WO2017010043A1 - 機能水濃度センサ - Google Patents

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WO2017010043A1
WO2017010043A1 PCT/JP2016/002885 JP2016002885W WO2017010043A1 WO 2017010043 A1 WO2017010043 A1 WO 2017010043A1 JP 2016002885 W JP2016002885 W JP 2016002885W WO 2017010043 A1 WO2017010043 A1 WO 2017010043A1
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functional water
light
concentration sensor
water concentration
ultraviolet light
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PCT/JP2016/002885
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末広　善文
徹 馬場
真 奥村
吉原　孝明
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G01N21/03—Cuvette constructions
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Definitions

  • the present invention relates to a functional water concentration sensor.
  • ozone is used for sterilization, deodorization, decolorization, and the like. Since ozone has a strong oxidizing power, it is necessary to control its concentration. Therefore, an ozone concentration meter that measures the ozone concentration has been developed. For example, in the light absorption ozone densitometer described in Patent Document 1, the ozone concentration is measured by irradiating the sample cell containing the sample with ultraviolet light and detecting the intensity of the transmitted light transmitted through the sample cell.
  • the concentration of functional water having a predetermined function is required to be detected by a small and inexpensive sensor. If it is a small sensor, for example, it can be incorporated into a sterilization apparatus using functional water having a sterilization capability. By detecting the concentration of functional water in the sterilization apparatus, it is possible to appropriately grasp a decrease in the sterilization capability of the sterilization apparatus or the like.
  • a small and inexpensive sensor cannot be realized.
  • an object of the present invention is to provide a small and inexpensive functional water concentration sensor.
  • a functional water concentration sensor includes a container in which functional water is placed, a light source that emits ultraviolet light, and ultraviolet light that is emitted from the light source and passes through the container.
  • a fluorescent material that emits fluorescence when excited and a light receiving element that receives the fluorescence are provided, and a peak wavelength of ultraviolet light emitted from the light source is within a predetermined range including an absorption peak unique to the functional water.
  • a small and inexpensive functional water concentration sensor can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a functional water concentration sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the functional water concentration sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a fluorescence spectrum of an example of the phosphor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a fluorescence spectrum according to another example of the phosphor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5A is a diagram showing an absorption spectrum for each concentration of hypochlorous acid water according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5B is a diagram showing the transmittance of ultraviolet light with respect to the concentration of hypochlorous acid water according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6A is a diagram showing an absorption spectrum for each concentration of ozone water according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6B is a diagram showing the transmittance of ultraviolet light with respect to the concentration of ozone water according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the concentration of hypochlorous acid water and the transmittance of ultraviolet light when the phosphor according to Embodiment 1 of the present invention is not provided.
  • FIG. 6A is a diagram showing an absorption spectrum for each concentration of ozone water according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6B is a diagram showing the transmittance of ultraviolet light with respect to the concentration of ozone water according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the concentration of hypochlorous acid water and the transmittance of ultraviolet light according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of the functional water concentration sensor according to the first modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of the functional water concentration sensor according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor according to Modification 3 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor according to Modification 4 of Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing the transmittance of ultraviolet light with respect to the concentration of ozone water for each optical path length in the functional water concentration sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor according to Modification 1 of Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 16 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor according to Modification 2 of Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor according to Modification 3 of Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 18 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor according to Modification 4 of Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 19 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor according to Modification 5 of Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing a configuration of a functional water concentration sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a configuration of a functional water concentration sensor according to Modification 1 of Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a configuration of a functional water concentration sensor according to the second modification of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing a configuration of a functional water concentration sensor according to Modification 3 of Embodiment 3 of the present invention.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily shown strictly. Moreover, in each figure, the same code
  • expressions such as substantially all or substantially the same are used. For example, the approximate match not only means that they are completely matched, but also means that they are substantially matched, that is, includes an error of about several percent. The same applies to expressions using other “abbreviations”.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a functional water concentration sensor 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the functional water concentration sensor 1 according to the present embodiment.
  • the functional water concentration sensor 1 is a sensor that measures the concentration of the functional water 90 placed in the container 40. Specifically, the functional water concentration sensor 1 irradiates the functional water 90 with ultraviolet light, and converts the wavelength of the ultraviolet light (transmitted light) after being absorbed through the functional water 90 by the phosphor 20. The functional water concentration sensor 1 measures the concentration of the functional water 90 by detecting light after wavelength conversion (for example, visible light).
  • the functional water 90 is an aqueous solution that has been provided with a reproducible and useful function by an artificial process, and the scientific basis for the process and the function has been clarified and is about to be performed. .
  • the functional water 90 is hypochlorous acid water or ozone water.
  • the functional water concentration sensor 1 includes a light source 10, a phosphor 20, a light receiving element 30, a container 40, and a control circuit 50.
  • the functional water concentration sensor 1 is housed in a light-shielding housing in order to prevent external light from entering the light receiving element 30.
  • the inner surface of the housing is formed of a material that absorbs ultraviolet light so as to absorb light (that is, stray light) that is not incident on the incident window 41 among the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10. Also good.
  • the light source 10 emits ultraviolet light 11.
  • the ultraviolet light 11 is, for example, light having a peak wavelength of 350 nm or less. Details of the ultraviolet light 11 will be described later.
  • the light source 10 may be capable of changing the peak wavelength of the ultraviolet light 11. Specifically, the light source 10 may emit ultraviolet light 11 having a different peak wavelength depending on the functional water 90 that is the measurement target. That is, the light source 10 may emit light having a predetermined peak wavelength as the ultraviolet light 11 based on an absorption spectrum unique to the functional water 90.
  • the light source 10 is a solid light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode) element, but is not limited thereto.
  • the light source 10 may be a semiconductor laser, a small mercury lamp, or the like.
  • the light source 10 is disposed close to the incident window 41 of the container 40.
  • Proximity means that the distance between each other is within a predetermined range, and includes cases where they are in contact with each other.
  • the light source 10 is disposed such that the distance from the incident window 41 is within 5 mm. That is, the light source 10 is arranged so that substantially all of the emitted ultraviolet light 11 enters the incident window 41, that is, the emitted ultraviolet light 11 hardly leaks outside the container 40.
  • the ultraviolet light 11 from the light source 10 enters the incident window 41 substantially perpendicularly as shown in FIG.
  • the distance between the light source 10 and the incident window 41 is not limited to within 5 mm, and is not particularly limited.
  • the phosphor 20 is excited by the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10 and passed through the container 40, and emits fluorescence 21. Specifically, the phosphor 20 emits fluorescence 21 as light after wavelength conversion by wavelength-converting the ultraviolet light 11 (transmitted light) after passing through the functional water 90.
  • the fluorescence 21 is, for example, visible light.
  • the phosphor 20 receives the ultraviolet light 11 and emits fluorescence 21 having a peak wavelength in the visible light region (380 nm to 780 nm).
  • the phosphor 20 may emit light having a peak wavelength corresponding to the sensitivity of the light receiving element 30 as the fluorescence 21. Specifically, the phosphor 20 emits fluorescence 21 having a peak wavelength in a wavelength region where the sensitivity of the light receiving element 30 is high. For example, when the light receiving element 30 has high sensitivity in the green region (500 nm to 570 nm), the phosphor 20 may emit light having a peak wavelength in the range of 500 nm to 570 nm as the fluorescence 21.
  • FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams showing fluorescence spectra by an example of the phosphor 20 according to the present embodiment.
  • the broken line indicates the spectrum of the ultraviolet light 11 that is the excitation light
  • the solid line indicates the spectrum of the fluorescence 21.
  • the phosphor 20 shown in FIG. 3 is a YPV phosphor (europium activated phosphorus / yttrium vanadate; Y (P, V) O 4 : Eu 3+ ). As shown in FIG. 3, the phosphor 20 emits fluorescence 21 (red light) having a peak wavelength at about 620 nm when receiving ultraviolet light 11 of 350 nm or less.
  • fluorescence 21 red light
  • the phosphor 20 shown in FIG. 4 is a LAP phosphor (cerium, terbium-activated lanthanum phosphate phosphor; LaPO 4 : Ce 3+ , Tb 3+ ). As shown in FIG. 4, the phosphor 20 emits fluorescence 21 (green light) having a peak wavelength at about 550 nm when receiving ultraviolet light 11 of 300 nm or less.
  • LAP phosphor cerium, terbium-activated lanthanum phosphate phosphor
  • LaPO 4 Ce 3+ , Tb 3+
  • the phosphor 20 is provided, for example, on a translucent plate such as a glass plate disposed in proximity to the exit window 42.
  • the phosphor 20 is contained in a resin material applied to the surface of a glass plate.
  • the phosphor 20 may be dispersed and contained inside the glass plate.
  • the phosphor 20 may be dispersed and contained in a plate-like ceramic (for example, alumina or the like).
  • the light receiving element 30 receives the fluorescence 21. Specifically, the light receiving element 30 photoelectrically converts the received fluorescence 21 to generate an electric signal corresponding to the amount of received light (that is, intensity) of the fluorescence 21. The generated electrical signal is output to the control circuit 50.
  • the light receiving element 30 has high sensitivity in a predetermined wavelength region.
  • the light receiving element 30 has high sensitivity in the visible light region. That is, the light receiving element 30 has higher sensitivity to visible light than sensitivity to ultraviolet light.
  • the light receiving element 30 may not have sensitivity in the ultraviolet region (380 nm or less).
  • the light receiving element 30 is, for example, a photodiode, but is not limited thereto.
  • the light receiving element 30 may be a phototransistor or the like.
  • the light receiving element 30 is disposed close to the phosphor 20.
  • the light receiving element 30 is disposed so that the distance from the phosphor 20 is within 5 mm or in contact with the phosphor 20.
  • the light receiving element 30 is arranged to receive substantially all of the light traveling toward the light receiving element 30 out of the fluorescence 21 emitted from the phosphor 20.
  • the distance between the light receiving element 30 and the phosphor 20 is not particularly limited to within 5 mm, and is not particularly limited.
  • the container 40 is a container in which the functional water 90 is put.
  • the container 40 is a cell having a bottomed cylinder such as a bottomed cylinder or a bottomed square cylinder, but is not particularly limited.
  • the container 40 includes two transmission windows that transmit the ultraviolet light 11. Specifically, as shown in FIG. 1, the container 40 includes an entrance window 41 and an exit window 42.
  • the incident window 41 is a window into which the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10 enters.
  • the incident window 41 is formed from a translucent member that is provided in an opening formed in the container 40 and transmits the ultraviolet light 11.
  • the incident window 41 (translucent member) is made of, for example, quartz glass or sapphire glass.
  • the entrance window 41 is formed of a plate-like glass whose entrance surface and exit surface are substantially flat.
  • the ultraviolet light 11 enters the incident window 41 substantially vertically. Specifically, the ultraviolet light 11 is incident along the thickness direction of the plate-like glass (incident window 41). That is, the ultraviolet light 11 is incident in the normal direction of the incident surface.
  • the exit window 42 is a window through which the ultraviolet light 11 incident on the container 40 exits toward the phosphor 20.
  • the exit window 42 is formed from a translucent member that is provided in an opening formed in the container 40 and transmits the ultraviolet light 11.
  • the exit window 42 (translucent member) is made of, for example, quartz glass or sapphire glass.
  • the exit window 42 is formed of a plate-like glass whose entrance surface and exit surface are substantially flat. From the emission window 42, the ultraviolet light 11 is emitted substantially vertically. Specifically, the ultraviolet light 11 is emitted along the thickness direction of the plate-like glass (exit window 42). That is, the ultraviolet light 11 is emitted in the normal direction of the emission surface.
  • the main body of the container 40 (specifically, a portion other than the two transmission windows) is formed from a material that shields (absorbs or reflects) ultraviolet light.
  • the main body of the container 40 is formed from a resin material such as acrylic (PMMA) or polycarbonate (PC), or a metal material.
  • the entire container 40 may be translucent to the ultraviolet light 11.
  • the entire container 40 may be formed of quartz glass or the like.
  • the light source 10, the container 40, the phosphor 20, and the light receiving element 30 are arranged on the substantially same straight line in this order.
  • the entrance window 41 and the exit window 42 of the container 40 are also arranged on the straight line.
  • the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10 reaches the light receiving element 30 at the shortest distance, although the wavelength is converted by the phosphor 20 in the middle. Therefore, since light leakage (stray light) is prevented from occurring between the light source 10 and the light receiving element 30, the intensity of the fluorescence 21 can be detected with high accuracy, and the concentration of the functional water 90 can be measured with high accuracy. Can do.
  • the container 40 may be a part of a predetermined pipe.
  • the functional water 90 may flow in the container 40.
  • the functional water 90 may be circulated between the container 40 and a reaction tank (not shown).
  • the reaction tank is a container for exerting the function of the functional water 90.
  • the functional water 90 comes into contact with an object (for example, gas such as air) in the reaction tank, thereby sterilizing and deodorizing the object.
  • the functional water concentration sensor 1 can measure the concentration of the functional water 90 while the functional water 90 performs sterilization and deodorization. That is, the functional water concentration sensor 1 can be used by being incorporated in a deodorizing device or the like.
  • the control circuit 50 is a controller that controls the light source 10 and the light receiving element 30.
  • the control circuit 50 includes a nonvolatile memory in which a program is stored, a volatile memory that is a temporary storage area for executing the program, an input / output port, and a processor that executes the program.
  • the control circuit 50 is realized by, for example, a microcomputer (microcontroller).
  • the control circuit 50 measures (calculates) the concentration of the functional water 90 based on the electrical signal output from the light receiving element 30. Specifically, the control circuit 50 calculates the intensity of the fluorescence 21 based on the electrical signal, and calculates the permeability (or absorbance) of the functional water 90 based on the calculated intensity of the fluorescence 21. The control circuit 50 calculates the concentration of the functional water 90 from the calculated permeability based on the Lambert-Beer law described later. The control circuit 50 stores a table in which the intensity of the fluorescence 21 and the concentration of the functional water 90 are associated with each other in advance in the memory, and even if the concentration of the functional water 90 is determined by referring to the table. Good.
