板や非晶質金属酸化物基板または半導体基板上でピエゾ抵抗性を示すその他の物質。他の適当なピエゾ抵抗物質および温度検出物質、並びに付着方法はＳａｈａｇｅｎに付与された米国特許第４９９４７８１号および第５０８８３２９号に記載されている。それらの特許を参照により本明細書に合体する。第３図に示すように、接続アーム７６と、接触パッド７８と、ピエゾ抵抗素子１２と、温度検出素子１１とは同様の材料で製造できる。たとえば、サファイアは０．１５〜６ミクロンの波長範囲の電磁波に対して透明な帯域フィルタを構成できる。ホイートストン・ブリッジ中のピエゾ抵抗素子１２は、ダイヤフラム１の第１の主面８０（第２図）の上に、空洞６６に面して配置される。流体媒体がダイヤフラム１の第２の主面８２（第２図）に圧力を加えて、ダイヤフラム１を空洞６６へ向けて曲げる。ホイートストン・ブリッジに印加される電圧が一定であると、ダイヤフラム１が曲がることによって電流が変化することになる。第５図に示すように、電気信号が抵抗性接続アーム７６を通じて接触パッド７８に導かれる。パッド７８はリード（図示せず）に溶接され、穴３（第２図）にねじ込まれる。リードは電気信号を外界へ運ぶ。温度検出素子１９、２０は、ダイヤフラム１のほとんど曲がらない支持されている部分に配置される。このようにして、温度が変化するとそれに比例して電気信号が変化し、その電気信号の変化が分析のために上記外界へ再び送られる。第５図は電磁的に透明な窓１３がダイヤフラム１の中央に配置されている実施例を示す。あるいは、窓１３をダイヤフラム１の別の部分に配置でき、または少なくとも１本の光ファイバを含むことができる穴３（第１図）の反対側に配置できる。第５図は、圧力と温度の測定だけが望まれる場合に、光ファイバのないダイヤフラム１を示す。ピエゾ抵抗素子１２はホイートストン・ブリッジに配置され、図のように、ダイヤフラム１の第１の主面８０（第２図）の支持されていない部分の空洞６６に配置される。別法では、ピエゾ抵抗素子１２は第１の主面８０の任意の場所に配置される。温度検出素子１９、２０は、ダイヤフラム１の第１の主面８０の支持されている部分のホイートストン・ブリッジに配置される。別の実施例においては、温度検出素子１９、２０は第１の主面８０（第２図）の任意の場所に配置される。温度検出素子１９、２０を、ダイヤフラム１がほとんど曲がらない場所に置くことが好ましい。この実施例においては、温度素子１９、２０はダイヤフラム１に加えられる圧力をほとんど感じないであろう。まだ、この場所でも、残留応力がプローブ６０の温度監視機能の確度に影響を及ぼすことがある。第３図は残留応力を減少し、またはなくす温度素子１１の構成を示す。温度検出素子１１はシリコンの１１０結晶軸に関して４５°の角度に沿って配置される。第５図は温度検出素子１９、２０の残留圧力感度を最小にするための別の実施例を示す。温度検出素子１９、２０は直列に、かつダイヤフラム１の支持されている部分における１１０軸に沿った１００結晶面内で相互に垂直になるように配置される。温度検出素子１９と２０は依然として小さい残留応力を独立に感じるが、応力の大きさは等しく、逆向きで、打ち消し合い、その結果として残留応力に対する感度はなくなる。第６図はプローブ６０を補強するためのスリーブ９を有する別の実施例を示す。スリーブ９は、時にはもろい基部２の破損と、流体媒体によって基部２に加えられる高圧との少なくとも一方をなくすことによって、基部２を補強する。第６図は電磁窓の構成を示す。基部２の複数の穴３が上面６２から下面６４まで延ばす。第６図に示すように、各穴３は少なくとも一対の光ファイバ対３１、３２を保持して、電磁波を介して流体媒体の独立した監視および分析を実行できる。ダイヤフラム１（たとえばサファイアの）は上記のように基部２に接合される。ダイヤフラム１は穴３をふさぐ複数の電磁波窓を提供する。これらの窓は基部２の上面６２を封じる。光ファイバ３１、３２の端部はダイヤフラム１に密着する。