JPS6250643A - 湿度センサ - Google Patents
湿度センサInfo
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- JPS6250643A JPS6250643A JP60191443A JP19144385A JPS6250643A JP S6250643 A JPS6250643 A JP S6250643A JP 60191443 A JP60191443 A JP 60191443A JP 19144385 A JP19144385 A JP 19144385A JP S6250643 A JPS6250643 A JP S6250643A
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- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 24
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 15
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- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 4
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- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 abstract 1
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Classifications
-
- 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
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3554—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content
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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〕
この発明は、光ファイバを利用した全光学式湿度センサ
に関する。
に関する。
従来の湿度センサとして、アルミナ膜の湿度変化に起因
する電気抵抗変化を検出するものが知られている。
する電気抵抗変化を検出するものが知られている。
しかしながら、このアルミナを利用したセンサでは、ア
ルミナ中へのＨ２０分子の拡散による電気抵抗変化を検
知するものであるため、拡散平衡に達するまでに長時間
を必要とし、例えば相対湿度３５％で平衡に到るまでに
１０４分を要し、９０％では７分を必要とし、迅速測定
には全く不適であった。
ルミナ中へのＨ２０分子の拡散による電気抵抗変化を検
知するものであるため、拡散平衡に達するまでに長時間
を必要とし、例えば相対湿度３５％で平衡に到るまでに
１０４分を要し、９０％では７分を必要とし、迅速測定
には全く不適であった。
また、電（（式であるので、爆発性雰囲気下では特別に
防爆構造とせねばならず、安全性の点で不満があった。
防爆構造とせねばならず、安全性の点で不満があった。
【問題点を解決するための手段］
そこで、この発明では、シングルモード・導波路でのエ
パネツセント波を利用し、とのエバネッセント波の吸着
水酸基に基因する光吸収を検出することにより、湿度を
測定することができるようにし、かつ加熱手段を設けて
水酸基の脱着を促し、測定時間の短縮を計るようにした
。
パネツセント波を利用し、とのエバネッセント波の吸着
水酸基に基因する光吸収を検出することにより、湿度を
測定することができるようにし、かつ加熱手段を設けて
水酸基の脱着を促し、測定時間の短縮を計るようにした
。
第１図はこの発明の湿度センサの一例を示すもので、図
中符号ｌは湿度センサである。この湿度センサ１は、セ
ンサ部２とこれに接続される入出力用シングルモード光
ファイバ３，４とセンサ部２を加熱する加熱手段として
の加熱用光ファイバ５とから概略構成されている。
中符号ｌは湿度センサである。この湿度センサ１は、セ
ンサ部２とこれに接続される入出力用シングルモード光
ファイバ３，４とセンサ部２を加熱する加熱手段として
