KR101332974B1 - 수소센서 및 수소가스 검지장치 - Google Patents
수소센서 및 수소가스 검지장치 Download PDFInfo
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Abstract
수소센서의 평판 광전송로 표면에는 박막층이 형성되고, 박막층 표면에는 촉매층이 형성되어 있다. 평판 광전송로와 박막층 사이에는 제1 경계면이 형성되고, 평판 광전송로의 이면에는 기판이 접합됨으로써 평판 광전송로와 기판 사이에 제2 경계면이 형성되어 있다. 광원으로부터의 빛을 입사부에서 평판 광전송로의 제1단측으로 확산시키면서 입사시킨 후, 제1 경계면과 제2 경계면 사이에서 번갈아 반사시켜, 평판 광전송로의 제2단측으로 전송한다. 다음으로, 이 빛을 제2 단측으로부터 출사시킨 후, 출사 집광부에 의해서 광센서로 전송한다. 이때, 수소에 접촉한 촉매층에 의해 박막층이 수소화되면, 제1 경계면으로부터의 반사광량이 저하된다. 이렇게 저하된 광량을 광센서로 검지함으로써, 수소가스를 검지한다.
Description
본 발명은 수소가스를 검지하기 위한 수소센서 및 수소가스 검지장치에 관한 것이다.
이산화탄소의 배출을 억제할 수 있는 에너지원으로서 수소가 주목되고 있다. 그러나, 수소가스가 분위기 중(예를 들면 수소가스 제조장치나 수소가스 저장장치의 주변, 또는 수소를 연료로 하는 차량의 주차장 등)에 누설되면 폭발할 우려가 있다. 이 때문에, 수소가스의 누설을 신속하게 검지하여 그 누설을 막아야만 한다.
이에, 수소가스를 검지하기 위한 수소센서가 개발되어, 예를 들면 일본국 특허공개 제2005-083832호 공보(특허문헌 1)에 나타내어져 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 이 수소센서(10')에서는 유리 등의 빛을 투과하는 부재(11)의 표면에, 박막층(12)과 촉매층(13)을 갖는 조광막(調光膜)(반사막)(14)이 형성되어 있다. 상온하에서 촉매층(13)이 분위기 중의 수소가스에 접촉하면, 이 촉매층(13)이 박막층(12)을 가역적으로 수소화하여, 박막층(12)의 광학적 반사율이 변화한다.
도 9는 이와 같은 수소센서(10')가 사용되는 수소가스 검지장치(20')의 개략 구성을 나타낸다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 수소가스 검지장치(20')에서는 광 원(21)으로부터의 빛(21a)을 수소센서(10')의 조광막(14)이 반사하여, 이 반사광을 광센서(22)가 수광(受光)한다. 광센서(22)가 수광한 반사광의 광량 변화에 의해서, 누설 수소가스를 검지할 수 있다.
이 수소가스 검지장치(20')에서는 광원(21)으로부터의 빛(21a)이 분위기 중을 전파하여 광센서(22)에 도달한다. 이 때문에, 광원(21) 이외의 광원으로부터의 빛(예를 들면, 지하 주차장의 천장의 조명등, 또는 자동차의 헤드라이트 등으로부터의 외란광)이 광센서(22)에 입사되거나, 수소센서(10)에서 반사되거나 하여 광센서(22)에 입사될 우려가 있다. 또한, 광원(21)으로부터 수소센서(10')로의 광로 또는 수소센서(10')로부터 광센서(22)로의 광로에 먼지가 부유하여, 광센서(22)에 의한 수광이 방해받을 우려가 있다. 또한, 수소센서(10')에 먼지 등이 부착되어, 광센서(22)에 의한 수광이 방해받을 우려가 있다.
상기 수소가스 검지장치(20')는 수소센서에 있어서 빛(21a)이 조사되는 좁은 영역(거의 점영역)에서만 수소화에 수반하는 투과율의 변화를 검지한다. 이 때문에, 상기 수소가스 검지장치(20')에는 수소가스의 검지감도에 개선의 여지가 있다.
발명의 개시
본 발명은 이와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 외란광 및 분위기 중의 먼지 등의 영향을 받지 않고 수소가스를 검지할 수 있는 수소센서 및 수소가스 검지장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 또 하나의 목적은, 높은 수소가스의 검지감도, 및 보다 확실한 검지를 실현 가능한 수소센서 및 수소가스 검지장치를 제공하는 것에 있다. 또한 바람직하게는, 본 발명의 목적은, 수소가스의 검지시간을 임의로 설정할 수 있는 수소센서 및 수소가스 검지장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 수소센서는 평판 광전송로와, 상기 평판 광전송로의 표면에 형성된 박막층과, 상기 박막층의 표면에 형성된 촉매층과, 상기 평판 광전송로의 이면에 접합되는 기판과, 광원으로부터 방사된 빛을 상기 평판 광전송로의 제1단측에 도입하는 입사부와, 상기 평판 광전송로의 제2단측으로부터 출사된 빛을 집광하여 광센서에 전송하는 출사 집광부를 갖는다. 상기 평판 광전송로와 상기 박막층 사이에는 제1 경계면이 형성되고, 상기 평판 광전송로와 상기 기판 사이에는 제2 경계면이 형성되어 있다.
따라서, 평판 광전송로의 제1단측에 도입된 빛은, 제1 경계면과 제2 경계면에 번갈아 입사되고 각각의 경계면에서 반사되어, 평판 광전송로의 제2단측으로 전송된다. 이렇게 제2단측으로 전송된 빛은 평판 광전송로로부터 출사되고, 또한 출사 집광부에 의해서 집광되어 광센서로 전송된다.
여기서, 촉매층은 촉매층이 수소가스에 접촉하면 박막층을 수소화하고, 박막층 및 제1 경계면의 광학적 반사율(이하, 단순히 「반사율」이라 한다)을 가역적으로 감소시킨다. 따라서, 수소가스가 접촉한 촉매층의 근방에서는 박막층 및 제1 경계면의 반사율이 저하되어, 박막층 및 제1 경계면의 투과율이 높아진다. 그 결과, 입사된 빛의 일부 또는 대부분이, 박막층에서 촉매층으로 투과하여 평판 광전송로의 외부에 누출되기 때문에, 출사 집광부로 출사되는 빛의 양이 저하된다. 이와 같은 빛의 양의 저하로부터, 수소센서는 수소가스를 검지할 수 있다.
이와 같이, 상기 수소센서는 제1 경계면과 제2 경계면에서 반사되어, 양 경계면 사이에 갇힌 상태로 평판 광전송로를 통해 전송되는 빛의 양의 저하에 의해서 수소가스를 검지하기 때문에, 외란광이나 분위기 중의 먼지 등의 영향을 받지 않고 수소가스를 검지할 수 있다.
