JPS61196139A - 屈折率測定プロ−ブ - Google Patents
屈折率測定プロ−ブInfo
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- JPS61196139A JPS61196139A JP3627385A JP3627385A JPS61196139A JP S61196139 A JPS61196139 A JP S61196139A JP 3627385 A JP3627385 A JP 3627385A JP 3627385 A JP3627385 A JP 3627385A JP S61196139 A JPS61196139 A JP S61196139A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/43—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle
- G01N21/431—Dip refractometers, e.g. using optical fibres
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- Pathology (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、屈折率測定プローブにかかる隼のであシ、特
に、爆発の危険性や有毒性のあるＬＮＧり／りなどの各
種プロセスにおける溶液などの屈折率ひいては、濃度、
密度の測定に好適な本質防爆タイプの屈折率測定プロー
ブに関するものである。
に、爆発の危険性や有毒性のあるＬＮＧり／りなどの各
種プロセスにおける溶液などの屈折率ひいては、濃度、
密度の測定に好適な本質防爆タイプの屈折率測定プロー
ブに関するものである。
従来の屈折率測定プローブとしては、例えば第２図ない
し第４図に示すものがある。まず、第２図に示すものは
、特開昭！ｂ９−１５８４１号公報に開示されているも
ので、光ファイバー１０の一端を測定対象の媒質１２内
に投入し、この光７アイＩく−１０の他端から適宜の光
源１４によって光ノくルスを入射させるようにしたもの
である。光ファイバー１０の媒質１２と接する端面から
のフレネル反射光量は、光ＴＤＲ１６によって測定され
、これから媒質１２の屈折率が測定される。すなわち反
射光量ＫＡは、光ファイバー１０のコア屈折率をｎｆＦ
、媒質の屈折率をｎとすると、で表わされる。
し第４図に示すものがある。まず、第２図に示すものは
、特開昭！ｂ９−１５８４１号公報に開示されているも
ので、光ファイバー１０の一端を測定対象の媒質１２内
に投入し、この光７アイＩく−１０の他端から適宜の光
源１４によって光ノくルスを入射させるようにしたもの
である。光ファイバー１０の媒質１２と接する端面から
のフレネル反射光量は、光ＴＤＲ１６によって測定され
、これから媒質１２の屈折率が測定される。すなわち反
射光量ＫＡは、光ファイバー１０のコア屈折率をｎｆＦ
、媒質の屈折率をｎとすると、で表わされる。
次に、第３図に示すものは［計装Ｊ （Ｖｏｌ、２７
゜Ａ ８ 、１９８４ 、 ｐ３９ないし４１）に開示
されているもので、プリズム１８の底面が媒質１２に接
するようにし、プリズム１８と媒質１２との境界面にお
ける臨界角の変化による光量変化を測定するものである
。この方法では、プリズム１８の屈折率をｎ、とすると
、反射光量ＩＢは、 となる。
゜Ａ ８ 、１９８４ 、 ｐ３９ないし４１）に開示
されているもので、プリズム１８の底面が媒質１２に接
するようにし、プリズム１８と媒質１２との境界面にお
ける臨界角の変化による光量変化を測定するものである
。この方法では、プリズム１８の屈折率をｎ、とすると
、反射光量ＩＢは、 となる。
次に、第４図に示すものは、ｒ Ｊａｐａｎ’ｓ・Ｊｏ
ｕｒｔ＋ａｌ ｏｆ ＡｐｐＨｅｄ Ｐｈｙｓ量
ｃｓ Ｊ （Ｖｓｌ 、２１ 、Ａ １０゜０ｅ
ｔｏｂ＠ｒ １９８２ 、 Ｐ１５０９ないし１５１２
）Ｋ開示されているもので、光ファイバー２０において
、センシング部のクラッド２２の少なくとも一部を除去
し、この部分に曲率を設けて測定感度を上げるようにし
たものである。第４図中（＆）は、クラッド２２が一部
除去されている例であり、同図中（ｂ）は、クラッド２
２がない場合の例である。
