JP4762508B2

JP4762508B2 - 物理量検知センサ及びセンシング装置

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Publication number: JP4762508B2
Application number: JP2004196968A
Authority: JP
Inventors: 正樹出雲; 浩一宮崎; 哲郎和田
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2024-07-02
Also published as: JP2006017627A

Description

本発明は、物理量検知センサ及びセンシング装置に関し、より詳しくは、溶存酸素濃度、気中酸素濃度、ｐＨ、圧力などをセンシングする際に用いられる物理量検知センサ及びセンシング装置に関する。

従来、水中の溶存酸素濃度、ｐＨなどをセンサにより測定するセンシングシステムでは、汚れによるセンサの測定精度の劣化を防止するために、センサを回転ブラシにより洗浄したり、或いは、センサを揺動することで汚れの付着を防止している。

しかし、回転ブラシによる洗浄では、センサ構造が大型化したり、ブラシにゴミがつまったり、回転用消費電力が大きい等の問題があった。

また、センサを揺動して汚れを防止する場合に、センサを機械的に揺動する構造を採用すれば、システムが大型化するだけでなく消費電力が大きい。これに対して、水の流れによりセンサを揺動する構造を採用すれば、システムの大型化、消費電力の増加は避けられるが、水の流れが緩い場合には十分な汚染防止効果が得られないという問題がある。

ところで、測定対象である液を流すために設けられた流路の内面の汚染を防止する技術として光触媒を使うことが下記の特許文献１に開示されている。

例えば図１５に示すように、流路１１１の一面に光触媒層１１０が形成されていて、その流路１１１内を通して紫外光が照射される。その紫外光は、光触媒１１０と、流路１１１の上を覆うガラス１１２の反射面１１２ａを多重反射する。この場合、ガラス１１２の上方にＬＥＤ１１３及びフォトダイオード１１４が取り付けられている。

しかし、そのような構造では流路１１１内を通して紫外光を光触媒層１１０に照射する構造となっているので、流路１１１内を流れる液の透明度が低下するにつれて紫外光が減衰され、これにより光触媒層１１０への紫外光照射量が低減して十分な洗浄効果が得られなくなる。
特開２０００−６１４４７号公報

本発明は、汚れの付着を防止することができる物理量検知センサ及びセンシング装置を提供することを目的とする。

この発明の第１の態様は、センサ設置領域に取り付けられて溶存酸素濃度を測定するセンサヘッドと、前記センサヘッドのケーシングの底部に設置された酸素透過性光透過膜と、前記酸素透過性光透過膜の被測定雰囲気側に形成された光触媒層と、前記酸素透過性光透過膜の前記センサヘッド内側に設置された、前記光触媒層に光を照射するための光ファイバであって、その先端面が前記酸素透過性光透過膜の上面に接触して固定されている光ファイバと、を有することを特徴とする溶存酸素濃度センサである。

この発明の第２の態様は、センサ設置領域に取り付けられて溶存酸素濃度を測定するセンサヘッドと、前記センサヘッドのケーシングの底部に設置された酸素透過性光透過膜と、前記酸素透過性光透過膜の被測定雰囲気側に形成された光触媒層と、前記酸素透過性光透過膜の前記センサヘッド内側に設置された、前記光触媒層に光を照射するための光源に光結合された光ファイバであって、その先端面が前記酸素透過性光透過膜の上面に接触して固定されている光ファイバとを備えたセンサと、前記センサから出力されたデータを処理するためのデータ処理部とを有することを特徴とする溶存酸素濃度センシング装置である。

上述したように、本発明の物理量検知センサ及びセンシング装置によれば、センサの検知面に光触媒層を形成し、さらに、光ファイバ、発光素子等の光素子からセンサに光を照射するようにしている。

従って、センサの検知面上で光触媒作用による洗浄効果を生じさせ、外部環境による影響を受け難くしてセンサでの汚れの付着を防止することができる。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を示す物理量検知センサの上面図、図２は、その物理量検知センサの横断面図である。