  • control circuit 50 may control the turning on and off of the light source 10, the intensity and wavelength of the ultraviolet light 11, and the like. That is, the control circuit 50 causes the light source 10 to emit ultraviolet light 11 having a predetermined intensity and wavelength at a predetermined timing based on a user instruction or a program. For example, the control circuit 50 may change the intensity and wavelength of the ultraviolet light 11 based on the type of the functional water 90.
  • control circuit 50 may perform feedback control of the light source 10 based on the measurement result of the concentration of the functional water 90. For example, when the amount of received light detected by the light receiving element 30 is too small, that is, when the concentration of the functional water 90 is too high, the intensity of the ultraviolet light 11 may be increased or the wavelength may be varied.
  • the peak wavelength of the ultraviolet light 11 (ultraviolet light before passing through the functional water 90) emitted from the light source 10 exists within a predetermined range including an absorption peak unique to the functional water 90.
  • An absorption peak is a wavelength which shows the maximum value of a light absorbency in the light absorption spectrum which the functional water 90 has. In other words, the absorption peak is the wavelength of light at which the amount of absorption by the functional water 90 is maximized.
  • a is the extinction coefficient and “C” is the molar concentration of the medium.
  • L is the length (that is, the optical path length) of the medium (that is, the functional water 90) through which the ultraviolet light 11 is transmitted, and in this embodiment, the distance from the entrance window 41 to the exit window 42 of the container 40. It corresponds to.
  • the absorbance indicates the absorption rate of the ultraviolet light 11 by the functional water 90, and the greater the value, the greater the absorption by the functional water 90. For example, if the absorbance is “1”, all of the ultraviolet light 11 is absorbed, and if the absorbance is “0”, the ultraviolet light 11 is not absorbed at all.
  • permeability has shown the transmittance
  • FIG. 5A is a diagram showing an absorption spectrum for each concentration of hypochlorous acid water according to the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the wavelength of light (ultraviolet light 11) irradiated to the functional water 90 (hypochlorous acid water), and the vertical axis indicates the absorbance of the functional water 90.
  • the hypochlorous acid water has an absorption peak at about 292 nm and does not depend on its concentration, and absorbs much light in a predetermined range including the absorption peak.
  • the predetermined range is a range having an absorbance equal to or higher than a predetermined ratio of the absorbance at the absorption peak.
  • the predetermined ratio is, for example, 5% to 20%.
  • the predetermined range of ultraviolet light that can be absorbed by hypochlorous acid water is 250 nm or more and 350 nm or less. Therefore, in the present embodiment, when the functional water 90 is hypochlorous acid water, the light source 10 emits ultraviolet light 11 having a peak wavelength in the range of 250 nm to 350 nm.
  • the absorbance with respect to light of a predetermined wavelength is larger as the concentration of hypochlorous acid water is higher, and is smaller as the concentration is lower. As shown in FIG. 5A, this tendency is prominent in the vicinity of the absorption peak of about 292 nm.
  • FIG. 5B is a diagram showing the transmittance of ultraviolet light with respect to the concentration of hypochlorous acid water according to the present embodiment.
  • the horizontal axis represents the concentration of the functional water 90
  • the vertical axis represents the transmittance of the functional water 90 with respect to the ultraviolet light 11.
  • the light having a wavelength of 292 nm has a larger ratio of the change in transmittance to the concentration change than the light having a wavelength of 275 nm. That is, the closer the ultraviolet light 11 is to the absorption peak in the absorption spectrum, the easier it is to calculate the concentration of the functional water 90 based on the transmittance.
  • FIG. 6A is a diagram showing an absorption spectrum for each concentration of ozone water according to the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the wavelength of light (ultraviolet light 11) applied to the functional water 90 (ozone water), and the vertical axis indicates the absorbance of the functional water 90.
  • ozone water has an absorption peak at about 260 nm without depending on its concentration, and absorbs much light in a predetermined range including the absorption peak.
  • the predetermined range of ultraviolet light that can be absorbed by ozone water is 220 nm to 300 nm. Therefore, in the present embodiment, when the functional water 90 is ozone water, the light source 10 emits ultraviolet light 11 having a peak wavelength in the range of 220 nm to 300 nm.
  • the absorbance with respect to a predetermined wavelength is larger as the concentration of ozone water is higher and smaller as the concentration is lower. As shown in FIG. 6A, this tendency is prominent in the vicinity of the absorption peak of about 260 nm.
  • FIG. 6B is a diagram showing the transmittance of ultraviolet light with respect to the concentration of ozone water according to the present embodiment.
  • the horizontal axis represents the concentration of the functional water 90
  • the vertical axis represents the transmittance of the functional water 90 with respect to the ultraviolet light 11.
  • the black circles are actually measured values
  • the solid line shows the exponential approximate curve of the actually measured values obtained by the least square method.
  • FIG. 6B shows the transmittance with respect to the ozone concentration when light having a wavelength of 260 nm is irradiated. As shown in FIG. 6B, the higher the ozone concentration, the smaller the transmittance.
  • the permeability and the concentration of the functional water 90 are dependent on each other based on the Lambert-Beer law. Therefore, by acquiring the intensity of the incident light before passing through the functional water 90 and the intensity of the transmitted light (outgoing light) after passing through the functional water 90, the functional water 90 is obtained based on (Equation 1). The absorbance (or permeability) can be calculated.
  • the light source 10 when the functional water 90 is hypochlorous acid water, the light source 10 emits light having a peak wavelength in the range of 250 nm to 350 nm as the ultraviolet light 11. For example, the light source 10 emits light having a peak wavelength of 275 nm as ultraviolet light 11.
  • the light source 10 When the functional water 90 is ozone water, the light source 10 emits light having a peak wavelength in the range of 220 nm or more and 300 nm or less as ultraviolet light 11. For example, the light source 10 emits light having a peak wavelength of 260 nm as the ultraviolet light 11.
  • the concentration of the functional water 90 is measured based on the intensity before incidence of the ultraviolet light 11 and the intensity after transmission. Specifically, instead of directly detecting the ultraviolet light 11 that is transmitted light, the light receiving element 30 detects the converted fluorescence 21 after being converted into the fluorescence 21 by the phosphor 20. In the present embodiment, the concentration of the functional water 90 is measured by using the intensity of the fluorescence 21 instead of the intensity of the transmitted light (ultraviolet light 11).
  • FIG. 7 is a diagram showing a relationship between the concentration of hypochlorous acid water and the transmittance of the ultraviolet light 11 when the phosphor 20 according to the present embodiment is not provided.
  • black circles and black triangles are actually measured values
  • a solid line is an exponential approximate curve of the actually measured values obtained by the least square method.
  • FIG. 7 the transmitted light (ultraviolet light 11) emitted from the emission window 42 without using the phosphor 20 was detected using a photodiode having sensitivity in the ultraviolet region.
  • (A) of FIG. 7 has shown the case where the peak wavelength of the ultraviolet light 11 is 275 nm, and is the same as the graph shown to FIG. 5B.
  • FIG. 7B is a graph in which the vertical axis of the graph shown in FIG.
  • the permeability is expressed as an exponential function of concentration as shown in (Equation 1). For this reason, the relationship between the transmittance and the density is represented by a straight line on the logarithmic graph. As shown in FIG. 7B, the actual measurement values (black circles and black triangles) substantially coincide with the approximate line, and it can be seen that the concentration of the functional water 90 can be measured by detecting the ultraviolet light 11.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the concentration of hypochlorous acid water and the transmittance of ultraviolet light according to the present embodiment.
  • the black squares are measured values
  • the solid line is an exponential approximation curve of the measured values obtained by the least square method.
  • a YPV phosphor is used as the phosphor 20.
  • the phosphor 20 emits fluorescence 21 having an intensity corresponding to the intensity of the ultraviolet light 11 that is excitation light.
  • the ultraviolet light 11 that is excitation light and the fluorescence 21 are in a proportional relationship. Therefore, the control circuit 50 calculates the transmittance of the ultraviolet light 11 by converting the intensity of the fluorescence 21 detected by the light receiving element 30 into the intensity of the ultraviolet light 11.
  • FIG. 8A shows a case where the peak wavelength of the ultraviolet light 11 is 275 nm
  • FIG. 8B shows a graph obtained by converting the graph shown in FIG. 8A into a logarithmic graph.
  • the measured values black squares
  • solid line the approximate curve
  • the concentration of the functional water 90 can be measured by detecting the fluorescence 21. That is, it is understood that there is no need to detect the ultraviolet light 11 directly.
  • the functional water concentration sensor 1 includes the container 40 in which the functional water 90 is placed, the light source 10 that emits the ultraviolet light 11, and the ultraviolet light that is emitted from the light source 10 and passes through the container 40.
  • a phosphor 20 that emits fluorescence 21 when excited by the light 11 and a light receiving element 30 that receives the fluorescence 21 are included.
  • the peak wavelength of the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10 is a predetermined value including an absorption peak unique to the functional water 90. Exists in the range.
  • the phosphor 20 emits fluorescence 21 by converting the wavelength of the ultraviolet light 11, and the light receiving element 30 receives the fluorescence 21 emitted by the phosphor 20.
  • the fluorescence 21 is light having a longer wavelength than the ultraviolet light 11 and is, for example, visible light. For this reason, as the light receiving element 30, it is not necessary to have sensitivity in the ultraviolet region, and an inexpensive photodiode having sensitivity in the visible light region can be used.
  • the functional water concentration sensor 1 can be miniaturized and long-life.
  • the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10 has, for example, an absorption spectrum specific to the functional water 90 so that the peak wavelength is included within a predetermined range including an absorption peak specific to the functional water 90.
  • the concentration of the functional water 90 is measured by detecting the change in the intensity of the ultraviolet light 11 by absorbing the ultraviolet light 11 with the functional water 90. For this reason, it is not necessary to add to the functional water 90 a substance intended to measure the concentration of a detection agent or the like. Therefore, since the functional water 90 does not react with the detection agent to cause a chemical change, even the functional water 90 after measuring the concentration (after irradiation with the ultraviolet light 11) exhibits its original function. be able to. That is, since the functional water concentration sensor 1 can measure the concentration while maintaining the function of the functional water 90, it can be incorporated in a device that uses the functional water 90.
  • the functional water 90 when the functional water 90 is a liquid having a sterilizing ability such as hypochlorous acid water, the sterilizing ability of the functional water 90 is not lost, so that the functional water 90 can be used for sterilization as it is.
  • concentration measurement and sterilization can be performed while circulating the functional water 90, feedback control such as reflecting the concentration measurement result in sterilization becomes possible.
  • the functional water concentration sensor 1 can be incorporated into a device such as a sterilization apparatus.
  • the concentration of the functional water 90 can be raised and functions, such as disinfection, can fully be exhibited. Further, by preventing the concentration of the functional water 90 from becoming too high by feedback control, generation of harmful gas or odor gas can be prevented.
  • the phosphor 20 emits light having a peak wavelength corresponding to the sensitivity of the light receiving element 30 as the fluorescence 21.
  • the region where the sensitivity of the light receiving element 30 is high can be used effectively, the range of the detectable light amount is increased. Accordingly, the measurable concentration range can be increased, or the concentration measurement accuracy can be increased.
  • the phosphor 20 fluoresces evenly in all directions. That is, since the fluorescence 21 emitted from the phosphor 20 is emitted in all directions, when the phosphor 20 and the light receiving element 30 are separated from each other, the amount of the fluorescence 21 received by the light receiving element 30 is reduced.
  • the light receiving element 30 is disposed close to the phosphor 20.
  • the amount of light incident on the light receiving element 30 among the fluorescence 21 emitted from the phosphor 20 can be increased, so that even when the fluorescence 21 is weak, it can be detected. Accordingly, the measurable concentration range can be increased. Further, light (stray light) that travels in the housing (not shown) of the functional water concentration sensor 1 without being incident on the light receiving element 30 can be reduced. For this reason, it is possible to suppress detection errors caused by stray light entering the light receiving element 30, and to detect the fluorescence 21 with high accuracy.
  • the light source 10, the container 40, the phosphor 20, and the light receiving element 30 are arranged on substantially the same straight line in this order.
  • the traveling direction of the ultraviolet light 11 or the fluorescence 21 since it is not necessary to change the traveling direction of the ultraviolet light 11 or the fluorescence 21 by reflection or refraction, it is not necessary to provide a member such as a lens or a mirror, and downsizing and cost reduction can be realized. . Further, when the light traveling direction is changed by a member such as a lens or a mirror, the amount of the fluorescence 21 incident on the light receiving element 30 may decrease due to generation of stray light or absorption of light by the member. On the other hand, since the functional water concentration sensor 1 does not include a lens or a mirror, the decrease in the amount of the fluorescence 21 incident on the light receiving element 30 can be suppressed, and the concentration of the functional water 90 can be accurately measured. .
  • the container 40 includes an incident window 41 on which the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10 enters, and the ultraviolet light 11 from the light source 10 enters the incident window 41 substantially perpendicularly.
  • the concentration of the functional water 90 can be measured with high accuracy.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of the functional water concentration sensor 1a according to the first modification of the present embodiment.
  • the functional water concentration sensor 1a according to the present modification is different from the functional water concentration sensor 1 shown in FIG. 1 in that a slit portion 60 is newly provided.
  • the slit part 60 is provided between the light source 10 and the incident window 41 and restricts the irradiation range of the ultraviolet light 11. Specifically, the slit portion 60 has an opening that has substantially the same shape as the incident window 41.
  • the slit part 60 is a board provided with an opening (slit), for example. The slit portion 60 is provided so that the opening and the incident window 41 substantially coincide when viewed from the light source 10.
  • the slit portion 60 is formed of a material that shields (reflects or absorbs) the ultraviolet light 11.
  • the slit part 60 is formed from the same material as the main body of the container 40, for example.
  • the light emitted from the light source 10 other than the opening among the ultraviolet light 11 is shielded by the slit portion 60 and is contained in the container 40. Does not progress.