ｕｒｔ＋ａｌ ｏｆ ＡｐｐＨｅｄ Ｐｈｙｓ量
ｃｓ Ｊ （Ｖｓｌ 、２１ 、Ａ １０゜０ｅ
ｔｏｂ＠ｒ １９８２ 、 Ｐ１５０９ないし１５１２
）Ｋ開示されているもので、光ファイバー２０において
、センシング部のクラッド２２の少なくとも一部を除去
し、この部分に曲率を設けて測定感度を上げるようにし
たものである。第４図中（＆）は、クラッド２２が一部
除去されている例であり、同図中（ｂ）は、クラッド２
２がない場合の例である。
ところで、以上のような従来の手段には、以下に述べる
ような問題点がある。まず、第２図の方法では、フレネ
ル反射による反射光の光量を測定するため、信号強度が
小さく、Ｓ／Ｎ比も十分ではない。そこで、Ｓ／Ｎ比を
向上させるため、光源１４よりパルス光を入射させる心
壁がある。従って、光ＴＤＲによる反射光パタ′−ンの
測定も、かかるパルス光に対応させる心壁があり、信号
処理が複雑となったり、装置が高価となるという不都合
がある。
ような問題点がある。まず、第２図の方法では、フレネ
ル反射による反射光の光量を測定するため、信号強度が
小さく、Ｓ／Ｎ比も十分ではない。そこで、Ｓ／Ｎ比を
向上させるため、光源１４よりパルス光を入射させる心
壁がある。従って、光ＴＤＲによる反射光パタ′−ンの
測定も、かかるパルス光に対応させる心壁があり、信号
処理が複雑となったり、装置が高価となるという不都合
がある。
次に、第３図の方法は、第４図に示す方法において、ク
ラッド２２及び曲率がない場合の特性に類似するもので
ある。しかし、この方法は、入射光束の拡がシ角を制限
できるため、感度は第４図に示す方法よシも大きいと考
えられる。この方法に依存し、感度は、次式に憐存する
。このため、屈折率ｎがプリズム１８の屈折率ｎ、に近
い場合は□乃□ 感度が大きいが、ｎがｎｐから離れて小さくなると感度
は必然的に小さくなるという不都合がある。
ラッド２２及び曲率がない場合の特性に類似するもので
ある。しかし、この方法は、入射光束の拡がシ角を制限
できるため、感度は第４図に示す方法よシも大きいと考
えられる。この方法に依存し、感度は、次式に憐存する
。このため、屈折率ｎがプリズム１８の屈折率ｎ、に近
い場合は□乃□ 感度が大きいが、ｎがｎｐから離れて小さくなると感度
は必然的に小さくなるという不都合がある。
また、入射光束や受光系の調整はやや難しく取扱いの容
易さという面で難点がある。
易さという面で難点がある。
次に、第４図に示す方法のうち同図（、）のクラッド２
２があるものは、低温や高温の媒質に対しては、マイク
ロペンド等の影参による漏光発生があるために使用でき
ないという不都合がある。
２があるものは、低温や高温の媒質に対しては、マイク
ロペンド等の影参による漏光発生があるために使用でき
ないという不都合がある。
また、第４図（ｂ）のクラッド２２を全部除去したもの
は、単一の曲率となっているため、仮に曲率を無限に大
きくしたとしても感度は１０−４程度が限界であり、特
に水よシ小さな低屈折率域では曲率の程度にかかわらず
感度が低下するという不都合がある。
は、単一の曲率となっているため、仮に曲率を無限に大
きくしたとしても感度は１０−４程度が限界であり、特
に水よシ小さな低屈折率域では曲率の程度にかかわらず
感度が低下するという不都合がある。
本発明は、測定媒質内に浸される導波路に対し、８字状
に連続する２つの円弧部を設けたセンシング部を有する
ことを特徴とするものである。
に連続する２つの円弧部を設けたセンシング部を有する
ことを特徴とするものである。
本発明によれば、８字状のセンシング部を設けたことＫ
より、屈折率の変化に対する透過光の透過率の変化にカ
ットオフ特性が見いだされるようになるとともに、光量
の変化の程度も大幅に増大する。
より、屈折率の変化に対する透過光の透過率の変化にカ
ットオフ特性が見いだされるようになるとともに、光量
の変化の程度も大幅に増大する。
以下、本発明にかかる屈折率測定プローブを添付図面に
示す実施例に基づいて詳細に説明する。
示す実施例に基づいて詳細に説明する。
第１図には、本発明の一実施例が示されている。
まず第１図（１）について説明する。この図において測
定プローブ（以下単に「プローブ」という）２４は、通
光性を有する例えば透明石英ガラスが使用されておシ、
線径１の誘電体光導波路を曲折させた構成となっている