상기 수소센서가 평판 광전송로의 두께방향으로 빛을 확산하여 평판 광전송로 내에 빛을 도입하는 수단을 가지고 있는 경우에는, 빛은 평판 광전송로의 길이방향의 직선상의 위치에 있어서, 제1 경계면과 제2 경계면에 의해 번갈아 반사되고, 평판 광전송로의 제2단측으로 전송되어 제2단측으로부터 출사된다. 이렇게 제2단측으로부터 출사되는 빛은 평판 광전송로의 두께방향으로 확산되는데, 출사 집광부에서 집광되어 광센서로 전송된다. 이렇게 구성되는 수소센서는 상기 직선상의 어느 일부의 박막층의 반사율 변화를 출사광의 광량 저하의 형태로 광센서에 전송할 수 있기 때문에, 수소가스를 고감도로 보다 확실하게 검지할 수 있다.
한편, 상기 수소센서가 평판 광전송로의 폭방향으로 빛을 확산하여 평판 광전송로 내에 빛을 도입하는 수단을 가지고 있는 경우에는, 빛은 평판 광전송로의 길이방향으로 일정한 간격을 갖는 복수의 직선상의 위치에 있어서, 제1 경계면과 제2 경계면에 의해 번갈아 반사되고, 평판 광전송로의 제2단측으로 전송되어 제2단측으로부터 출사된다. 이렇게 제2단측으로부터 출사되는 빛은 평판 광전송로의 폭방향으로 확산되는데, 출사 집광부에서 집광되어 광센서로 전송된다. 이렇게 구성되는 수소센서는 상기 복수의 직선상의 어느 일부의 박막층의 반사율 변화를, 출사광의 광량 저하의 형태로 광센서에 전송할 수 있기 때문에, 수소가스를 고감도로 보다 확실하게 검지할 수 있다.
또한, 상기 수소센서가 평판 광전송로의 두께방향 및 평판 광전송로의 폭방향으로 빛을 확산하여 평판 광전송로 내에 빛을 도입하는 수단을 함께 가지고 있는 경우에는, 빛은 평판 광전송로의 길이방향 및 폭방향으로 연재(延在)하는 면상의 위치에 있어서, 제1 경계면과 제2 경계면에 의해 번갈아 반사되고, 평판 광전송로의 제2단측으로 전송되어 제2단측으로부터 출사된다. 이렇게 구성되는 수소센서는 상기 면상의 어느 일부의 박막층의 반사율 변화를 출사광의 광량 저하의 형태로 광센서에 전송할 수 있기 때문에, 수소가스를 고감도로 보다 확실하게 검지할 수 있다.
즉, 본 발명의 수소센서는 광원으로부터 방사된 빛을 평판 광전송로의 두께방향으로 확산하여 평판 광전송로 내에 입사시키는 수단, 및/또는 평판 광전송로의 폭방향으로 확산하여 평판 광전송로 내에 입사시키는 수단을 가져, 수소가스를 고감도로 보다 확실하게 검지할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 수소센서에 있어서, 상기 평판 광전송로 및 상기 기판은, 빛의 입사각 및 출사각이 특정의 하나의 각도로 한정되지 않는 슬래브 광도파로(光導波路)를 구성한다. 이와 같은 구성은 평판 광전송로의 두께방향 또는 폭방향 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 빛을 확산하여 입사시키는데 적합하다.
바람직하게는, 본 발명의 수소센서에 있어서, 상기 기판은 그 표면에 형성된 반사막을 가져, 상기 반사면을 사이에 두고 상기 평판 광전송로의 이면에 접합됨으로써, 상기 평판 광전송로와 상기 반사막의 표면 사이에 상기 제2 경계면을 형성한다.
이 경우에는 평판 광전송로와 반사막의 표면 사이에 형성된 제2 경계면에서 빛을 반사하기 때문에, 제2 경계면에서의 안정된 반사를 확보할 수 있다. 따라서, 제2 경계면에서의 반사의 흐트러짐을 낮게 억제함으로써, 제1 경계면에서의 반사율의 변화가 고정도(高精度)로 반영된 빛을 광센서로 전송할 수 있다. 그 결과, 수소가스를 보다 고정도로 검지할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 수소센서에 있어서, 상기 반사막이 니켈로 된다. 이 경우에는, 제2 경계면에서의 빛의 반사가 실질적으로 전반사(全反射)로 되기 때문에, 제2 경계면에서의 보다 한층 안정된 반사를 확보할 수 있다. 그 결과, 수소가스를 더욱 고정도로 검지할 수 있다. 또한, 니켈로 되는 반사막이 박막층 및 촉매층에 대한 산화 보호막으로 되기 때문에, 수소센서의 신뢰성과 내구성을 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 수소센서에 있어서, 상기 촉매층이 수소가스에 접촉하여 상기 박막층을 수소화할 때, 상기 박막층은 상기 박막층에 입사된 빛을 제1 경계면에서 경면반사하는 경면반사상태에서, 상기 빛을 제1 경계면 근방의 상기 박막층에서 흡수하는 흡수상태로 전이된 후, 상기 빛을 상기 촉매층으로 투과하는 투과상태로 전이된다. 그리고, 상기 박막층이 상기 경면반사상태에서 상기 투과상태로 전이되기까지의 시간은 제1 경계면에 입사되는 빛의 파장에 의존한다.
따라서, 이와 같이 구성되는 수소센서에서는 출사 집광부로부터 출사되는 빛의 파장을 선택하여, 박막층이 경면반사상태에서 흡수상태로 전이되기까지의 시간을 적절히 설정할 수 있다. 그 결과, 예를 들면 누설 등에 의해 분위기 중에 존재하는 수소가스의 검지시간을 설정하는 것이 가능해진다.
바람직하게는, 본 발명의 수소센서에 있어서, 상기 촉매층이 팔라듐으로 형성되고, 상기 박막층이 마그네슘·니켈 합금 박막층으로 형성된다. 이와 같이 구성되는 수소센서에서는, 박막층이 전술한 경면반사상태에서 흡수상태를 거쳐 투과상태로 전이 가능하고, 이와 같은 상태 전이의 시간이 제1 경계면에 입사되는 빛의 파장에 의존하는 수소센서를 실현할 수 있다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 수소가스 검지장치는 광원으로부터 방사된 빛을 수소센서 내에 도입한 후, 상기 수소센서로부터 출사된 빛을 상기 광센서로 검출하여 분위기 중의 수소가스를 검지하는 수소가스 검지장치에 있어서, 상기 수소센서가 전술한 바와 같이 구성된다. 따라서, 외란광이나 분위기 중의 먼지 등의 영향을 배제하는 동시에, 수소가스의 검지감도가 우수한 수소가스 검지장치를 실현할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 수소가스 검지장치에 있어서, 상기 수소센서의 상기 평판 광전송로 및 상기 기판은, 빛의 입사각 및 출사각이 특정의 하나의 각도로 한정되지 않는 슬래브 광도파로를 구성한다. 이와 같은 구성은 전술한 바와 같이, 평판 광전송로의 두께방향 또는 폭방향 중 어느 한쪽 또는 양쪽으로 빛을 확산하여 입사시키는데 적합하다.