の加熱用光ファイバ５とから概略構成されている。
センサ部２は、第２図に示すように、基板６上に細径の
コア７およびクラッド８からなるシングルモード導波路
９が形成され、このシングルそ−ド導波路９の中央部の
クラッド８が薄肉とされて、エパネツセント波浸出部分
１０が外表面に露出して形成されたものである。すなわ
ち、シングルモード導波路９のコア７は、その長手方向
の中央部でクラッド８の外表面から２〜２０μｍの深さ
まで上方忙屈曲して位置が上方に移動しており、この部
分でのクラッド８の厚さは、したがって２〜２０μｍの
厚さとなり、このクラッド部分がコア７から通過光が浸
み出すエバネタセント光浸出部分となつ【外表面に露出
している。また、コア７の長手方向の両端部付近でのク
ラツド８外表面からの深さよ、コア７の径の６〜８倍以
上とされ、エバネタセント光浸出部分が露出しないよう
になっている。
コア７およびクラッド８からなるシングルモード導波路
９が形成され、このシングルそ−ド導波路９の中央部の
クラッド８が薄肉とされて、エパネツセント波浸出部分
１０が外表面に露出して形成されたものである。すなわ
ち、シングルモード導波路９のコア７は、その長手方向
の中央部でクラッド８の外表面から２〜２０μｍの深さ
まで上方忙屈曲して位置が上方に移動しており、この部
分でのクラッド８の厚さは、したがって２〜２０μｍの
厚さとなり、このクラッド部分がコア７から通過光が浸
み出すエバネタセント光浸出部分となつ【外表面に露出
している。また、コア７の長手方向の両端部付近でのク
ラツド８外表面からの深さよ、コア７の径の６〜８倍以
上とされ、エバネタセント光浸出部分が露出しないよう
になっている。
このような構造のセンサ部２は、シリコンや石英などか
らなる基板６上にＣＶＤ法などでまずクラッド８の一部
を形成し、このクラッド８にイオンエツチング法などに
よってコア７が収められる上下方向に屈曲した細溝を形
成し、ついでとの細溝にＣＶＴ）法など疋より高屈折率
の；ア？を形成し、ＣＶＤ法によってクラッド８の残部
を形成する方法などＫよって作成される。
らなる基板６上にＣＶＤ法などでまずクラッド８の一部
を形成し、このクラッド８にイオンエツチング法などに
よってコア７が収められる上下方向に屈曲した細溝を形
成し、ついでとの細溝にＣＶＴ）法など疋より高屈折率
の；ア？を形成し、ＣＶＤ法によってクラッド８の残部
を形成する方法などＫよって作成される。
センサ部２は、また第３図あるいは第４図に示すような
ものも用いられる。第３図に示したセンサ部２は、コア
７が直線状に形成され、中央部のクラッド８が蒲鉾状に
決り取られて凹部が形成され、との凹部がエバネタセン
ト光浸出部分ＩＯの露出領域とされているものである。
ものも用いられる。第３図に示したセンサ部２は、コア
７が直線状に形成され、中央部のクラッド８が蒲鉾状に
決り取られて凹部が形成され、との凹部がエバネタセン
ト光浸出部分ＩＯの露出領域とされているものである。
また、第４図に示したセンサ部２は、シングルモード導
波路９全体のクラッド８が２〜２０μｍ程度に薄肉とさ
れて、エバネタセント光浸出部分の露出領域となってい
るものである。さらＫは、通常のシングルそ−ド光ファ
イバの一部のクラッドを同様に２〜２０μｍ程度に薄肉
に削り取り、この部分をセンサ部とすることもできる。
波路９全体のクラッド８が２〜２０μｍ程度に薄肉とさ
れて、エバネタセント光浸出部分の露出領域となってい
るものである。さらＫは、通常のシングルそ−ド光ファ
イバの一部のクラッドを同様に２〜２０μｍ程度に薄肉
に削り取り、この部分をセンサ部とすることもできる。
また、センサ部２の導波路９の両端部には、入出力光を
導波するためのシングルモード光ファイバ３，４が軸合
せされたうえ接続されている。シングルモード光ファイ
バ３，４のコア１１，１２はシングルモード導波路９の
コア７と同径で同屈折率のものが好ましい。
導波するためのシングルモード光ファイバ３，４が軸合
せされたうえ接続されている。シングルモード光ファイ
バ３，４のコア１１，１２はシングルモード導波路９の
コア７と同径で同屈折率のものが好ましい。
さらに、センサ部２の上方には、センサ部２のエパネツ
セント浸出部分ｌＯを加熱する加熱用光ファイバ５が設
けられている。この加熱用光ファイバ５は、図示しない
ガスレーザ、ガラスレーザ、高出力レーザダイオード、
高出力発光ダイオードなどの高出力光源からの光を導き
、エパネツセント浸出部分１０に照射してこの部分１０
を加熱するためのもので、高出力うｔが導波できるよう