ダイヤフラム１の第２の主面８２に密着している流体媒体に入射する波は反射され、分析およびその他の目的のために光ファイバ３２を通じて集められる。第６Ａ図は第６図の線Ａ−Ａに沿って流体媒体側から見たプローブの端面図である。第６Ａ図は穴に整列して向き合って配置された追加の電磁窓も示す。このプローブはソース光ファイバと収集光ファイバを用いて流体媒体の温度を測定する。第６Ｂ図は第６図の部分Ｂの拡大図であって、光ファイバ対の円錐形端部を示す。第６図と第６Ｅ図に示すように、基部２の各穴３の内側で光ファイバ３１、３２の端部とダイヤフラム１の間または他の任意の便利な場所に帯域フィルタ１０２を設け、すなわち付着することによって、類似の結果を達成できる。たとえば、帯域フィルタ（複数の帯域フィルタ）１０２を電磁源と監視される流体媒体の間に置くことができる。その帯域フィルタは選択帯域幅における吸収／伝送曲線の識別を支援する。第６Ｅ図に示すように、本発明は、反射され、または散乱されて、ダイヤフラム１の主面８０上の温度検出素子１０４に集束された電磁波を集める実施例を提供もする。温度検出素子１０４に入射する電磁波、とくに赤外線範囲の電磁波、は更に自由電子を解放する。それらの自由電子は入射波の強さに比例して抵抗値を変化する。抵抗値の変化は流体媒体の組成などのある特性を検出し、または流体媒体の特定の元素、化合物、混合物の少なくとも１つを識別する。この特定の実施例は自動車工業に、たとえば、汚染物質検出器として、および流体媒体の正確な組成分析を行うための比較的安価なプローブを要する他の産業において広い用途を持つに違いない。第６Ｃ図は第６図の部分Ｂにおける光ファイバ対の実施例の拡大端面図である。第６Ｄ図は第６図の部分Ｂにおける光ファイバ対の別の実施例の拡大端面図である。第６図に示す実施例は、流体媒体中の濃度を決定できるように、帯域フィルタを用いることによって、流体媒体の特定の元素、化合物および混合物を目標とする手段を提供するものである。この実施例は、自動車工業に使用するための、費用効果の高いコンパクトな汚染物質検出器に適用途することができる。もちろん、この実施例には元素、化合物および混合物の定量分析および定性分析が必要な他の多くの応用分析がある。第７図は複数光ファイバ１６、１７と、プローブ６０を補強するために基部２を収めるスリーブ９とを用いるプローブ６０の実施例の断面図を示す。この実施例においては、光ファイバ１６が波を流体媒体中に放出し、光ファイバ１６の周囲に配置されている複数の光ファイバ１７が流体媒体と相互作用した後の波を集める。この複数光ファイバ実施例は単一光ファイバ収集器に対して大きな改良を提供するものであるが、ラマン分光計およびその他の分光計である作業を行うために必要な収集効率を依然として欠いている。第７Ａ図は第７図のプローブ６０の端面図であって、更にダイヤフラム１と、ソース光ファイバ１６と、収集光ファイバ１７と、ライナ６との相対的な位置を示す。第７Ｂ図は更に第７図に示すプローブ６０の端面図と、温度検出素子１１およびピエゾ抵抗素子１２の位置とを示す。圧力、温度、組成プローブ６０を組合わせて用いてそれらのパラメータを同時に監視でき、または個別にあるいはある組合わせで使用できる。第８図は円錐形端部と、第１図に示す従来の光ファイバ対より大きいグレージング・フィールドを持つ光ファイバを示す。第８図に示すように、本発明のこの実施例では、個別受容円錐３４、３５を増大させてグレージング・フィールド３６を増大し、収集効率を高くする。第８図はソース光ファイバ４と、光ファイバ軸に垂直な平面に関して約２０° の角度を成す円錐形端部を持つ収集光ファイバ５とを示す。角度が約２０°であると好ましい結果を達成できるが、角度は約５°から約４５°までのどれにでもできる。唯一の要件は、最大角度が使用する光ファイバの臨界角より大きくてはならないことである。第８図は、元の光ファイバ対以外の追加の光ファイバなしに、かつ光ファイバの個々の直径を太くすることなしに、収集効率を劇的に向上する技術を示す。そうすると、第１図に示す従来の光ファイバ対の収集効率より収集効率が高くなる。