JPH083467B2 - Optical fiber sensor - Google Patents
Optical fiber sensorInfo
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- JPH083467B2 JPH083467B2 JP63044785A JP4478588A JPH083467B2 JP H083467 B2 JPH083467 B2 JP H083467B2 JP 63044785 A JP63044785 A JP 63044785A JP 4478588 A JP4478588 A JP 4478588A JP H083467 B2 JPH083467 B2 JP H083467B2
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
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Description
【発明の詳細な説明】 ［概要］ 光ファイバセンサ、特に、HClやNH3等のガスの濃度を
測定する光ファイバセンサに関し、 高感度かつ簡単に構成可能な光ファイバセンサの提供
を目的とし、 クラッド材がガスの種類によってその吸収率が変化す
る活性色素をドープした透明性樹脂よりなるセンサ用フ
ァイバと、上記センサ用ファイバに接続され、少なくと
もコアまたはクラッドに蛍光色素をドープした蛍光ファ
イバとを有し、上記センサ用ファイバより出射される光
の強度を検出することにより、上記ガスの濃度を測定す
ることを含み構成する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] An optical fiber sensor, in particular, an optical fiber sensor for measuring the concentration of a gas such as HCl or NH 3 is provided, and an object thereof is to provide an optical fiber sensor which is highly sensitive and can be easily configured. A sensor fiber made of a transparent resin doped with an active dye whose clad material changes its absorptance depending on the type of gas, and a fluorescent fiber connected to the sensor fiber and having at least a core or a clad doped with a fluorescent dye. And measuring the concentration of the gas by detecting the intensity of the light emitted from the sensor fiber.
［産業上の利用分野］ 本発明は、光ファイバセンサに関する。さらに詳しく
説明すれば、HClやNH3等のガスの濃度を測定する光ファ
イバセンサに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical fiber sensor. More specifically, it relates to an optical fiber sensor for measuring the concentration of gas such as HCl and NH 3 .
［従来の技術］ 最近、各種分野へのファイバ光学系の応用が注目され
ている。従来、光ファイバセンサを用いたガスセンサは
なかった。[Prior Art] Recently, the application of fiber optics to various fields has attracted attention. Conventionally, there has been no gas sensor using an optical fiber sensor.
［発明が解決しようとする課題］ このファイバ光学系でガスセンサを構成すれば、簡単
な構成でしかも感度のよい装置が期待される。[Problems to be Solved by the Invention] If a gas sensor is configured with this fiber optical system, a device having a simple configuration and high sensitivity is expected.
本発明は、上記の要請に対してなされたものであっ
て、高感度かつ簡単に構成可能な光ファイバセンサの提
供を目的とする。The present invention has been made in response to the above-mentioned demands, and an object of the present invention is to provide an optical fiber sensor that is highly sensitive and can be easily configured.
［課題を解決するための手段］ 上記の要請は、クラッド材がガスの種類によってその
吸収率が変化する活性色素をドープした透明性樹脂より
なるセンサ用ファイバと、上記センサ用ファイバに接続
され、少なくともコアまたはクラッドに蛍光色素をドー
プした蛍光ファイバとを有し、上記センサ用ファイバよ
り出射される光の強度を検出することにより、上記ガス
の濃度を測定することを特徴とする光ファイバセンサに
より達成される。[Means for Solving the Problems] The above-mentioned request is such that the clad material is connected to the sensor fiber made of a transparent resin doped with an active dye whose absorptance changes depending on the type of gas, and the sensor fiber. At least a core or clad with a fluorescent dye-doped fluorescent fiber, by detecting the intensity of light emitted from the sensor fiber, by measuring the concentration of the gas by an optical fiber sensor To be achieved.
［作用］ 本発明の光ファイバセンサによれば、センサ用ファイ
バの吸収率がガス濃度に対して敏感に変化することを利
用して、出射強度を検知することにより、ガスの濃度を
測定する。[Operation] According to the optical fiber sensor of the present invention, the gas concentration is measured by detecting the emission intensity by utilizing the fact that the absorptance of the sensor fiber changes sensitively to the gas concentration.