に、コア径が１００〜２００μｍ程度の大口径光ファイ
バが主に用いられ、ファイバ端面がエパネツセント浸出
部分ｌＯに向くように配置されている。
セント浸出部分ｌＯを加熱する加熱用光ファイバ５が設
けられている。この加熱用光ファイバ５は、図示しない
ガスレーザ、ガラスレーザ、高出力レーザダイオード、
高出力発光ダイオードなどの高出力光源からの光を導き
、エパネツセント浸出部分１０に照射してこの部分１０
を加熱するためのもので、高出力うｔが導波できるよう
に、コア径が１００〜２００μｍ程度の大口径光ファイ
バが主に用いられ、ファイバ端面がエパネツセント浸出
部分ｌＯに向くように配置されている。
次に、このような構成の湿度センサ１の使用方法につい
て説明する。
て説明する。
入力用シングルモード光ファイバ３には、図示しない半
導体レーザ等の光源からのレーザ光等が導びかれるが、
この光には、水酸基の吸収波長である１、３９μｍや０
．８５μｍの波長のものを用いれば検出感度の点で好ま
しい。一方、出力用シングルモード光ファイバ４は図示
しないアバランシェホトダイオード、ホトダイオード等
の光検出器に接続される。
導体レーザ等の光源からのレーザ光等が導びかれるが、
この光には、水酸基の吸収波長である１、３９μｍや０
．８５μｍの波長のものを用いれば検出感度の点で好ま
しい。一方、出力用シングルモード光ファイバ４は図示
しないアバランシェホトダイオード、ホトダイオード等
の光検出器に接続される。
そして、被測定気体なセンサ部２のエパネツセント浸出
部分１０に流してやれば、被測定気体中の水分が浸出部
分１０のクラッド８に吸着され、水酸基が増加する。す
ると、浸出部分１０を通過するエバネタセント光がこの
水酸基によって吸収され、透過光量が変化し、これＫよ
って湿度の変化を求めることができる。１回の測定が終
り、次の測定に移る際、エバネタセント光浸出部分１０
に吸着されている水分を除去し、次の測定の際の水分の
吸着平衡を速やかに達成するため、加熱用光ファイバ５
によって高出力光を浸出部分１０Ｋ。
部分１０に流してやれば、被測定気体中の水分が浸出部
分１０のクラッド８に吸着され、水酸基が増加する。す
ると、浸出部分１０を通過するエバネタセント光がこの
水酸基によって吸収され、透過光量が変化し、これＫよ
って湿度の変化を求めることができる。１回の測定が終
り、次の測定に移る際、エバネタセント光浸出部分１０
に吸着されている水分を除去し、次の測定の際の水分の
吸着平衡を速やかに達成するため、加熱用光ファイバ５
によって高出力光を浸出部分１０Ｋ。
照射し、この部分を短時間加熱する。照射時間は照射光
の強度に応じて０．２〜４０秒の範囲で決められ、浸出
部分１０の温度が４００℃を越えないようにする必要が
ある。このセンサｌでは、このようにエパネッセント光
浸出部分ｌＯの加熱が必要となるので、測定間隔は、通
常２秒前後となるが、加熱用の照射光強度を高めてさら
に短縮することもできる。
の強度に応じて０．２〜４０秒の範囲で決められ、浸出
部分１０の温度が４００℃を越えないようにする必要が
ある。このセンサｌでは、このようにエパネッセント光
浸出部分ｌＯの加熱が必要となるので、測定間隔は、通
常２秒前後となるが、加熱用の照射光強度を高めてさら
に短縮することもできる。
このような構造の湿度センサＩＫあっては、電気を全く
利用しない全光学式であるので、爆発性雰囲気中におい
ても安全に使用することが可能である。また、加熱用光
ファイバ５を用いて、水酸基の脱着を強制的に行うよう
にしているので、再測定までの時間を短縮することがで
き、迅速測定が可能である。さらに、エパネツセント光
浸出部分１０のクラッド８の厚さを変化させれば、エパ
ネツセント光の浸出量が変化し、これによってセンサｌ
の測定レンジを広い範囲で任意に設定することができる
。
利用しない全光学式であるので、爆発性雰囲気中におい
ても安全に使用することが可能である。また、加熱用光
ファイバ５を用いて、水酸基の脱着を強制的に行うよう
にしているので、再測定までの時間を短縮することがで
き、迅速測定が可能である。さらに、エパネツセント光
浸出部分１０のクラッド８の厚さを変化させれば、エパ
ネツセント光の浸出量が変化し、これによってセンサｌ
の測定レンジを広い範囲で任意に設定することができる
。
厚さ０．７１１１１．横５市、縦５ｕのシリコンチップ
を基板とし、第２図における各部の寸法が次の通りであ
るセンサ部を作成した。
を基板とし、第２図における各部の寸法が次の通りであ
るセンサ部を作成した。