第９図はそれぞれ凸端部を有する光ファイバ対４、５を示す。一実施例においては、光ファイバの端部は凸状、球面状であって、光ファイバの直径より長い焦点距離を持つ。凸状端部は、受容円錐３４と３５の重なり合いを増加することによって、グレージング・フィールド３６のカバー範囲を広くする。第９図は、同じ寸法、同じ形、同じ材料、同じ直径、および同じ構成の従来の光ファイバ対より収集効率が高い光ファイバ対を提供するものである。第１０図は、円錐台形の端部を持つ複数光ファイバ構成を示す。一実施例においては、発生ソース光ファイバ１６は複数の収集光ファイバ１７の中心にある。ライナ６が複数光ファイバを収める。この実施例においては、収集光ファイバ１７の各端部９０は、ソース光ファイバ１６の軸に垂直な平面に対して２０°の角度を成す。ただし、その角度は約５ °から４５°まで、さらには光ファイバの臨界角度までのどれにでもできる。この実施例はグレージング・フィールドのカバー範囲を広くもする。第１１図は、球面状端部を持つ別の複数光ファイバ構成を示す。この実施例においては、ソース光ファイバ１６は複数の収集光ファイバ１７の中心にある。第１０図に示すものと同様に、収集光ファイバ１７はソース光ファイバ１６の周囲に配置される。光ファイバ１６と１７の端部は半径Ｒの球面形で終端する。この実施例は同じ構成、および寸法、形状、材料および直径が類似の光ファイバを用いる従来の光ファイバのグレージング・フィールドよりカバー範囲を広く（かつ収集効率を高く）する。ライナ６は複数光ファイバを収める。第１２図は、ソース光ファイバ１６が複数の収集光ファイバ１７の中心にある複数光ファイバ実施例を示す。ソース光ファイバ１６は半径Ｒの球面形端部を有する。収集光ファイバ１７はソース光ファイバ１６の周囲に配置される。各収集光ファイバ１７は、光ファイバの軸に垂直な平面に対して約２０°、または約５ °から約４５°までの任意の角度を成す。光ファイバのこの実施例は、寸法、形状、材料および直径が類似の同数の従来の光ファイバのグレージング・フィールドよりカバー範囲を広く（および収集効率を高く）する。研削、ラッピングおよび研磨を含めた従来の技術によって光ファイバの端部を変更できる。第１３図は円錐形端部を有する多数光ファイバ構成を示す。一実施例においては、第１０図に示すものと類似のやり方で周辺に配置されている複数の収集光ファイバ１７の中心にソース光ファイバ１６はある。光ファイバ１６と１７の端部は、光ファイバの軸に垂直な平面に対して約２０°、または第１０図を参照して先に述べた任意の角度を持つ円錐で終端する。光ファイバ端部のこの変更寸法、形状、材料、直径、および構成が類似の光ファイバを同数用いる従来の光ファイバのグレージング・フィールドよりカバー範囲を広く（および収集効率を高く）する。第１４Ａ図および第１４Ｂ図は第８図、第１０図、第１２図および第１３図に示す実施例で得られる本発明の利点を明らかにするものである。第１４Ａ図に示すように、従来の端部を持つ光ファイバ対のグレージング・フィールドは約３０ °である。対照的に、光ファイバの軸に垂直な平面に対して約１５°の角度を成す円錐形端部を持つ光ファイバ対（第１４Ｂ図）グレージング・フィールドは約６０°である。第１５Ａ図および第１５Ｂ図は、円形光ファイバに対する正方形光ファイバの利点を示す。正方形光ファイバ（第１５Ａ図）は円形光ファイバ（第１５Ｂ図）のグレージング・フィールド（すなわち、ハッチングを施した部分＝０．２２１平方インチ）より大きいグレージング・フィールド（すなわち、ハッチングを施した部分＝０．２３７平方インチ）を提供する。第１６図は、ダイヤフラム１の第１の主面８０が平らで、従来の光ファイバ１６、１７の端部に接合し、第２の主面８２が１４０°の円錐である別の実施例を示す。第１６図はライナ６も示す。グレージング・フィールドを増大することに関連する前記説明を元にして、電磁波の収集が改善される結果となることが分かる。