JPS6366441A - 屈折率計 - Google Patents

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】 「産業上の利用分野」 この発明は化学工業、食品工業及び醸造業等において、
生産ライン中の溶液の屈折率を測定することによりその
溶液の濃度を知ることができる屈折率計に関する。

「従来の技術」 第４図は従来の屈折率計の一例で、プルフリツヒ屈折計
の構成を示す図である。

プルフリフヒ屈折計は、屈折率を調べようとする試料溶
液１１を容れた透明な容器１２、この透明な容器１２を
載せる屈折率の大きな直角プリズム１３及び望遠鏡１４
とで構成され、外部から試料溶液１１と直角プリズム１
３との境界面とはソ゛平行に光１５及び光１６が照射さ
れる。直角プリズム１３の屈折率Ｎは試料溶液１１の屈
折率ｎよりも大きく選定されている。試料溶液１１を通
り入射点Ｐ１から直角プリズム１３に入射した光１５゜
１６は出射点Ｐ２で更に屈折され空気中に出射する。こ
の出射された光１７．１８を望遠鏡１４で観測する。

試料溶液１１の屈折率ｎより直角プリズム１３の屈折率
Ｎの方が大きいので、試料溶液１１から直角プリズム１
３に入射する光には臨界角α２がある。第４図において
入射光１６に示すように、入射点Ｐ１に９０度より小さ
い入射角α、で入射する光の出射光線１８は臨界角α２
にある光の出射光１７の出射角α、より大きい出射角α
４をもつ、つまり、全ての光は臨界角にある光１５の出
射光１７より光１８が出射される側Ａから出射されかつ
出射角α４Ａは太き（、その反対側Ｂから出射する光は
ない、このために、直角プリズム１３から出射される出
射光１７．１８を望遠鏡１４で観測すると、第５図に示
すように、臨界角α２にある出射光１７を境にしてその
片側の領域は「明ｊとなり他側の領域はｒ暗ｊとなる。

プルフリッヒ屈折計では、この明暗の境界をなす出射光
１７が出射する角度α、を測定することにより、試料溶
液１１の屈折率ｎを求めている。即ち、ｎ　＝　（Ｎ”
−５ｉｎ”ａ３）”” である。

このようにして測定して得られた屈折率ｎをもとに、そ
の試料溶液について予め知られている屈折率（ｎ）−濃
度（ｄ）特性から試料溶液の濃度ｄを知ることができる
。

第６図はコールラウシュ法の原理を示す図である０図に
は表れてないが、薄い透明な材質で作られたプリズム型
の試料容器１２が用いられる。このプリズム型の試料容
器１２は一つの頂角が例えばφに構成され、この頂角φ
を挟む一方の透明壁２１が試料溶液１１への照射光１５
．１６の入射面とされ、他方の透明壁２２が出射面とさ
れる。

試料溶液１１はこの入射面２１と出射面２２及びもう１
つの壁面２３とで構成されるプリズム型の容器内に満た
される。

照射光１５．１６はその入射面２１へ照射され、試料溶
液１１へ屈折入射し、出射面２２から出射する。この場
合も、プルフリッヒ屈折計と同様に、出射された光１７
．１８を望遠鏡１４で観測すると、臨界角にある出射光
１７を境にして、視野の一方の側はｒ明」であり、他方
の側はｒ暗ｊになる。このコールラウシュ法では、臨界
角で出射する光１７の出射角α、を測定することにより
試料溶液１１の屈折率ｎが求められる。即ち、ｎ　”ｓ
ｉｎ　ｅ冒１＋ｓｉｎ”αコ＋２　ｃｏｓφ１ｓｉｎα
８が成り立つ。

「発明が解決しようとする問題点ｊ これら従来の屈折率計では、望遠鏡で試料溶液を透過し
た出射光を捉え、その出射光により視野が明暗に分かれ
ることを検出し、望遠鏡の観測角度を移動させてその明
暗の境界を成す角度つまり臨界角を測定している。この
ような測定方法ではプロセス工程からサンプル溶液を採
り、そのサンプル溶液の屈折率を測定することはできる
が、工程中の溶液の屈折率を時々刻々に測定するには適
していない。

「問題点を解決するための手段」 光を照射する手段により試料溶液には一′平行な光を照
射し、 試料溶液を透過してきた照射光を光ファイバで構成され
た２つの受光手段により受光し、それら受光手段が受光
した各照射光の光量比を演算により求め試料溶液の屈折
率を測定する。

「発明の作用」 試料溶液の濃度の変動にもとすく屈折率の変動によって
偏倚される出射光束の移動量を、２つの受光手段により
受光し、その２つの受光手段が受光する光量の比として
検出測定する。

