JPS5992332A - 水分検出器 - Google Patents

水分検出器

Info

Publication number
JPS5992332A
JPS5992332A JP58194013A JP19401383A JPS5992332A JP S5992332 A JPS5992332 A JP S5992332A JP 58194013 A JP58194013 A JP 58194013A JP 19401383 A JP19401383 A JP 19401383A JP S5992332 A JPS5992332 A JP S5992332A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
frame
measuring device
fluid
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP58194013A
Other languages
English (en)
Inventor
アンドリユ−・ピ−タ−・ハリソン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Micronas GmbH
ITT Inc
Original Assignee
Deutsche ITT Industries GmbH
ITT Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche ITT Industries GmbH, ITT Industries Inc filed Critical Deutsche ITT Industries GmbH
Publication of JPS5992332A publication Critical patent/JPS5992332A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems 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
    • G01N21/7703Systems 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 using reagent-clad optical fibres or optical waveguides

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の背景 本発明は、含有水分の測定、とくにガス中の含有水分レ
ベル測定に関する。
本発明の要約 本発明によれば、ガスの含有水分測定器が提供される。
この測定器は、蒸気による吸収波長における赤外光減衰
を測定する装置を含んでいる。赤外光はある長さの光フ
アイバ内へ発射されるが、この光ファイバの芯(しん)
はその長さの相当部分にわたって周囲環境に露出される
好適実施例の説明 減衰全円反射分光学(ATR)は、液体中の成分濃度を
この成分の赤外光吸収特性を参照することによって測定
するために確立された分析技術である。ATRセンサは
、普通は結晶型の形状をしているので、光ファイバの一
端内へ発射された赤外光ビームは、光ファイバから再び
現れる前に数回にわたって「全」内反射させられる。も
しこの結晶が液体中に浸けられこの液体が「全」内反射
光の波長において吸収帯を有するならば、各「全」内反
射ごとの反射係数は一様ではない、それは、赤外光放射
場がこの結晶内にだけ専属的に閉じ込められているので
はなく、これを取り囲む液体内へ短い距離だけ延びる漸
減放射場を伴うからである。
それゆえ、ビームは各反射ごとに吸収成分の濃度とその
波長におけるこの成分の吸収率に関係する量だけ減衰さ
れる。測定を行うに当って、赤外光源の出力から2つの
波長、すなわち、1つは目的成分の吸収ピークに合致し
た波長、他は所与の察知可能の程度の吸収されない近接
波長、が普通選択される。測定しようとする成分の所与
の含有濃度によって作られる比例信号差が、検出され、
増幅された上で、濃度の読みに変換される。
水は、2.7から2.9μmの間の波長帯で強力な吸収
を行うが、これはこの波長帯内でのOHボンドの共鳴が
原因である。シ、リコン又はゲルマニウムのATR結晶
を用い、2.9μm信号レベルの変化を監視することに
よって、油などの液体中の水分含有濃度を測定する方法
は、研究室では通常実施されており、工業上にも採用さ
れている。この目的のための代表的な結晶の珍状が第1
図に示されている。赤外光10は、小面12を通って結
晶11内に入り、数回の反射を繰り返しながら結晶を下
の方に進み、結晶の他端の小面13に達し、次いで一連
の反射を繰り返しながら結晶を上の方に進み小面14を
経て外に出る。この配置においては、赤外光は結晶をそ
の同一端を介して人出するので、結晶の媒液中における
懸架が容易になる。
代表的なATR結晶の寸法は、長さ約50mm直径約1
0喘である。
この技術によって、エーテル、アセトン、グリコール等
内に、tljtで1%未満の溶解水が検出かつ測定され
る。油中では、0.02%未満の水分含有率が測定され
る。
しかしながら、ATR結晶はガス中の水分の存在を検出
し、監視するには感度が充分ではない。これはガス中の
分子濃度が液体中のそれよりも遥かに低いことによる。
したがって、従来型ATR結晶にとって重量で1001
)1)ITIという代表的な油中水分含有濃度感度−は
油11当り約5xio”、pに相当するが、一方、空気
中の水分含有率100 ppmを検出するには、約8 
X 10−5 fj/11の感度を必要とする。
本発明は、結晶センサを光フアイバセンサに置き換える
ことによって、いかにATRの感度を著しく有意に向上
することができるかを開示する。この置換によって感度
上かなりの利得がもたらされるが、これは、主として、