第１７図、第１８図、第１９図はダイヤフラム１の第１の主面８０が従来の光ファイバ１６、１７の端部に接合する更に別の実施例を示す。ダイヤフラム１は電磁収集効率を高くするために、それぞれ、半径がＲの球面形（第１７図）、中心部が半径Ｒの部分球面で、周辺部が１４０°の円錐形（第１８図）、１４０° の円錐形（第１９図）、周辺が１４０°の凹円錐（第２０図）である第２の主面８２を有する。円錐形ダイヤフラム１は、光ファイバの軸に垂直な平面に対して５°から４５°までの任意の角度で、臨界角より大きくない角度を成すことができる。第１７図、第１８図、第１９図、第２０図はライナ６も示す。第２１図はプローブ６０の組立体と、この組立体内部の光ファイバ対の位置を示す。第２１図または第２１Ａ図に示すように、プローブ６０はダイヤフラム１と、圧力セル基部２と、スリーブ９と、中空リング３４とを含む。中空リング３４は、端部がスリーブ９に対して４５°の角度を成す封じ先端部３５を含む。中空リング３４は分離スロット５６を形成し、かつ、上側ハウジング３７と一体であるボデー３６と一体であり、またはそれに取り付ける。上側ハウジング３７は、コネクタ３８が設けられているプレート９２に終端する。コネクタ３８は光ファイバ４と５を外界に接続する。流体媒体の圧力と温度に関連するアナログ出力を得ることができるように、保護ケーブル３９は、接合されているリード（図示せず）を介して温度検出素子１１とピエゾ抵抗素子１２（第３図および第５図）に接続される絶縁線を含む。第２１図は、光ファイバ対３３の端部とダイヤフラム１（第２１Ａ図）の端部を相互に密着させた状態に維持するやり方を示す。第２１図と第２１Ａ図に示すように、光ファイバ３３の端部８４がダイヤフラム１の第１の主面８０に密着する。光ファイバ３３の他端部８６がコネクタ３８に取り付けられる。光ファイバ３３はたるみを持ち、弾力がある。弾力のために、光ファイバ３３はプローブ６０の内部に圧縮して保持される。したがって、プローブ６０の全体のパッケージがどのように熱膨張しても、弾力光ファイバ３３がプローブ６０の新たに延長された長さまで延長されて、ダイヤフラム１との密着を維持する。更に、プローブ６０がどのように熱膨張しても光ファイバ３３は圧縮される。いずれにしても、光ファイバ３３はダイヤフラム１との密着状態を維持される。これにより、温度変化またはダイヤフラム１の曲りによって光ファイバ３３の端部８４からダイヤフラム１が分離されることが解消される。これは重要である。というのは、光ファイバ３３の端部８４が密着状態を維持しないか、一定距離だけ離れたままにしないと、分析が信頼できないためである。第２１Ａ図は第２１図に示すプローブの部分Ａの拡大で、中空リング３４と、ボデー３６と、基部２と、ダイヤフラム１と、スリーブ９と、封じ先端部３５と、分離スロット５６との関係を示す。分離スロット５６はプローブ６０を、高温高圧、腐食性で有害な流体媒体から分離し、プローブ６０がフィールド中に設けられた時に応力の移動を分離する。第２２図は、プローブの確度に影響を及ぼすことがある応力からダイヤフラム１を分離するやり方を示す。第２２図はプローブ６０の斜めの封じ先端部３５と分離スロット５６を示す。分離スロット５６は第２１Ａ図にも示されている。封じ先端部３５はプローブ６０のダイヤフラム１を流体媒体から分離する。ボデー３６はねじ部を有する。それらのねじ部は、先端部３５がハウジング１００の雌斜め封じ部３６に接触した時に、長手方向の力を加える。両方の斜め表面に加えられる、プローブ６０を外界から封じるために十分である、長手方向の圧縮力は、ダイヤフラム１に残留応力も発生する。分離スロット５６は応力がダイヤフラム１に移されることを減少し、または解消する。第２３図は二重分離スロットを用いる別の実施例である。分離スロット４１に結合されている分離スロット４０はダイヤフラム１への残留応力の移転を一層減少する。残留応力を更に減少させたい場合は、追加の分離スロット（図示せず）を使用できる。第２４図は２つの独立したプローブ４３と４４を円筒形流体媒体室７の内部で相互に向き合って係合させた別の応用例を示す。