바람직하게는, 본 발명의 수소가스 검지장치에 있어서, 상기 수소센서의 기판은 그 표면에 형성된 반사막을 가져, 상기 반사면을 사이에 두고 상기 평판 광전송로의 이면에 접합됨으로써, 상기 평판 광전송로와 상기 반사막의 표면 사이에 상기 제2 경계면을 형성한다.
이 경우에는, 평판 광전송로와 반사막의 표면 사이에 형성된 제2 경계면에서 빛을 반사하기 때문에, 제2 경계면에서의 안정된 반사를 확보할 수 있다. 따라서, 제2 경계면에서의 반사의 흐트러짐을 낮게 억제함으로써, 제1 경계면에서의 반사율의 변화가 고정도로 반영된 빛을 광센서로 전송할 수 있다. 그 결과, 수소가스를 보다 고정도로 검지할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 수소가스 검지장치에 있어서, 상기 반사막이 니켈로 된다. 이 경우에는 제2 경계면에서의 빛의 반사가 실질적으로 전반사로 되기 때문에, 제2 경계면에서의 보다 한층 안정된 반사를 확보할 수 있다. 그 결과, 수소가스를 더욱 고정도로 검지할 수 있다. 또한, 니켈로 되는 반사막이 박막층 및 촉매층에 대한 산화 보호막으로 되기 때문에, 수소센서의 신뢰성과 내구성을 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 수소가스 검지장치에 있어서, 상기 수소센서의 박막층이 전술한 바와 같이 경면반사상태에서 흡수상태를 거쳐 투과상태로 전이 가능하고, 상기 경면반사상태에서 상기 투과상태로 전이되기까지의 시간이 제1 경계면에 입사되는 빛의 파장에 의존한다. 그리고, 상기 수소가스 검지장치는 상기 수소센서의 입사부에 빛을 조사하는 광원, 및 상기 수소센서의 출사부로부터 전송되는 빛을 수광하는 광센서를 가져, 상기 광센서가 수광한 빛의 양을 사전에 설정된 역치(threshold value)와 비교하여 수소가스를 검지한다. 또한, 상기 수소가스 검지장치는 광원이 방사하는 빛의 파장분포를 변화시키는 수단, 광원에서 광센서까지의 광로상에 배치된 색필터, 및 광전변환 특성에 파장 의존성을 갖는 광전변환소자를 사용한, 상기 광센서로서의 광센서 중 1개 이상을 갖는다.
수소가스 검지장치가 광원으로부터 방사되는 빛의 파장분포를 변화시키는 수단을 갖는 경우에는, 광원이 방사하는 빛의 파장분포를 변화시킴으로써, 박막층을 신속하게 상태 전이시키는 파장의 빛, 또는 박막층을 천천히 상태 전이시키는 파장의 빛을 선택할 수 있다.
수소가스 검지장치가 상기 색필터를 갖는 경우에는, 광센서에 입사되는 빛의 파장분포를 변화시킴으로써, 박막층을 신속하게 상태 전이시키는 파장의 빛, 또는 박막층을 천천히 상태 전이시키는 파장의 빛을 선택할 수 있다. 또는, 수소센서로부터 출사되는 빛으로부터, 박막층의 신속한 상태 전이에 대응한 파장의 빛, 또는 박막층의 비교적 느린 상태 전이에 대응한 파장의 빛을 선택할 수 있다.
수소가스 검지장치가 광전변환 특성에 파장 의존성을 갖는 광전변환소자를 사용한 광센서를 갖는 경우에는, 수소센서로부터 출사되는 빛으로부터, 박막층의 신속한 상태 전이에 대응한 파장의 빛, 또는 박막층의 비교적 느린 상태 전이에 대응한 파장의 빛을 선택할 수 있다.
이와 같이 하여 빛의 파장을 선택한 후, 광센서가 수광한 광량을 사전에 임의로 설정한 역치와 비교하면, 수소가스 검지장치는 수소센서로부터 출사되는 빛의 광량 저하를 검지하는 시간, 즉 예를 들면 누설 등에 의해 분위기 중에 존재하는 수소가스의 검지시간을 임의로 설정할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 수소가스 검지장치에 있어서, 상기 수소센서의 촉매층이 팔라듐으로 형성되고, 상기 박막층이 마그네슘·니켈 합금 박막층으로 형성된다. 이와 같이 구성되는 수소가스 검지장치에서는 박막층이 전술한 경면반사상태에서 흡수상태를 거쳐 투과상태로 전이 가능하고, 이와 같은 상태 전이의 시간이 제1 경계면에 입사되는 빛의 파장에 의존하는 수소센서를 구비한 수소가스 검지장치을 실현할 수 있다.
이상 기술한 바와 같이, 본 발명의 수소센서 및 수소가스 검지장치는 외란광이나 분위기 중의 먼지 등의 영향을 배제할 수 있다. 또한, 본 발명의 수소센서 및 수소가스 검지장치는 수소가스 고감도로 보다 확실하게 검지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태의 수소센서 및 수소가스 검지장치의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 수소센서의 입사부 주변을 나타내는 개략 평면도이다.
도 3은 도 1의 수소센서의 광 전송로의 단면을 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는 촉매층이 수소가스에 접촉했을 때의 박막층의 흡수율의 변화특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태의 수소센서 및 수소가스 검지장치의 개략 구성도이다.
도 6A는 박막층의 응답특성과 수소가스의 검지시간의 관계를 나타내는 그래 프이다.
도 6B는 광센서의 역치와 수소가스의 검지시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시형태의 수소센서 및 수소가스 검지장치의 개략 구성도이다.
도 8은 종래의 수소센서의 개략 구성도이다.
도 9는 도 8의 수소센서를 사용한 종래의 수소가스 검지장치의 개략 구성도이다.
발명을 실시하기
위한 최선의 형태
도면을 참조하여, 본 발명의 수소가스 검지장치를 설명한다.
본 발명의 제1 실시형태의 수소센서 및 수소가스 검지장치를, 도 1 및 2를 사용하여 이하에 설명한다. 또한, 종래의 수소센서와 동일한 기능을 갖는 구성요소에는 동일한 부호를 붙인다.
도 1은 수소센서(10) 및 수소가스 검지장치(20a)의 개략 구성도이다.
수소센서(10)에는 코어(11)의 표면에 박막층(12)이 형성되고, 박막층(12)의 표면에 촉매층(13)이 형성되어 있다. 이들 박막층(12)과 촉매층(13)에 의해 조광막(14)이 구성된다. 코어(11)의 이면에는 클래드(15)가 접하고 있어, 코어(11)(평판 광전송로)와 클래드(15)(기판)에 의해 슬래브 광도파로가 구성되어 있다. 그리고, 코어(11)의 표면과 박막층(12)의 경계에는 제1 경계면(12a)이 형성되고, 코 어(11)의 이면과 클래드(15)의 경계에는 제2 경계면(15a)이 형성되어 있다.