図１、図２において、センサユニット１は、上蓋２と下蓋３によって上下が密閉される円筒状の筐体４と、筐体４内で下蓋３の上に取り付けられた電子回路基板５と、下蓋３上に取り付けられた発光素子６及び光分岐ユニット７と、下蓋３のほぼ中央に取り付けられた酸素濃度検知用のセンサヘッド８とを有している。上蓋２及び下蓋３及び筐体４は、耐腐食性材料等で構成され、例えばステンレスが好ましい。

光分岐ユニット７は、例えば入射光と出射光とを分離する機能を持つＮ端子（Ｎ≧３の正数）の非相反光デバイスであって、筐体４の側面を貫通して気密状態で取り付けられた光ケーブル９の一端から引き出される第１の光ファイバ１０が接続される第１入出力ポートと、発光素子６の光出力面に光結合された第２の光ファイバ１１が接続される第２入出力ポートと、電子回路基板５の発電回路１２に引き出される第３の光ファイバ１３が接続される第３入出力ポート、その他の入出力ポートを有する。

電子回路基板５において、発電回路１２は、第３の光ファイバ１３から入射した光を電力に変換する光・電力変換器を有し、変換された電力は蓄電用の電気二重層コンデンサ１９に送電される。また、コンデンサ１９には半導体スイッチ１４を介して増幅回路１５が接続されており、増幅回路１５は、例えば電圧を昇圧してセンサヘッド８に電力を供給するとともに、センサヘッド８の測定信号を増幅して発光素子駆動回路１６に出力するように構成されている。その発光素子駆動回路１６は、センサヘッド８の測定信号に基づく信号を配線１７を介して発光素子６に送ることにより、発光素子６の光出力面から第２の光ファイバ１１に光信号を出射させるように構成されている。

なお、半導体スイッチ１４は、例えばトランジスタから構成されており、所定条件を満たした時点で配線２９ａを介して伝達される発電回路１２からの制御信号により駆動され、これによりコンデンサ１９の蓄積電力を増幅回路１５に供給する。

センサヘッド８は、図３に示すように、下蓋３から外部に突出されるケーシング８ａを有している。そのケーシング８ａの底部には、酸素透過性光透過膜２０（例えば、ポリテトラフルオロエチンレン膜）により覆われる開口部８ｂが形成されている。なお、ケーシング８ａの内部は、被測定雰囲気から空間的に仕切られたセンサ設置領域であって、酸素透過性光透過膜２０以外では被測定雰囲気には接触しない領域である。

酸素透過性光透過膜２０の上面には、第４の光ファイバ２１の一端面が接着剤により接続固定されている。この第４の光ファイバ２１は、光ケーブル９内を通って外部の光源に接続されるものであってもよいし、光分岐ユニット７に接続された第３の光ファイバ１３から分岐されたものであってもよい。

酸素透過性光透過膜２０の下面には光触媒層２２として例えば酸化チタン層が形成されている。酸化チタン層は、製造方法、膜厚などの調整により光透過性と酸素透過性を有することができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン膜に酸化チタンの粉末を溶け込ませる方法や、部分的に過酸化チタン酸溶液を焼き付ける方法や、酸素透過性シリコーンポリマーをバインダーとして酸化チタンハイブリッド光触媒粒子を混ぜ込ませて塗布する方法などにより形成される。なお、酸化チタンハイブリッド光触媒粒子とは、酸化チタン光触媒粒子の表面に光触媒として不活性なセラミックスを付けたものである。

また、ケーシング８ａの中には電解液８ｃとして例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）が貯えられ、電界液８ｃ中では、増幅回路１５に繋がる第１信号線１８ａに接続された陰極８ｄが酸素透過性光透過膜２０寄りに配置され、また増幅回路１５に繋がる第２信号線１８ｂに接続された陽極８ｅが陰極８ｄの上方に配置されている。陰極８ｄは例えば銀（Ag）、金（Au）、銅（Cu）等から構成され、陽極８ｅは例えば鉛（Pb）、スズ（Sn）等から構成される。