Ａ＝１．０寵
Ｂ＝２００μｍ
Ｃ＝５μｍ（エバネッセ／ト光浸出部分の深さ）９２６
０μｍ コア径＝５μｍ コア；Ｇｅドーグ５１０２ クラッド；ＳｉＱ。
０μｍ コア径＝５μｍ コア；Ｇｅドーグ５１０２ クラッド；ＳｉＱ。
４２０．３％
このセンサ部に入出力光用ファイバとしてコア径６μｍ
、ファイバ径１２５μｍのシングルモード光７アイパを
接続した。また、加熱用ファイバとしてコア径２００μ
ｍ、ファイバ径２５０μｍ。
、ファイバ径１２５μｍのシングルモード光７アイパを
接続した。また、加熱用ファイバとしてコア径２００μ
ｍ、ファイバ径２５０μｍ。
Δ＝１．５％のグレイディラドインデックス型光ファイ
バを使用し、出力５００ ｍＷの高出力レーザダイオー
ドに接続した。入力光用光ファイバは波長０．９５μｍ
のＧａｆａ半導体レーザに接続し、出力光用光ファイバ
はアバランシェホトダイオード光検出器に接続した。
バを使用し、出力５００ ｍＷの高出力レーザダイオー
ドに接続した。入力光用光ファイバは波長０．９５μｍ
のＧａｆａ半導体レーザに接続し、出力光用光ファイバ
はアバランシェホトダイオード光検出器に接続した。
湿度の測定は、２秒毎に加熱を繰り返すことにより、連
続的に行え、迅速測定が可能であることが実証された。
続的に行え、迅速測定が可能であることが実証された。
このセンサの湿度と光吸収増加量の関係を第５図のグラ
フに示す。このグラフから、湿度と吸収増加量との間に
は直線関係が認められ、表湿度センサとして十分実用で
きることがわかる。
フに示す。このグラフから、湿度と吸収増加量との間に
は直線関係が認められ、表湿度センサとして十分実用で
きることがわかる。
以上説明したように、この発明の湿度センサは、シング
ルモード導波路の一部または全部のクラッドを薄肉とし
、エパネツセント波浸出部分を表面に露出してセンサ部
を形成し、これに入出力用シングルモード光ファイバを
接続し、エバネッセント波浸出部分を加熱する加熱手段
を設けたものであるので、 ■ エパネツセント波浸出部分に吸着した水分を急速に
脱着でき、迅速測定が可能であり、Ｏエパネツセント波
浸出部分の露出度合な変えることにより、測定レンジを
広範囲に設定することができ、 θ 加熱手段として加熱用光ファイバを用いた光照射を
行うものでは、システムを全光学式とすることかでき、
安全性に優れ、例えば天然ガス中の水分等を測定する際
などに好適に使用し５るものとなる等の利点が得られる
。
ルモード導波路の一部または全部のクラッドを薄肉とし
、エパネツセント波浸出部分を表面に露出してセンサ部
を形成し、これに入出力用シングルモード光ファイバを
接続し、エバネッセント波浸出部分を加熱する加熱手段
を設けたものであるので、 ■ エパネツセント波浸出部分に吸着した水分を急速に
脱着でき、迅速測定が可能であり、Ｏエパネツセント波
浸出部分の露出度合な変えることにより、測定レンジを
広範囲に設定することができ、 θ 加熱手段として加熱用光ファイバを用いた光照射を
行うものでは、システムを全光学式とすることかでき、
安全性に優れ、例えば天然ガス中の水分等を測定する際
などに好適に使用し５るものとなる等の利点が得られる
。
第１図はこの発明の湿度センサの一例を示す斜視図、第
２図はこの発明におけるセンサ部の一例を示す概略断面
図、第３図および第４図はいずれもセンサ部の他の例を
示す概略断面図、第５図は実施例で得られた湿度センサ
の湿度と吸収増加量 ′との関係を示すグラフで
ある。 １・・・・・・湿度センサ、２・・・・・・センサ部、
３・・・・・・入力用シングルモード光ファイバ、４・
・・・・・出力用シングルモード光ファイバ、５・・・
・・・加熱用光ファイバ、７・・・・・・コア、９・・
・・・・シングルモード導波路、１０・・・・・・エパ
ネツセント波浸出部分。 第５図 ミ！ 度 Ｃ％フ
２図はこの発明におけるセンサ部の一例を示す概略断面
図、第３図および第４図はいずれもセンサ部の他の例を
示す概略断面図、第５図は実施例で得られた湿度センサ
の湿度と吸収増加量 ′との関係を示すグラフで
ある。 １・・・・・・湿度センサ、２・・・・・・センサ部、
３・・・・・・入力用シングルモード光ファイバ、４・
・・・・・出力用シングルモード光ファイバ、５・・・
・・・加熱用光ファイバ、７・・・・・・コア、９・・
・・・・シングルモード導波路、１０・・・・・・エパ
ネツセント波浸出部分。 第５図 ミ！ 度 Ｃ％フ
Claims (2)
- （１）細径のコアおよびクラツドからなるシングルモー
ド導波路の一部もしくは全部のクラツドを薄肉とし、エ