長く細いファイバが代表的なATR結晶よりも遥かに大
きな長さ対直径比を有するからである(たとえば、10
4から106の倍率であり、したがって、より多くの回
数にわたって反射が可能となる)。代表的な場合、これ
に関連して、約4゜1の高屈折率を持つゲルマニウムか
ら約1.5の屈折率を持つガラスに変えられる。
遷移をゲルマニウム/油系からガラス/空気系にするに
当って、臨界角がこれら2つの場合で異なり、同様に表
皮深さ、すなわち、漸減放射場が界面におけるその値か
ら1/θに減少する点までの界面からの距離、もまた異
なるということに注意されたい。臨界角の相異について
云えば、これが大きくなるほど感度が低下し、その結果
、単位長当りに行われる反射数が少くなる、一方、表皮
深さの相異について云えば、入射角が臨界角より特定の
量だけ大きければ表皮深さが大きくなりこれに従って感
度が向上する。光フアイバ自体の囲みの外側にある漸減
放射場からの放射強度の吸収が光フアイバ内の放射強度
の吸収として表示されないように、光ファイバを製造す
るための材料としては比較的低損失のものを使用する必
要がある。
低損失光ファイバの分野では、シリカ製の光ファイバに
閃して多くの仕事が実施されてきている。
しかしながら、シリカは本発明の目的に照し理想的では
ない、これは、1部には、5i−0基によって起こされ
る光子吸収に基づき伝送損失が1.7μmより波長が長
くなると急に増大するからであり、また1部にはこの光
ファイバの材料の残留HO基(ヒドロキシル)汚染によ
って起こされる問題があるから、である。このような関
係において、光ファイバを取り囲む漸減放射場における
よりも光フアイバ内の方が遥かに大きな放射強度密度で
あることを考慮I7て、光フrイパ内のOR/基汚染の
Lす「与の程度は光ファイバを取り囲む大気中における
同じ程度よりも伝送信号に大きな減衰を誘き起こすとい
うことに留意しなくてCツならない。
しかしながら、シリカは水素に対して品い親和性を有す
るけれども、多くの研究が電気通信光ファイバの製造に
関連してOH基汚染を除去する方途を求めて企図されて
いる。
OH基汚染の可能性の問題は、中赤外長引張り距離(l
onghaul)光フアイバ伝送用に開発されつつある
新しいフッカガラスで作られた光ファイバを使用するこ
とによって減少させられる。この場合の、代表的なガラ
ス組成は、57モルパーセントのnfF、 、 36モ
ルパーセントのBaF2 、4モルパーセントのAlF
3 、3モルパーセントのLaF3である。このような
ガラスからHOボンド汚染を除去する問題はシリカにお
目るこの種の問題と等価であるが、しかしこの光ファイ
バにおいては比較的高いOH基汚染をWに容することが
できる、これはこのガラス内でのOH基吸収ピーク波長
が周囲空気中のその吸収ピーク波長と一致しないからで
ある。したがって、たとえば、フッ化ハフニウム酸塩ガ
ラスの場合のOH基吸収ピーク波長は2.9μm1一方
、自由蒸気の場合のその吸収ピーク波長は2.7から2
.75μmである。カルコデン化ガラスを含むその他の
ガラスも適当であることが立証されている。
第2図を参照すると、光フアイバ水分含有濃度測定装置
の基本的構成要素は光減衰測定器21を含み、後者は光
源と実質的単色性赤外光をケーブル2201つの光フア
イバ内へ発射するその関連駆動回路及び光検出器とケー
ブル22の他の光ファイバから出る光垣を測定するその
関連回路を含む。これら2つの光ファイバの他端は室2
3内に囲われたセンサファイバの両端に接続されている
第6図及び第4図を参照すると、センサファイバは、無
外装(クラッド無し)ファイバの多数の巻回30を枠3
1上に単層開放らせん巻きに巻き付けたもの全含み、こ
の枠はこれらの巻回を枠とファイバとの間に最少の接触
長さを保つ位置に保持する。室23は形が円筒状又は円
すい曲線回転面体状であって、水分含有濃度を測定しよ
うとするガスに対する接線方向の入口及び出口32を備
える。このファイバは無外装ファイバであるから、これ
が接触をとる相手の枠の部分は低屈折率のもので作られ
ている必要がある。これは、枠のファイバ支持面に低層
1ノf率のプラスチック材料を張ることによって好便に
達成される。代替的には、センサファイバは光学的外装
を施されたファイバから構成されるが、この場合、この
ファイバを枠上に巻き付けた後に、ファイバが枠の各支
持点を通過する部分だけ外装をそのまま残し、それらの
間の領域のほとんど全体にわたって光学的芯を露出させ
るように、光学的外装をエツチングによって選択的に除
去する。代表的には、センサファイバは、直径約100
μm(外装ファイバの場合は芯直径)、長さ約40mで
ある。枠の支持面は、隣り合う巻回の間に一様な間隔を
容易にとれるように、みぞを施され、また、ファイバは
、各支持面の長さに沿って延びる低屈折率セメントから
なるビード34を添加することによって、所定位置に固
定される。これは、ファイバとその支持体との間に乾燥
接続点ではなく全体的に湿温接続点を具備できるように
するという利点を有する。
第6図において、水分を含むガスは、ガス源42から供
給される。
デシベル(aB)計40と水分含有濃度指示器41は、
第4図に示されている。
第4図において、単色光源43は赤外光波長ビームを発
射するものとする。
デシベル計40と指示器41は、全〈従来型のものでか
まわない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、液体の水分含有濃度測定に使用される先行技
術の減衰全肉反射分光学(ATR)装置のセンサの線図
、 第2図は、水分含有濃度測定器のブロック図、第3図は
、第2図のセンサの端面図、 第4図は、第2図のセンサの側面図、 である。 21・・・光減衰測定器、22・・・ケーブル、23−
゛室・      30・・・巻回、31・・・枠、 
     32・・・出口、人口、34・・・ビード。 代理人 浅 村   皓