코어(11)의 일단측, 즉 제1단측(11a)의 표면에는 프리즘(16a)이 접착되고, 프리즘(16a)에 빛을 도입하는 렌즈(17a)와 함께 입사부(18)를 형성하고 있다. 코어(11)의 타단측, 즉 제2단측(11b)의 표면에는 프리즘(16b)이 접착되고, 프리즘(16b)으로부터 출사된 빛을 집광하는 렌즈(17b)와 함께 출사 집광부(19)를 형성하고 있다.
박막층(12)은 스퍼터링법, 진공 증착법, 전자 빔 증착법, 도금법 등에 의해서 형성할 수 있다. 박막층(12)의 조성은, 예를 들면 MgNix(0≤x<0.6)이고, 그 두께는, 예를 들면 1 ㎚ 내지 100 ㎚이다. 촉매층(13)은, 예를 들면 박막층(12)의 표면에 팔라듐을 코팅함으로써 형성할 수 있다. 촉매층(13)의 두께는, 예를 들면 1 ㎚ 내지 100 ㎚이다. 또한 박막층(12), 촉매층(13)의 조성 등은 상기의 것에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라서 각종 변경이 가능하다.
수소가스 검지장치(20a)는 상기와 같이 구성된 수소센서(10) 외에, 광원(21) 및 광센서(22)를 갖는다.
광원(21)으로부터 방사된 빛은, 광원(21)의 광축상을 따라서 입사부(18)에 입사되는 빛(21a)과, 광축 이외의 경로를 통해서 입사부(18)에 입사되는 빛으로 된다. 도 1 중에서는, 광축으로부터 가장 위쪽의 경로를 통해서 입사부(18)에 입사되는 빛이 빛(21b)로 표시되고, 광축으로부터 가장 아래쪽의 경로를 통해서 입사부(18)에 입사되는 빛이 빛(21c)로 표시된다. 또한, 빛(21a, 21b, 21c)을 포함하는 광원(21)으로부터 방사된 모든 빛이 빛(21r)로 표시된다. 입사부(18)에 입사된 후 의 빛에 대해서도 동일하게 표시된다.
빛(21r)은 렌즈(17a)로 집속되면서 프리즘(16a)에 입사되어, 코어(11)의 제1단측(11a)의 표면에 있어서 한 점으로 집속된 후, 코어(11)에 입사된다. 이때, 빛(21r)은 코어(11)의 두께방향으로 확산되어 입사된다. 따라서, 빛(21a, 21b, 21c)은 각각 상이한 입사각으로 코어(11)에 입사된다. 그러면, 코어(11) 중을 제2단측(11b)으로 전송되는 빛(21a, 21b, 21c)은 각각의 입사각의 상위에 의해서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 코어(11)의 길이방향의 직선(L)(도 1 중, 11p와 11q를 연결하는 직선)상의 제1 경계면(12a)과, 제2 경계면(15a) 사이를 번갈아 반사하여 코어(11)의 제2단측(11b)으로 전송된다. 다음으로, 빛(21a, 21b, 21c)은 코어의 제2단측(11b)의 표면으로부터 출사되어, 프리즘(16b)과 렌즈(17b)로 되는 출사 집광부(19)에서 집광되면서, 광센서(22)로 전송된다.
즉, 제1 경계면(12a)에서는 코어(11)의 길이방향의 직선(L)상에 있어서 빛(21r)이 반사되게 되기 때문에, 수소가스 검지장치(20a)는 직선(L)상 중 어느 일부에서의 제1 경계면(12a)의 반사율이 변화한 것을 검지할 수 있다. 그 결과, 수소가스 검지장치(20a)는 수소가스를 고감도로 보다 확실하게 검지할 수 있다.
또한 대신에, 예를 들면 입사부(18)는 코어(11)의 길이방향으로 평행하고 또한 코어(11)의 폭방향으로 빛(21r)을 확산하는 수단(예를 들면 렌티큘러 렌즈나 프레넬 렌즈 등)을 가져, 빛(21r)을 코어의 제1단측(11a)의 표면에 입사되도록 해도 된다. 도 2 중에 일점쇄선 및 2개의 파선으로 나타내는 바와 같이, 빛(21r)이 코어(11)의 두께방향으로 확산되지 않고, 폭방향(W)으로만 확산되어 코어(11)에 입사 된 경우(이 경우, 확산된 양단의 빛은 빛(21d, 21e)이 된다), 도 1 중에 있어서의 빛(21r)의 경로는 일점쇄선으로 나타내는 경로만으로 된다.
따라서, 빛(21r)은 도 2에 나타내는 바와 같이, 코어(11)의 길이방향으로 일정한 간격(d)을 갖는 복수의 직선(PL)상의 위치에 있어서, 제1 경계면(12a)과 제2 경계면(15a)에서 번갈아 반사되어 코어(11)의 제2단측(11b)으로 전송된다. 다음으로, 빛(21r)은 제2단측(11b)에서 출사되어, 출사 집광부(19)에서 집광된 후, 광센서(22)로 전송된다. 따라서, 수소가스 검지장치(20a)는 복수의 직선(PL)상 중 어느 일부에 있어서의 제1 경계면(12a)의 반사율이 변화한 것을 검지할 수 있다. 그 결과, 수소가스 검지장치(20a)는 수소가스를 고감도로 보다 확실하게 검지할 수 있다.
또한, 빛(21r)을 코어(11)의 두께방향 및 폭방향으로 확산한 후 코어의 제1단측(11a)의 표면에 입사되도록 수소센서(10)를 구성한 경우에는, 빛(21a)은 코어(11)의 길이방향(L)과 폭방향(W)을 갖는 제1 경계면(12a)의 직사각형의 면상과, 제2 경계면(15a) 사이를 번갈아 반사하여 코어(11)의 제2단측(11b)으로 전송된다. 다음으로, 빛(21a)은 제2단측(11b)으로부터 출사되어, 출사 집광부(19)에서 집광된 후, 광센서(22)로 전송된다. 따라서, 수소가스 검지장치(20a)는 상기 직사각형의 면상의 어느 일부의 제1 경계면(12a)의 반사율이 변화한 것을 검지할 수 있다. 그 결과, 수소가스 검지장치(20a)는 수소가스를 더욱 고감도로 보다 확실하게 검지할 수 있다.