プローブ４３はソース光ファイバとして作用し、プローブ４４は収集光ファイバとして作用する。この実施例は、たとえば、スモッグの規制のために実時間オンライン排気分析が重要である自動車工業において理想的である。第２５図はコンパクトな２プローブ実施例での問題を示す。第２５図は、第２図に示した、ボデー４９の内部で係合される２個のプローブを示す。プローブ４５が放出プローブであり、プローブ４６が収集プローブである。光ファイバ中の「Ｕ」曲り４７が収集プローブ４６から信号源へ戻り、外界へ出る。プローブ４５、４６と流体媒体室４８の全体的な構成によりこの２プローブ実施例はコンパクトになる。しかし、この２プローブ設計のこのコンパクトな性質は、伝送効率を犠牲にする、収集光ファイバが「鋭いＵ」曲り４７に曲げられるという顕著な欠点を持つ。第２６図は、この伝送の非効率を解消する本発明の別の態様を示す。ある実施例においては、本発明は、ボデー５０内に配置されてＶ形または球面形の電磁反射器５１と、対称的に向き合う２本の光ファイバ４６、５２を提供する。この実施例は、超小型の２プローブの伝送効率を効率的にするコンパクトなパッケージを提供する。プローブのボデー５０の内部に設けられている反射器５１の表面に、金、銀、ロジウムおよびニッケルなどの電磁波反射物質を被覆すると、伝送効率を３０％以上にできる。第２７図は本発明のプローブ６０の全体のパッケージを示す。第２８図は、皮下注射針を構成するスリーブ内部に収められた少なくとも１本の光ファイバを有する医学用の超小型プローブ６０の更に別の実施例を示す。第２８Ａ図に示すように、一実施例においては、プローブ６０は複数の光ファイバ１６、１７を含む。それらの光ファイバはスリーブ２０４の内部に収めたライナ６に収められる。スリーブ２０４は生体内医学用の皮下注射針を構成し、プローブ６０を補強する。光ファイバ１６は電磁波を流体媒体中に放出し、光ファイバ１７は散乱された波、ルミネッセンス波または分散された波を集め、それらの波を前のように分析のために外界へ送る。プローブ６０は、材料が患者にとって有害でない限り、材料および構造が第２図のプローブ６０のそれに類似する種類のものとすることができる。プローブ６０は、血液の実時間オンライン監視、生体反応炉、異常細胞成長、およびその他の医学用に使用できる。第２８Ｂ図は光ファイバチューブ２００のための連結を示す、第２８図の部分Ｂの拡大を示す。チューブ２００はコネクタ３８を介してプローブ６０の出口に連結され、窓２０６によって封じられて真空室または気体充填室を形成する。第２９図は、広い範囲の電磁波長を伝送できる少なくとも１本の光ファイバチューブ２００を示す。結晶、または非晶質の耐火物質、金属酸化物、半導体物質、または金属間、およびプラスチックを用いてチューブ２００を製作できる。チューブ２００の内径が約５００ミクロンで、外径が約６００ミクロンの場合に好ましい結果が達成できる。チューブ２００の端部は開いたままにでき、または窓２０２で閉じたままにでき、および第６Ｂ図、第８図、第９図ないし第１３図、第１４Ｂ図および第１６図ないし第２０図の変更された光ファイバ端部をとることができる。たとえば、第２９図に示す窓２０２は、窓がチューブに取り付けられた時に窓の端部が、光ファイバの軸に垂直な平面に対して約２０°の角度を成すように、窓の端部を横切って切断することによって得られる円錐形を形成する。窓２０２がチューブ２００の両端を適切にふさぐと、チューブ２００を不活性ガスで充填でき、または好ましくは真空にできる。あるいは、チューブ２００はコネクタ３８を通じてプローブ６０を出て、窓２０６により封じられて真空室または気体充填室を形成する。チューブ２００の壁はサファイア、石英、ガラス、プラスチック、または電磁波を反射するのに適した、１．００より大きい屈折率を持つその他の任意の材料で製作できる。光ファイバチューブは、ガンマ波から、ｘ線、赤外線、紫外線およびその他の波長のほぼ全波長範囲をカバーする電磁波を伝送できる。