。プローブ２４は、光ノ入射端２４及び出力端２６を端
部に各々有する直線部２８と、これらの直線部２８に接
続される８字状の曲率を有するセンシング部６０とを有
している。
定プローブ（以下単に「プローブ」という）２４は、通
光性を有する例えば透明石英ガラスが使用されておシ、
線径１の誘電体光導波路を曲折させた構成となっている
。プローブ２４は、光ノ入射端２４及び出力端２６を端
部に各々有する直線部２８と、これらの直線部２８に接
続される８字状の曲率を有するセンシング部６０とを有
している。
このセンシング部３０は等しい曲率半径Ｒを有する２つ
の円弧部３２．３４が滑かに連続した形状となっている
。直線部２８、円弧部３２．３４は、線径が有限である
ことによるズレの範囲内で互いに平行平面内にあるよう
に形成されている。なお、直線部２８とセンシング部６
０との連絡は、第１図（１）に示すように円弧部６４の
接線となるようにしてもよく、するいは同図（ｂ）に示
すように、連絡部分６６の曲率（＊／ｐ ）が円弧部６
４の曲率（ａ／Ｒ）を超えないように滑らかに連絡する
ようにしても任意でよくセンシング部３０が完全に測定
媒質に投入されている限り、特性に対する影魯はない。
の円弧部３２．３４が滑かに連続した形状となっている
。直線部２８、円弧部３２．３４は、線径が有限である
ことによるズレの範囲内で互いに平行平面内にあるよう
に形成されている。なお、直線部２８とセンシング部６
０との連絡は、第１図（１）に示すように円弧部６４の
接線となるようにしてもよく、するいは同図（ｂ）に示
すように、連絡部分６６の曲率（＊／ｐ ）が円弧部６
４の曲率（ａ／Ｒ）を超えないように滑らかに連絡する
ようにしても任意でよくセンシング部３０が完全に測定
媒質に投入されている限り、特性に対する影魯はない。
入射端２４及び出力端２６には光ファイバ６８が各々接
続されている。光ファイバ６８は、センシング部３０よ
シ遠方で光の入射や透過光を受光するためのもので、必
要かあれば適宜の長さのものが設けられる。直線部２８
と光ファイバ３８とが接続される入射端２４、出力端２
６には必要に応じて保護ガイド２４Ａ、２６Ａが設けら
れる。
続されている。光ファイバ６８は、センシング部３０よ
シ遠方で光の入射や透過光を受光するためのもので、必
要かあれば適宜の長さのものが設けられる。直線部２８
と光ファイバ３８とが接続される入射端２４、出力端２
６には必要に応じて保護ガイド２４Ａ、２６Ａが設けら
れる。
次に本発明の作用について説明する。測定時には、セン
シング部６０は、測定媒質内に完全に没入される。そし
て、入射端２４から光ファイバ３８によって一定の光量
の光を入射する。測定媒質の屈折率は、出力端２６から
光ファイバろ８によって導出される透過光景を測定する
ことにより行なわれる。この透過光量は１．測定媒質の
屈折率変化に対して敏感に変化する。なお、所定の屈折
率を有する標準媒質によってキヤリプレーションヲ行う
ことにより、測定媒質の屈折率の絶対値が測定される。
シング部６０は、測定媒質内に完全に没入される。そし
て、入射端２４から光ファイバ３８によって一定の光量
の光を入射する。測定媒質の屈折率は、出力端２６から
光ファイバろ８によって導出される透過光景を測定する
ことにより行なわれる。この透過光量は１．測定媒質の
屈折率変化に対して敏感に変化する。なお、所定の屈折
率を有する標準媒質によってキヤリプレーションヲ行う
ことにより、測定媒質の屈折率の絶対値が測定される。
詳述すると、第５図に示すように、直線部２８をセンシ
ング部５（１０屈折率ｎＱ ｓ測定媒質の屈折率ｎに対
して次式で表わされる臨界角θ。以上の入射角θで進行
してきた光のモードは、曲率のあるθ。＝＊ −’ （
−１・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （４
）ナンシング部３０に入射したときに、幾可学的関係か
ら境界に対する入射角が０．に小さくなる。このモード
の光が曲率部を通過するためＫは、−６ｍ ン（−）
・・・・・−・・・・・・・・・・・・ （５）ｎ（
１ の関係を満足する必要がある。
ング部５（１０屈折率ｎＱ ｓ測定媒質の屈折率ｎに対
して次式で表わされる臨界角θ。以上の入射角θで進行
してきた光のモードは、曲率のあるθ。＝＊ −’ （
−１・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （４
