JPS63265140A - 光フアイバ型湿度センサ - Google Patents

光フアイバ型湿度センサ

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JPS63265140A
JPS63265140A JP10084287A JP10084287A JPS63265140A JP S63265140 A JPS63265140 A JP S63265140A JP 10084287 A JP10084287 A JP 10084287A JP 10084287 A JP10084287 A JP 10084287A JP S63265140 A JPS63265140 A JP S63265140A
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JP
Japan
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optical fiber
light
core
fiber core
treated
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Pending
Application number
JP10084287A
Other languages
English (en)
Inventor
Teruaki Tsutsui
筒井 輝明
Katsunori Ogawa
小川 勝徳
Shinichi Tsuchiya
信一 土屋
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.)
Hitachi Cable Ltd
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Hitachi Cable Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electric Power Co Inc, Hitachi Cable Ltd filed Critical Tokyo Electric Power Co Inc
Priority to JP10084287A priority Critical patent/JPS63265140A/ja
Publication of JPS63265140A publication Critical patent/JPS63265140A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • G01N21/78Systems 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 producing a change of colour
    • G01N21/81Indicating humidity

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  • Immunology (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の属する技術分野] 本発明は光ファイバ自体を湿度センサとして用い、気体
等の相対温度が測定可能な光ファイバ型湿度センサに関
する。
[従来の技術] 従来の湿度測定は、セラミック・プラスチック等の素材
の湿度に対する抵抗変化や容量変化を利用し、これらを
電気的に検出して湿度を求める方式が大半を占めている
また、光ファイバを用いる方式としては、第5図に示す
ように、送光用光ファイバ1の出射端と受光用光ファイ
バ2の入射端とを光学レンズ4゜4′を介して空間3を
隔てて対向させて配置し、空間3内の空気の湿度変化に
よるその赤外吸収強度変化を利用して、光源5からの光
を送光用光ファイバ1.空間3および受光用光ファイバ
2を伝送させてその強度を受光器6にて検出する方式が
ある。更に、この方式を改良したものとして、送・受光
用光ファイバ間に特定波長の吸収係数が湿度によって変
化する感湿樹脂を介装する方式も提案されている(特開
昭56−67738号)。
[発明が解決しようとする問題点] ところが、上記の湿度に対する抵抗変化等を電気的に検
出する方式では、高電圧環境下における湿度検出は適用
上、電気雑音など多くの問題がある。更に、この方式で
は、湿度により抵抗等が変化するセンサが設置された極
く限られた領域内の湿度しか検出できず、長区間に亙る
湿度分布を測定する場合には数多くのセンサを設置する
必要がある。
また、第5図に示す光学方式では、高電圧下でも適用可
能であるが、湿度変化などによって送光用光ファイバ、
1と受光用光ファイバ2との光軸がずれたり、あるいは
外気中のほこりの影響を受けたりし易く安定した測定が
困難であり、限定された環境下でしか使用できない。更
に、光学レンズや光ファイバ1,2を支持する治具等に
高精度加工が要求される。
一方、送・受光用光ファイバ間に感湿樹脂を介装する方
式では、光学系の固定が容易となると共に湿度以外のほ
こり等の影響を受けにくくなる。
しかし、感湿樹脂の吸湿膨潤によって感湿樹脂と光ファ
イバとの結合部にマイクロベンドが生じ、これに伴い損
失が増加し安定した測定が難しい。
また、感湿樹脂が経年劣化し十分な長期性能が得られな
い。更に光伝送路に感湿樹脂を挿入する方式であり、感
湿樹脂を厚くして湿度変化に対する感度を上げようとす
ると、必然的に光の減衰が大きくなり受光量が低下する
という問題がある。
また、特定の波長の光のみを検出する方式であるため、
装置が高価なものとなる。
本発明は以上の従来技術の問題点を解消すべく創案され
たものであり、本発明の目的は、高安定。
高精度でしかも適用範囲の広い湿度測定を安価に実施で
きる光ファイバ型湿度センサを提供することを目的とす
る。
[問題点を解決するための手段] 上記の目的を達成するために、本発明は、光ファイバの
石英コア表面に、SiO2の微粒子からなる多孔性の表
面層を設けて表面処理光ファイバコ・アと成し、前記表
面処理光ファイバコアの外周がその湿度を測定する被測
定気体によって包囲されるよう配置し、前記表面処理光
ファイバコアに光を入射したときの光の強度変化から前
記被測定気体の湿度を求める構成となっている。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を図を参照しながら詳細に説明