なお、図１、図２において、符号２８ａは、光ケーブル９を筐体４に固定するブラケット、２８ｂは、筐体４に上蓋２，下蓋３等を固定するネジ、２８ｃは、筐体４に対する上蓋２，下蓋３等の気密性を保持するためのパッキン、２９ｂ〜２９ｄは、電子回路基板５に接続された配線を示している。

以上のような物理量検知センサにおいて、第３の光ファイバ１３内を伝搬して発電回路１の光・電力変換器に照射された光は電力に変換される。この電力は、配線２９ｂを介してコンデンサ１９内で蓄積された後に、配線２９ｃ、半導体スイッチ１４、増幅回路１５、第１、第２信号線１８ａ，１８ｂを介してセンサヘッド８に供給される。

そして、センサヘッド８に電力が供給されている状態で、外部の被測定雰囲気から光触媒層２２、酸素透過性光透過膜２０を透過してセンサヘッド８の電解液８ｃに酸素が入るとその酸素濃度に応じた大きさの電流が陰極８ｄと陽極８ｅの間に流れる。

その電流は、酸素濃度を示す信号として増幅回路１５を介して発光素子駆動回路１６に出力され、また、発光素子駆動回路１６は、入力信号に応じて発光素子６の発光状態を変化させる。さらに、発光素子６から出力された信号光は、第２の光ファイバ１１、光分岐ユニット７を介して第１の光ファイバ１０内を伝搬し、さらに光ケーブル９内を通して外部の処理装置へ伝搬される。

一方、センサユニット１の外部の光源（不図示）から光ケーブル９内の第１の光ファイバ１０内を伝搬して供給される光は、光分岐ユニット７及び第３の光ファイバ１３内を伝搬して発電回路１２に導入される一方、光分岐ユニット７で分岐されて第４の光ファイバ２１に伝搬される。ここで、光源として紫外光光源を用いる。

そして、第４の光ファイバ２１から出射された紫外光は、酸素透過性光透過膜２０を透過して光触媒層２２に照射される。光触媒層２２は光透過構造となっているので、光触媒層２２のうち外部に露出する面にも紫外光が照射される。

従って、光触媒層２２の外面に付着する汚染物質も、光触媒層２２の光触媒反応によって分解される。
また、第４の光ファイバ２１の先端面は酸素透過性光透過膜２０に接触して固定されているので汚染されることはない。

しかも、センサヘッド８の内側から光触媒層２２に光を照射するようにしているので、センサヘッド８が置かれる雰囲気の透明度が低下しても光触媒層２２による汚染防止効果は維持されている。

ところで、センサユニット１内においては、図４に示すように、センサヘッド８内に引き込まれる第４の光ファイバ２１のうち光分岐ユニット７から酸素透過性光透過膜２０に至る光路の途中に波長変換素子２３を接続する構造を採用してもよい。

波長変換素子２３は、例えばβ-BaB₂O₄、LiNbO₃、LiIO₃、LiB₃O₅、Sr₂Be₂BO₇、CsLiB₆O₁₀、KTiOPO₄などの非線形光学結晶から構成され、第１の光ファイバ１０、光分岐ユニット７を介して入射した光（例えば赤外光）を紫外光（ＵＶ）に変換する構成となっている。

そのような構造によれば、光分岐ユニット７から第４の光ファイバ２１に伝搬される光として例えば赤外光を使用する場合に、その光を波長変換器２３により紫外光に変換できる。これにより、第４の光ファイバ２１から出射される紫外光は、酸素透過性光透過膜２０を透過して光触媒層２２に照射されることになる。

ところで、酸素透過性光透過膜２０と光触媒層２２への光の照射領域をさらに広げたい場合には、図５に示すように、バンドル２４により束ねられた複数本の第４の光ファイバ２１を互いに分離させ、それらの先端を酸素透過性光透過膜２０の複数箇所に接続すると、光触媒層２２の光照射領域が広がって汚染物質の分解効率を高めることができる。