이상 설명한 수소센서(10) 및 수소가스 검지장치(20a)는, 광원(21)으로부터 방사된 빛(21r)을 코어(11)의 두께방향으로 확산하여 입사시키는 수단, 및/또는 코어(11)의 폭방향으로 확산하여 입사시키는 수단을 갖는 입사부(18)를 구비함으로써, 높은 수소가스 검지감도를 실현할 수 있다. 또한 상기 수소센서(10) 및 수소가스 검지장치(20a)에서는 제1 경계면(12a)과 제2 경계면(15a)으로 갇혀져 코어(11) 중을 전송되는 빛(21r)에 의해서, 박막층(12)의 수소화가 검지되기 때문에, 외란광이나 분위기 중의 먼지 등의 영향을 받지 않고 수소가스를 검지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시형태의 수소센서 및 수소가스 검지장치를, 도 3 내지 도 6을 사용하여 이하에 설명한다. 또한, 전술한 제1 실시형태와 동일한 기능을 갖는 구성요소에는 동일한 부호를 붙이는 동시에, 그 설명을 생략한다.
마그네슘·니켈 합금으로 되는 박막층(12), 및 팔라듐으로 되는 촉매층(13)을 갖는 조광막(14)에서는, 수소가스에 접촉한 촉매층(13)에 의해서 박막층(12)이 수소화될 때, 박막층(12)은 다음과 같이 상태가 전이된다. 즉, 박막층(12)은 코어(11)로부터 입사된 빛(21r)을 제1 경계면(12a)에서 경면반사하는 경면반사상태에서, 빛(21r)을 제1 경계면(12a) 근방의 박막층(12)의 영역(12b)(도 3 참조)에서 흡수하는 흡수상태로 전이된다. 그리고 추가적으로 박막층(12)은 상기 흡수상태에서 빛(21r)을 촉매층(13)으로 투과시키는 투과상태로 전이된다.
박막층(12)이 상기 흡수상태로 전이되면, 제1 경계면(12a)에 입사된 빛(21r)의 일부는 박막층(12)의 영역(12b)에 입사되고 박막층(12)에 흡수되어 감쇠하고, 나머지가 제1 경계면(12a)에서 반사된다. 그 결과, 코어(11)의 제2단측(11b)에 도달하는 빛(21r)의 광량이 저하된다.
박막층(12)이 상기 투과상태로 전이되면, 빛(21r)은 제1 경계면(12a)에서 반사되지 않고 박막층(12)으로 입사되어, 감쇠하면서 박막층(12)을 투과하여, 촉매층(13)으로부터 수소센서(10)의 외부로 출사된다. 이 때문에, 코어(11)의 제2단측(11b)에 도달하는 빛(21r)의 광량은 더욱 저하된다.
도 4는 촉매층(13)이 수소가스에 접촉하여, 박막층(12)이 빛(21r)을 제1 경계면(12a)에서 경면반사하는 상태에서 흡수상태가 되고, 추가적으로 투과상태로 전이될 때의 조광막(14)의 흡수율 특성을 나타내는 그래프이다. 박막층(12)이 빛(21r)을 제1 경계면(12a)에서 경면반사하는 상태에서는 흡수율은 제로이고, 박막층(12)이 흡수상태로 변이하면 흡수율이 증가하기 시작한다. 또한, 박막층(12)이 투과상태로 변이하면, 빛(21r)은 박막층(12) 및 촉매층(13)을 투과하여 외부로 누출된다. 도 4는 조광막(14)에서의 흡수율을 세로축, 제1 경계면에 입사되는 빛의 파장(공기 중에서의 파장)을 가로축으로 하여, 파장 대 흡수율의 특성을 촉매층(13)이 수소에 접촉한 후의 경과시간을 파라미터로서 나타내고 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 500 ㎚ 파장의 빛인 경우, 촉매층(13)이 수소가스에 접촉하면, 흡수율은 2초 후에 약 0.145가 되고 10초 이후에는 약 0.445에 도달한다. 또한, 400 ㎚약(弱) 파장의 빛인 경우에는, 흡수율은 2초 후에 약 0.345가 되고 10초 이후에는 약 0.445에 도달한다. 즉, 파장이 약 400 ㎚ 내지 500 ㎚인 범위만 착안한 경우에도, 파장이 짧을수록 박막층(12)이 경면반사상태에서 투과상태로 전이되기까지의 시간이 짧아져(즉, 박막층(12)의 응답이 빨라져), 조광막(14)의 흡수율이 빠르게 높아지는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 박막층(12)의 응답은 입사되는 빛의 파장이 짧을수록 빠르고, 파장이 길어질수록 느려진다(예를 들면, 도 4의 그래프에 있어서, 파장이 400 ㎚약에서 800 ㎚의 파장 영역).
도 5는 본 발명의 제2 실시형태의 수소가스 검지장치(20b)의 개략 구성도이다. 수소센서(10)는 경면반사상태에서 투과상태로 전이되기까지의 시간이 제1 경계면(12a)에 입사되는 빛의 파장에 의존하는 형식의 것이다.
수소가스 검지장치(20b)는 수소센서(10) 외에, 광원(21), 전원(30), 및 광센서(22)를 구비하고 있다. 광원(21)은 적색 발광다이오드, 녹색 발광다이오드 및 청색 발광다이오드를 가져, 예를 들면 파장영역 400 ㎚ 내지 700 ㎚에 있어서, 거의 평탄한 파장분포를 갖는 빛을 발하도록 구성되어 있다. 전원(30)은 상기 각 발광다이오드의 구동전류를 제어하여 광원(21)이 발하는 빛(21r)의 파장분포를 제어할 수 있다. 광센서(22)는 수광한 광량을 사전에 임의로 설정된 역치와 비교하여, 역치보다도 수광량이 저하된 것으로 수소가스를 검지한다.
전원(30)의 조작에 의해 청색 발광다이오드, 적색 발광다이오드 및 녹색 발광다이오드의 발광강도를 각각 조정함으로써, 광원(21)이 발하는 빛(21r)의 색온도를 변경할 수 있다. 예를 들면, 청색 발광다이오드를 강하게 발광시키고, 적색 발광다이오드 및 녹색 발광다이오드의 발광을 약하게 하면, 광원(21)이 발하는 빛(21r)의 색온도를 높게 할 수 있다. 한편, 예를 들면 적색 발광다이오드를 강하게 발광시키고, 청색 발광다이오드 및 녹색 발광다이오드의 발광을 약하게 하면, 광원(21)이 발하는 빛(21r)의 색온도를 낮게 할 수 있다.
따라서, 예를 들면 광원(21)이 발하는 빛(21r)의 색온도를 높게 하면, 코어(11) 중을 전송되는 빛(21r)에 있어서, 청색 발광다이오드가 발한 빛(예를 들면 400 ㎚ 내지 500 ㎚의 파장영역의 빛)의 에너지가 강해진다. 그 결과, 박막층(12)은 수소에 접촉한 촉매층(13)에 신속하게 응답하여, 조광막(14)의 흡수율이 높아진다(즉, 광센서(22)의 수광 광량이 신속하게 저하된다). 이렇게 하여 수소가스 검지장치(20b)는, 예를 들면 누설 등에 의해서 분위기 중에 존재하는 수소가스를 신속하게 검지할 수 있다.