真空を用いる実施例においては、広い波長伝送に対する唯一の実際の制約は、窓２０２または２０６に使用する材料である。たとえば、人体内部のがん細胞を検出するためと、同じがん細胞を治療するためにチューブ２００などの光ファイバを通じて送られたｘ線その他の波を検出するために光ファイバ１６、１７を使用できる。第２９図を参照して説明した光ファイバチューブは、ｘ線、ガンマ線、または望ましくない細胞を除去できるその他の放射線の伝送にとくに適当にできる。そのような新規な特徴の組合わせによって、望ましくない細胞の除去、成長率および状態を、放射線治療と同時に監視することを可能にする。第２９図を参照して説明した実施例は、中空金属チューブとは異なって、本発明によって製造された外光ファイバの曲りが光ファイバの伝送効率をもはや大きく制約しない、という追加の利点を提供する。内部壁が研磨され、金、銀、白金、ロジウム、またはニッケルでめっきされて、反射効率７０％以上であるが金属チューブを使用できる。しかし、屈折率が適合しないために多くの伝送効率が失われる。チューブ２００の極めて小さい曲りも電磁波の伝送を抑制し、または大幅に停止する。なお、本発明には以下の態様が含まれることを付記しておく。１２．光ファイバプローブ用パッケージにおいて、コネクタ端と窓端を含むハウジングと、前記窓端に配され、前記ハウジングに面する内面と流体に面する外面を有する第１窓と、一方の端が前記第１窓の内面に隣接し他方の端がコネクタ端に隣接し、かつ前記ハウジングの熱膨張を補償するために圧縮されている弾性光ファイバと、ベースと第１窓を収納し、前記ベースと第１窓を強くするスリーブを含むパッケージ。１３．光ファイバにおいて、クラッディングとして機能し、第１及び第２端を有する光ファイバチューブと、前記光ファイバチューブ内の流体コアを含む光ファイバ。１４．電磁波を放射及び／又は収集する複数の光ファイバにおいて、クラッディングとして機能し、第１及び第２端を有する複数の光ファイバチューブと、前記光ファイバチューブ内の流体コアと、チューブの第１端を密封する第１窓及び／又はチューブの第２端を密封する第２窓を含み、少なくとも一つの窓は収集効率を増大させるように形成されている複数の光ファイバ。１５．流体媒体の温度を監視する温度プローブにおいて、１００面及び結晶学上の１１０軸を有する単結晶ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの１００面上に配された温度検出素子を含み、前記温度検出素子は前記１１０軸に関して４５度の角度をなす温度プローブ。１６．流体媒体の温度を監視する温度プローブにおいて、１００面及び結晶学上の１１０軸を有する単結晶ダイヤフラムと、互いに直列かつ前記１００面に配された第１及び第２温度検出素子、を含み、前記第１温度検出素子は１１０軸に沿って配置され、第２温度検出素子は１１０軸に対して９０度の角度をなすように配置された温度プローブ。１７．プローブ用パッケージにおいて、コネクタ端と窓端を有するハウジングと、窓端に配され、その内面が前記ハウジングに面し外面が流体に面する窓と、一方の端が前記窓の内面に隣接し他方の端が前記コネクタ端に隣接し、かつハウジングの変形を補償するために圧縮されている弾性光ファイバを有するパッケージ。１８．流体媒体を監視するプローブにおいて、流体に面した端を有する第１光ファイバと、流体に面した端及び非流体に面した端を有する第２光ファイバ、を含み、前記第１及び第２光ファイバの流体に面した端は実質的に互いに反対に位置し、これら流体に面した端の間で電磁波が流体内を伝送するように監視されるべき流体により分離されており、かつ、前記第２光ファイバの非流体に面した端に面し、前記第２光ファイバから放射された、あるいは第２光ファイバにより収集された電磁波を所定方向に反射する反射器と、前記所定方向と実質的に反対に配された端部を有する第３光ファイバを含むプローブ。１９．