それらの第４の光ファイバ２１を伝搬する光が紫外光以外の光、例えば赤外光である場合には、図６に示すように、複数の第４の光ファイバ２１の光路の途中に光波長変換器２３を接続する構造を採用してもよい。これにより、光触媒層２２の広い領域に紫外光が照射される。

なお、センサヘッド８のうち少なくとも光が漏れる部分には光吸収層等からなる漏れ光防止構造が形成されている。この漏れ光防止構造は、光触媒層の検知面以外に位置するセンサヘッド８の筐体外周面ならどこに形成されてもよい。この漏れ光防止構造により、藻等の発生、付着を防止させることが可能となる。この構造については、以下の実施形態でも同様に適用することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、ｐＨ測定用のセンサヘッドの汚染を防止する構造を有する物理量検知センサについて説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る物理量検知センサのセンサヘッドを示す断面図である。

図７において、センサヘッドのケーシング６１の底部には、ｐＨ測定対象となる液を外部から導入する孔６２が形成されている。また、ケーシング６１の中には、所定の液が内部に充填されたガラス電極６３と参照電極６４とが互いに離れて配置されている。また、ガラス電極６３と参照電極６４にはそれぞれ信号線６７，６８が接続されている。

また、ガラス電極６３の端部のｐＨ検知面には透明膜６４が密接され、さらに透明膜６４のうちｐＨ検知面に対して反対側の面には光触媒層６５が密接されている。さらに、透明膜６４のうち光触媒層６５に覆われない側面には、光素子６６の発光部が密接して取り付けられている。光素子６６として、例えば、第１実施形態で説明した光ファイバ、或いは後述の第６実施形態で説明する発光素子を用いる。

この実施形態において、透明膜６４の横の光素子６６から出射された紫外光は透明膜６４内を伝搬して光触媒層６５に照射され、これにより光触媒層６５では光触媒作用により洗浄効果が起こるため、ガラス電極６３の検知面の汚染が防止される。この結果、ガラス電極６３の汚染による感度低下が防止できる。

なお、透明膜６４に光を照射する方向は、透明膜６４に対して横方向、垂直方向、斜め方向のいずれであってもよいが、斜め方向から照射させることにより光の照射面積が大きくなって光触媒効果が得られやすい。これについては、上記した実施形態、および後述する実施形態でも同様である。

（第３の実施形態）
本実施形態では、圧力測定用のセンサヘッドの汚染を防止する構造を有する物理量検知センサについて説明する。
図８は、本発明の第３の実施形態に係る物理量検知センサのセンサヘッドを示す断面図である。

図８において、センサヘッドのケーシング７１の底には外部との圧力差により変形するダイヤフラム７２が取り付けられている。また、ケーシング７１の内部には、ダイヤフラム７２上に取り付けられてダイヤフラム７２の歪み量から圧力を計測する歪みゲージ７３が取り付けられている。さらに、歪みゲージ７３には、ケーシング７１内部に引き出される信号線７４が接続されている。

また、ケーシング７１の外側を向くダイヤフラム７２の検知面には透明膜７５が密着され、また、透明膜７５のうちダイヤフラム７２に対して反対側の面には光触媒層７６が密着して形成されている。

さらに、透明膜７５のうち光触媒層７６に覆われない側面には、光素子７７の発光部が密接して取り付けられている。光素子７７として、例えば、第１実施形態で説明した光ファイバ、或いは、後述の第６実施形態で説明する発光素子を用いる。

この実施形態において、光素子７７から透明膜７５に出射された紫外光は、透明膜７５内を伝搬して光触媒層７６に照射され、これにより光触媒層７６では光触媒反応により洗浄効果が起こるため、ダイヤフラム７２の検知面の汚染が防止される。この結果、ダイヤフラム７２の汚染による感度低下が防止される。