한편, 광원(21)이 발하는 빛(21r)의 색온도를 낮게 하면, 코어(11) 중을 전송되는 빛(21r)에 있어서, 적색 발광다이오드가 발하는 빛(예를 들면 약 600 ㎚보다 긴 파장의 빛)의 에너지가 강해진다. 그 결과, 전술한 높은 색온도의 경우와 비교하여, 박막층(12)의 응답이 느려진다(즉, 광센서(22)의 수광 광량의 저하가 느려진다).
이와 같이, 코어(11) 중을 전송되는 빛(21r)의 파장분포를 설정함으로써, 박막층(12)의 상기 경면반사상태에서 투과상태로 전이되기까지의 시간을 변경할 수 있어, 광센서(22)의 수광 광량이 저하되는 시간을 변경할 수 있다. 따라서, 광센서(22)의 역치의 설정과 함께, 광센서(22)에 의한 수소가스의 검지시간을 설정하는 것이 가능해진다.
도 6A는 시각 t0에 있어서 수소가스가 수소센서(10)의 촉매층에 접촉한 것으로 한 경우의, 박막층(12)의 응답특성과 수소가스의 검지시간의 관계를 나타내는 그래프로, 박막층(12)의 응답특성이 빠른 쪽부터 응답특성 x1, x2, x3로 나타내어 져 있다. 또한, 도 6B는 시각 t0에 있어서 수소가스가 수소센서(10)의 촉매층에 접촉한 것으로 한 경우의, 광센서(22)의 역치와 수소가스의 검사시간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6A 및 도 6B 모두 세로축은 광센서(22)의 수광 광량, 가로축은 시간이다.
도 6A는 역치를 Th1으로 했을 때의 응답특성과 수소가스 검지시간의 관계를 나타내고 있다. 예를 들면, 응답특성 x1일 때에는 역치 Th1과 응답특성 x1이 교차하는 점에서의 시각 t11이 수소가스의 검지시각이다. 역치 Th1과 응답특성 x2가 교차하는 점에서의 시각은 t12, 역치 Th1과 응답특성 x3가 교차하는 점에서의 시각은 t13이 된다(t11<t12<t13). 각 응답특성에 대응하는 수소가스 검지시간은 t11-t0, t12-t0, t13-t0이기 때문에, 박막층(12)의 응답이 느려질수록, 수소가스의 검지시각은 느려진다.
도 6B는 박막층(12)의 응답특성을 x2로 하고, 역치를 역치 Th1, Th2, Th3(Th1>Th2>Th3)로 변화시켰을 때에 있어서의 수소가스의 검지시각 t12, t22, t32를 나타내고 있다(t12<t22<t32). 각 역치에 대응하는 수소가스 검지시간은 t12-t0, t22-t0, t32-t0이기 때문에, 역치가 높을수록 수소가스 검지시간이 빨라지고, 바꾸어 말하면 역치가 낮을수록 수소가스 검지시간이 느려진다. 이와 같이 하여, 수소가스 검지장치(20b)는, 예를 들면 누설 등에 의해 분위기 중에 존재하는 수소가스를 신속하게 검지할 수 있고, 또한 수소가스의 검지시간을 임의로 설정하는 것도 가능하다.
여기서, 수소가스 검지장치(20b)는 광원(21)과 입사부(18) 사이에 색필 터(31)를 갖는 것이어도 된다. 색필터(31)에 의해서, 광원(21)으로부터 방사되는 빛(21r)의 파장영역 중, 400 ㎚ 내지 500 ㎚의 파장영역의 빛을 코어(11)에 입사시키면, 박막층(12)은 수소에 접촉한 촉매층(13)에 신속하게 응답하여, 수소가스 검지장치(20b)는 수소가스를 신속하게 검지할 수 있다. 한편, 색필터(31)에 의해서, 600 ㎚보다 긴 파장의 빛을 코어(11)에 입사시키면, 박막층(12)의 응답이 느려진다. 이와 같이 수소가스 검지장치(20b)에서는 수소가스 검지시간을 임의로 설정할 수 있다.
여기서, 색필터(31)의 삽입위치는 광원(21)과 입사부(18) 사이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 색필터(31)를 입사부(18)와 출사 집광부(19) 사이의 임의의 위치에 배치해도 되고, 출사 집광부(19)와 광센서(22) 사이에 배치해도 된다. 이와 같은 구성의 수소가스 검지장치(20b)는 광센서(22)에 전송되는 빛을, 색필터(31)에 의해서 박막층(12)이 신속하게 반응하는(수소화하는) 파장의 빛으로 한정할 수 있고, 또는 박막층(12)이 천천히 반응하는(수소화하는) 파장의 빛으로 한정하는 것도 가능하다.
수소가스 검지장치(20b)에는 출사 집광부(19)로부터의 빛(21r)을, 광전변환 특성에 파장 의존성을 갖는 광전변환소자에 의해서 수광하는 광센서(22)를 사용해도 된다. 이와 같은 수소가스 검지장치(20b)에서는 광전변환소자의 광전변환 특성을 적절히 선택하여, 박막층(12)의 신속한 수소화에 대응한 파장의 빛을 검지하도록 하면, 수소가스를 신속하게 검지할 수 있다. 또는, 박막층(12)의 느릿한 수소화에 대응하는 파장의 빛을 검지하도록 하면, 수소가스를 비교적 느리게 검지하는 것 도 가능하다.
전술한 제1 및 제2 실시형태에서는 코어(11)와 클래드(15)에 의해서 슬래브 광도파로를 구성하도록 하였지만, 광도파로는 슬래브 광도파로에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 슬래브 광도파로와는 상이한 광도파로를 사용한 수소센서 및 수소가스 검지장치에 대해서 설명한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시형태의 수소가스 검지장치(20c)의 개략 구성도이다. 수소가스 검지장치(20c)는 전술한 제1 실시형태와 동일한 광원(21) 및 광센서(22)를 가지고 있어, 이들 광원(21) 및 광센서(22)에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. 또한, 수소가스 검지장치(20c)는 제1 실시형태와는 구성이 일부 상이한 수소센서(30)를 가지고 있다.
수소센서(30)는 전술한 바와 같이, 광도파로의 부분이 제1 실시형태와 상위하고, 기타 구성은 제1 실시형태와 실질적으로 동일하다. 이하에서는 제1 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 수소센서(30)에서는 SiO2로 되는 코어(31)의 표면에, 제1 실시형태와 동일하게, 박막층(12)이 형성되는 동시에, 박막층(12)의 표면에 촉매층(13)이 형성되어 있다. 제1 실시형태와 동일하게, 이들 박막층(12) 및 촉매층(13)에 의해 조광막(14)이 구성되는 동시에, 코어(31)의 표면과 박막층(12)의 경계에는 제1 경계면(12a)이 형성된다. 한편, 그 표면에 니켈로 되는 반사막(32)이 형성된 유리기판(35)이 상기 반사막(32)을 사이에 두고 코어(31)의 이면 에 접합됨으로써, 코어(31)의 이면과 반사막(32)의 경계에는 제2 경계면(32a)이 형성되어 있다. 이와 같이, 수소센서(30)에서는 코어(31)와 반사막(32)에 의해 광도파로가 구성된다.