する。
第1図は、本発明の光ファイバ型湿度センサの一実施例
を示す説明図である。図において7は、石英コア表面に
S io 2  (M化ケイ素)の微粒子からなる多孔
性の表面層を設けて形成した表面処理光ファイバコアで
あり、空気等の被測定気体で満たされた測定領域8に配
置される。9は光源、10は受光器である。
第2図は、表面処理光ファイバコア7の表面状態を示す
説明図である。図示するように、石英コア11の表面に
はサブミクロン程度のS i O2の微粒子12が多数
付着されて多孔性の表面層が形成されており、被測定気
体中の水分13を吸着させる効果を有する。
ところで、この多孔性の表面層による水分の吸着量は、
被測定気体中の水分量と温度とに相関し、結果的には相
対湿度に相関したものとなることがわかった。
表面処理光ファイバコア7においては、光源9からの光
は石英コア11内を反射伝播して受光器10に達するも
のであるが、多孔性の表面層には水分13が吸着されて
いるために、石英コア11又はSiO2微粒子12と吸
着された水分13との界面に光が当たるとこの界面で光
の漏洩及び散乱が生じ、これにより光損失が発生する。
この光損失の値は吸着された水分の量に比例するから、
結局表面処理光ファイバコア7を透過する光の強度は測
定領域中の気体の相対湿度に比例して変化することにな
り、この透過光を受光器10で検出することにより相対
湿度を検出することができる。
尚、Sio2の微粒子からなる多孔性の表面層は例えば
次のようにして形成される。石英コア11の表面にシリ
コン樹脂、シリコンゴム等のシリコン重合体を塗布後こ
れを燃焼させて酸化し、次にアルコールで表面洗浄する
。こうすると石英コア11の表面には、シリコン重合体
の酸化物としてのSiO2微粒子が多孔性状態で残置さ
れて、所望の多孔性の表面層が形成されるものである。
また、この多孔性の表面層は、石英コア11の軸方向に
沿い適宜間隔を隔てて複数箇所設けることもできる。こ
うすることにより、多数箇所の相対湿度を1本の表面処
理光ファイバコア7で測定可能である。
このように、本発明では表面処理光ファイバコア7自体
を湿度センサとして用いているため、高電圧下は勿論の
こと広範な環境下において使用できると共に経年劣化や
光学系の軸ずれ等による損失もなく安定した高精度の湿
度測定ができる。更に測定波長に制限もなく安価に実施
できる。
次に第3図には、11定領域8を複数個設けて多点検出
を行う場合の実施例を示す。
図において14は光源9を変調してパルス光を発生させ
るためのパルス発生器、15は受光器10に後方散乱光
を入射させる方向性結合器、16はパルス発生器を制御
するためのタイミング発生器、17は湿度検出位置と相
対湿度を算出する信号処理回路、18は測定結果を表示
するディスプレー装置である。
パルス発生器14により光源9を変調してパルス光を発
生させ、これを前述の表面処理光ファイバコア7に入射
させる。表面処理光ファイバコア7の軸方向には、被測
定気体が包囲する複数の測定領域8が設けられており、
表面処理光ファイバコア7に入射されたパルス光は各測
定領域8の被測定気体の湿度変化に対応してその後方散
乱光強度に変化を生ずる。すなわち表面処理光ファイバ
コア7では被測定気体の相対湿度に比例して光の漏洩及
び散乱により光損失が発生するわけであるが、この散乱
により生ずる後方散乱光強度もまたtg対湿度に比例し
て変化するのである。
各測定領域8で相対湿度に対応した強度を有する後方散
乱光は、方向性結合器12を介して受光器10により検
出される。一方パルス発生器14のパルス発生時間はタ
イミング−発生器16により制御されているので、タイ
ミング発生器のタイミング信号より光パルス発生時間を
知ることができる。信号処理回路17は、この光パルス
発生時間と受光器10の後方散乱光検出時間とから、湿
度検出位置を距離の値として特定するとともに、後方散
乱光強度の値から相対湿度を求める。そしてディスプレ
イ装置15で検出位置とそこの相対湿度を表示する。
第4図は、表面処理光ファイバコアに2箇所の測定領域
を設けて同一条件の空気で包囲し、第3図に示す実施例
(但し、ディスプレー装置15は除く)の構成で相対湿
度と後方散乱光強度との関係を求めた実験結果を示す線
図である。図示するとおり、相対湿度を20%から80
%へ変化させると、測定領域において後方散乱光強度に
2dB以上の増加が検出され、さらに応答性、再現性に
も優れていることが確認された。
[発明の効果コ 以上説明したように、本発明は石英コア表面にSiO2
の微粒子からなる多孔性の表面層を設けて表面処理光フ
ァイバコアと成し、この表面処理光ファイバコア自体を
湿度センサとして相対湿度を測定するものなので、 (1)光ファイバ以外の光学的素子を全く必要とせず、
また赤外線等の特定波長で測定する必要もない。このた
め測定系の簡素化が図れ、取扱いも容易であると共にコ
ストを低減できる。
(2)経年劣化や、光学レンズ等の介在による損失等の
発生要因がなく、長期信頼性が高い。
(3)1点のみではなく、表面処理光ファイバコアの長
手方向に沿った相対湿度の分布計測が可能である。
(4)相対湿度の測定には、従来転球、湿球の温度差か
ら求める等2センサ差分方式で行う必要があったが、セ
ンサは1つで充分である。
(5)感湿素子を介することなく、表面処理光ファイバ
コアに直接気体を接触させて検出するものであり、応答
性、再現性に優れている。
等、従来にない格別の効果を奏す−る画期的な発明であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光ファイバ型温度センサの一実施例を
示す説明図、第2図は表面処理光ファイバコアの表面状
態を示す説明図、第3図は多点検出を行う場合の他の実
施例、第4図は相対湿度と後方散乱光強度との関係を求
めた実験結果を示す線図、第5図は従来の光ファイバを
用いた湿度センサの説明図である。 7:表面処理光ファイバコア、 8:測定領域、 9:光源、 10:受光器、 11:石英コア、 12 : S iO2微粒子、 13:水分、 14:パルス発生器、 15二方向性結合器、 16:タイミング発生器、 17:信号処理回路、 18:ディスプレイ装置。 児 1 辺 −2目 +3 : 、l\か 茅 3 日 見 4 の 距龜  〔−rn] 死S図 4.4’:  勇!デLンスー 5 ニ ラta呵; 6 :1L息