  • the light that has passed through the opening enters the entrance window 41, passes through the functional water 90, and exits from the exit window 42. In this way, stray light caused by irradiating unnecessary areas with ultraviolet light can be reduced, and detection accuracy can be increased.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of the functional water concentration sensor 1b according to the second modification of the present embodiment.
  • the functional water concentration sensor 1b according to this modification is different from the functional water concentration sensor 1 shown in FIG. 1 in that a lens unit 61 is newly provided.
  • the lens unit 61 is provided between the light source 10 and the incident window 41 and suppresses the divergence of the ultraviolet light 11.
  • the lens unit 61 is, for example, a condensing lens that condenses the phosphor 20, or a collimating lens that emits the ultraviolet light 11 as parallel light.
  • the lens unit 61 is made of, for example, translucent quartz glass.
  • the amount of the ultraviolet light 11 that passes through the functional water 90 can be increased, so that the measurable concentration range can be increased.
  • the concentration measurement accuracy can be increased.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor 1c according to Modification 3 of the present embodiment.
  • the functional water concentration sensor 1 c Compared with the functional water concentration sensor 1 shown in FIG. 1, the functional water concentration sensor 1 c according to this modification is provided with a phosphor 20 c instead of the phosphor 20 and emits instead of the emission window 42 of the container 40. The difference is that the window 42c is provided.
  • the phosphor 20 c is provided in the exit window 42 c of the container 40.
  • the exit window 42c is formed of a phosphor-containing glass containing the phosphor 20c.
  • the emission window 42c contains phosphor particles dispersedly.
  • the functional water concentration sensor 1c since the phosphor 20c and the emission window 42c are shared, the distance between the container 40 and the light receiving element 30 can be shortened. it can. Thereby, the functional water concentration sensor 1c can be reduced in size. Moreover, since the stray light of the fluorescence 21 emitted from the emission window 42c can be reduced, the detection accuracy can be increased.
  • FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor 1d according to Modification 4 of the present embodiment.
  • the functional water concentration sensor 1d according to this modification is different from the functional water concentration sensor 1 shown in FIG. 1 in that a phosphor 20d is provided instead of the phosphor 20.
  • the phosphor 20d is provided on the surface of the light receiving element 30. Specifically, the phosphor 20d is contained in a resin material applied to the surface of the light receiving element 30.
  • the resin material is a light-transmitting material such as a silicone resin.
  • the functional water concentration sensor 1d since the phosphor 20d is provided on the surface of the light receiving element 30, it is possible to increase the amount of received light of the fluorescence 21 emitted from the phosphor 20d. it can. Thereby, since the stray light of the fluorescence 21 emitted from the emission window 42c can be reduced, the detection accuracy can be increased. Moreover, since the distance between the container 40 and the light receiving element 30 can be shortened, the functional water concentration sensor 1d can be reduced in size.
  • Embodiment 2 Next, the functional water concentration sensor according to Embodiment 2 will be described with reference to FIG. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described, and description of the same points as those of the first embodiment will be omitted or simplified.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of the functional water concentration sensor 2 according to the present embodiment. As shown in FIG. 13, the functional water concentration sensor 2 is different from the functional water concentration sensor 1 according to Embodiment 1 in that a new reflection unit 70 is provided.
  • the reflection unit 70 is an example of a first reflection unit that is provided inside the container 40 and reflects the ultraviolet light 11.
  • the reflection unit 70 specularly reflects the ultraviolet light 11.
  • the reflection unit 70 reflects the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10 and passed through the incident window 41 toward the phosphor 20.
  • the reflected ultraviolet light 11 passes through the emission window 42 and is applied to the phosphor 20 to excite the phosphor 20.
  • the phosphor 20 is excited to emit fluorescence 21, and the fluorescence 21 enters the light receiving element 30.
  • the optical path length of the ultraviolet light 11 becomes about twice the width of the container 40 as shown in FIG. 13.
  • the reflection part 70 is the inner surface of the container 40.
  • the reflecting portion 70 is formed by performing a mirror finish on the inner surface of the container 40.
  • the reflecting portion 70 is formed by polishing the inner surface to make a mirror surface.
  • the reflective portion 70 is formed by forming a metal vapor deposition film or the like on the inner surface.
  • the reflection unit 70 may be a separate body from the container 40. That is, the reflection part 70 may be a reflection plate disposed at a predetermined position of the container 40.
  • the reflection unit 70 may be, for example, a glass plate or a resin plate whose surface is mirror-finished.
  • the reflection part 70 is fixed to the inner surface of the container 40.
  • FIG. 14 is a diagram showing the transmittance of the ultraviolet light 11 with respect to the concentration of ozone water for each optical path length in the functional water concentration sensor 2 according to the present embodiment.
  • FIG. 14B is an enlarged view of the ozone concentration range of 0 to 0.05 mg / L and the transmittance of 0.96 to 1 (dotted line frame in FIG. 14A). is there.
  • the longer the optical path length the longer the time for which the ultraviolet light 11 is transmitted and the longer the time for contact with the functional water 90. For this reason, the light quantity of the ultraviolet light 11 absorbed by the functional water 90 also increases and the transmittance decreases.
  • the functional water concentration sensor 2 according to the present embodiment further includes the reflection unit 70 that is provided inside the container 40 and reflects the ultraviolet light 11.
  • the optical path length of the ultraviolet light 11 can be increased by reflecting the ultraviolet light 11 inside the container 40 by the reflecting portion 70 provided inside the container 40. For this reason, even if the concentration of the functional water 90 is low and the absorbance is low, a large amount of the ultraviolet light 11 is absorbed by increasing the optical path length of the ultraviolet light 11, so that a change in the intensity of the ultraviolet light 11 is received. It can be detected by the element 30. That is, the measurement range of the concentration of the functional water 90 can be increased. Thus, the measurable concentration range can be increased without increasing the size of the functional water concentration sensor 2.
  • the reflection part 70 is the inner surface of the container 40.
  • the inner surface of the container 40 is used as the reflecting portion 70, a separate member is not required and the cost can be reduced. Moreover, compared with the case where a reflecting plate or the like is provided as a separate member, the space in the container 40 can be used effectively, and for example, a longer optical path length can be ensured.
  • the functional water concentration sensor 2 may not include the phosphor 20. That is, the light receiving element 30 is a photodiode having sensitivity in the ultraviolet region, and may directly detect the ultraviolet light 11 transmitted through the functional water 90. Even in this case, according to the present embodiment, the measurable concentration range can be increased and the measurement accuracy can be increased without increasing the size. That is, the functional water concentration sensor 2 can be reduced in size, increased in accuracy, and increased in sensitivity.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of the functional water concentration sensor 2a according to the first modification of the present embodiment.
  • the functional water concentration sensor 2a according to the present modification is different from the functional water concentration sensor 2 shown in FIG.
  • the plurality of reflecting portions 70 are arranged so as to multiple-reflect the ultraviolet light 11.
  • FIG. 15 shows an example where the functional water 90 is flowing in the container 40, that is, an example in which the container 40 is a part of piping that forms the flow path of the functional water 90.
  • the shape of the container 40 ie, the shape of piping, is a cylinder or a square tube, for example, it is not specifically limited.
  • the functional water 90 flows in the vertical direction on the paper surface in FIG. This also applies to the following modifications 2 to 5.
  • the functional water concentration sensor 2 a includes three reflecting portions 71 to 73 as the plurality of reflecting portions 70.
  • the functions and materials of the reflecting portions 71 to 73 are the same as those of the reflecting portion 70 shown in FIG.
  • the reflection parts 71 and 72 are provided on the surface of the inner surface of the container 40 facing the light source 10 and the light receiving element 30, and the reflection part 73 is the same side of the inner surface of the container 40 as the light source 10 and the light receiving element 30. It is provided on the surface.
  • the reflection unit 71 reflects the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10 and having passed through the incident window 41 toward the reflection unit 73.
  • the reflection unit 73 reflects the ultraviolet light 11 reflected by the reflection unit 71 toward the reflection unit 72.
  • the reflection part 72 reflects the ultraviolet light 11 reflected by the reflection part 73 toward the phosphor 20.
  • the ultraviolet light 11 reflected by the reflector 72 passes through the emission window 42 and is irradiated on the phosphor 20 to excite the phosphor 20.
  • the functional water concentration sensor 2a includes the plurality of first reflection units 70, and the plurality of reflection units 70 are arranged so as to multiply reflect the ultraviolet light 11.
  • the optical path length of the ultraviolet light 11 traveling inside the container 40 can be made longer.
  • the concentration of thinner functional water 90 can be measured. That is, high sensitivity of the functional water concentration sensor 2a can be realized.
  • the entire inner surface of the container 40 may be mirrored.
  • FIG. 16 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor 2b according to Modification 2 of the present embodiment.
  • the arrangement positions or orientations of the light source 10 and the light receiving element 30 are variable according to the concentration of the functional water 90.
  • FIG. 16A shows the case where the concentration of the functional water 90 is high
  • FIG. 16B shows the case where the concentration of the functional water 90 is low.
  • the functional water concentration sensor 2b according to this modification is different from the functional water concentration sensor 2 shown in FIG. 13 in that a control circuit 50b is provided instead of the control circuit 50.
  • a reflection portion 70 is provided on the entire inner surface of the container 40.
  • the reflection part 70 does not need to be provided in the whole inner surface of the container 40, and should just be provided in the range to which the ultraviolet light 11 is irradiated.
  • control circuit 50b further changes the arrangement position or orientation of at least one of the light source 10 and the light receiving element 30 according to the concentration of the functional water 90.
  • At least one of the light source 10 and the light receiving element 30 is provided with a movable mechanism (not shown) such as an actuator.
  • the control circuit 50b changes the arrangement position or orientation of at least one of the light source 10 and the light receiving element 30 via the actuator.
  • the control circuit 50 b changes the optical path length from the light source 10 to the light receiving element 30.
  • the optical path length corresponds to the length that the ultraviolet light 11 passes through the functional water 90, that is, the distance from the incidence window 41 entering the functional water 90 to the incidence window 42.
  • the control circuit 50b determines the arrangement position or orientation of the light source 10 or the light receiving element 30 so that the optical path length is shortened as shown in FIG. change.
  • the control circuit 50b changes the direction of the light source 10 so that the number of reflections of the ultraviolet light 11 within the container 40 is reduced.
  • the control circuit 50b increases the incident angle of the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10 with respect to the incident window 41, that is, the ultraviolet light 11 is incident on the incident window 41 more obliquely. The direction of the light source 10 is changed.
  • the control circuit 50b changes the direction of the light receiving element 30 in accordance with the direction of the ultraviolet light 11 emitted from the emission window 42. Specifically, the control circuit 50b changes the direction of the light receiving element 30 so that the ultraviolet light 11 is perpendicularly incident on the light receiving surface.
  • the phosphor 20 is provided, and the light receiving element 30 receives the fluorescence 21 instead of the ultraviolet light 11. Since the phosphor 20 emits the fluorescence 21 in all directions, the control circuit 50b may not change the direction of the light receiving element 30.
  • the control circuit 50b changes the arrangement position or orientation of the light source 10 or the light receiving element 30 so that the optical path length becomes longer as shown in FIG.
  • the control circuit 50b changes the direction of the light source 10 so that the number of reflections of the ultraviolet light 11 in the container 40 increases.
  • the control circuit 50b makes the incident angle of the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10 with respect to the incident window 41 smaller, that is, the ultraviolet light 11 enters the incident window 41 at an angle closer to the vertical.
  • the control circuit 50b may change the direction of the light receiving element 30, but as described above, in the present modification, the fluorescent light 21 is detected, and thus the control circuit 50b need not be changed.
  • the control circuit 50b can optimally measure the concentration in the vicinity of the predicted value of the optical path length from the light source 10 to the light receiving element 30 based on the predicted value (for example, the previous measured value) of the functional water 90.
  • the arrangement position or orientation of the light source 10 or the light receiving element 30 is changed so that the optical path length becomes a proper one.
  • the concentration of the functional water 90 is too high, most of the ultraviolet light 11 is absorbed, so that the light receiving element 30 can hardly receive the fluorescence 21.
  • the absorption of the ultraviolet light 11 by the functional water 90 can be suppressed by shortening the optical path length, and the fluorescence 21 can be received by the light receiving element 30. it can. Thereby, the density
  • the concentration of the functional water 90 is too low, the ultraviolet light 11 is hardly absorbed, and the light amount of the fluorescence 21 detected by the light receiving element 30 is substantially the same as when the functional water 90 is not present. Alternatively, it may be saturated beyond the detection range of the light receiving element 30. In this case, by increasing the optical path length, the absorption of the ultraviolet light 11 by the functional water 90 can be promoted, and the light receiving element 30 can receive the fluorescent light 21 with an appropriate amount of light. Thereby, the density
  • the arrangement position or orientation of at least one of the light source 10 and the light receiving element 30 is further changed according to the concentration of the functional water 90, so that the light source 10 A control circuit 50b for changing the optical path length to the light receiving element 30 is provided.
  • the measurement accuracy of the concentration of the functional water 90 can be improved, and the measurement range can be enlarged.
  • FIG. 17 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor 2c according to Modification 3 of the present embodiment.
  • the functional water concentration sensor 2c according to this modification is different from the functional water concentration sensor 2 shown in FIG. 13 in that a slit portion 60c is newly provided.
  • the slit portion 60 c is provided between the light source 10 and the incident window 41 and restricts the irradiation range of the ultraviolet light 11.
  • the slit portion 60c is an example of a collimating portion that converts the ultraviolet light 11 into parallel light. Specifically, the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10 is emitted as parallel light by passing through the opening of the slit portion 60c.
  • the slit part 60c is, for example, a plate provided with an opening (slit).
  • the slit portion 60c is formed of a material that shields (reflects or absorbs) the ultraviolet light 11.
  • the slit part 60c is formed from the same material as the main body of the container 40, for example.