）ナンシング部３０に入射したときに、幾可学的関係か
ら境界に対する入射角が０．に小さくなる。このモード
の光が曲率部を通過するためＫは、−６ｍ ン（−）
・・・・・−・・・・・・・・・・・・ （５）ｎ（
１ の関係を満足する必要がある。
ところで、θ３は、センシング部６００曲率（ａ／Ｒ）
及び第５図に示すｈ（ｏ４ｈ４ｍ）に関する曲率部入射
位置パラメータξ＝ （ｈ／ａ） （６）ｔ。
及び第５図に示すｈ（ｏ４ｈ４ｍ）に関する曲率部入射
位置パラメータξ＝ （ｈ／ａ） （６）ｔ。
に示すような関数であシ、
これに基づく透過光モードと漏光モードの関係が第６図
に示されている。この図は、横軸に入射位置パラメータ
ξ、縦軸に光の入射角θをとったものである。
に示されている。この図は、横軸に入射位置パラメータ
ξ、縦軸に光の入射角θをとったものである。
図中、曲線ＬＡはめθ８；−の場合に相当しξ壬（ｎ、
”ｊ−ｊ−・・−・・・・・・ （７）Ｂ ｎ６
α−１出θ α−１ で表わされる。ここで、αは曲率パラメータであシ、α
＝１＋ａ／Ｒで表わされる。
”ｊ−ｊ−・・−・・・・・・ （７）Ｂ ｎ６
α−１出θ α−１ で表わされる。ここで、αは曲率パラメータであシ、α
＝１＋ａ／Ｒで表わされる。
透過光モードは、（５） 、 （６）式から一ξンξ８
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （８）で
表わされ、第６図において、へン二チックを施した部分
で示される。その他の部分が漏光モードである。この図
かられかるように、入射角θが大きくまた入射位置パラ
メータξが大きいほど光は媒質の方へ漏れることなく曲
率部を透過する。第５図に示すもののうち、光Ｔ、 、
Ｔ、は透過光モードの例であり、光Ｌｌ ｌ Ｌｔは
漏光モードの例である。第７図には、８字形状のセンシ
ング部３０における透過光でと漏光りの例が示されてい
る。平６図から曲率部を透過した直後の光量分布は、？
５図の曲率部の外側面ＳＡに沿って大きく、内側面ＳＢ
に沿っては透過光は存在しないような分布となる。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （８）で
表わされ、第６図において、へン二チックを施した部分
で示される。その他の部分が漏光モードである。この図
かられかるように、入射角θが大きくまた入射位置パラ
メータξが大きいほど光は媒質の方へ漏れることなく曲
率部を透過する。第５図に示すもののうち、光Ｔ、 、
Ｔ、は透過光モードの例であり、光Ｌｌ ｌ Ｌｔは
漏光モードの例である。第７図には、８字形状のセンシ
ング部３０における透過光でと漏光りの例が示されてい
る。平６図から曲率部を透過した直後の光量分布は、？
５図の曲率部の外側面ＳＡに沿って大きく、内側面ＳＢ
に沿っては透過光は存在しないような分布となる。
これをプローブの断面の光量分布として示したものが第
８図（ａ）である。なお、第５図では半円形でおるが、
完全に１周した直後の透過光分布も全く同じである。従
って、第８図（１）は、第７図において円弧部３４の出
射端すなわちＡ−Ａ線に沿った断面における透過光の分
布を示すもので、ハツチング部分が透過光の領域である
。図中、破線は、媒質の屈折率ｎが変化した場合の透過
光領域である。
８図（ａ）である。なお、第５図では半円形でおるが、
完全に１周した直後の透過光分布も全く同じである。従
って、第８図（１）は、第７図において円弧部３４の出
射端すなわちＡ−Ａ線に沿った断面における透過光の分
布を示すもので、ハツチング部分が透過光の領域である
。図中、破線は、媒質の屈折率ｎが変化した場合の透過
光領域である。
次に、第７図において、円弧部６２は、円弧部３４に連
続しているので、円弧部６４の出射光のモードパターン
は、同時に逆方向の曲率をもった円弧部６２の入射光の
パターンになる。この場合入射光のパターンは、円弧部
３２に対して入射位置パラメータミニ互が小さな入射モ
ードに対応することとなるため、円弧部′５２において
は漏光モードとなる。これらの関係を定量的に示すと第
１０図の如くなる。結果的に、８字状のセンシング部３
０では、透過モードでは入射角θが大きく、かつ、入射
位置パラメータξが１／２、つまり導波路の中央部に集
中したモードの光だけが通過することとなる。円弧部６