流体媒体を監視するプローブにおいて、電磁波を伝送し得る液体又は固体からなるコアを含み、流体に面する端部を有する第１光ファイバと、電磁波を伝送し得る液体又は固体からなるコアを含み、液体に面する端部及び反射器に面する端部を有する第２光ファイバと、を含み、第１光ファイバと第２光ファイバの流体に面する端部は分離されて互いに反対に配され、かつ、前記反射器端に面し、入射電磁波を受けて所定方向に反射する反射器と、電磁波を伝送し得る液体又は固体からなるコアを含み、前記反射器端に面する端部を有する第３光ファイバを含むプローブ。２０．プローブ用のパッケージにおいて、第１窓及び第２窓を反対の端部に有するハウジングと、前記ハウジング内に存する少なくとも一つの光ファイバチューブと、を含み、前記光ファイバチューブは前記第１窓に隣接する第１端と前記第２窓に隣接する第２端を有するパッケージ。２１．生物医学的装置において、皮下注射針を含むスリーブと、前記スリーブ内に配された少なくとの一つの光ファイバと、前記スリーブ内に配され、第１端１及び第２端を有し、電磁波ガイドとして機能する光ファイバチューブ。２２．光ファイバにおいて、クラッディングと、前記クラッディング内のコアを含み、前記コアは、非晶質耐火材、金属酸化物、結晶耐火材金属酸化物、半導体、金属、金属合金またはこれらの結合からなるグループから選択された物質から形成される光ファイバ。２３．光ファイバにおいて、クラッディングと、前記クラッディング内のコアを含み、前記コアは、ダイヤモンド、ダイヤモンドに類する物質、ベリリウム酸化物、シリコン窒化物、炭化シリコン化合物、ブリリア及びアルミナ、ＭｇＯ及びＡｌ₂Ｏ₃化合物、ジルコニウム酸化物系及びアルミニウム酸化物系、ＳｉＯ₂ 及びアルミニウム化合物、窒化シリコン及びアルミニウム酸化物化合物またはこれらの結合、またはセラミック処理に適した金属酸化物からなるグループから選択された物質から形成された光ファイバ。２４．光ファイバにおいて、クラッディングと、前記クラッディング内のコアを含み、前記コアは、ダイヤモンド、サファイヤ、シリコン、ゲルマニウムからなるグループから選択された物質で形成される光ファイバ。２５．コンパクトな２プローブ系において、２つの独立したプローブが流体チェンバ内で互いに向き合うように係合し、一つのプローブが電磁波源として機能するとともに他方のプローブが収集器として機能する２プローブ系。２６請求項２において、一つの光ファイバが複数の光ファイバにより囲まれているプローブ。２７．請求項２６において、一つの光ファイバが電磁波を収集し、複数の光ファイバが電磁波を放射するプローブ。２８．請求項５において、少なくとも一つの光ファイバが電磁波を流体に放射及び／又は収集する光ファイバペアを含むプローブ。２９．請求項２８において、前記光ファイバペアの端部は前記封止手段に密着しているプローブ。３０．請求項５において、前記封止手段は光ファイバと前記ベースの穴の間に接合層を有するプローブ。３１．請求項５において、前記封止手段は、それぞれの穴に対して個々の窓を有するプローブ。３２．請求項５において、前記封止手段は、前記複数の穴の全てを覆う窓を有するプローブ。３３．請求項５において、前記封止手段は、流体媒体内の特定の要素、化合物、または合成物に対応する個々の波長バンドを目標とするターゲット手段を含むプローブ。３４．請求項５において、前記封止手段は、流体媒体内の特定の要素、化合物、または合成物に対応する個々の波長バンドを目標とするために電磁波の伝送路に配されたバンドパスフィルタを含むプローブ。３５．請求項５において、バンドパスフィルタは電磁波源と封止手段の間に配されるプローブ。３６．請求項５において、さらに、流体から離れて光ファイバに向かって前記封止手段に隣接した温度検出素子を含むプローブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩＧ０１Ｎ 21/27 8304−2ＪＧ０１Ｎ 21/27 Ｚ 21/64 8304−2Ｊ 21/64 ＺＧ０２Ｂ 6/00 7036−2ＫＧ０２Ｂ 6/00 Ｂ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，ＫＲ，ＲＵ，ＵＡ