  • the ultraviolet light 11 is converted into parallel light by the slit portion 60c, so that the attenuation of the ultraviolet light 11 can be suppressed. Can improve the efficiency of use. As a result, the measurable concentration range can be increased, or the concentration measurement accuracy can be increased. Moreover, in this modification, since a collimating mechanism can be implement
  • FIG. 18 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor 2d according to Modification 4 of the present embodiment.
  • the functional water concentration sensor 2d according to this modification is different from the functional water concentration sensor 2 shown in FIG. 13 in that a lens unit 61d is newly provided.
  • the lens part 61d is provided between the light source 10 and the incident window 41, and limits the irradiation range of the ultraviolet light 11.
  • the lens unit 61d is an example of a collimating unit that converts the ultraviolet light 11 into parallel light. Specifically, the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10 is emitted as parallel light by passing through the lens unit 61d.
  • the lens part 61d is a collimating lens, and is formed of, for example, a light-transmitting quartz glass.
  • the ultraviolet light 11 is converted into parallel light by the lens unit 61d, so that the attenuation of the ultraviolet light 11 can be suppressed. Can improve the efficiency of use. As a result, the measurable concentration range can be increased, or the concentration measurement accuracy can be increased. Moreover, in this modification, since a collimating mechanism is realizable with a simple structure, size reduction and cost reduction of the functional water concentration sensor 2d are realizable.
  • FIG. 19 is a schematic diagram for explaining the configuration and operation of a functional water concentration sensor 2e according to Modification 5 of the present embodiment.
  • the functional water concentration sensor 2 e Compared with the functional water concentration sensor 2 shown in FIG. 13, the functional water concentration sensor 2 e according to this modification includes a plurality of sets of light sources 10 and light receiving elements 30, and a control circuit 50 e instead of the control circuit 50. It differs from the point to prepare.
  • a plurality of light sources 10 and a plurality of light receiving elements 30 are arrayed.
  • the plurality of light sources 10 are arrayed one-dimensionally along the direction in which the functional water 90 flows.
  • the plurality of light sources 10 may be arrayed in two dimensions or three dimensions. The same applies to the plurality of light receiving elements 30.
  • the functional water concentration sensor 2 e includes light sources 10 e 1 and 10 e 2 as the plurality of light sources 10.
  • the functional water concentration sensor 2 e includes light receiving elements 30 e 1 and 30 e 2 as the plurality of light receiving elements 30.
  • the light sources 10e1 and 10e2 and the light receiving elements 30e1 and 30e2 have the same functions as the light source 10 and the light receiving element 30, respectively.
  • the light source 10e1 and the light receiving element 30e1 are associated with each other, and the light source 10e2 and the light receiving element 30e2 are associated with each other.
  • the light source 10e1 and the light receiving element 30e1 form a set (for example, a first set), and the light source 10e2 and the light receiving element 30e2 form another set (for example, a second set).
  • the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10e1 enters the light receiving element 30e1
  • the ultraviolet light 11 emitted from the light source 10e2 enters the light receiving element 30e2.
  • the plurality of sets of the light source 10 and the light receiving element 30 are arranged so that the optical path lengths from the light source 10 to the corresponding light receiving element 30 are different from each other. As shown in FIG. 19, the optical path length of the set (first set) of the light source 10e1 and the light receiving element 30e1 is longer than the optical path length of the set (second set) of the light source 10e2 and the light receiving element 30e2.
  • the control circuit 50e selectively changes a plurality of sets of the light source 10 and the light receiving element 30 according to the concentration of the functional water 90 in addition to the function of the control circuit 50. Thereby, the control circuit 50e changes the optical path length according to the concentration of the functional water 90.
  • the control circuit 50e selects a set (first set) of the light source 10e1 and the light receiving element 30e1 having a long optical path length. Conversely, when the concentration of the functional water 90 is low, the control circuit 50e selects a set (second set) of the light source 10e2 and the light receiving element 30e2 having a short optical path length.
  • the functional water concentration sensor 2e includes a plurality of sets of the light source 10 and the light receiving element 30, and the plurality of sets of the light source 10 and the light receiving element 30 extends from the light source 10 to the corresponding light receiving element 30.
  • the functional water concentration sensor 2e is further provided with a control circuit 50e that selectively changes a plurality of sets according to the concentration of the functional water 90.
  • an appropriate optical path length can be obtained by selecting an appropriate set according to the density. You can choose. Therefore, the measurement accuracy of the concentration of the functional water 90 can be improved, and the measurement range can be increased.
  • Embodiment 3 Next, a functional water concentration sensor according to Embodiment 3 will be described with reference to FIG. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described, and description of the same points as those of the first embodiment will be omitted or simplified.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing the configuration of the functional water concentration sensor 3 according to the present embodiment.
  • FIG. 20A is a cross-sectional view of the functional water concentration sensor 3 and shows a cross section orthogonal to the direction in which the functional water 90 flows in the container 40 constituting a part of the piping.
  • FIG. 20B shows a cross section taken along line XX-XX in FIG. That is, the functional water 90 flows in the depth direction of the paper surface in (a), and flows in the vertical direction of the paper surface in (b) (see the white arrow).
  • the functional water concentration sensor 3 is different from the functional water concentration sensor 1 according to the first embodiment in that a new reflection unit 80 is provided.
  • the reflection unit 80 is an example of a second reflection unit that has a reflection surface on which the phosphor 20 is provided and reflects the fluorescence 21 toward the light receiving element 30 by the reflection surface.
  • the reflection unit 80 is provided outside the container 40.
  • the reflector 80 is a reflector disposed outside the container 40.
  • the reflection unit 80 is, for example, a glass plate or a resin plate in which at least one main surface (reflection surface) is mirror-finished. A resin material containing the phosphor 20 is applied to the reflection surface of the reflection unit 80.
  • the present invention is not limited to this.
  • a glass plate including the phosphor 20 may be attached to the reflecting surface.
  • the functional water concentration sensor 3 further includes a reflection surface on which the phosphor 20 is provided, and is provided outside the container 40.
  • the light receiving element 30 receives the fluorescence 21 by the reflection surface.
  • the reflection part 80 which reflects toward is provided.
  • the fluorescence 21 emitted from the phosphor 20 is emitted to the exit window 42 side and does not enter the light receiving element 30.
  • the reflecting portion 80 since the reflecting portion 80 reflects the fluorescence 21 toward the light receiving element 30, more fluorescence 21 can be incident on the light receiving element 30. Thereby, the fluorescence 21 emitted from the phosphor 20 can be used effectively. Therefore, even if the intensity of the ultraviolet light 11 is weak and the intensity of the fluorescence 21 is weak, the light receiving element 30 can receive a large amount of light, so that the concentration of the functional water 90 can be measured. That is, the measurable range of the concentration of the functional water 90 can be increased.
  • FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a configuration of a functional water concentration sensor 3a according to the first modification of the present embodiment. Specifically, (a) of FIG. 21 shows a cross section orthogonal to the direction in which the functional water 90 flows in the container 40 constituting a part of the piping of the functional water concentration sensor 3a. The cross section in the XXI-XXI line of (a) is shown.
  • the functional water concentration sensor 3a according to this modification is different from the functional water concentration sensor 3 shown in FIG. 20 in that a slit portion 60c is newly provided.
  • the slit portion 60c is the same as that shown in the third modification of the second embodiment.
  • the ultraviolet light 11 is converted into parallel light by the slit portion 60c, so that the attenuation of the ultraviolet light 11 can be suppressed. Can improve the efficiency of use. As a result, the measurable concentration range can be increased, or the concentration measurement accuracy can be increased. Moreover, in this modification, since a collimating mechanism can be implement
  • FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a configuration of a functional water concentration sensor 3b according to the second modification of the present embodiment. Specifically, (a) of FIG. 22 shows a cross section orthogonal to the direction in which the functional water 90 flows in the container 40 constituting a part of the piping of the functional water concentration sensor 3b. The cross section in the XXII-XXII line of (a) is shown.
  • the functional water concentration sensor 3b according to this modification is different from the functional water concentration sensor 3 shown in FIG. 20 in that a lens unit 61d is newly provided.
  • the lens unit 61d is the same as that shown in the fourth modification of the second embodiment.
  • the ultraviolet light 11 is converted into parallel light by the lens unit 61d, so that the attenuation of the ultraviolet light 11 can be suppressed. Can improve the efficiency of use. As a result, the measurable concentration range can be increased, or the concentration measurement accuracy can be increased. Moreover, in this modification, since a collimating mechanism can be realized with a simple configuration, the functional water concentration sensor 3b can be reduced in size and cost.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing a configuration of a functional water concentration sensor 3c according to Modification 3 of the present embodiment. Specifically, FIG. 23 shows a cross section orthogonal to the direction in which the functional water 90 flows in the container 40 constituting a part of the piping of the functional water concentration sensor 3c.
  • the functional water concentration sensor 3c according to this modification is different from the functional water concentration sensor 3 shown in FIG. 20 in that a reflective portion 80c is provided instead of the reflective portion 80.
  • the reflection part 80c is a concave mirror.
  • the reflecting portion 80 c is an elliptical mirror having a focal point on the light receiving element 30. That is, the reflection surface of the reflection part 80c is a part of an ellipsoid.
  • the reflecting portion 80c may be a parabolic mirror whose reflecting surface is a paraboloid.
  • the light source 10 and the light receiving element 30 are arranged outside the container 40, but the present invention is not limited thereto.
  • the light source 10 may be attached to the incident window 41. That is, the light emitting surface of the light source 10 may be exposed in the container 40.
  • the light receiving element 30 may be attached to the exit window 42. That is, the light receiving surface of the light receiving element 30 may be exposed in the container 40.
  • the phosphor 20 is also disposed in the container 40.
  • the light source 10 and the light receiving element 30 may be disposed inside the container 40. In this case, the container 40 may not include the entrance window 41 and the exit window 42.
  • the embodiment can be realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or a form obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.