２を通過した直後の透過光の分布パターンすなわち円弧
部３２の出射端であるＡ−Ａ線に沿つ丸断面におけるパ
ターンは第８図（ｂ）に示す如くとなシ、破線で示すよ
うに屈折率変化による割合が大きくなる。すなわち、８
字状のセンシング部６０において、測定媒質の屈折率変
化による相対的な光量変化は大きくなり、感度は向上す
ることになる。更に、導光路に８字状に曲率を形成した
場合、一定の測定対象に対し、曲率パラメータαを変化
させ第１０図の最小透過入射えると、第８図（、）に示
す分布となる。この時実質的に透過光量が零になるカッ
トオフ特性を示すようになる。そして、この曲率近傍で
感度は最大になる。これに対し、例えば第４図に示す従
来のものでは、仮にその曲率を無限に大きくしたとして
も必ず残留透過光が存在し、カットオフ特性を示すこと
はない。従って、特に低屈折率の媒質に対する感度が低
下することとなる。このような曲率無限大（α＝ｏｏ＞
の単一曲率の場合の透過特性の例が第９図に示されてい
る。曲線ＬＣは、の関係を満たすものであり、同図のハ
ツチング部分がある屈折率ｎに対する永久残留光の部分
となる。
続しているので、円弧部６４の出射光のモードパターン
は、同時に逆方向の曲率をもった円弧部６２の入射光の
パターンになる。この場合入射光のパターンは、円弧部
３２に対して入射位置パラメータミニ互が小さな入射モ
ードに対応することとなるため、円弧部′５２において
は漏光モードとなる。これらの関係を定量的に示すと第
１０図の如くなる。結果的に、８字状のセンシング部３
０では、透過モードでは入射角θが大きく、かつ、入射
位置パラメータξが１／２、つまり導波路の中央部に集
中したモードの光だけが通過することとなる。円弧部６
２を通過した直後の透過光の分布パターンすなわち円弧
部３２の出射端であるＡ−Ａ線に沿つ丸断面におけるパ
ターンは第８図（ｂ）に示す如くとなシ、破線で示すよ
うに屈折率変化による割合が大きくなる。すなわち、８
字状のセンシング部６０において、測定媒質の屈折率変
化による相対的な光量変化は大きくなり、感度は向上す
ることになる。更に、導光路に８字状に曲率を形成した
場合、一定の測定対象に対し、曲率パラメータαを変化
させ第１０図の最小透過入射えると、第８図（、）に示
す分布となる。この時実質的に透過光量が零になるカッ
トオフ特性を示すようになる。そして、この曲率近傍で
感度は最大になる。これに対し、例えば第４図に示す従
来のものでは、仮にその曲率を無限に大きくしたとして
も必ず残留透過光が存在し、カットオフ特性を示すこと
はない。従って、特に低屈折率の媒質に対する感度が低
下することとなる。このような曲率無限大（α＝ｏｏ＞
の単一曲率の場合の透過特性の例が第９図に示されてい
る。曲線ＬＣは、の関係を満たすものであり、同図のハ
ツチング部分がある屈折率ｎに対する永久残留光の部分
となる。
第１０図には、８字状のセンシング部３０の透過特性が
示されている。こ、の図のうち、曲線ＬＤは、 で表わされる円弧部３４における境界条件を示すもので
あシ、曲線ＬＥは、 ξｎ／ ＝＝ １−ξ８ ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・ α力で表わされる円弧部６２の境界条件を
示すものである。この図のうち、ハツチング部分すなわ
ちξンξ８．ξンξ８ の部分が透過光モードとなる領
域であり、その他の部分すなわちξくξ８又はξ〈ξ８
の部分が漏光モードとなる領域である。
示されている。こ、の図のうち、曲線ＬＤは、 で表わされる円弧部３４における境界条件を示すもので
あシ、曲線ＬＥは、 ξｎ／ ＝＝ １−ξ８ ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・ α力で表わされる円弧部６２の境界条件を
示すものである。この図のうち、ハツチング部分すなわ
ちξンξ８．ξンξ８ の部分が透過光モードとなる領
域であり、その他の部分すなわちξくξ８又はξ〈ξ８
の部分が漏光モードとなる領域である。
次に、上記実施例における特性例と測定例を、第１１図
を参照しながら説明する。まず第１１図（ａ）には、本
実施例における測定プローブ２４の特性が示されている
。図の縦軸は、光の透過率Ｔｔであり、媒質が空気の場
合の透過光量Ｅａｉｒを、各媒質における透過光量Ｅで
割ったものとして定義されている。また、図の横軸は、