（第４の実施形態）
本実施形態では、酸素濃度、ｐＨ濃度、圧力だけでなく、ガス濃度、透明度、その他の物理量を検知するセンサユニット表面に付着する汚染物質の付着を防止する構造を有する物理量センシングシステムについて説明する。

図９は、本発明の第４の実施形態に係る物理量検知センシングシステムを示す構成図である。なお、図９において、図３と同じ符号は同じ要素を示している。

図９において、物理量センシングシステムは、ガス濃度、透明度その他の物理量を検知するセンサヘッド３１と、センサヘッド３１を格納する筐体３２と、センサヘッド３１の出力信号を所定の信号に変換する変換器３３と、筐体３２の外部に設けられ且つ変換器３３の出力データに基づいて物理量の測定値を算出するデータ処理装置３４とを有している。

センサヘッド３１を格納する筐体３２の一面には、透明膜３５に覆われた開口部３６が形成され、その透明膜３５の外側の面には光触媒層３７が形成されている。なお、筐体３２内部は、被測定雰囲気から空間的に仕切られるセンサ設置領域である。

透明膜３５は、塩化ビニル、酸化シリコン、フッ素樹脂等の光透過材料から構成され、また、光触媒層３７は、第１実施形態で説明した光触媒層２２と同じ材料から構成されている。

また、筐体３２内には、その外部に設置された赤外光源３８に一端が接続された第１の光ファイバ３９の他端が配置され、その他端には、赤外光を紫外光に変換する光波長変換素子４０を介して第２の光ファイバ４１の一端が接続されている。さらに、第２の光ファイバ４１の他端は、筐体３２の内側から透明膜３５の表面に接している。

この物理量検知センシングシステムにおいて、センサヘッド３１により測定された物理量に基づく物理量測定信号は、信号線４２を介して変換器３３に入力される。さらに、変換器３３から出力された信号は、データ処理装置３４により物理量測定信号として算出される。

また、赤外光源３８から出射された赤外光は、第１の光ファイバ３９内を伝搬して光波長変換素子４０に入射される。そして、光波長変換素子４０は、赤外光を紫外光に変換し、その紫外光を第２の光ファイバ４１を介して透明膜３５及び光触媒層３７に照射する。また、光触媒層３７は光を透過する構造となっているので、その内部を透過した紫外光が筐体３２外側で露出する光触媒層３７の表面にも照射される。

従って、光触媒層３７の表面では、光触媒層３７の触媒反応によって汚染物質が分解され、外部から筐体３２内に入射する光が遮られることが防止される。また、光触媒層３７、透明膜３５にガス透過性の構造が採用されている場合には、光触媒層３７の表面の汚染が防止されて、センサヘッド３１表面のガス導入口がふさがることが防止される。

一方、第２の光ファイバ４１は、センサヘッド３１が置かれる筐体３２の内部に取り付けられるので、紫外光照射による光触媒反応は筐体３２の外部環境による影響を受けにくくなる。さらに、第２の光ファイバ４１の先端面が透明膜３５に接触して固定されているので汚染されにくい。

ところで、上記した構造では、第１の光ファイバ３９内を伝搬する赤外光を光波長変換素子４０により紫外光に変換する構造になっている。

しかし、筐体３２の外部に紫外光源が設置できる場合には、図１０に示すように、第２の光ファイバ４１の一端を紫外光源４３に光結合し、紫外光源４３から出射される紫外光を第２の光ファイバ４１の他端から透明膜３５を透過させて光触媒層３６に照射してもよい。この場合には、光波長変換器４０は省略される。

（第５の実施形態）
本実施形態は、エコロジーの観点から、電気エネルギーによる光源を使わずに太陽光等の自然光を利用して光触媒層に紫外光を照射する構造を有するシステムについて説明する。