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Abstract

機能水濃度センサ（１）は、機能水（９０）が入れられる容器（４０）と、紫外光（１１）を発する光源（１０）と、光源（１０）から発せられて容器（４０）内を通過した紫外光（１１）によって励起されて蛍光（２１）を発する蛍光体（２０）と、蛍光（２１）を受光する受光素子（３０）とを備え、光源（１０）が発する紫外光（１１）のピーク波長は、機能水（９０）に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内に存在する。

Description

機能水濃度センサ
　本発明は、機能水濃度センサに関する。
　従来、除菌、脱臭、脱色などにオゾンが利用されている。オゾンは強力な酸化力を有するので、その濃度を制御する必要がある。そのため、オゾン濃度を測定するオゾン濃度計が開発されている。例えば、特許文献１に記載の光吸収式オゾン濃度計では、試料を収納する試料セルに紫外光を照射し、試料セルを透過した透過光の強度を検出することで、オゾン濃度を測定する。
特開２００２－５８２６号公報
　ところで、オゾンに限らず、所定の機能を有する機能水の濃度を小型で安価なセンサで検出することが求められている。小型のセンサであれば、例えば、除菌能力を有する機能水を利用した除菌装置などに組み込むことが可能となる。除菌装置内で機能水の濃度を検出することで、当該除菌装置などの除菌能力の低下などを適切に把握することができる。しかしながら、例えば、上記従来のオゾン濃度計では、紫外領域に感度を有する高価なフォトダイオードが用いられており、小型で安価なセンサを実現することはできない。
　そこで、本発明は、小型で安価な機能水濃度センサを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る機能水濃度センサは、機能水が入れられる容器と、紫外光を発する光源と、前記光源から発せられて前記容器内を通過した紫外光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、前記蛍光を受光する受光素子とを備え、前記光源が発する紫外光のピーク波長は、前記機能水に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内に存在する。
　本発明によれば、小型で安価な機能水濃度センサを提供することができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る機能水濃度センサの動作を説明するための模式図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る蛍光体の一例による蛍光のスペクトルを示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る蛍光体の別の一例による蛍光のスペクトルを示す図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態１に係る次亜塩素酸水の濃度毎の吸光スペクトルを示す図である。 図５Ｂは、本発明の実施の形態１に係る次亜塩素酸水の濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態１に係るオゾン水の濃度毎の吸光スペクトルを示す図である。 図６Ｂは、本発明の実施の形態１に係るオゾン水の濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態１に係る蛍光体を備えない場合の次亜塩素酸水の濃度と紫外光の透過度との関係を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態１に係る次亜塩素酸水の濃度と紫外光の透過度との関係を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１０は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１１は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１２は、本発明の実施の形態１の変形例４に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１３は、本発明の実施の形態２に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１４は、本発明の実施の形態２に係る機能水濃度センサにおける光路長毎のオゾン水の濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。 図１５は、本発明の実施の形態２の変形例１に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１６は、本発明の実施の形態２の変形例２に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１７は、本発明の実施の形態２の変形例３に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１８は、本発明の実施の形態２の変形例４に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図１９は、本発明の実施の形態２の変形例５に係る機能水濃度センサの構成及び動作を説明するための模式図である。 図２０は、本発明の実施の形態３に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。 図２１は、本発明の実施の形態３の変形例１に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。 図２２は、本発明の実施の形態３の変形例２に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。 図２３は、本発明の実施の形態３の変形例３に係る機能水濃度センサの構成を示す模式図である。
　以下では、本発明の実施の形態に係る機能水濃度センサについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態において、略全て又は略一致などの表現を用いている。例えば、略一致は、完全に一致することを意味するだけでなく、実質的に一致する、すなわち、数％程度の誤差を含むことも意味する。他の「略」を用いた表現についても同様である。
　（実施の形態１）
　［機能水濃度センサの概要］
　まず、本実施の形態に係る機能水濃度センサの概要について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１の構成を示す模式図である。図２は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１の動作を説明するための模式図である。
　本実施の形態に係る機能水濃度センサ１は、容器４０に入れられた機能水９０の濃度を測定するセンサである。具体的には、機能水濃度センサ１は、機能水９０に紫外光を照射し、機能水９０を透過中に吸収された後の紫外光（透過光）を蛍光体２０によって波長変換する。機能水濃度センサ１は、波長変換後の光（例えば、可視光）を検出することで、機能水９０の濃度を測定する。
　機能水９０は、人為的な処理によって再現性のある有用な機能を付与された水溶液の中で、処理と機能とに関して科学的根拠が明らかにされたもの、及び、されようとしているものである。具体的には、機能水９０は、次亜塩素酸水、又は、オゾン水などである。
　図１に示すように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１は、光源１０と、蛍光体２０と、受光素子３０と、容器４０と、制御回路５０とを備える。なお、図１には示していないが、機能水濃度センサ１は、外光が受光素子３０に入射するのを抑制するために、遮光性の筐体の内部に収納されている。このとき、光源１０が発した紫外光１１のうち入射窓４１に入射されなかった光（すなわち、迷光）を吸収するように、筐体の内面は、紫外光を吸収する材料から形成されていてもよい。
　以下では、機能水濃度センサ１が備える各構成要素について詳細に説明する。
　［光源］
　光源１０は、紫外光１１を発する。紫外光１１は、例えば、ピーク波長が３５０ｎｍ以下の光である。紫外光１１の詳細については、後で説明する。
　光源１０は、紫外光１１のピーク波長を変更可能であってもよい。具体的には、光源１０は、測定対象である機能水９０に応じて異なるピーク波長を有する紫外光１１を発してもよい。つまり、光源１０は、機能水９０に固有の吸光スペクトルに基づいて予め定められたピーク波長の光を紫外光１１として発してもよい。
　光源１０は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）素子などの固体発光素子であるが、これに限定されない。光源１０は、半導体レーザ、小型の水銀ランプなどでもよい。
　図１に示すように、光源１０は、容器４０の入射窓４１に近接配置されている。近接とは、互いの距離が所定の範囲内であることを意味し、接触している場合も含む。例えば、光源１０は、入射窓４１との間の距離が５ｍｍ以内になるように配置されている。つまり、光源１０は、発した紫外光１１の略全てが入射窓４１に入射するように、すなわち、発した紫外光１１が容器４０の外部にほとんど漏れないように配置されている。光源１０からの紫外光１１は、図２に示すように、入射窓４１に対して略垂直に入射する。なお、光源１０と入射窓４１との間の距離は、５ｍｍ以内に限らず、特に限定されない。
　［蛍光体］
　蛍光体２０は、光源１０から発せられて容器４０内を通過した紫外光１１によって励起されて蛍光２１を発する。具体的には、蛍光体２０は、機能水９０を透過した後の紫外光１１（透過光）を波長変換することで、波長変換後の光として蛍光２１を発する。蛍光２１は、例えば可視光である。具体的には、蛍光体２０は、紫外光１１を受けて、ピーク波長が可視光領域（３８０ｎｍ～７８０ｎｍ）に存在する蛍光２１を発する。
　蛍光体２０は、受光素子３０の感度に応じたピーク波長を有する光を蛍光２１として発してもよい。具体的には、蛍光体２０は、受光素子３０の感度が高い波長領域にピーク波長を有する蛍光２１を発する。例えば、受光素子３０が緑色領域（５００ｎｍ～５７０ｎｍ）に高い感度を有する場合、蛍光体２０は、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を蛍光２１として発してもよい。
　図３及び図４は、本実施の形態に係る蛍光体２０の一例による蛍光のスペクトルを示す図である。図３及び図４において、破線が、励起光である紫外光１１のスペクトルを示しており、実線が、蛍光２１のスペクトルを示している。
　図３に示す蛍光体２０は、ＹＰＶ蛍光体（ユーロピウム賦活リン・バナジン酸イットリウム；　Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋）である。蛍光体２０は、図３に示すように、３５０ｎｍ以下の紫外光１１を受けた場合に、約６２０ｎｍにピーク波長を有する蛍光２１（赤色光）を発する。
　図４に示す蛍光体２０は、ＬＡＰ蛍光体（セリウム、テルビウム賦活リン酸ランタン蛍光体；　ＬａＰＯ４：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋）である。蛍光体２０は、図４に示すように、３００ｎｍ以下の紫外光１１を受けた場合に、約５５０ｎｍにピーク波長を有する蛍光２１（緑色光）を発する。
　本実施の形態では、蛍光体２０は、例えば、出射窓４２に近接配置されたガラス板などの透光性板に設けられている。具体的には、蛍光体２０は、ガラス板の表面に塗布された樹脂材料に含有されている。あるいは、蛍光体２０は、ガラス板の内部に分散されて含有されてもよい。あるいは、蛍光体２０は、板状のセラミック（例えば、アルミナなど）に分散されて含有されてもよい。
　［受光素子］
　受光素子３０は、蛍光２１を受光する。具体的には、受光素子３０は、受光した蛍光２１を光電変換することで、蛍光２１の受光量（すなわち、強度）に応じた電気信号を生成する。生成された電気信号は、制御回路５０に出力される。
　受光素子３０は、所定の波長領域に高い感度を有する。本実施の形態では、受光素子３０は、可視光領域に高い感度を有する。すなわち、受光素子３０は、紫外光に対する感度よりも可視光に対して高い感度を有する。なお、受光素子３０は、紫外領域（３８０ｎｍ以下）に感度を有しなくてもよい。
　受光素子３０は、例えば、フォトダイオードであるが、これに限定されない。受光素子３０は、フォトトランジスタなどでもよい。受光素子３０としては、紫外領域に感度をほとんど有しない汎用の安価なフォトダイオードを用いることができる。
　受光素子３０は、蛍光体２０に近接配置されている。例えば、受光素子３０は、蛍光体２０との間の距離が５ｍｍ以内になるように、又は、蛍光体２０に接触して配置されている。具体的には、受光素子３０は、蛍光体２０が発する蛍光２１のうち、受光素子３０側に進行する光の略全てを受光するように配置されている。なお、受光素子３０と蛍光体２０との間の距離は、５ｍｍ以内に限らず、特に限定されない。
　［容器］
　容器４０は、機能水９０が入れられる容器である。容器４０は、例えば有底円筒又は有底角筒などの有底筒状のセルであるが、特に限定されない。容器４０は、紫外光１１を透過させる２つの透過窓を備える。具体的には、図１に示すように、容器４０は、入射窓４１と、出射窓４２とを備える。
　入射窓４１は、光源１０から発せられた紫外光１１が入射する窓である。入射窓４１は、容器４０に形成された開口に設けられた、紫外光１１を透過させる透光部材から形成される。入射窓４１（透光部材）は、例えば、石英ガラス、サファイアガラスなどから形成されている。具体的には、入射窓４１は、入射面及び出射面が略平面である板状のガラスから形成される。入射窓４１には、紫外光１１が略垂直に入射する。具体的には、紫外光１１は、板状のガラス（入射窓４１）の厚み方向に沿って入射する。つまり、紫外光１１は、入射面の法線方向に入射する。
　出射窓４２は、容器４０に入射した紫外光１１が蛍光体２０に向けて出射する窓である。出射窓４２は、容器４０に形成された開口に設けられた、紫外光１１を透過させる透光部材から形成される。出射窓４２（透光部材）は、例えば、石英ガラス、サファイアガラスなどから形成されている。具体的には、出射窓４２は、入射面及び出射面が略平面である板状のガラスから形成される。出射窓４２からは、紫外光１１が略垂直に出射される。具体的には、紫外光１１は、板状のガラス（出射窓４２）の厚み方向に沿って出射する。つまり、紫外光１１は、出射面の法線方向に出射される。
　本実施の形態では、容器４０の本体（具体的には、２つの透過窓以外の部分）は、紫外光を遮蔽（吸収又は反射）する材料から形成される。例えば、容器４０の本体は、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂材料、又は、金属材料などから形成される。なお、容器４０全体が紫外光１１に対して透光性を有してもよい。具体的には、容器４０全体が石英ガラスなどから形成されてもよい。
　本実施の形態では、光源１０、容器４０、蛍光体２０及び受光素子３０は、この順で略同一直線上に配置されている。図１に示すように、容器４０の入射窓４１及び出射窓４２も当該直線上に配置されている。これにより、図２に示すように、光源１０から発せられた紫外光１１は、途中、蛍光体２０によって波長変換されるものの、最短距離で受光素子３０に到達する。したがって、光源１０から受光素子３０までの間で光漏れ（迷光）が発生するのを抑制するので、蛍光２１の強度を精度良く検出することができ、機能水９０の濃度を精度良く測定することができる。
　なお、容器４０は、所定の配管の一部でもよい。具体的には、容器４０内を機能水９０が流れていてもよい。例えば、機能水９０は、容器４０と反応槽（図示せず）との間で循環されてもよい。反応槽は、機能水９０の機能を発揮させるための容器である。例えば、機能水９０が除菌、脱臭などの機能を有する場合、機能水９０は、反応槽内で対象物（例えば、空気などの気体）に接触することで、当該対象物の除菌、脱臭などを行う。この場合、機能水９０が除菌、脱臭などを行いながら、機能水濃度センサ１が機能水９０の濃度を測定することができる。つまり、機能水濃度センサ１を脱臭装置などに組み込んで用いることができる。
　［制御回路］
　制御回路５０は、光源１０及び受光素子３０を制御するコントローラである。制御回路５０は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。制御回路５０は、例えば、マイコン（マイクロコントローラ）などで実現される。