屈折率比（ｎ／ｎｏ ）であシ、各媒質の屈折率ｎを、
測定プローブ２４の光導波路の屈折率（ｎＱ ” １．
４５６ ）で割ったものである。測定媒質として、純水
、水−アルコール水溶液、イソプロピルアルコールを使
用し、光源としてＨ・−Ｎ・レーザを使用し、測定プロ
ーブ２４の材料として屈折率ｎｏ ＝１．４５６−プロ
ーブ径ａ＝！Ｌ５ｇ６の石英ガラスを使用している。
を参照しながら説明する。まず第１１図（ａ）には、本
実施例における測定プローブ２４の特性が示されている
。図の縦軸は、光の透過率Ｔｔであり、媒質が空気の場
合の透過光量Ｅａｉｒを、各媒質における透過光量Ｅで
割ったものとして定義されている。また、図の横軸は、
屈折率比（ｎ／ｎｏ ）であシ、各媒質の屈折率ｎを、
測定プローブ２４の光導波路の屈折率（ｎＱ ” １．
４５６ ）で割ったものである。測定媒質として、純水
、水−アルコール水溶液、イソプロピルアルコールを使
用し、光源としてＨ・−Ｎ・レーザを使用し、測定プロ
ーブ２４の材料として屈折率ｎｏ ＝１．４５６−プロ
ーブ径ａ＝！Ｌ５ｇ６の石英ガラスを使用している。
各曲率に対して透過率Ｔｔは、カットオフ特性を示して
いるが、製作上の精度残存歪により、理論的に予想され
るものよりカットオフ特性は多少鈍化していると言える
。各々の屈折率を有する測定媒質の屈折率ｎに対する最
適な曲率αは、カットオフ条件ら＝茸／２から α＝□ ・・・・・・・・・・・・・・・ （６）で与
えられる。例えば、第１１図（ａ）に示されている水（
ｎ＝１．３３３７）からエタノール（ｎ ＝ １．３６
３３ ）にかけての領域での平均屈折率ｎ＝１．３４８
５の媒質に対し、石英ガラスの測定プローブ２４を使用
しした時の相対透過光量の変化が示されている。横軸に
は媒質の屈折率ｎ、縦軸には、各媒質の透過光ｔＥｔ、
イソプロピルアルコールの透過光量Ｅ０に対しくＥ−ｇ
、ｌ／Ｅｏ の相対光量変化として各々とったものであ
る。また、第１１図（＆）と同様にしてαをパラメータ
として示されている。この図から、最適の曲率はα＝１
．１７（実線のカーブ）となり、前述した値とほぼ一致
する。本実施例による測定プローブによれば、ＳＺＮ比
の点からみると、１０１程度のオーダーまでの屈折率変
化を検出することが可能である。
いるが、製作上の精度残存歪により、理論的に予想され
るものよりカットオフ特性は多少鈍化していると言える
。各々の屈折率を有する測定媒質の屈折率ｎに対する最
適な曲率αは、カットオフ条件ら＝茸／２から α＝□ ・・・・・・・・・・・・・・・ （６）で与
えられる。例えば、第１１図（ａ）に示されている水（
ｎ＝１．３３３７）からエタノール（ｎ ＝ １．３６
３３ ）にかけての領域での平均屈折率ｎ＝１．３４８
５の媒質に対し、石英ガラスの測定プローブ２４を使用
しした時の相対透過光量の変化が示されている。横軸に
は媒質の屈折率ｎ、縦軸には、各媒質の透過光ｔＥｔ、
イソプロピルアルコールの透過光量Ｅ０に対しくＥ−ｇ
、ｌ／Ｅｏ の相対光量変化として各々とったものであ
る。また、第１１図（＆）と同様にしてαをパラメータ
として示されている。この図から、最適の曲率はα＝１
．１７（実線のカーブ）となり、前述した値とほぼ一致
する。本実施例による測定プローブによれば、ＳＺＮ比
の点からみると、１０１程度のオーダーまでの屈折率変
化を検出することが可能である。
なお、第１２図（ａ） 、 （ｂ）には−１第４図に示
すような円弧部を設けたプローブによる透過率特性と感
度特性が第１１図（１）、（ｂ）に対応させて各々示さ
れている。まず、第１１図（ａ）と第１２図（ａ）とを
比較すると、透過率Ｔｔはカットオフ特性を示さず、単
調に屈折率比（ｎ／ｎｏ＋＝１に向かって減少している
のみであり、上記実施例と顕著に相違する。
すような円弧部を設けたプローブによる透過率特性と感
度特性が第１１図（１）、（ｂ）に対応させて各々示さ
れている。まず、第１１図（ａ）と第１２図（ａ）とを
比較すると、透過率Ｔｔはカットオフ特性を示さず、単
調に屈折率比（ｎ／ｎｏ＋＝１に向かって減少している
のみであり、上記実施例と顕著に相違する。
次に、同図（ｂ）を比較すると、相対光量変化すなわち
感度は、曲率による差は小さく（この場合理論的には、
感度は曲率パラメータαが大きいほど大きくなるが、α
ンｎＱ ＝＝ １．４５６を越えると一定になることが