［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例に係る光ファイバセンサ
の構成図である。同図において、１はプラスチックファ
イバ（コア:PMMA、屈折率:n＝1.49）のクラッド部を１
−４ジオキサンに浸して除去したのち、チモールブルー
色素をドープしたポリビニールアルコール（PVA、ｎ＝
1.52）を厚さ数μｍ程度つけて形成したセンサ用ファイ
バ、２はクラッド材がポリ４−メチルペンテン１を主成
分とする樹脂でコア材のポリカーボネートにペリレン系
色素をドープした蛍光ファイバ、３はハロゲンランプ、
４は導光ファイバ、５および６はファイバ接続のための
コネクタである。[Embodiment] FIG. 1 is a configuration diagram of an optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a plastic fiber (core: PMMA, refractive index: n = 1.49) cladding portion 1.
After immersing in -4 dioxane to remove it, thymol blue dye-doped polyvinyl alcohol (PVA, n =
1.52) a sensor fiber formed by applying a thickness of about several μm, 2 is a fluorescent fiber in which a clad material is a resin whose main component is poly-4-methylpentene 1, and a core material polycarbonate is doped with a perylene dye. Halogen lamp,
Reference numeral 4 is a light guide fiber, and 5 and 6 are connectors for fiber connection.
センサの構成について説明すると、センサ用ファイバ
１に蛍光ファイバ２を接続し、該蛍光ファイバ２をハロ
ゲンランプ３で励起するようにした簡単なものである。The structure of the sensor will be described. It is a simple structure in which a fluorescent fiber 2 is connected to a sensor fiber 1 and the fluorescent fiber 2 is excited by a halogen lamp 3.
第２図は、NH3ガスに対するセンサ用ファイバ１の吸
収率の変化特性を示した図である。図中には、NH3ガス
の濃度が0ppm、100ppmおよび1000ppmのときの吸収率の
変化が示してある。第３図は、HClガスに対するセンサ
用ファイバ１の吸収率の変化特性を示した図で、HClガ
スの濃度が0ppm、500ppmおよび1000ppmのときの吸収率
の変化が示してある。FIG. 2 is a diagram showing the change characteristics of the absorptance of the sensor fiber 1 with respect to NH 3 gas. In the figure, changes in absorption rate are shown when the concentration of NH 3 gas is 0 ppm, 100 ppm and 1000 ppm. FIG. 3 is a diagram showing the change characteristics of the absorptance of the sensor fiber 1 with respect to the HCl gas, and shows the changes of the absorptance when the HCl gas concentration is 0 ppm, 500 ppm and 1000 ppm.
このようにセンサ用ファイバ１の吸収率は、ガス濃度
に対して敏感に変化することを利用して、導光ファイバ
４より出射される光の強度を調べてガスの濃度を測定す
る。In this way, the absorptance of the sensor fiber 1 changes sensitively to the gas concentration, and the intensity of the light emitted from the light guide fiber 4 is checked to measure the gas concentration.
一方、第４図は、ハロゲンランプ３の光源に対する蛍
光ファイバ２の発光強度を示す図であり、図中の実線が
赤色蛍光ファイバの発光強度、破線が黄色蛍光ファイバ
の発光強度である。赤色蛍光ファイバの発光帯が、NH3
に対するセンサ用ファイバ１の吸収帯と大きく重なり、
黄色蛍光ファイバの発光帯が、HClに対するセンサ用フ
ァイバ１の吸収帯と大きく重なるのがわかる。On the other hand, FIG. 4 is a diagram showing the emission intensity of the fluorescent fiber 2 with respect to the light source of the halogen lamp 3, in which the solid line represents the emission intensity of the red fluorescent fiber and the broken line represents the emission intensity of the yellow fluorescent fiber. The emission band of the red fluorescent fiber is NH 3
To the absorption band of the sensor fiber 1 against
It can be seen that the emission band of the yellow fluorescent fiber largely overlaps with the absorption band of the sensor fiber 1 for HCl.