図１１は、本発明に係る第５の実施形態に係る物理量検知センシングシステムを示す構成図であり、図９と同じ符号は同じ要素を示している。
図１１において、筐体３２には複数本の光ファイバ４４をバンドルした光ケーブル４５が取り付けられ、それらの光ファイバ４４の一端は互いに分離されて筐体３２内に引き込まれ、さらに筐体３２の開口部３６を覆う透明膜３５の上面に接続されている。また、光ファイバ４４の他端は、筐体３２の外部に引き出されて集光器４６に接続されている。

集光器４６は、自然光を集光して光ケーブル４５内の光ファイバ４４に入射させる構造を有している。
このような構造を有する物理量検知センシングシステムにおいて、集光器４６により集光された光は、光ファイバ４４内を伝搬して筐体３２内に導入され、透明膜３５に照射される。

透明膜３５に照射された自然光の中に含まれる紫外光は、透明膜３５を透過して光触媒層３７に達する。光触媒層３７は光透過性を有しているので、紫外光は透明膜３５内を散乱、透過してその下面側に照射される。

従って、光触媒層３７の表面では、光触媒反応によって汚染物質が分解され、また、外部から筐体３２内に入射する光が遮られない。さらに、光触媒層３７、透明膜３５にガス透過性の構造が採用されている場合には、光触媒層３７の表面の汚染が防止されて、センサヘッド３１表面のガス導入口がふさがることが防止される。

一方、光ファイバ４４は、センサヘッド３１が置かれる筐体３２の内部に引き込まれているので、紫外光照射による光触媒反応は筐体３２の外部環境による影響を受けにくい。さらに、紫外光供給用の光ファイバ４４の先端面が透明膜３５に接触して固定されているので汚染されにくい。

ところで、集光器４６により集光される光が太陽光の場合には、夜間に光触媒層３７に光を照射できない状態となるので、第４の実施形態に示した光源３８を光ファイバ３８に結合して夜間に一時的に導入してもよい。この場合でも、昼間は太陽エネルギーを利用しているので電力消費量を低減できる。

（第６の実施形態）
本実施形態では、光触媒層に照射する光を発光素子から出射させる構造を採用することについて説明する。
図１２は、本発明の第６の実施形態に係る物理量検知センシングシステムを示す構成図である。

図１２において、物理量センシングシステムは、物理量を検知するセンサヘッド３１と、センサヘッド３１を格納する筐体３２と、センサヘッド３１の出力信号を所定の信号に変換する変換器３３と、筐体３２の外部に設けられ且つ変換器３３の出力データに基づいて物理量の測定値を算出するデータ処理装置３４とを有している。

センサヘッド３１を格納する筐体３２の開口部３６は透明膜３５に覆われ、その透明膜３５の外側の面には光触媒層３７が形成されている。透明膜３５、光触媒層３７は、それぞれ第４実施形態で説明した透明膜２０、光触媒層２２と同じ材料から構成されている。

また、筐体３２内には、外部に設置された光エネルギー供給用の光源８８に一端が接続された光ファイバ５２の他端が引き込まれ、その他端には光を電力に変換する光・電力変換器５３が取り付けられている。

光・電力変換器５３の電力出力端には、紫外光を発光する発光素子５４、例えば紫外光供給用の半導体レーザ、ＬＥＤが接続されている。
この物理量検知センシングシステムにおいて、センサヘッド３１により測定された物理量に基づく物理量測定信号は、信号線４２を介して変換器３３に入力される。さらに、変換器３３から出力された信号は、データ処理装置３４により物理量測定信号として算出される。

また、光源５１から出射された光は、光ファイバ５２内を伝搬して光・電力変換器５３に入射される。そして、光・電力変換器５３は、光を電力に変換し、その電力を発光素子５４に供給する。

これにより、発光素子５４は、紫外光を透明膜３５及び光触媒層３７に照射する。また、光触媒層３７は光を透過する構造となっているので、その内部を透過した紫外光が筐体３２外側で露出する光触媒層３７の表面にも照射される。