코어(31)의 일단측, 즉 제1단측(31a)의 표면에는 제1 실시형태와 동일하게 프리즘(16a)이 접착되어, 프리즘(16a)에 빛을 도입하는 렌즈(17a)와 함께 입사부(18)를 형성하고 있다. 코어(31)의 타단측, 즉 제2단측(31b)의 표면에는 제1 실시형태와 동일하게 프리즘(16b)이 접착되어, 프리즘(16b)으로부터 출사된 빛을 집광하는 렌즈(17b)와 함께 출사 집광부(19)를 형성하고 있다.
전술한 제1 실시형태와 동일하게, 광원으로부터의 빛(21r)은 제1단측(31a)에서 코어(31)에 입사되어, 코어(31) 내에 있어서 제1 경계면(12a)과 제2 경계면(32a) 사이에서 번갈아 반사된다. 제2단측(31b)으로 전송된 빛(21r)은 제1 실시형태와 동일하게, 제2단측(31b)으로부터 출사되어, 광센서(22)로 전송된다. 따라서, 수소가스 검지장치(20c)에 있어서도 제1 실시형태와 동일하게, 제1 경계면(12a)의 반사율이 변화한 것을 검지하여, 수소가스를 고감도로 보다 확실하게 검지할 수 있다. 또한, 제1 실시형태와 동일하게, 코어(31) 안을 통해 전송되는 빛(21r)에 의해서, 박막층(12)의 수소화가 검지되기 때문에, 외란광이나 분위기 중의 먼지 등의 영향을 받지 않고 수소가스를 검지할 수 있다.
또한, 수소가스 검지장치(20c)에서는 니켈로 되는 반사막(32)을 사용하여 제2 경계면(32a)을 형성하고 있기 때문에, 빛(21r)은 제2 경계면(32a)에서 실질적으로 전반사된다. 따라서, 제2 경계면(32a)에서의 안정된 반사를 확보하여, 제1 경계 면(12a)에서의 반사율의 변화가 고정도로 반영된 빛(21r)을 광센서(22)로 전송할 수 있다. 그 결과, 수소가스를 보다 고정도로 검지할 수 있다. 또한, SiO2로 되는 코어(31)나 니켈로 되는 반사막(32)이 조광막(14)에 대한 산화 보호막으로 되기 때문에, 수소센서(30)의 신뢰성과 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 반사막(32)의 재질은 니켈에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 크롬을 사용하여 반사막을 형성해도 된다. 이 경우도, 전술한 제3 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 반사막(32)은 코어(31)와는 상이한 굴절률을 가져 빛을 투과하는 소재로 형성함으로써, 제2 경계면(32a)에서 경면반사하도록 해도 된다. 이 경우, 전술한 바와 같은 빛의 전반사에 의한 우수한 효과를 얻을 수는 없지만, 전술한 제1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 코어(31)의 재료도 SiO2에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 유리, 아크릴 수지, 또는 폴리에틸렌 등에 의해서 코어(31)를 형성하도록 해도 된다.
전술한 바와 같이, 제3 실시형태의 수소가스 검지장치(20c)는 제1 실시형태의 수소가스 검지장치(20a)의 수소센서(10)를 수소센서(30)로 치환한 것이다. 이와 동일하게, 제2 실시형태의 수소가스 검지장치(20a)의 수소센서(10)를 전술한 바와 같은 수소센서(30)로 치환해도 된다. 이 경우에도 전술한 제2 실시형태의 효과에 더하여, 제2 경계면(32a)의 전반사에 의해서, 보다 정도 좋은 수소가스의 검지가 가능해진다는 효과가 얻어진다. 또한, 코어(31) 및 반사막(32)이 조광막(14)에 대 한 산화 보호막으로 되기 때문에, 수소센서(30)의 신뢰성과 내구성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
이상에서 본 발명의 상세한 설명을 마치지만, 본 발명은 전술한 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변형하여 실시할 수 있다.
예를 들면, 전술한 바와 같이, 박막층과 촉매층의 조성이나 두께 등은 실시예에 기재된 것에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위내에서 다양한 변형이 가능하다.
또한, 예를 들면 광원과 수소센서의 입사부 사이에 광섬유 등의 광전송 수단을 설치하여, 광원으로부터 방사된 빛을 광전송 수단을 매개로 수소센서의 입사부에 전송해도 된다. 또는, 수소센서의 출사 집광부와 광센서 사이에 광섬유 등의 광전송 수단을 설치하여, 이 광전송 수단을 매개로 수소센서의 출사 집광부로부터 광센서에 빛을 전송해도 된다. 이 경우, 상기 수소센서의 출사 집광부와 광센서 사이에, 광섬유 등의 광전송 수단과 함께 다른 수소센서를 개재시켜, 복수의 수소센서를 갖는 수소가스 검지장치를 구성해도 된다.
또한, 예를 들면, 입사부를 구성하는 프리즘을 글리세린 드롭으로 대신하는 동시에, 렌즈를 대신하여 광섬유를 코어 상에 설치해도 된다. 이 경우, 글리세린 드롭에 직접 광섬유를 삽입하여, 광섬유를 매개로 빛이 코어에 입사된다.
Claims (12)
- 평판 광전송로와,상기 평판 광전송로의 표면에 형성되어 상기 평판 광전송로 사이에 제1 경계면을 형성하는 박막층과,상기 박막층의 표면에 형성된 촉매층과,상기 평판 광전송로의 이면에 접합되어 상기 평판 광전송로 사이에 제2 경계면을 형성하는 기판과,광원으로부터 방사된 빛을 상기 평판 광전송로의 제1단측에 도입하는 입사부와,상기 제1단측에 도입된 후에 상기 평판 광전송로를 통해 전송되어, 상기 평판 광전송로의 제2단측으로부터 출사된 빛을, 집광하여 광센서에 전송하는 출사 집광부를 가지고,상기 입사부는 상기 광원으로부터 방사된 빛을, 상기 평판 광전송로의 두께방향으로 확산하여 입사시키는 수단 및 상기 평판 광전송로의 폭방향으로 확산하여 입사시키는 수단 중 하나 이상을 가지며,상기 평판 광전송로는 상기 제1단측에 입사된 빛을, 상기 제1 경계면과 상기 제2 경계면에서 번갈아 반사시켜 전송하고,상기 촉매층은 분위기 중에 포함되는 수소가스에 접촉하면 상기 박막층을 수소화하여, 상기 박막층 및 상기 제1 경계면의 광학적 반사율을 가역적으로 변화시키며,상기 기판은 그 표면에 형성된 반사막을 가지고, 상기 반사막을 사이에 두고 상기 평판 광전송로의 이면에 접합됨으로써, 상기 평판 광전송로와 상기 반사막의 표면 사이에 상기 제2 경계면을 형성하고,상기 반사막은 니켈로 되는 것을 특징으로 하는 수소센서.