従って、NH3ガスに対するセンサとして作動させたい
ときは、ファイバ光源部として赤色蛍光ファイバを、HC
lガスに対するセンサとして作動させたいときは、ファ
イバ光源部として黄色蛍光ファイバを使用すれば、感度
のよいガスセンサが形成できる。Therefore, when operating as a sensor for NH 3 gas, use a red fluorescent fiber as the fiber light source,
When a yellow fluorescent fiber is used as the fiber light source, when operating as a gas sensor, a highly sensitive gas sensor can be formed.
以下、本発明の光ファイバセンサの実験データを示
す。第５図は、NH3ガスに対する本発明の光ファイバセ
ンサの応答特性図で、縦軸に透過光強度、横軸に時間
（分単位）をとっている。なお、透過光強度はガス導入
のないときの値で規格化してある。使用したガスは、N2
ガスで希釈した濃度100ppmのNH3ガスで、実験内容は、
図中の４分のときにガス導入を開始し、８分のときにガ
スを遮断した。このように本発明のセンサでは、透過光
強度はNH3ガスに対して応答よく変化する。Hereinafter, experimental data of the optical fiber sensor of the present invention will be shown. FIG. 5 is a response characteristic diagram of the optical fiber sensor of the present invention with respect to NH 3 gas, in which the vertical axis represents the transmitted light intensity and the horizontal axis represents time (in minutes). The transmitted light intensity is standardized by the value when no gas is introduced. The gas used was N 2
NH 3 gas with a concentration of 100 ppm diluted with gas,
Gas introduction was started at 4 minutes in the figure, and gas was cut off at 8 minutes. As described above, in the sensor of the present invention, the transmitted light intensity changes with good response to the NH 3 gas.
また、NH3ガスの濃度に対する変化を第６図に示す。
第６図は、NH3ガスの濃度に対する本発明の光ファイバ
センサの吸収率特性図で、縦軸が吸収率（対数表示）、
横軸がガス濃度（対数表示）を示している。本発明のセ
ンサではガスの環境基準（許容濃度50ppm）以下の5ppm
程度まで検知可能である。Further, FIG. 6 shows changes with respect to the concentration of NH 3 gas.
FIG. 6 is an absorptivity characteristic diagram of the optical fiber sensor of the present invention with respect to the concentration of NH 3 gas, where the vertical axis represents the absorptance (logarithmic display)
The horizontal axis indicates the gas concentration (logarithmic display). With the sensor of the present invention, 5 ppm below the gas environmental standard (permissible concentration 50 ppm)
It can be detected to some extent.
このように本発明のガスセンサによれば、系全体がフ
ァイバ系で構成されるので、装置構成が極めて簡単にな
る。しかも、センサ用ファイバはガス濃度に対して敏感
に反応するので、感度がよい。As described above, according to the gas sensor of the present invention, since the entire system is composed of the fiber system, the device configuration becomes extremely simple. Moreover, the sensor fiber is sensitive because it is sensitive to the gas concentration.
なお、本実施例のセンサ用ファイバ、蛍光ファイバの
構成の他にセンサ用ファイバのコア材としてポリカーボ
ネート樹脂、クラッド材としてチモールブルー色素をド
ープしたPMMAまたはPMMAとポリフッ化ビニリデンの固溶
体を用いたものを使用することもできる。さらに蛍光フ
ァイバを照射する光源はハロゲンランプの他、タングス
テンランプ、冷陰極管または熱陰極管、あるいはLED、
レーザ等を使用することができる。Incidentally, the sensor fiber of the present embodiment, in addition to the structure of the fluorescent fiber, a polycarbonate resin as the core material of the sensor fiber, PMMA doped with a thymol blue dye as the clad material or a solid solution of polyvinylidene fluoride is used. It can also be used. In addition to halogen lamps, tungsten lamps, cold cathode or hot cathode tubes, or LEDs
A laser or the like can be used.