Claims

【特許請求の範囲】１．流体媒体を監視するプローブにおいて、穴を有するベースと、前記穴の一部を封じる圧力コレクタダイヤフラムと、を含み、前記ダイヤフラムは電磁波を伝送することができるプローブ。２．流体圧力、温度及び組成を監視するプローブにおいて、上面及び下面を有するベースであって、上面に空隙を有し、かつ上面から下面に延びる少なくとも一つの穴を有するベースと、前記穴に配され、電磁波を伝送するための少なくとも一つの光ファイバと、第１及び第２主面を有するダイヤフラムであって、第１主面は前記ベースの上面に面するとともに前記第２主面は流体に面し、流体圧力は前記ダイヤフラムを前記空隙に向かって曲げる方向に印加され、かつ電磁波を伝送するダイヤフラムと、前記ダイヤフラム上の圧力検出素子と、前記ダイヤフラム上の温度検出素子と、を含むプローブ。３．流体媒体を監視するプローブにおいて、上面及び下面を有する有するベースであって、上面から下面に延びる少なくとも一つの穴を有するベースと、前記穴に配され、電磁波を伝送するための少なくとも一つの光ファイバと、第１及び第２主面を有する窓であって、ベース上に支持され、第１主面は前記ベースの上面に面するとともに前記第２主面は流体に面し、流体圧力が前記窓を前記ベースに向かって曲げる方向に印加される窓を含むプローブ。４．流体媒体を監視するプローブにおいて、上面及び下面を有するベースであって、上面に空隙を有し、かつ上面から下面に延びる電磁波を伝送するための少なくとも一つの穴を有するベースと、第１及び第２主面を有するダイヤフラムであって、第１主面は前記ベースの上面に面するとともに第２主面は流体に面し、流体圧力は前記ダイヤフラムを前記空隙に向かって曲げる方向に印加されるダイヤフラムと、前記ダイヤフラム上の圧力検出素子と、前記ベースを実質的に収納し強化するスリーブを含むプローブ。５．流体媒体を監視するプローブにおいて、上面及び下面を有し、かつ上面から下面に延びる複数の穴を有するベースと、前記穴に配された少なくとも一つの光ファイバと、前記複数の穴を封じ、かつ電磁波を伝送する封止手段を含むプローブ。６．生物医学用プローブにおいて、皮下注射針を含むスリーブと、前記スリーブ内に配された少なくとも一つの光ファイバと、前記スリーブと前記光ファイバ間の接着層を含むプローブ。７．生物医学用プローブにおいて、皮下注射針を含むスリーブと、前記スリーブ内のライナーと、前記ライナー内に配された電磁波を放出／収集する光ファイバ束を含むプローブ。８．流体媒体を監視するプローブにおいて、上面及び下面を有し、かつ上面から下面に延びる少なくとも一つの穴を有するベースと、前記穴に配された少なくとも一つの光ファイバと、前記穴を横切って配された電磁波を伝送し得るダイヤフラムと、前記ベース及びダイヤフラムを収納し、前記ベースに強度と剛性を与えるスリーブを含むプローブ。９．流体媒体を監視するプローブにおいて、光源から流体内に電磁波を伝送する第１光ファイバと、前記流体と相互作用した電磁波を収集端から収集する第２光ファイバと、を含み、前記第１光ファイバと第２光ファイバの軸は光源部と収集端部において互いに実質的に平行であり、少なくとも一つの光ファイバ端は収集効率を増大させるように形成されているプローブ。１０．流体を監視するプローブにおいて、流体内の端部から電磁波を放射し収集する光ファイバ群を含み、光ファイバ群は端部において互いに実質的に平行な複数の軸を有し、少なくとも一つの端部は収集効率を増大させるように形成されているプローブ。１１．流体媒体を監視するプローブにおいて、電磁波を放射及び収集する複数の光ファイバと、前記流体媒体から前記光ファイバを分離するダイヤフラムであって、前記光ファイバ端部に面する第１主面と前記流体媒体に面する第２主面を有し、第１及び／又は第２主面は収集効率を増大させるように形成されているダイヤフラムを含むプローブ。