JPS62170840A - 水素検知光センサ - Google Patents
水素検知光センサInfo
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は水素ガス濃度を全光式で検知する本質防雪型の
光センサに関する。
光センサに関する。
従来この種の全光式水素検知光センサとして第１図に示
す構造のものがある。
す構造のものがある。
図において誘電体基板ｌに光導波路２が形成してあり、
この光導波路コの露出上面に水素と反応して光吸収係数
が変化する物質からなる光吸収層３が設けられ、さらに
この光吸収層３の上部に水素ガスを解離吸着する金属膜
から成る吸着層ｌが積層しである。そして光導波路−の
両端にはそれぞれ入力用光ファイバｌおよび出力用光フ
ァイバ５Ｂが接続される。
この光導波路コの露出上面に水素と反応して光吸収係数
が変化する物質からなる光吸収層３が設けられ、さらに
この光吸収層３の上部に水素ガスを解離吸着する金属膜
から成る吸着層ｌが積層しである。そして光導波路−の
両端にはそれぞれ入力用光ファイバｌおよび出力用光フ
ァイバ５Ｂが接続される。
□接触により光＠酸層３の光吸収係数が増大すると上記
エバネソセント光が吸収を受けて減衰し、出力用光ファ
イバ、ｔＢへの出射光景が減少する。
エバネソセント光が吸収を受けて減衰し、出力用光ファ
イバ、ｔＢへの出射光景が減少する。
したがって出力用光７アイバ、ｌｔＢからの出射光−量
の変化を測定すれば水素ガス濃度を知ることが、−Ｃ５
門る。
の変化を測定すれば水素ガス濃度を知ることが、−Ｃ５
門る。
異上記従来の構造では、水素ガス吸着層ｔの表面外気と
常時接触しており、このため水素ガス以外の種々の物質
との反応を受けやすく、特に水蒸気と反応することによ
って吸着層ｌおよび光吸収層３の水素ガスに対する反応
性が早期に劣化するという問題があった。
常時接触しており、このため水素ガス以外の種々の物質
との反応を受けやすく、特に水蒸気と反応することによ
って吸着層ｌおよび光吸収層３の水素ガスに対する反応
性が早期に劣化するという問題があった。
吸着Ｎ’ｌの表面全体を、水素ガスを透過し且つ少なく
とも水蒸気に対し不透過性を有する選択透過被膜で被覆
した。
とも水蒸気に対し不透過性を有する選択透過被膜で被覆
した。
水素ガスは選択透過膜を透過し、従来と同様に水素ガス
吸着層で解離吸着し、解離水素と反応した光吸収層の光
ｇＩｋ収係微係数化して光導波路からの出射光の光量が
変化する。
吸着層で解離吸着し、解離水素と反応した光吸収層の光
ｇＩｋ収係微係数化して光導波路からの出射光の光量が
変化する。
一方、水蒸気は選択透過膜によって侵入が阻止され、吸
着層および光吸収層の露出表面及び側縁が保護され三眞
るので長期にわたり安定したに素′；′・検知性能が維
持される。
着層および光吸収層の露出表面及び側縁が保護され三眞
るので長期にわたり安定したに素′；′・検知性能が維
持される。
〔実 施 例〕
以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。
する。
第１図ないし第２図において、１０は基板、／ｌは光導
波路であり、導波路／／は例えばＬｉＮｂＯ３基板中へ
のＴｉの熱拡散あるいはガラス基板中へのイオン交換拡
散等の手段で形成される。
波路であり、導波路／／は例えばＬｉＮｂＯ３基板中へ
のＴｉの熱拡散あるいはガラス基板中へのイオン交換拡
散等の手段で形成される。