「実施例」 第１図はこの発明の実施例で、第６図に示した従来例に
適用した場合の構成図である。

ケース２４の中に透明な材質で作られたプリズム型の試
料容器１２（図には表れてない）が配され、同じく図に
は示してないがプロセス工程の例えば溶液パイプから、
濃度測定用として溶液の一部がこの試料容器１２の中へ
導かれる。試料溶液１１は所望の測定間隔で入れ換えら
れるようにしても、或いは緩つくりと試料容器１２を循
環されるようにしてもよい。

この発明では、光源（図には示されてない）と光結合さ
れた導光用光ファイバ２５により、光源からの照射光が
導かれ、その導光用光ファイバ２５の端部に設けられた
ロンドレンズ２６を通して、試料容器１２の入射面２１
から大きい入射角では奪平行な光束２７を試料溶液１１
に照射する。入射角α１で照射された照射光束２７は入
射点Ｐ１で試料溶液１１のその時の屈折率ｎ、による屈
折を受は試料溶液１１中に入射し、試料溶液１１を透過
して試料容器１２の出射面２２から光束２８に示すよう
に出射角α、で大気中に出射される。

試料溶液１１の屈折率ｎ、が変化して屈折率ｎ２（ｎｌ
＜ｎｌとする）になると、照射光束２７は一層大きく屈
折され、試料溶液１１からの出射面２２では光束２９で
示すように前より大きな出射角α４Ａで出射される。

この発明では、これら出射光束２８．２９を受光するた
めに２つの受光手段が設けられる。即ち、２つの受光手
段として、第１光フアイバ３１及び第２光フアイバ３２
が用いられ、その光フアイバ端面が受光面とされ、試料
溶液１１の屈折率の変化に応じて照射光束の出射方向が
変化する方向（２８−２９方向）に並べられ、出射光束
２８．２９に向けて配列される。

この実施例では、第１．第２光フアイバ３１゜３２の受
光面にロッドレンズ３３．３４がそれぞれ取付けられて
いる。第２図Ａ及びＢはそれぞれ２つのロッドレンズ３
３．３４に試料ン容液１１からの出射光束２８及び２９
がレンズ面３３Ａ、３４Ａに入射する様子を示す図であ
る。第２図Ａは例えば試料溶液の屈折率がｎ、のときの
もので、出射光束２８が２つのレンズ面３３Ａ、３４Ａ
にはゾ均等に入射している。従って、出射光束２８が第
１、第２光ファイバ３１．’３２に捉えられるそれぞれ
の光量１１＋　ｈはほり等しい。

第２図Ｂは第１図で説明したように、試料溶液１１の屈
折率ｎが大きくなり（ｎ”’　ｎ　ｚ　）　、照射光束
２７が試料溶１ａｌｌから出射される際の出射角α４Ａ
が大きくなった出射光束２９が入射する様子を示すＪで
ある。この図から判るように、出射光束２９が第１光フ
アイバ３１に入射する割合が増え、他方、第２光フアイ
バ３２に入射する割合が減っている。つまり、試料溶液
１１の屈折率ｎの変化は第１．第２光ファイバ３１．３
２の受光面にそれぞれ受光される光量１．、　Ｉｔの変
化として検出される。

更にこの発明では、第１．第２光フアイバ３１゜３２に
より受光されたこれらの光１１＋、Ｉｇを基に、光１１
＋、Ｉｚの比を演算する手段が設けられる。即ち、受光
された光量１１＋　Ｉｔはそれぞれ第１．第２光ファイ
バ３１．３２に導かれ、その各他端に設けられている光
電変換器（図には示してない）により電気信号Ｓ　＋　
、　Ｓ　ｔに変換される。変換された信号Ｓ、、ＳＺは
演算回路に供給され、それらの信号Ｓｔ、ＳｔＯ比Ｋ（
＝Ｓ＋／Ｓｚ）が演算される。

例えば第２図Ａでは、２つの信号ははｙ等しいので光量
比にはに＝１である。試料溶液１１の屈折率が大きくな
ると、第２図Ｂに示したように光量が変化し、２つの信
号Ｓ、、Ｓ、の関係はＳ＋＞ＳＺとなり、光量比には１
より大きくなってくる。逆に試料溶液１１の屈折率が小
さくなる場合は、出射光は第１図の光束３０に示すよう
になるので、信号はＳ＋＜ＳＺとなって光量比には１よ
り小さくなる。なお、２つの信号Ｓ＋、Ｓｔは、一方が
大きくなれば、他方は小さくなるように差動的な信号変
化をするので、感度のよい光量比にの演算が行われる。