- 제1항에 있어서,상기 평판 광전송로 및 상기 기판은, 빛의 입사각 및 출사각이 특정의 하나의 각도로 한정되지 않는 슬래브 광도파로를 구성하는 것을 특징으로 하는 수소센서.
- 제1항에 있어서,상기 촉매층이 수소가스에 접촉하여 상기 박막층을 수소화할 때,상기 박막층은 상기 박막층에 입사된 빛을 상기 제1 경계면에서 경면반사하는 경면반사상태에서, 상기 빛을 상기 제1 경계면 근방의 상기 박막층에서 흡수하는 흡수상태로 전이된 후, 상기 빛을 상기 촉매층으로 투과하는 투과상태로 전이되고,상기 박막층이 상기 경면반사상태에서 상기 투과상태로 전이되기까지의 시간은 상기 제1 경계면에 입사되는 빛의 파장에 의존하는 것을 특징으로 하는 수소센서.
- 제3항에 있어서,상기 촉매층은 팔라듐으로 형성되고, 상기 박막층은 마그네슘·니켈 합금 박막층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수소센서.
- 광원, 수소센서 및 광센서를 가지고, 상기 광원으로부터 방사된 빛을 상기 수소센서 내에 도입한 후, 상기 수소센서로부터 출사된 빛을 상기 광센서로 검출하여 분위기 중의 수소가스를 검지하는 수소가스 검지장치에 있어서,상기 수소센서는평판 광전송로와,상기 평판 광전송로의 표면에 형성되어 상기 평판 광전송로 사이에 제1 경계면을 형성하는 박막층과,상기 박막층의 표면에 형성된 촉매층과,상기 평판 광전송로의 이면에 접합되어 상기 평판 광전송로 사이에 제2 경계면을 형성하는 기판과,광원으로부터 방사된 빛을 상기 평판 광전송로의 제1단측에 도입하는 입사부와,상기 제1단측에 도입된 후에 상기 평판 광전송로를 통해 전송되어, 상기 평판 광전송로의 제2단측으로부터 출사된 빛을, 집광하여 광센서에 전송하는 출사 집광부를 가지고,상기 입사부는 상기 광원으로부터 방사된 빛을, 상기 평판 광전송로의 두께방향으로 확산하여 입사시키는 수단 및 상기 평판 광전송로의 폭방향으로 확산하여 입사시키는 수단 중 하나 이상을 가지며,상기 평판 광전송로는 상기 제1단측에 입사된 빛을, 상기 제1 경계면과 상기 제2 경계면에서 번갈아 반사시켜서 전송하고,상기 촉매층은 분위기 중에 포함되는 수소가스에 접촉하면 상기 박막층을 수소화하여, 상기 박막층 및 상기 제1 경계면의 광학적 반사율을 가역적으로 변화시키며,상기 기판은 그 표면에 형성된 반사막을 가지고, 상기 반사막을 사이에 두고 상기 평판 광전송로의 이면에 접합됨으로써, 상기 평판 광전송로와 상기 반사막의 표면 사이에 상기 제2 경계면을 형성하고,상기 반사막은 니켈로 되는 것을 특징으로 하는 수소가스 검지장치.
- 제5항에 있어서,상기 평판 광전송로 및 상기 기판은, 빛의 입사각 및 출사각이 특정의 하나의 각도로 한정되지 않는 슬래브 광도파로를 구성하는 것을 특징으로 하는 수소가스 검지장치.
- 광원, 수소센서 및 광센서를 가지고, 상기 광원으로부터 방사된 빛을 상기 수소센서 내에 도입한 후, 상기 수소센서로부터 출사된 빛을 상기 광센서로 검출하여 분위기 중의 수소가스를 검지하는 수소가스 검지장치에 있어서,상기 수소센서는평판 광전송로와,상기 평판 광전송로의 표면에 형성되어 상기 평판 광전송로 사이에 제1 경계면을 형성하는 박막층과,상기 박막층의 표면에 형성된 촉매층과,상기 평판 광전송로의 이면에 접합되어 상기 평판 광전송로 사이에 제2 경계면을 형성하는 기판과,광원으로부터 방사된 빛을 상기 평판 광전송로의 제1단측에 도입하는 입사부와,상기 제1단측에 도입된 후에 상기 평판 광전송로를 통해 전송되어, 상기 평판 광전송로의 제2단측으로부터 출사된 빛을, 집광하여 광센서에 전송하는 출사 집광부를 가지고,상기 입사부는 상기 광원으로부터 방사된 빛을, 상기 평판 광전송로의 두께방향으로 확산하여 입사시키는 수단 및 상기 평판 광전송로의 폭방향으로 확산하여 입사시키는 수단 중 하나 이상을 가지며,상기 평판 광전송로는 상기 제1단측에 입사된 빛을, 상기 제1 경계면과 상기 제2 경계면에서 번갈아 반사시켜서 전송하고,상기 촉매층은 분위기 중에 포함되는 수소가스에 접촉하면 상기 박막층을 수소화하여, 상기 박막층 및 상기 제1 경계면의 광학적 반사율을 가역적으로 변화시키며,상기 촉매층이 수소가스에 접촉하여 상기 박막층을 수소화할 때,상기 박막층은 상기 박막층에 입사된 빛을 상기 제1 경계면에서 경면반사하는 경면반사상태에서, 상기 빛을 상기 제1 경계면 근방의 상기 박막층에서 흡수하는 흡수상태로 전이된 후, 상기 빛을 상기 촉매층으로 투과하는 투과상태로 전이되고,상기 박막층이 상기 경면반사상태에서 상기 투과상태로 전이되기까지의 시간은 상기 제1 경계면에 입사되는 빛의 파장에 의존하고 있으며,상기 광센서는 상기 수소센서로부터 전송되어 수광한 빛의 양을 사전에 설정된 역치와 비교하여 수소가스를 검지하고,상기 광원이 방사하는 빛의 파장분포를 변화시키는 수단, 상기 광원으로부터 상기 광센서까지의 광로 상에 배치된 색필터, 광전변환 특성에 파장 의존성을 갖는 광전변환소자를 사용한, 상기 광센서로서의 광센서 중, 1개 이상을 구비하는것을 특징으로 하는 수소가스 검지장치.
- 제7항에 있어서,상기 촉매층은 팔라듐으로 형성되고, 상기 박막층은 마그네슘·니켈 합금 박막층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수소가스 검지장치.
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