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)流体の含有水分測定器であって、枠と、前記枠上
    に独立したらせん巻回に巻き付けられた無外装光ファイ
    バと、前記光フアイバ上を該光ファイバと接触を保って
    前記流体を循環させる前記流体源と、前記ファイバ内に
    ビームを形化させるために前記ファイバの1端に接続さ
    れた単色赤外光源と、前記ビームの減衰に比例する出力
    信号を発生するために前記無外装光ファイバの両端に接
    続された装置と、前記減衰を含有水分の単位で指示する
    装置aとを、包含することを特徴とする前記流体の含有
    水分測定器。 (2、特許請求の範囲第1項記載の測定器において、前
    記枠は前記無外装光ファイバとの接触点において前記フ
    ァイバの屈折率よりも小さい屈折率を持つ表面を有する
    ことを特徴とする前記流体の含有水分測定器。 (3)特許請求の範囲第2項記載の測定器において、前
    記枠との接触点において、前記ファイバは該ファイバの
    屈折率よりも小さい屈折率の樹脂内に埋設されることを
    特徴とする前記流体の含有水分測定器。 (4)特許請求の範囲第1項記載の測定器において、前
    記ファイバと前記枠は実質的に円筒状室内に支持されて
    いることを特徴とする前記流体の含有水分測定器。 (5)特許請求の範囲第1項記載の測定器において、前
    記ファイバと前記枠は実質的に円すい曲線回転面体状の
    室内に支持されていることを特徴とする前記流体の含有
    水分測定器。 (6)特許請求の範囲第1項記載の測定器において、前
    記ファイバの組成は、前記ファイバの材料のOH基汚染
    の吸収ピークが蒸気の吸収ピークから実質的に偏移され
    るようになっていることを特徴とする前記流体中の含有
    水分測定器。 (7)特許請求の範囲第1項記載の測定器において、前
    記ファイバはフッ化ガラス製であることを特徴とする前
    記流体中の含有水分測定器。 (8)水分検出器であって、外被と、前記外被内に支持
    されたある長さの光ファイバと、前記外被を通して前記
    ファイバと接触を保って水分を含むガスの流れを生成す
    るガス源と、前記ファイバ内に単色赤外光ビームを生成
    させるために前記ファイバの1端に接続された単色赤外
    光源と、前記光ビームの減衰に正比例する出力信号を発
    生ずるために前記ファイバの両端に接続された装置と、
    を包含することを特徴とする前記水分検出器。
JP58194013A 1982-11-17 1983-10-17 水分検出器 Pending JPS5992332A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB08232819A GB2130739B (en) 1982-11-17 1982-11-17 Moisture measurement
GB8232819 1982-11-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS5992332A true JPS5992332A (ja) 1984-05-28