示される。入また、絶対値的にも変化量が小さく、上記
実施例の１０分の１程でしかなく、この点でも本実施例
の方が優れていると認められる。
感度は、曲率による差は小さく（この場合理論的には、
感度は曲率パラメータαが大きいほど大きくなるが、α
ンｎＱ ＝＝ １．４５６を越えると一定になることが
示される。入また、絶対値的にも変化量が小さく、上記
実施例の１０分の１程でしかなく、この点でも本実施例
の方が優れていると認められる。
本実施例によれば、次のような効果がある。
■屈折率測定分解能は、ｉｏ−’オーダー程度と高く高
感度であシ、また、曲率を変更することによって高屈折
率（例えばｎ ： ｎＱ ）の領域から低屈折率（例え
ばｎ ＝ １．１ないし１．２）の領域までかかる分解
能による屈折率ひいては濃度の測定が可能となる。
感度であシ、また、曲率を変更することによって高屈折
率（例えばｎ ： ｎＱ ）の領域から低屈折率（例え
ばｎ ＝ １．１ないし１．２）の領域までかかる分解
能による屈折率ひいては濃度の測定が可能となる。
■特性は、曲率パラメータαで決まシ、導波路径ａを小
さくすれば、プローブの小型化も可能となる。また、直
線部２８の長さを自由に選択でさるとともに、光ファイ
バー６８を利用すれば離れた地点に対する測定も十分に
行うことができる。
さくすれば、プローブの小型化も可能となる。また、直
線部２８の長さを自由に選択でさるとともに、光ファイ
バー６８を利用すれば離れた地点に対する測定も十分に
行うことができる。
■構造も単純であり、複雑な計測機器を必幾とせず、廉
価である。
価である。
■光を利用するので、爆発性、有毒性のある媒質に対し
ても適用でき、また、光ファイバ６８を用いてリモート
化を図るととＫよシ一層安全性の向上を図ることができ
る。
ても適用でき、また、光ファイバ６８を用いてリモート
化を図るととＫよシ一層安全性の向上を図ることができ
る。
■導波路にはコアがなく、ＬＮＧのような低温媒質に対
しても適用可能である。
しても適用可能である。
以上説明したように、本発明による屈折率測定プローブ
によれば、簡易な構成であるにもがかわらず、極めて高
感度で、良好に媒質の屈折率を測定することができると
いう効果がある。
によれば、簡易な構成であるにもがかわらず、極めて高
感度で、良好に媒質の屈折率を測定することができると
いう効果がある。
第１図は本発明にかかる屈折率測定プローブを示す平面
図、第２図ないし第４図は従来の測定装置の例を示す説
明図、第５図は本実施例における作業原理を説明する説
明図、第６図は単−曲率部の光のモードの関係を示す線
図、第７図は本実施例における光の進行例を示す説明図
、第８図は光の分布状態を示す説明図、第９図は曲率が
無限大であって単一曲率を有するプローブのモード関係
を示す線図、第１０図は本実施例におけるモード関係を
示す線図、第１１図は本実施例の透過率特性及び感度特
性例を示す線図、第１２図は第４図に示す従来例の透過
率特性及び感度特性例を示す線図である。 ２４・・・・・・測定プローブ、６０・・・・・・セン
シング部、３２、６４・・−・・・円弧部、ａ・・・・
・・線径、Ｒ・・・・・・曲率半径、Ｌ、、Ｌｌ、Ｌ、
・・・・・・漏光、Ｔ、Ｔ、、Ｔ２・・・・・・透過光
。
図、第２図ないし第４図は従来の測定装置の例を示す説
明図、第５図は本実施例における作業原理を説明する説
明図、第６図は単−曲率部の光のモードの関係を示す線
図、第７図は本実施例における光の進行例を示す説明図
、第８図は光の分布状態を示す説明図、第９図は曲率が
無限大であって単一曲率を有するプローブのモード関係
を示す線図、第１０図は本実施例におけるモード関係を
示す線図、第１１図は本実施例の透過率特性及び感度特
性例を示す線図、第１２図は第４図に示す従来例の透過
率特性及び感度特性例を示す線図である。 ２４・・・・・・測定プローブ、６０・・・・・・セン
シング部、３２、６４・・−・・・円弧部、ａ・・・・
・・線径、Ｒ・・・・・・曲率半径、Ｌ、、Ｌｌ、Ｌ、
・・・・・・漏光、Ｔ、Ｔ、、Ｔ２・・・・・・透過光
。
Claims (3)
- （１）導波路が接する測定媒質の屈折率を、該導波路に
導入された光の透過量によつて測定する屈折率測定プロ
ーブにおいて、 前記導波路は、８字状に連続して曲折された第１及び第
２の円弧部を有することを特徴とする屈折率測定プロー