第３図はこの発明の変形実施例である。この実施例では
１本のや＼太めのロッドレンズ３５に第１、第２光ファ
イバ３１．３２が取付けられている。第１図の例に対応
させて説明すると、試料溶液１１の屈折率がｎ、の場合
には、出射光束２８はロッドレンズ３５の受光面３５Ａ
の中央部に入射し、ロッドレンズ３５のはゾ中央を光束
２８Ａに示すように辿って第１．第２光フアイバ３１゜
３２へはり均等に導かれる（従って、Ｉｔ　＝　Ｌ）　
−屈折率ｎが大きくなると出射光束２９に示すように振
られ受光面３５Ａの中心部からずれて入射するようにな
る。従って、光束２９Ａに示すように導かれ、第１光フ
アイバ３１へ入射する光量１．が多くなり、第２光フア
イバ３２へ入射する光１ｘｚは少なくなる（１＋＞Ｉｇ
）−また屈折率が小さくなると出射光束３０及び３０Ａ
に示すようになり第１光フアイバ３１への光量！、は少
なく、第２光フアイバ３２への光量■□は多くなる（１
＋＜Ｉｔ）　−尚、これら第１．第２光ファイバ３１．
３２が配列される測定位置は絶対的に固定されるもので
はない。例えば、屈折率が大きく変化して、最初の測定
位置３６では測定ができないようになったら、第１．第
２光ファイバ３１．３２の位置を例えば距離りだけ動か
して他の測定位置３７へ移動させるようにしてもよい、
この時の移動距離りは予め屈折率ｎの変化量Δｎに正確
に換算させることが可能であり、従って、その位置３７
においても測定位置３６の時と同様に光景比にの変化を
測定することが可能であり、その測定位置３７での屈折
率ｎ、（＝ｎ、＋Δｎ）を基準として試料溶液１１の屈
折率の変化を測定することができる。

光電変換器などはケース２４の内部に設けても、或いは
第１．第２光ファイバ３１．３２をケース２４の外部に
まで導出し、光電変換器をケース２４の外部に設けるよ
うに構成してもよい。

以上では、第６図に示す従来例をもとに構成した場合を
説明してきたが、第４図に示した構成の屈折率計でも構
成することができる。また、これら第４図及び第６図の
従来例に限らず、他の屈折率計に対してもこの発明が同
様にして適用されることが可能なのは言うまでもない。

「発明の効果」 この発明によれば、被測定溶液に対して望遠鏡及びその
付属装置からなる重い計測装置は不要で光ファイバのみ
が配設されるだけなので、遠隔測定が容易に可能となり
、生産ラインの溶液の湯度を時間遅れなく測定すること
ができる。

光ファイバを用いた計測装置が特徴とする耐ノイズ性に
優れ、また爆発の危険がなく、種々な薬品に耐えること
ができる。

また、臨界出射光を境とする「明ｊ及び「暗Ｊの視野の
移動に追従させて駆動する望遠鏡のような重い装置がな
く、その点でも小型に構成され、生産ラインの中に装着
するのに有利である。

更に、２本の光ファイバに入射する光量比を測定するの
で、光源の光量変化、試料溶液による試料容器の内壁の
汚染、また、試料溶液自体が半透明であったり或いは透
明度の変化などのためを透過してくる光量が変化したり
しても、それらの影響を受けずに屈折率を高精度に測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２図は２つ
の受光手段に、試料溶液を透過した光が受光される様子
を示す図、第３図はこの発明の他の実施例を示す構成図
、第４Ｊま従来の屈折率計でプルフリッヒ屈折計の構成
図、第５図は望遠鏡の視野を示す図、第６図は屈折率を
測定する他の従来例で、コールラウシュ法の構成図であ
る。 １１：試料溶液、１２：試料容器、１３：直角プリズム
、１４：望遠鏡、１５，１６：照射光、１７．１８：出
射光、１９　：　、　２１　：入射面、２２：出射面、
２３　：　、２４　：ケース、２５　：　ｉ光用ファイ
バ、２６：ロッドレンズ、２７：照射光束、２８：出射
光束、２９：出射光束、３１：第１光フアイバ、３２：
第２光フアイバ、３３：ロッドレンズ、３４：ロッドレ
ンズ、３５：ロッドレンズ、３６，３７：測定位置。 特　許　出　願　人　　日本航空電子工業株式会社代　
　　理　　　人　　　　　草　　　野　　　　　　　　
　卓オ　１　図 か　２　図 第５図 才　６　マ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料にほゞ平行光を照射する平行光照射手段と、 試料を透過してきた前記照射光を受光する２つの受光手
   段と、 それら２つの受光手段により受光された光量の比から試
   料の屈折率を測定する為の光量比を得る手段と、 を有し、前記試料の透過光がその透過にもとずき屈折す
   る方向に前記２つの受光手段が配されている屈折率計。