　制御回路５０は、受光素子３０から出力された電気信号に基づいて、機能水９０の濃度を測定（算出）する。具体的には、制御回路５０は、電気信号に基づいて蛍光２１の強度を算出し、算出した蛍光２１の強度に基づいて機能水９０の透過度（又は吸光度）を算出する。制御回路５０は、後述するランベルト・ベールの法則に基づいて、算出した透過度から機能水９０の濃度を算出する。なお、制御回路５０は、蛍光２１の強度と機能水９０の濃度とを対応付けたテーブルを予めメモリに記憶しており、当該テーブルを参照することで、機能水９０の濃度を決定してもよい。
　また、制御回路５０は、光源１０の点灯及び消灯、紫外光１１の強度及び波長などを制御してもよい。すなわち、制御回路５０は、ユーザ指示又はプログラムなどに基づいて所定のタイミングで所定の強度及び波長の紫外光１１を光源１０に発光させる。例えば、制御回路５０は、機能水９０の種類に基づいて紫外光１１の強度及び波長を変更してもよい。
　また、制御回路５０は、機能水９０の濃度の測定結果に基づいて光源１０をフィードバック制御してもよい。例えば、受光素子３０によって検出された受光量が小さすぎる場合、すなわち、機能水９０の濃度が高すぎる場合には、紫外光１１の強度を強くする、又は、波長を異ならせてもよい。
　［紫外光］
　続いて、本実施の形態に係る光源１０が発する紫外光１１の詳細について説明する。
　光源１０が発する紫外光１１（機能水９０を透過する前の紫外光）のピーク波長は、機能水９０に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内に存在する。吸収ピークは、機能水９０が有する吸光スペクトルにおいて、吸光度の極大値を示す波長である。言い換えると、吸収ピークは、機能水９０による吸収量が極大となる光の波長である。
　ここで、機能水９０の濃度と、機能水９０による紫外光１１の吸光度との関係について示す。一般的に、ランベルト・ベールの法則により、媒質に入射する前の光の強度をＩ０、長さＬの媒質を透過した後の光の強度をＩとしたとき、以下の（式１）及び（式２）を満たす。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、“ａ”は吸光係数であり、“Ｃ”は媒質のモル濃度である。“Ｌ”は、紫外光１１が透過する媒質（すなわち、機能水９０）の長さ（すなわち、光路長）であり、本実施の形態では、容器４０の入射窓４１から出射窓４２までの距離に相当する。
　吸光度は、機能水９０による紫外光１１の吸収率を示しており、値が大きい程、機能水９０による吸収が盛んであることを示している。例えば、吸光度が「１」であれば、紫外光１１の全てが吸収され、吸光度が「０」であれば、紫外光１１は全く吸収されないことを示している。なお、透過度は、機能水９０による紫外光１１の透過率を示している。
　図５Ａは、本実施の形態に係る次亜塩素酸水の濃度毎の吸光スペクトルを示す図である。図５Ａにおいて、横軸は、機能水９０（次亜塩素酸水）に照射する光（紫外光１１）の波長を示し、縦軸は、機能水９０の吸光度を示している。
　図５Ａに示すように、次亜塩素酸水は、その濃度に依存せずに、約２９２ｎｍが吸収ピークであり、当該吸収ピークを含む所定の範囲の光を多く吸収している。所定の範囲は、吸収ピークにおける吸光度の所定の割合以上の吸光度を有する範囲である。所定の割合は、例えば、５％～２０％である。例えば、次亜塩素酸水が吸収可能な紫外光の所定の範囲は、２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。したがって、本実施の形態では、機能水９０が次亜塩素酸水である場合、光源１０は、ピーク波長が２５０ｎｍ以上３５０ｎｍの範囲にある紫外光１１を発する。
　吸収ピークを含む所定の範囲内では、所定の波長の光に対する吸光度は、次亜塩素酸水の濃度が高い程大きく、濃度が低い程小さい。図５Ａに示すように、吸収ピークである約２９２ｎｍの近傍では、この傾向が顕著に現れている。
　図５Ｂは、本実施の形態に係る次亜塩素酸水の濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。図５Ｂにおいて、横軸は、機能水９０の濃度であり、縦軸は、機能水９０の紫外光１１に対する透過度を示している。
　図５Ｂにおいて、黒丸は実測値であり、実線及び破線は（式１）に基づき、最小二乗法によって求めた実測値の指数近似曲線を示している。
　また、波長が２９２ｎｍの光の方が、波長が２７５ｎｍの光に比べて、濃度変化に対する透過度の変化の割合が大きい。すなわち、紫外光１１が、吸光スペクトルにおける吸収ピークに近い光である程、透過度に基づいて機能水９０の濃度を算出しやすい。
　図６Ａは、本実施の形態に係るオゾン水の濃度毎の吸光スペクトルを示す図である。図６Ａにおいて、横軸は、機能水９０（オゾン水）に照射する光（紫外光１１）の波長を示し、縦軸は、機能水９０の吸光度を示している。
　図６Ａに示すように、オゾン水は、その濃度に依存せずに、約２６０ｎｍが吸収ピークであり、当該吸収ピークを含む所定の範囲の光を多く吸収している。例えば、オゾン水が吸収可能な紫外光の所定の範囲は、２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。したがって、本実施の形態では、機能水９０がオゾン水である場合、光源１０は、ピーク波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲にある紫外光１１を発する。
　次亜塩素酸水の場合と同様に、吸収ピークを含む所定の範囲内では、所定の波長に対する吸光度は、オゾン水の濃度が高い程大きく、濃度が低い程小さい。図６Ａに示すように、吸収ピークである約２６０ｎｍの近傍では、この傾向が顕著に現れている。
　図６Ｂは、本実施の形態に係るオゾン水の濃度に対する紫外光の透過度を示す図である。図６Ｂにおいて、横軸は、機能水９０の濃度であり、縦軸は、機能水９０の紫外光１１に対する透過度を示している。なお、黒丸は実測値であり、実線は最小二乗法によって求めた実測値の指数近似曲線を示している。
　図６Ｂでは、波長が２６０ｎｍの光を照射したときのオゾン濃度に対する透過度を示している。図６Ｂに示すように、オゾン濃度が高い程、透過度が小さくなっている。
　図５Ｂ及び図６Ｂに示したように、透過度と機能水９０の濃度とは、ランベルト・ベールの法則に基づいて、互いに依存関係を有する。したがって、機能水９０を透過する前の入射光の強度と、機能水９０を透過した後の透過光（出射光）の強度とを取得することで、（式１）に基づいて、機能水９０による吸光度（又は透過度）を算出することができる。
　以上のように、本実施の形態では、機能水９０が次亜塩素酸水である場合、光源１０は、ピーク波長が２５０ｎｍ以上３５０ｎｍの範囲に存在する光を、紫外光１１として発する。例えば、光源１０は、ピーク波長が２７５ｎｍの光を紫外光１１として発する。
　また、機能水９０がオゾン水である場合、光源１０は、ピーク波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に存在する光を、紫外光１１として発する。例えば、光源１０は、ピーク波長が２６０ｎｍの光を紫外光１１として発する。
　［機能水の濃度の測定］
　上述したように、本実施の形態では、紫外光１１の入射前の強度と透過後の強度とに基づいて、機能水９０の濃度を測定する。具体的には、透過光である紫外光１１を直接検出するのではなく、蛍光体２０によって蛍光２１に変換した後、変換後の蛍光２１を受光素子３０が検出する。本実施の形態では、蛍光２１の強度を、透過光（紫外光１１）の強度の代わりに用いることで、機能水９０の濃度を測定する。
　以下では、まず、紫外光１１の強度に基づいて機能水９０の濃度が正しく測定できることを確認するために、蛍光体２０を用いずに紫外光１１の透過後の強度を直接検出した結果について、図７を用いて説明する。
　図７は、本実施の形態に係る蛍光体２０を備えない場合の次亜塩素酸水の濃度と紫外光１１の透過度との関係を示す図である。図７において、黒丸及び黒三角は実測値であり、実線は最小二乗法によって求めた実測値の指数近似曲線である。
　図７では、蛍光体２０を備えずに、出射窓４２から出射された透過光（紫外光１１）を、紫外領域に感度を有するフォトダイオードを用いて検出した。図７の（ａ）は、紫外光１１のピーク波長が２７５ｎｍである場合を示しており、図５Ｂに示したグラフと同じである。図７の（ｂ）は、（ａ）に示すグラフの縦軸を対数で換算したものである。
　ランベルト・ベールの法則に基づいた場合、透過度は、（式１）で示したように、濃度の指数関数として表される。このため、透過度と濃度との関係は、対数グラフ上では、直線で表される。図７の（ｂ）に示すように、実測値（黒丸及び黒三角）は、近似直線に略一致しており、紫外光１１を検出することで、機能水９０の濃度が測定できることが分かる。
　続いて、蛍光体２０を用いた結果について、図８を用いて説明する。
　図８は、本実施の形態に係る次亜塩素酸水の濃度と紫外光の透過度との関係を示す図である。図８において、黒四角は実測値であり、実線は最小二乗法によって求めた実測値の指数近似曲線である。
　図８では、蛍光体２０として、ＹＰＶ蛍光体を用いた。蛍光体２０は、励起光である紫外光１１の強度に応じた強さの蛍光２１を発する。具体的には、励起光である紫外光１１と蛍光２１とは比例関係にある。したがって、制御回路５０は、受光素子３０によって検出された蛍光２１の強度を紫外光１１の強度に変換することで、紫外光１１の透過度を算出した。
　図８の（ａ）は、紫外光１１のピーク波長が２７５ｎｍの場合を示しており、図８の（ｂ）は、（ａ）に示すグラフを対数グラフに変換したものである。図８の（ｂ）に示すように、蛍光２１を検出した場合も、紫外光１１を直接検出した場合と同様に、実測値（黒四角）は、近似曲線（実線）に略一致している。したがって、蛍光２１を検出することで、機能水９０の濃度を測定することができることが分かる。つまり、紫外光１１を直接検出する必要はないことが分かる。
　［効果など］
　以上のように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１は、機能水９０が入れられる容器４０と、紫外光１１を発する光源１０と、光源１０から発せられて容器４０内を通過した紫外光１１によって励起されて蛍光２１を発する蛍光体２０と、蛍光２１を受光する受光素子３０とを備え、光源１０が発する紫外光１１のピーク波長は、機能水９０に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内に存在する。
　このように、蛍光体２０が紫外光１１を波長変換することで蛍光２１を発し、受光素子３０は、蛍光体２０によって発せられた蛍光２１を受光する。蛍光２１は、紫外光１１より長波長の光であり、例えば、可視光である。このため、受光素子３０としては、紫外領域に感度を有する必要がなく、可視光領域に感度を有する安価なフォトダイオードを利用することができる。
　また、光源１０として小型で長寿命なＬＥＤ素子などを利用することができるので、機能水濃度センサ１を小型化及び長寿命化することができる。
　さらに、本実施の形態では、光源１０が発する紫外光１１は、機能水９０に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内にピーク波長が含まれるように、例えば、機能水９０に固有の吸光スペクトルに基づいて決定される。つまり、紫外光１１を機能水９０によって吸収させることで、紫外光１１の強度の変化を検出することで、機能水９０の濃度を測定する。このため、検知剤などの濃度の測定を目的とした物質を機能水９０に添加する必要がない。したがって、機能水９０が検知剤と反応して化学変化を起こすこともないので、濃度を測定後（紫外光１１が照射された後）の機能水９０であっても、本来の機能を発揮することができる。つまり、機能水濃度センサ１は、機能水９０の機能を維持しながら濃度の測定が可能なので、機能水９０を利用する装置などに組み込むことが可能になる。
　例えば、機能水９０が次亜塩素酸水などの除菌能力を有する液体である場合、機能水９０の除菌能力などを失わないので、機能水９０をそのまま除菌に利用することができる。例えば、機能水９０を循環させながら濃度の測定と除菌とを行うことができるので、濃度の測定結果を除菌に反映させるなどのフィードバック制御が可能となる。このように、機能水濃度センサ１は、除菌装置などの機器への組み込みが可能である。
　このとき例えば、機能水９０が除菌などに利用されて機能水９０の濃度が低下した場合、機能水９０を追加するなどのフィードバック制御を行う。これにより、機能水９０の濃度を高め、除菌などの機能を充分に発揮させることができる。また、フィードバック制御により、機能水９０の濃度が高くなりすぎるのを防止することで、有害なガス又は臭気ガスなどの発生を防止することができる。
　また、例えば、蛍光体２０は、受光素子３０の感度に応じたピーク波長を有する光を蛍光２１として発する。
　これにより、例えば、受光素子３０の感度が高い領域を有効に利用することができるので、検出可能な光量の範囲が大きくなる。したがって、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができ、あるいは、濃度の測定精度を高めることができる。
　また、本実施の形態において、蛍光体２０は、全方向へ均等に蛍光する。つまり、蛍光体２０から発せられる蛍光２１は全方向に放出されるので、蛍光体２０と受光素子３０とが離れている場合、受光素子３０が受光する蛍光２１の光量が小さくなる。
　これに対して、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１では、例えば、受光素子３０は、蛍光体２０に近接配置されている。
　これにより、蛍光体２０が発した蛍光２１のうち受光素子３０に入射する光の量を多くすることができるので、蛍光２１が弱い場合でも検出することができる。したがって、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができる。また、受光素子３０に入射されずに機能水濃度センサ１の筐体（図示せず）内を進行する光（迷光）を少なくすることができる。このため、迷光が受光素子３０に入射することによる検出誤差を抑制し、蛍光２１を精度良く検出することができる。
　また、例えば、光源１０、容器４０、蛍光体２０及び受光素子３０は、この順で略同一直線上に配置されている。
　これにより、反射又は屈折などにより紫外光１１又は蛍光２１の進行方向を変化させる必要がないので、レンズ又はミラーなどの部材を設けなくてもよく、小型化及び低コスト化を実現することができる。また、レンズ又はミラーなどの部材によって光の進行方向を変化させた場合、迷光の発生、あるいは、部材による光の吸収などにより受光素子３０に入射する蛍光２１の光量が減少する恐れがある。これに対して、機能水濃度センサ１は、レンズ又はミラーなどを備えないので、受光素子３０に入射する蛍光２１の光量の減少を抑制し、機能水９０の濃度を精度良く測定することができる。
　また、例えば、容器４０は、光源１０から発せられた紫外光１１が入射する入射窓４１を備え、光源１０からの紫外光１１は、入射窓４１に略垂直に入射する。
　これにより、入射窓４１への入射面での紫外光１１の屈折及び反射を抑制することができる。つまり、光源１０が発した光を容器４０内の機能水９０に効率良く照射させることができるので、機能水９０の濃度を精度良く測定することができる。
　以下では、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１の変形例について図面を用いて説明する。なお、各変形例の説明において、本実施の形態に係る機能水濃度センサ１と同じ点については、説明を省略又は簡略化する。
　［変形例１］
　図９は、本実施の形態の変形例１に係る機能水濃度センサ１ａの構成及び動作を説明するための模式図である。
　本変形例に係る機能水濃度センサ１ａは、図１に示す機能水濃度センサ１と比較して、新たにスリット部６０を備える点が異なっている。
　スリット部６０は、光源１０と入射窓４１との間に設けられて、紫外光１１の照射範囲を制限する。具体的には、スリット部６０は、入射窓４１と形状が略同一の開口を有する。スリット部６０は、例えば、開口（スリット）が設けられた板である。スリット部６０は、光源１０から見た時に、開口と入射窓４１とが略一致するように設けられている。
　スリット部６０は、紫外光１１を遮蔽（反射又は吸収）する材料から形成されている。スリット部６０は、例えば、容器４０の本体と同じ材料から形成される。