Family

ID=10534327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58194013A Pending JPS5992332A (ja) 1982-11-17 1983-10-17 水分検出器

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPS5992332A (ja)
DE (1) DE3340283A1 (ja)
GB (1) GB2130739B (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS629255A (ja) * 1985-07-05 1987-01-17 Tokyo Electric Power Co Inc:The 湿度の測定方法およびこれに使用する湿度センサ
JPH01248039A (ja) * 1988-03-29 1989-10-03 Shimadzu Corp 全反射吸収スペクトル測定装置
JPH04294252A (ja) * 1990-12-06 1992-10-19 Internatl Business Mach Corp <Ibm> ディスク・ファイル並びに汚染物検知及び測定方法。

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4038354C2 (de) * 1990-12-01 1994-06-30 Bruker Analytische Messtechnik ATR-Meßsonde

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57111435A (en) * 1980-12-27 1982-07-10 Horiba Ltd Measuring device for absorption intensity of infrared ray by atr method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3557619A (en) * 1969-03-17 1971-01-26 Phys Chemical Research Corp Humidity measuring method and apparatus
EP0000319B2 (fr) * 1977-07-01 1984-09-05 Battelle Memorial Institute Dispositif pour élaborer un signal lumineux caractéristique de l'indice de réfraction d'un fluide et son utilisation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57111435A (en) * 1980-12-27 1982-07-10 Horiba Ltd Measuring device for absorption intensity of infrared ray by atr method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS629255A (ja) * 1985-07-05 1987-01-17 Tokyo Electric Power Co Inc:The 湿度の測定方法およびこれに使用する湿度センサ
JPH0449905B2 (ja) * 1985-07-05 1992-08-12 Tokyo Denryoku Kk
JPH01248039A (ja) * 1988-03-29 1989-10-03 Shimadzu Corp 全反射吸収スペクトル測定装置
JPH04294252A (ja) * 1990-12-06 1992-10-19 Internatl Business Mach Corp <Ibm> ディスク・ファイル並びに汚染物検知及び測定方法。

Also Published As

Publication number Publication date
DE3340283A1 (de) 1984-05-17
GB2130739B (en) 1986-03-05
GB2130739A (en) 1984-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3660685B2 (ja) 減衰全反射検出
JP4937231B2 (ja) 微量種の分光測定のための光ファイバ共振器における拡張されたエバネッセントフィールド露出の方法と装置
Grazia et al. Evanescent wave absorption spectroscopy by means of bi-tapered multimode optical fibers
US5239176A (en) Tapered optical fiber sensing attenuated total reflectance
JPS622138A (ja) 流体媒質の光吸収を測定する方法と装置
Wang et al. A high-temperature humidity sensor based on a singlemode-side polished multimode-singlemode fiber structure
WO2002063350A2 (en) Optical waveguide monitoring
US6816243B2 (en) Optical waveguide monitoring
JP2007533959A (ja) キャビティ・リングダウン分光を用いるテーパー化光ファイバ歪みゲージ
Ruddy et al. Detection of propane by IR-ATR in a Teflon®-clad fluoride glass optical fiber
Littlejohn et al. Bent silica fiber evanescent absorption sensors for near-infrared spectroscopy
JPS5992332A (ja) 水分検出器
Hale et al. Demonstration of an optimised evanescent field optical fibre sensor
Schelle et al. Physical characterization of lightguide capillary cells
JP3895434B2 (ja) 分子吸収分光用の管状減衰光波センサ
JP2732878B2 (ja) 光ファイバセンサ
JPH04230707A (ja) 偏心コア光ファイバ
US5224188A (en) Eccentric core optical fiber
Lieberman Recent progress in intrinsic fiber optic chemical sensing
Zhang et al. An optical fibre yeast concentration sensor based on inter-fibre distributed coupling
Choudhury et al. On the optical sensing means for the study of chemical kinetics
JPS5918647B2 (ja) コウガクザイリヨウ ノ ヒカリデンソウソンシツソクテイホウホウ
JP2000111449A (ja) モノフィラメント型ファイバーの透過率測定方法及び透過率測定装置、並びにモノフィラメント型ファイバーの検査方法及び検査装置
JP2802361B2 (ja) スラブ光導波路を利用した露点測定装置
Ruddy et al. Remote flammable-gas sensing using a fluoride-fiber evanescent probe