［発明の効果］ 本発明の光ファイバセンサによれば、系全体がファイ
バ型であるので、簡単な構成で高感度ガスセンサが形成
できる。特にNH3ガスに対する時間応答はよいので、可
逆的センサとしても十分利用可能である。[Effects of the Invention] According to the optical fiber sensor of the present invention, since the entire system is a fiber type, a highly sensitive gas sensor can be formed with a simple configuration. In particular, since it has a good time response to NH 3 gas, it can be sufficiently used as a reversible sensor.
また、種々の検査ガスに対応した蛍光ファイバを選択
することにより、容易に高感度ガスセンサが形成できる
ので、広範囲にわたって適用可能である。Moreover, since a high-sensitivity gas sensor can be easily formed by selecting a fluorescent fiber corresponding to various inspection gases, it can be applied over a wide range.
第１図は、本発明の一実施例に係る光ファイバセンサの
構成図、 第２図は、NH3ガスに対するセンサ用ファイバの吸収率
の変化特性図、 第３図は、HClガスに対するセンサ用ファイバの吸収率
の変化特性図、 第４図は、ハロゲンランプの光源に対する蛍光ファイバ
の発光強度特性図、 第５図は、NH3ガスに対する本発明の光ファイバセンサ
の応答特性図、 第６図は、NH3ガスの濃度に対する本発明の光ファイバ
センサの吸収率特性図である。 （符号の説明） １……センサ用ファイバ、 ２……蛍光ファイバ、 ３……ハロゲンランプ、 ４……導光ファイバ、 ５、６……コネクタ。FIG. 1 is a configuration diagram of an optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a change characteristic diagram of absorptance of a sensor fiber with respect to NH 3 gas, and FIG. 3 is a sensor fiber with respect to HCl gas. FIG. 4 is a characteristic diagram of a change in absorption coefficient of the fiber, FIG. 4 is a characteristic diagram of emission intensity of the fluorescent fiber with respect to the light source of the halogen lamp, FIG. 5 is a response characteristic diagram of the optical fiber sensor of the present invention with respect to NH 3 gas, and FIG. FIG. 4 is an absorptivity characteristic diagram of the optical fiber sensor of the present invention with respect to the concentration of NH 3 gas. (Explanation of symbols) 1 ... Sensor fiber, 2 ... Fluorescent fiber, 3 ... Halogen lamp, 4 ... Light guide fiber, 5, 6 ... Connector.
Claims (1)
率が変化する活性色素をドープした透明性樹脂よりなる
センサ用ファイバと、 上記センサ用ファイバに接続され、少なくともコアまた
はクラッドに蛍光色素をドープした蛍光ファイバとを有
し、 上記センサ用ファイバより出射される光の強度を検出す
ることにより、上記ガスの濃度を測定することを特徴と
する光ファイバセンサ。1. A sensor fiber comprising a transparent resin in which a clad material is doped with an active dye, the absorptivity of which changes depending on the type of gas, and a sensor dye connected to the sensor fiber, and at least a core or a clad is doped with a fluorescent dye. An optical fiber sensor having the fluorescent fiber, and measuring the concentration of the gas by detecting the intensity of light emitted from the sensor fiber.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63044785A JPH083467B2 (en) | 1988-02-26 | 1988-02-26 | Optical fiber sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63044785A JPH083467B2 (en) | 1988-02-26 | 1988-02-26 | Optical fiber sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01219545A JPH01219545A (en) | 1989-09-01 |
| JPH083467B2 true JPH083467B2 (en) | 1996-01-17 |
Family
ID=12701061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63044785A Expired - Fee Related JPH083467B2 (en) | 1988-02-26 | 1988-02-26 | Optical fiber sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH083467B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016158776A1 (en) * | 2015-03-27 | 2016-10-06 | 国立大学法人電気通信大学 | Stress sensor, and stress sensor system |
-
1988
- 1988-02-26 JP JP63044785A patent/JPH083467B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01219545A (en) | 1989-09-01 |
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