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 光ファイバの石英コア表面に、SiO_2の微
    粒子からなる多孔性の表面層を設けて表面処理光ファイ
    バコアと成し、前記表面処理光ファイバコアの外周がそ
    の相対湿度を測定する被測定気体によって包囲されるよ
    う配置し、前記表面処理光ファイバコアに光を入射した
    ときの光の強度変化から前記被測定気体の相対湿度を求
    める如く構成したことを特徴とする光ファイバ型湿度セ
    ンサ。
  2. (2) 前記多孔性の表面層が、前記石英コアの軸方向
    に沿い適宜間隔を隔てて複数箇所設けられていることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光ファイバ型湿
    度センサ。
  3. (3) 前記多孔性の表面層は、前記石英コアにシリコ
    ーン重合体を塗布した後、該シリコーン重合体を燃焼さ
    せ、次にその表面を洗浄して形成されるものであること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第2項記載の光
    ファイバ型湿度センサ。
  4. (4) 前記表面処理光ファイバコアに光を入射したと
    きに透過光の強度から前記被測定気体の湿度を求める如
    く構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至
    第2項記載の光ファイバ型湿度センサ。
  5. (5) 前記表面処理光ファイバコアに光を入射したと
    きの後方散乱光の強度から前記被測定気体の湿度を求め
    る如く構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    乃至第2項記載の光ファイバ型湿度センサ。
  6. (6) 前記表面処理光ファイバコアにパルス光を入射
    したときの後方散乱光の時間的変化から前記表面処理光
    ファイバコアの軸方向に沿う前記被測定気体の湿度分布
    を求める如く構成したことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項乃至第2項記載の光ファイバ型湿度センサ。
JP10084287A 1987-04-23 1987-04-23 光フアイバ型湿度センサ Pending JPS63265140A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005005959A3 (en) * 2003-06-30 2005-07-28 Univ Mississippi Moisture sensor based on evanescent wave light scattering by porous sol-gel silica coating

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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