従って、光触媒層３７の表面では、第２の実施形態と同様に、光触媒層３７の光触媒反応によって汚染物質が分解される。
一方、発光素子５４は、センサヘッド３１が置かれる筐体３２の内部に取り付けられるので、紫外光照射による光触媒作用は筐体３２の外部環境による影響を受けにくい。

なお、発光素子５４の発光面に拡散レンズ（不図示）を取り付けて、光触媒層３７での紫外光照射領域を広げてもよい。
ところで、図１２に示した構造では、発光素子５４への電力の供給を光・電力変換器５３により行っているが、筐体３２内にバッテリーを取り付けるスペースがある場合には、図１３に示すように、バッテリー５５を発光素子３４に接続して電力を供給してもよい。これによれば、筐体３２内に引き込まれる光ファイバの心数に余裕がない場合や、筐体３２の外部に適当な光源が無い場合にも光触媒層３７に紫外光を照射することが可能になる。

なお、本実施形態では光素子として発光素子を使用し、また、第１〜第５の実施形態では光素子として光ファイバを使用して、紫外光を透明膜を介して光触媒層に照射する構造を採用している。

光素子として、光ファイバを利用する場合には、遠隔から光を送ることができるので、センサ部内に電源線が供給できない場合や自然光を取り込めない場合でも汚染防止処理を行うことができる。
なお、透明膜が不要な場合には、光素子から光触媒層に直に紫外光を照射してもよい。

（第７の実施形態）
本実施形態では、上記した実施形態においてセンサと光触媒層の間に形成される透明体を光導波路から構成した物理量検知センサについて説明する。
図１４は、本発明の第７の実施形態に係る物理量検知センサのセンサヘッドを示す断面図である。

図１４において、センサヘッド８１の検知面には、光導波路から形成された透明体８２が形成され、さらに、透明体８２のうちセンサヘッド８１とは反対側の部分に光触媒層８３が形成されている。センサヘッド８１には信号線８４が接続されている。

透明体８２を構成する光導波路として、例えば、シングルモード若しくはマルチモードの光ファイバ、光集積回路等が用いられる。光ファイバを用いる場合には、その中を伝搬する光がコア、クラッドから漏れるように、光ファイバを任意の曲げ半径以上にして配置するか、若しくはコアを偏心させればよい。また、光集積回路を用いる場合は、コアがより光触媒層の近くになるように設計すればよい。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る物理量検知システムに使用されるセンサの上面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る物理量検知システムに使用されるセンサの横断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る物理量検知システムに使用されるセンサヘッドの第１例を示す断面図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る物理量検知システムに使用されるセンサヘッドの第２例を示す断面図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係る物理量検知システムに使用されるセンサヘッドの第３例を示す断面図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係る物理量検知システムに使用されるセンサヘッドの第４例を示す断面図である。図７は、本発明の第２の実施形態に係る物理量検知センシングシステムに使用されるセンサヘッドを示す断面図である。図８は、本発明の第３の実施形態に係る物理量検知センシングシステムに使用されるセンサヘッドの断面図である。図９は、本発明の第４の実施形態に係る物理量検知センシングシステムの構成図である。図１０は、本発明の第４の実施形態に係る物理量検知センシングシステムの他の態様を示す構成図である。図１１は、本発明の第５の実施形態に係る物理量検知センシングシステムを示す構成図である。図１２は、本発明の第６の実施形態に係る物理量検知センシングシステムを示す構成図である。図１３は、本発明の第６の実施形態に係る物理量検知センシングシステムの他の態様を示す構成図である。図１４は、本発明の第７の実施形態に係る物理量検知センシングシステムに使用されるセンサを示す構成図である。図１５は、従来技術の物理量検知センサの一例を示す断面図である。