パネツセント波浸出部分を表面に露出してセンサ部を形
成し、上記コアに入出力用シングルモード光フアイバを
接続し、上記エパネツセント波浸出部分を加熱する加熱
手段を設けたことを特徴とする湿度センサ。 - （２）上記加熱手段が、加熱用光源とこれからの加熱光
を導波する光フアイバとからなることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19144385A JPH0638067B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19144385A JPH0638067B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 湿度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6250643A true JPS6250643A (ja) | 1987-03-05 |
| JPH0638067B2 JPH0638067B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=16274706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19144385A Expired - Lifetime JPH0638067B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0638067B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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。 |
| JPH04506998A (ja) * | 1989-07-21 | 1992-12-03 | ブリティッシュ・テクノロジー・グループ・リミテッド | 光学装置 |
| JP2005077315A (ja) * | 2003-09-02 | 2005-03-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波路型センサ |
| JP2006125860A (ja) * | 2004-10-26 | 2006-05-18 | Fujikura Ltd | 表面プラズモンセンサ及び表面プラズモン測定装置 |
| JP2006329680A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光センサヘッド |
| JP2011085576A (ja) * | 2009-09-15 | 2011-04-28 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 光ファイバ水素センサ及びそれを備えた光ファイバ水素センサシステム |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50151586A (ja) * | 1974-05-28 | 1975-12-05 | ||
| JPS59182401A (ja) * | 1983-04-01 | 1984-10-17 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 液体検知用光フアイバ |
-
1985
- 1985-08-30 JP JP19144385A patent/JPH0638067B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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| 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。 |
| JP2005077315A (ja) * | 2003-09-02 | 2005-03-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波路型センサ |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0638067B2 (ja) | 1994-05-18 |
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