ブ。 - （２）前記第１及び第２の円弧部は、同一の曲率半径を
有する特許請求の範囲第１項記載の屈折率測定プローブ
。 - （３）前記円弧部の曲率半径Ｒは、導波路径をａ、導波
路屈折率をｎ＿０、測定媒質の平均屈折率を＠ｎ＠とす
ると、 １＋（ａ／Ｒ）＝１／［２（＠ｎ＠／ｎ＿０）−１］の
関係から定められる特許請求の範囲第２項記載の屈折率
測定プローブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3627385A JPS61196139A (ja) | 1985-02-27 | 1985-02-27 | 屈折率測定プロ−ブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3627385A JPS61196139A (ja) | 1985-02-27 | 1985-02-27 | 屈折率測定プロ−ブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61196139A true JPS61196139A (ja) | 1986-08-30 |
| JPH0255743B2 JPH0255743B2 (ja) | 1990-11-28 |
Family
ID=12465159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3627385A Granted JPS61196139A (ja) | 1985-02-27 | 1985-02-27 | 屈折率測定プロ−ブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61196139A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104282974A (zh) * | 2013-07-03 | 2015-01-14 | 香港城市大学 | 波导管 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5419794A (en) * | 1977-07-01 | 1979-02-14 | Battelle Memorial Institute | Generator for photosignal correstponding to refractive index of fluid |
| JPS5673335A (en) * | 1979-10-03 | 1981-06-18 | Battelle Memorial Institute | Optical signal generator responding to refractive index |
-
1985
- 1985-02-27 JP JP3627385A patent/JPS61196139A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5419794A (en) * | 1977-07-01 | 1979-02-14 | Battelle Memorial Institute | Generator for photosignal correstponding to refractive index of fluid |
| JPS5673335A (en) * | 1979-10-03 | 1981-06-18 | Battelle Memorial Institute | Optical signal generator responding to refractive index |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104282974A (zh) * | 2013-07-03 | 2015-01-14 | 香港城市大学 | 波导管 |
| CN104282974B (zh) * | 2013-07-03 | 2019-08-06 | 香港城市大学 | 波导管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0255743B2 (ja) | 1990-11-28 |
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