　以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ１ａによれば、光源１０から発せられた紫外光１１のうち開口以外に照射された光は、スリット部６０によって遮蔽されて容器４０内に進行しない。開口を通った光は、入射窓４１に入射し、機能水９０を透過して出射窓４２から出射される。このように、不要領域へ紫外光が照射されることによる迷光を低減し、検出精度を高めることができる。
　［変形例２］
　図１０は、本実施の形態の変形例２に係る機能水濃度センサ１ｂの構成及び動作を説明するための模式図である。
　本変形例に係る機能水濃度センサ１ｂは、図１に示す機能水濃度センサ１と比較して、新たにレンズ部６１を備える点が異なっている。
　レンズ部６１は、光源１０と入射窓４１との間に設けられて、紫外光１１の発散を抑制する。レンズ部６１は、例えば、蛍光体２０に集光する集光レンズ、又は、紫外光１１を平行光として出射するコリメートレンズなどである。レンズ部６１は、例えば、透光性を有する石英ガラスから形成される。
　以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ１ｂによれば、機能水９０を透過する紫外光１１の光量を増加させることができるので、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができ、あるいは、濃度の測定精度を高めることができる。
　［変形例３］
　図１１は、本実施の形態の変形例３に係る機能水濃度センサ１ｃの構成及び動作を説明するための模式図である。
　本変形例に係る機能水濃度センサ１ｃは、図１に示す機能水濃度センサ１と比較して、蛍光体２０の代わりに蛍光体２０ｃを備える点と、容器４０の出射窓４２の代わりに出射窓４２ｃを備える点とが異なっている。
　蛍光体２０ｃは、容器４０の出射窓４２ｃに設けられている。例えば、出射窓４２ｃは、蛍光体２０ｃを含有する蛍光体含有ガラスから形成されている。出射窓４２ｃでは、蛍光体粒子が分散されて含まれている。
　以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ１ｃによれば、蛍光体２０ｃと出射窓４２ｃとを共通化しているので、容器４０と受光素子３０との間の距離を短くすることができる。これにより、機能水濃度センサ１ｃを小型化することができる。また、出射窓４２ｃから出射された蛍光２１の迷光を少なくすることができるので、検出精度を高めることができる。
　［変形例４］
　図１２は、本実施の形態の変形例４に係る機能水濃度センサ１ｄの構成及び動作を説明するための模式図である。
　本変形例に係る機能水濃度センサ１ｄは、図１に示す機能水濃度センサ１と比較して、蛍光体２０の代わりに蛍光体２０ｄを備える点が異なっている。
　蛍光体２０ｄは、受光素子３０の表面に設けられている。具体的には、蛍光体２０ｄは、受光素子３０の表面に塗布された樹脂材料に含有されている。樹脂材料は、例えば、シリコーン樹脂などの透光性を有する材料である。
　以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ１ｄによれば、蛍光体２０ｄを受光素子３０の表面に設けているので、蛍光体２０ｄが発した蛍光２１の受光量を大きくすることができる。これにより、出射窓４２ｃから出射された蛍光２１の迷光を少なくすることができるので、検出精度を高めることができる。また、容器４０と受光素子３０との間の距離を短くすることができるので、機能水濃度センサ１ｄを小型化することができる。
　（実施の形態２）
　続いて、実施の形態２に係る機能水濃度センサについて、図１３を用いて説明する。なお、以下では、上記の実施の形態１と異なる点を中心に説明し、実施の形態１と同じ点については、説明を省略又は簡略化する。
　図１３は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２の構成及び動作を説明するための模式図である。図１３に示すように、機能水濃度センサ２は、実施の形態１に係る機能水濃度センサ１と比較して、新たに反射部７０を備える点が異なっている。
　［反射部（第１反射部）］
　反射部７０は、容器４０の内部に設けられた、紫外光１１を反射する第１反射部の一例である。反射部７０は、紫外光１１を鏡面反射する。具体的には、反射部７０は、光源１０から発せられ、入射窓４１を通過した紫外光１１を、蛍光体２０に向けて反射する。反射された紫外光１１は、出射窓４２を通過して蛍光体２０に照射されて、蛍光体２０を励起する。蛍光体２０は、励起されて蛍光２１を発し、蛍光２１が受光素子３０に入射される。反射部７０が設けられていることで、図１３に示すように、紫外光１１の光路長が容器４０の幅の約２倍になる。
　反射部７０は、容器４０の内面である。具体的には、反射部７０は、容器４０の内面を鏡面処理することにより形成される。例えば、容器４０が金属材料から形成されている場合は、内面を研磨することにより鏡面化することで、反射部７０が形成される。容器４０が樹脂材料から形成されている場合は、内面に金属蒸着膜などを形成することにより、反射部７０が形成される。
　なお、反射部７０は、容器４０とは別体でもよい。すなわち、反射部７０は、容器４０の所定の位置に配置された反射板でもよい。反射部７０は、例えば、表面が鏡面処理されたガラス板又は樹脂板でもよい。反射部７０は、容器４０の内面に固定されている。
　［光路長と濃度との関係］
　ここで、機能水９０がオゾン水である場合において、その濃度と透過度との関係を光路長毎に測定した結果について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２における光路長毎のオゾン水の濃度に対する紫外光１１の透過度を示す図である。
　図１４の（ａ）及び（ｂ）において、横軸はオゾン水（機能水９０）の濃度であり、縦軸は紫外光１１の透過度を示している。図１４の（ｂ）は、オゾン濃度が０～０．０５ｍｇ／Ｌで、かつ、透過度が、０．９６～１の範囲（図１４の（ａ）の破線の枠）を拡大した図である。
　図１４に示すように、光路長Ｌが長い程、透過度が小さくなっていることが分かる。光路長が長い程、紫外光１１が透過する時間が長くなり、機能水９０と接触する時間が長くなる。このため、機能水９０によって吸収される紫外光１１の光量も多くなり、透過度が小さくなる。
　この傾向は、オゾン水の濃度が低い場合でも現れている。図１４の（ｂ）に示すように、オゾン水の濃度が低くても透過度の変化量が大きくなるので、透過度の変化を検出しやすくなる。すなわち、検出分解能が高くなるので、透過度に基づいて精度良くオゾン水の濃度を測定することができる。
　［効果など］
　以上のように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２は、さらに、容器４０の内部に設けられた、紫外光１１を反射する反射部７０を備える。
　これにより、容器４０の内部に設けられた反射部７０によって容器４０の内部で紫外光１１を反射させることで、紫外光１１の光路長を長くすることができる。このため、機能水９０の濃度が低くて吸光度が低い場合であっても、紫外光１１の光路長を長くすることで紫外光１１が多く吸収されるので、紫外光１１の強度の変化を受光素子３０によって検出することができる。つまり、機能水９０の濃度の測定範囲を大きくすることができる。このように、機能水濃度センサ２のサイズを大きくすることなく、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができる。
　また、例えば、反射部７０は、容器４０の内面である。
　これにより、容器４０の内面を反射部７０として利用するので、別部材が必要とならずにコストを削減することができる。また、別部材として反射板などを設ける場合に比較して、容器４０内の空間を有効に利用することができ、例えば、光路長をより長く確保することができる。
　なお、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２は、蛍光体２０を備えなくてもよい。すなわち、受光素子３０は、紫外領域に感度を有するフォトダイオードであり、機能水９０を透過した紫外光１１を直接検出してもよい。この場合でも、本実施の形態によれば、サイズを大きくすることなく、測定可能な濃度の範囲を大きくし、また、測定精度を高めることができる。すなわち、機能水濃度センサ２の小型化、高精度化、高感度化を実現することができる。
　以下では、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２の変形例について図面を用いて説明する。なお、各変形例の説明において、本実施の形態に係る機能水濃度センサ２と同じ点については、説明を省略又は簡略化する。
　［変形例１］
　図１５は、本実施の形態の変形例１に係る機能水濃度センサ２ａの構成及び動作を説明するための模式図である。
　本変形例に係る機能水濃度センサ２ａは、図１３に示す機能水濃度センサ２と比較して、複数の反射部７０を備える点が異なっている。複数の反射部７０は、紫外光１１を多重反射させるように配置されている。
　また、図１５では、機能水９０が容器４０内を流れている場合、すなわち、容器４０が機能水の９０の流路を形成する配管の一部である例について示している。容器４０の形状、すなわち、配管の形状は、例えば円筒又は角筒であるが、特に限定されない。例えば、図１５における紙面上下方向に機能水９０が流れている。なお、これは、以下の変形例２～５についても同様である。
　本変形例では、機能水濃度センサ２ａは、複数の反射部７０として３つの反射部７１～７３を備える。反射部７１～７３の機能及び材料などは、図１３に示す反射部７０と同様である。反射部７１及び７２は、容器４０の内面のうち、光源１０及び受光素子３０に対向する面に設けられおり、反射部７３は、容器４０の内面のうち、光源１０及び受光素子３０と同じ側の面に設けられている。
　図１５に示すように、反射部７１は、光源１０から発せられ、入射窓４１を通過した紫外光１１を反射部７３に向けて反射する。反射部７３は、反射部７１によって反射された紫外光１１を反射部７２に向けて反射する。反射部７２は、反射部７３によって反射された紫外光１１を蛍光体２０に向けて反射する。反射部７２によって反射された紫外光１１は、出射窓４２を通過して蛍光体２０に照射されて、蛍光体２０を励起する。
　以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ２ａは、複数の第１反射部７０を備え、複数の反射部７０は、紫外光１１を多重反射させるように配置されている。
　これにより、３つの反射部７１～７３によって紫外光１１は多重反射されるので、容器４０の内部を進行する紫外光１１の光路長をより長くすることができる。光路長を長くすることで、より薄い機能水９０の濃度を測定することができる。つまり、機能水濃度センサ２ａの高感度化を実現することができる。
　なお、本変形例において、容器４０の内面の全てを鏡面化してもよい。
　［変形例２］
　図１６は、本実施の形態の変形例２に係る機能水濃度センサ２ｂの構成及び動作を説明するための模式図である。本変形例に係る機能水濃度センサ２ｂは、機能水９０の濃度に応じて光源１０及び受光素子３０の配置位置又は向きが可変である。図１６の（ａ）は、機能水９０の濃度が高い場合を示しており、（ｂ）は、機能水９０の濃度が低い場合を示している。
　本変形例に係る機能水濃度センサ２ｂは、図１３に示す機能水濃度センサ２と比較して、制御回路５０の代わりに制御回路５０ｂを備える点が異なっている。また、容器４０の内面の全面に、反射部７０が設けられている。なお、反射部７０は、容器４０の内面の全面に設けられていなくてもよく、紫外光１１が照射される範囲内に設けられていればよい。
　制御回路５０ｂは、制御回路５０の機能に加えて、さらに、光源１０及び受光素子３０の少なくとも一方の配置位置又は向きを機能水９０の濃度に応じて変更する。なお、光源１０及び受光素子３０の少なくとも一方には、例えば、アクチュエータなどの可動機構（図示せず）が設けられている。制御回路５０ｂは、アクチュエータを介して光源１０及び受光素子３０の少なくとも一方の配置位置又は向きを変更する。これにより、制御回路５０ｂは、光源１０から受光素子３０までの光路長を変更する。光路長は、紫外光１１が機能水９０を透過する長さ、すなわち、入射窓４１から機能水９０中に入射してから出射窓４２に入射するまでの距離に相当する。
　具体的には、制御回路５０ｂは、機能水９０の濃度が高い場合、図１６の（ａ）に示すように、光路長が短くなるように、光源１０又は受光素子３０の配置位置又は向きを変更する。本変形例では、制御回路５０ｂは、紫外光１１の容器４０内での反射回数が少なくなるように、光源１０の向きを変更する。具体的には、制御回路５０ｂは、光源１０が発する紫外光１１の入射窓４１に対する入射角が大きくなるように、すなわち、紫外光１１が入射窓４１に対してより斜めに入射するように、光源１０の向きを変更する。
　このとき、制御回路５０ｂは、出射窓４２から出射される紫外光１１の向きに応じて受光素子３０の向きを変更する。具体的には、制御回路５０ｂは、紫外光１１が受光面に垂直に入射するように受光素子３０の向きを変更する。なお、本実施の形態では、蛍光体２０が設けられており、受光素子３０は、紫外光１１ではなく、蛍光２１を受光する。蛍光体２０は、全方位に蛍光２１を発するので、制御回路５０ｂは、受光素子３０の向きを変更しなくてもよい。
　また、制御回路５０ｂは、機能水９０の濃度が低い場合、図１６の（ｂ）に示すように、光路長が長くなるように、光源１０又は受光素子３０の配置位置又は向きを変更する。本変形例では、制御回路５０ｂは、紫外光１１の容器４０内での反射回数が多くなるように、光源１０の向きを変更する。具体的には、制御回路５０ｂは、光源１０が発する紫外光１１の入射窓４１に対する入射角が小さくなるように、すなわち、紫外光１１が入射窓４１に対してより垂直に近い角度で入射するように、光源１０の向きを変更する。このとき、制御回路５０ｂは、受光素子３０の向きを変更してもよいが、上述したように本変形例では、蛍光２１を検出するので、変更しなくてもよい。
　なお、制御回路５０ｂは、機能水９０の濃度の予測値（例えば、前回の測定値）に基づいて、光源１０から受光素子３０までの光路長が、当該予測値近辺の濃度を最適に測定可能な光路長になるように、光源１０又は受光素子３０の配置位置又は向きを変更する。
　例えば、機能水９０の濃度が高すぎる場合には、紫外光１１のほとんどが吸収されてしまうので、受光素子３０は蛍光２１をほとんど受光できなくなる。受光素子３０が蛍光２１をほとんど受光できなかった場合に、光路長を短くすることで、機能水９０による紫外光１１の吸収を抑制することができ、受光素子３０によって蛍光２１を受光させることができる。これにより、より濃い機能水９０の濃度を測定することができる。
　逆に、機能水９０の濃度が低すぎる場合には、紫外光１１がほとんど吸収されずに、受光素子３０によって検出された蛍光２１の光量が、機能水９０がない場合と略同じになる。あるいは、受光素子３０の検出域を超えて飽和してしまう場合もある。この場合に、光路長を長くすることで、機能水９０による紫外光１１の吸収を促進することができ、受光素子３０によって適切な光量の蛍光２１を受光させることができる。これにより、より薄い機能水９０の濃度を測定することができる。
　以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ２ｂでは、さらに、光源１０及び受光素子３０の少なくとも一方の配置位置又は向きを機能水９０の濃度に応じて変更することで、光源１０から受光素子３０までの光路長を変更する制御回路５０ｂを備える。
　これにより、機能水９０の濃度の測定精度を向上させることができ、測定範囲を大きくすることができる。
　［変形例３］
　図１７は、本実施の形態の変形例３に係る機能水濃度センサ２ｃの構成及び動作を説明するための模式図である。
　本変形例に係る機能水濃度センサ２ｃは、図１３に示す機能水濃度センサ２と比較して、新たにスリット部６０ｃを備える点が異なっている。
　スリット部６０ｃは、光源１０と入射窓４１との間に設けられて、紫外光１１の照射範囲を制限する。本変形例では、スリット部６０ｃは、紫外光１１を平行光に変換するコリメート部の一例である。具体的には、光源１０から発せられた紫外光１１は、スリット部６０ｃの開口を通過することで平行光として出射される。スリット部６０ｃは、例えば、開口（スリット）が設けられた板である。
　スリット部６０ｃは、紫外光１１を遮蔽（反射又は吸収）する材料から形成されている。スリット部６０ｃは、例えば、容器４０の本体と同じ材料から形成される。
　以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ２ｃによれば、スリット部６０ｃによって、紫外光１１を平行光に変換するので、紫外光１１の減衰を抑制することができ、紫外光１１の利用効率を高めることができる。これにより、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができ、あるいは、濃度の測定精度を高めることができる。また、本変形例では、例えば、開口が設けられた板などの簡易な構成でコリメート機構を実現することができるので、機能水濃度センサ２ｃの小型化及び低コスト化を実現することができる。