符号の説明

１：センサユニット
２：上蓋
３：下蓋
４：筐体
５：電子回路基板
６：発光素子
７：光分岐ユニット
８：センサヘッド
８ａ：ケーシング
８ｂ：開口部
９：光ケーブル
１０，１１，１３，２１：光ファイバ
１２：発電回路
１４：半導体スイッチ
１５：増幅回路
１６：発光素子駆動回路
１９：コンデンサ
２０：酸素透過性光透過膜
２２：光触媒層
２３：波長変換素子
３１：センサヘッド
３２：筐体
３５，６４，７５：透明膜
３６：開口部
３７，４８，６５，７６，８３：光触媒層
３８：赤外光源
３９，４１：光ファイバ
４４，４９，５２：光ファイバ
４６：集光器
５１：光源
５３：光源
５４：発光素子
６６，７７：光素子
８２：透明体

Claims

センサ設置領域に取り付けられて溶存酸素濃度を測定するセンサヘッドと、
前記センサヘッドのケーシングの底部に設置された酸素透過性光透過膜と、
前記酸素透過性光透過膜の被測定雰囲気側に形成された光触媒層と、
前記酸素透過性光透過膜の前記センサヘッド内側に設置された、前記光触媒層に光を照射するための光ファイバであって、その先端面が前記酸素透過性光透過膜の上面に接触して固定されている光ファイバと、
を有することを特徴とする溶存酸素濃度センサ。
前記光触媒層が、前記酸素透過性光透過膜の一部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の溶存酸素濃度センサ。
前記光触媒層が、前記酸素透過性光透過膜に光触媒の粉末を溶け込ませたものであることを特徴とする請求項１に記載の溶存酸素濃度センサ。
前記光触媒層が、前記酸素透過性光透過膜に、酸素透過性シリコーンポリマーをバインダーとして光触媒粒子の表面に不活性なセラミックスを付けたハイブリッド光触媒粒子を混ぜ込ませて塗布したものであることを特徴とする請求項１に記載の溶存酸素濃度センサ。
前記酸素透過性光透過膜が、ポリテトラフルオロエチレン膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の溶存酸素濃度センサ。
センサ設置領域に取り付けられて溶存酸素濃度を測定するセンサヘッドと、前記センサヘッドのケーシングの底部に設置された酸素透過性光透過膜と、前記酸素透過性光透過膜の被測定雰囲気側に形成された光触媒層と、前記酸素透過性光透過膜の前記センサヘッド内側に設置された、前記光触媒層に光を照射するための光源に光結合された光ファイバであって、その先端面が前記酸素透過性光透過膜の上面に接触して固定されている光ファイバとを備えたセンサと、
前記センサから出力されたデータを処理するためのデータ処理部と
を有することを特徴とする溶存酸素濃度センシング装置。
前記光触媒層が、前記酸素透過性光透過膜の一部に形成されたことを特徴とする請求項６に記載の溶存酸素濃度センシング装置。
前記光触媒層が、前記酸素透過性光透過膜に光触媒の粉末を溶け込ませたものであることを特徴とする請求項６に記載の溶存酸素濃度センシング装置。
前記光触媒層が、前記酸素透過性光透過膜に、酸素透過性シリコーンポリマーをバインダーとして光触媒粒子の表面に不活性なセラミックスを付けたハイブリッド光触媒粒子を混ぜ込ませて塗布したものであることを特徴とする請求項６に記載の溶存酸素濃度センシング装置。
前記酸素透過性光透過膜が、ポリテトラフルオロエチレン膜であることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の溶存酸素濃度センシング装置。
前記光源は、紫外光源であることを特徴とする請求項６に記載の溶存酸素濃度センシング装置。
前記光源は、波長変換器を介して前記光ファイバに光結合されていることを特徴とする請求項６に記載の溶存酸素濃度センシング装置。
前記波長変換器は紫外線に変換する構造を有していることを特徴とする請求項１２に記載の溶存酸素濃度センシング装置。
前記光ファイバは前記センサ設置領域内で複数本配置され且つ互いに分離されていることを特徴とする請求項６に記載の溶存酸素濃度センシング装置。
前記光ファイバは、前記センサ設置領域から自然光照射領域に引き出されていることを特徴とする請求項６に記載の溶存酸素濃度センシング装置。