　［変形例４］
　図１８は、本実施の形態の変形例４に係る機能水濃度センサ２ｄの構成及び動作を説明するための模式図である。
　本変形例に係る機能水濃度センサ２ｄは、図１３に示す機能水濃度センサ２と比較して、新たにレンズ部６１ｄを備える点が異なっている。
　レンズ部６１ｄは、光源１０と入射窓４１との間に設けられて、紫外光１１の照射範囲を制限する。本変形例では、レンズ部６１ｄは、紫外光１１を平行光に変換するコリメート部の一例である。具体的には、光源１０から発せられた紫外光１１は、レンズ部６１ｄを透過することで平行光として出射される。レンズ部６１ｄは、コリメートレンズであり、例えば、透光性を有する石英ガラスから形成される。
　以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ２ｄによれば、レンズ部６１ｄによって、紫外光１１を平行光に変換するので、紫外光１１の減衰を抑制することができ、紫外光１１の利用効率を高めることができる。これにより、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができ、あるいは、濃度の測定精度を高めることができる。また、本変形例では、簡易な構成でコリメート機構を実現することができるので、機能水濃度センサ２ｄの小型化及び低コスト化を実現することができる。
　［変形例５］
　図１９は、本実施の形態の変形例５に係る機能水濃度センサ２ｅの構成及び動作を説明するための模式図である。
　本変形例に係る機能水濃度センサ２ｅは、図１３に示す機能水濃度センサ２と比較して、光源１０及び受光素子３０の組を複数備える点と、制御回路５０の代わりに制御回路５０ｅを備える点とが異なっている。
　本変形例では、複数の光源１０及び複数の受光素子３０がアレイ化されている。例えば、複数の光源１０は、機能水９０の流れる方向に沿って一次元にアレイ化されている。複数の光源１０は、二次元又は三次元にアレイ化されていてもよい。複数の受光素子３０についても同様である。
　図１９に示すように、機能水濃度センサ２ｅは、複数の光源１０として、光源１０ｅ１及び１０ｅ２を備える。また、機能水濃度センサ２ｅは、複数の受光素子３０として、受光素子３０ｅ１及び３０ｅ２を備える。光源１０ｅ１及び１０ｅ２並びに受光素子３０ｅ１及び３０ｅ２はそれぞれ、光源１０及び受光素子３０と機能は同じである。
　本変形例では、光源１０ｅ１と受光素子３０ｅ１とが対応付けられており、光源１０ｅ２と受光素子３０ｅ２とが対応付けられている。言い換えると、光源１０ｅ１と受光素子３０ｅ１とが組（例えば、第１組）を構成し、光源１０ｅ２と受光素子３０ｅ２とが別の組（例えば、第２組）を構成する。具体的には、光源１０ｅ１から発せられた紫外光１１は、受光素子３０ｅ１に入射し、光源１０ｅ２から発せられた紫外光１１は、受光素子３０ｅ２に入射する。
　光源１０と受光素子３０との複数の組は、光源１０から対応する受光素子３０までの光路長が互いに異なるように配置されている。図１９に示すように、光源１０ｅ１と受光素子３０ｅ１との組（第１組）の光路長は、光源１０ｅ２と受光素子３０ｅ２との組（第２組）の光路長より長い。
　制御回路５０ｅは、制御回路５０の機能に加えて、さらに、機能水９０の濃度に応じて、光源１０と受光素子３０との複数の組を選択的に変更する。これにより、制御回路５０ｅは、機能水９０の濃度に応じて光路長を変更する。
　例えば、制御回路５０ｅは、機能水９０の濃度が高い場合、光路長が長い光源１０ｅ１と受光素子３０ｅ１との組（第１組）を選択する。逆に、制御回路５０ｅは、機能水９０の濃度が低い場合、光路長が短い光源１０ｅ２と受光素子３０ｅ２との組（第２組）を選択する。
　以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ２ｅは、光源１０及び受光素子３０の組を複数備え、光源１０及び受光素子３０の複数の組は、光源１０から対応する受光素子３０までの光路長が互いに異なるように配置され、機能水濃度センサ２ｅは、さらに、機能水９０の濃度に応じて複数の組を選択的に変更する制御回路５０ｅを備える。
　これにより、光源１０又は受光素子３０の配置位置又は向きを変更する場合（本実施の形態の変形例２）と同様に、濃度に応じて適切な組を選択することで、適切な光路長を選択することができる。よって、機能水９０の濃度の測定精度を向上させることができ、測定範囲を大きくすることができる。
　（実施の形態３）
　続いて、実施の形態３に係る機能水濃度センサについて、図２０を用いて説明する。なお、以下では、上記の実施の形態１と異なる点を中心に説明し、実施の形態１と同じ点については、説明を省略又は簡略化する。
　図２０は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ３の構成を示す模式図である。具体的には、図２０の（ａ）は、機能水濃度センサ３の断面図であり、配管の一部を構成する容器４０内を機能水９０が流れる方向に直交する断面を示している。図２０の（ｂ）は、（ａ）のＸＸ－ＸＸ線における断面を示している。つまり、機能水９０は、（ａ）では紙面奥行き方向に流れており、（ｂ）では紙面上下方向に流れている（白抜き矢印を参照）。
　図２０に示すように、機能水濃度センサ３は、実施の形態１に係る機能水濃度センサ１と比較して、新たに反射部８０を備える点が異なっている。
　［反射部（第２反射部）］
　反射部８０は、蛍光体２０が設けられた反射面を有し、反射面によって蛍光２１を受光素子３０に向けて反射する第２反射部の一例である。反射部８０は、容器４０の外部に設けられている。
　具体的には、反射部８０は、容器４０の外部に配置された反射板である。反射部８０は、例えば、少なくとも一方の主面（反射面）が鏡面処理されたガラス板又は樹脂板である。反射部８０の反射面には、蛍光体２０を含有する樹脂材料が塗布されている。
　なお、本実施の形態では、反射面に蛍光体２０を含有する樹脂材料を塗布する例について示したが、これに限らない。蛍光体２０を含むガラス板などを反射面に取り付けてもよい。
　［効果など］
　以上のように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ３は、さらに、蛍光体２０が設けられた反射面を有し、容器４０の外部に設けられ、反射面によって蛍光２１を受光素子３０に向けて反射する反射部８０を備える。
　例えば、実施の形態１などに示す構成では、蛍光体２０が発する蛍光２１の約半分は出射窓４２側に発せられて受光素子３０には入射しない。これに対して、本実施の形態では、反射部８０が蛍光２１を受光素子３０に向けて反射するので、より多くの蛍光２１を受光素子３０に入射させることができる。これにより、蛍光体２０が発した蛍光２１を有効に利用することができる。したがって、紫外光１１の強度が弱く、蛍光２１の強度が弱い場合でも多くの光を受光素子３０は受光できるので、機能水９０の濃度を測定することができる。つまり、機能水９０の濃度の測定可能な範囲を大きくすることができる。
　以下では、本実施の形態に係る機能水濃度センサ３の変形例について図面を用いて説明する。なお、各変形例の説明において、本実施の形態に係る機能水濃度センサ３と同じ点については、説明を省略又は簡略化する。
　［変形例１］
　図２１は、本実施の形態の変形例１に係る機能水濃度センサ３ａの構成を示す模式図である。具体的には、図２１の（ａ）は、機能水濃度センサ３ａの配管の一部を構成する容器４０内を機能水９０が流れる方向に直交する断面を示しており、（ｂ）は、（ａ）のＸＸＩ－ＸＸＩ線における断面を示している。
　本変形例に係る機能水濃度センサ３ａは、図２０に示す機能水濃度センサ３と比較して、新たにスリット部６０ｃを備える点が異なっている。スリット部６０ｃは、実施の形態２の変形例３で示したものと同じである。
　以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ３ａによれば、スリット部６０ｃによって、紫外光１１を平行光に変換するので、紫外光１１の減衰を抑制することができ、紫外光１１の利用効率を高めることができる。これにより、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができ、あるいは、濃度の測定精度を高めることができる。また、本変形例では、例えば、開口が設けられた板などの簡易な構成でコリメート機構を実現することができるので、機能水濃度センサ３ａの小型化及び低コスト化を実現することができる。
　［変形例２］
　図２２は、本実施の形態の変形例２に係る機能水濃度センサ３ｂの構成を示す模式図である。具体的には、図２２の（ａ）は、機能水濃度センサ３ｂの配管の一部を構成する容器４０内を機能水９０が流れる方向に直交する断面を示しており、（ｂ）は、（ａ）のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ線における断面を示している。
　本変形例に係る機能水濃度センサ３ｂは、図２０に示す機能水濃度センサ３と比較して、新たにレンズ部６１ｄを備える点が異なっている。レンズ部６１ｄは、実施の形態２の変形例４で示したものと同じである。
　以上のように、本変形例に係る機能水濃度センサ３ｂによれば、レンズ部６１ｄによって、紫外光１１を平行光に変換するので、紫外光１１の減衰を抑制することができ、紫外光１１の利用効率を高めることができる。これにより、測定可能な濃度の範囲を大きくすることができ、あるいは、濃度の測定精度を高めることができる。また、本変形例では、簡易な構成でコリメート機構を実現することができるので、機能水濃度センサ３ｂの小型化及び低コスト化を実現することができる。
　［変形例３］
　図２３は、本実施の形態の変形例３に係る機能水濃度センサ３ｃの構成を示す模式図である。具体的には、図２３は、機能水濃度センサ３ｃの配管の一部を構成する容器４０内を機能水９０が流れる方向に直交する断面を示している。
　本変形例に係る機能水濃度センサ３ｃは、図２０に示す機能水濃度センサ３と比較して、反射部８０の代わりに反射部８０ｃを備える点が異なっている。
　反射部８０ｃは、凹面ミラーである。具体的には、反射部８０ｃは、受光素子３０に焦点を有する楕円ミラーである。つまり、反射部８０ｃの反射面が楕円面の一部である。なお、反射部８０ｃは、反射面が放物面である放物面ミラーなどでもよい。
　これにより、より多くの蛍光２１を受光素子３０に入射させることができるので、機能水９０の濃度の測定可能な範囲を大きくすることができる。
　（その他）
　以上、本発明に係る機能水濃度センサについて、上記実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記の実施の形態では、容器４０の外部に光源１０及び受光素子３０を配置したが、これに限らない。例えば、光源１０が入射窓４１に取り付けられていてもよい。すなわち、光源１０の発光面が容器４０内に露出していてもよい。同様に、受光素子３０が出射窓４２に取り付けられていてもよい。すなわち、受光素子３０の受光面が容器４０内に露出していてもよい。この場合、蛍光体２０も容器４０内に配置される。あるいは、容器４０の内部に光源１０及び受光素子３０を配置してもよい。この場合、容器４０は、入射窓４１及び出射窓４２を備えなくてもよい。
　その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、３、３ａ、３ｂ、３ｃ　機能水濃度センサ
１０、１０ｅ１、１０ｅ２　光源
１１　紫外光
２０、２０ｃ、２０ｄ　蛍光体
２１　蛍光
３０、３０ｅ１、３０ｅ２　受光素子
４０　容器
４１　入射窓
４２、４２ｃ　出射窓
５０、５０ｂ、５０ｅ　制御回路
６０、６０ｃ　スリット部
６１、６１ｄ　レンズ部
７０、７１、７２、７３　反射部（第１反射部）
８０、８０ｃ　反射部（第２反射部）
９０　機能水

Claims (17)

  1. 　機能水が入れられる容器と、
    　紫外光を発する光源と、
    　前記光源から発せられて前記容器内を通過した紫外光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、
    　前記蛍光を受光する受光素子とを備え、
    　前記光源が発する紫外光のピーク波長は、前記機能水に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内に存在する
    　機能水濃度センサ。
  2. 　前記蛍光体は、前記受光素子の感度に応じたピーク波長を有する光を前記蛍光として発する
    　請求項１に記載の機能水濃度センサ。
  3. 　前記受光素子は、前記蛍光体に近接配置されている
    　請求項１又は２に記載の機能水濃度センサ。
  4. 　前記光源、前記容器、前記蛍光体及び前記受光素子は、この順で略同一直線上に配置されている
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
  5. 　さらに、
    　前記容器の内部に設けられた、前記紫外光を反射する第１反射部を備える
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
  6. 　前記機能水濃度センサは、複数の前記第１反射部を備え、
    　複数の前記第１反射部は、前記紫外光を多重反射させるように配置されている
    　請求項５に記載の機能水濃度センサ。
  7. 　さらに、
    　前記光源及び前記受光素子の少なくとも一方の配置位置又は向きを前記機能水の濃度に応じて変更することで、前記光源から前記受光素子までの光路長を変更する制御回路を備える
    　請求項５又は６に記載の機能水濃度センサ。
  8. 　前記第１反射部は、前記容器の内面である
    　請求項５～７のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
  9. 　前記機能水濃度センサは、前記光源及び前記受光素子の組を複数備え、
    　前記光源及び前記受光素子の複数の組は、前記光源から対応する前記受光素子までの光路長が互いに異なるように配置され、
    　前記機能水濃度センサは、さらに、前記機能水の濃度に応じて前記複数の組を選択的に変更する制御回路を備える
    　請求項５～８のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
  10. 　さらに、
    　前記蛍光体が設けられた反射面を有し、前記容器の外部に設けられ、前記反射面によって前記蛍光を前記受光素子に向けて反射する第２反射部を備える
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
  11. 　前記第２反射部は、凹面ミラーである
    　請求項１０に記載の機能水濃度センサ。
  12. 　前記第２反射部は、前記受光素子に焦点を有する楕円ミラーである
    　請求項１１に記載の機能水濃度センサ。
  13. 　前記容器は、前記光源から発せられた紫外光が入射する入射窓を備え、
    　前記機能水濃度センサは、さらに、
    　前記光源と前記入射窓との間に設けられた、前記紫外光の照射範囲を制限するスリット部を備える
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
  14. 　前記スリット部は、前記入射窓と形状が略同一の開口を有する
    　請求項１３に記載の機能水濃度センサ。
  15. 　前記容器は、前記光源から発せられた紫外光が入射する入射窓を備え、
    　前記機能水濃度センサは、さらに、
    　前記光源と前記入射窓との間に設けられた、前記紫外光の発散を抑制するレンズ部を備える
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
  16. 　前記容器は、前記光源から発せられた紫外光が入射する入射窓を備え、
    　前記機能水濃度センサは、さらに、
    　前記光源と前記入射窓との間に設けられた、前記紫外光を平行光に変換するコリメート部を備える
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
  17. 　前記容器は、前記光源から発せられた紫外光が入射する入射窓を備え、
    　前記光源からの紫外光は、前記入射窓に略垂直に入射する
    　請求項１～１６のいずれか１項に記載の機能水濃度センサ。
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