そして光導波路ｌ／の全長のうち両端近傍を残して導波
路／／の露出表面を覆うように、基板上に光吸収層／、
２が積層形成してあり、さらにこの光吸収層／２上に吸
着層／３が積層しである。
路／／の露出表面を覆うように、基板上に光吸収層／、
２が積層形成してあり、さらにこの光吸収層／２上に吸
着層／３が積層しである。
吸着層／３は、水素ガスを吸着解離して電子、プロトン
を発生させる金属薄膜から成り、光吸収層／２は上記の
電子、プロトンを受けて光吸収係数が変化する誘電体の
薄膜で構成されている。
を発生させる金属薄膜から成り、光吸収層／２は上記の
電子、プロトンを受けて光吸収係数が変化する誘電体の
薄膜で構成されている。
上記の吸着層／３の材質としてはパラジウム（Ｐｄ）あ
るいは白金（Ｐｔ）が好適である。
るいは白金（Ｐｔ）が好適である。
また光吸収層／２を形成する物質としてはＷＯ３が好適
であり、その他一般にエレクトロクロミツクヲ示す無機
材料、例エバＭ００３＋Ｖ２Ｏ５，ＴｉＯ２゜Ｉｒ（Ｏ
Ｈ）ｎ、Ｒｈ２０３ＸＨ２０などが使用可能である。
であり、その他一般にエレクトロクロミツクヲ示す無機
材料、例エバＭ００３＋Ｖ２Ｏ５，ＴｉＯ２゜Ｉｒ（Ｏ
Ｈ）ｎ、Ｒｈ２０３ＸＨ２０などが使用可能である。
また光吸収層１２は有機材料で構成してもよく、例エハ
ヘブエルビオロゲン、シア／フェニールビ：オロゲン、
コバルトピリジル錯体、ポリマー化テ゛トラチオフルバ
レン（ＴＴＦ）、ルテシウムシフタロシアニンなどが使
用できる。そして吸着層１３の少なくとも水蒸気透過を
阻止し得るようなミクロな孔径をもった耐候性に優れた
材料の薄膜、例えば５１０２膜で形成されている。
ヘブエルビオロゲン、シア／フェニールビ：オロゲン、
コバルトピリジル錯体、ポリマー化テ゛トラチオフルバ
レン（ＴＴＦ）、ルテシウムシフタロシアニンなどが使
用できる。そして吸着層１３の少なくとも水蒸気透過を
阻止し得るようなミクロな孔径をもった耐候性に優れた
材料の薄膜、例えば５１０２膜で形成されている。
一例として電子線加熱蒸着法を用い、高純度のＳｉＯペ
レットを蒸着源とし、酸素圧力／Ｘ１Ｏ−４Ｔｏｒｒ、
イオン化用高周波電力５０Ｗ、イオン加速電圧−５ｏｏ
ｖの条件で厚み約５００オングストロームの５ｉ０２膜
を蒸着することにより上記機能をもった被膜／ｌが得ら
れる。５ｉ０２以外にゼオライト、アルミナ等も被膜／
ＩＩとして使用することができる０ なお被膜／グは吸着層／３、光吸収層／２の形成領域の
みに限定して設けてもよいが、図示例のように光導波路
／／の全長にわたり形成しておけば導波路／ｌの保護に
もなるので都合がよい。
レットを蒸着源とし、酸素圧力／Ｘ１Ｏ−４Ｔｏｒｒ、
イオン化用高周波電力５０Ｗ、イオン加速電圧−５ｏｏ
ｖの条件で厚み約５００オングストロームの５ｉ０２膜
を蒸着することにより上記機能をもった被膜／ｌが得ら
れる。５ｉ０２以外にゼオライト、アルミナ等も被膜／
ＩＩとして使用することができる０ なお被膜／グは吸着層／３、光吸収層／２の形成領域の
みに限定して設けてもよいが、図示例のように光導波路
／／の全長にわたり形成しておけば導波路／ｌの保護に
もなるので都合がよい。
上記の場合は、両層／２ 、１３外の領域の被膜部分／
ｉは前述のような水素選択透過性を必要としを平滑化し
ておくことが伝搬損失を低減する上で望ましい。
ｉは前述のような水素選択透過性を必要としを平滑化し
ておくことが伝搬損失を低減する上で望ましい。
上記のように構成されたセンサ素子２０の光導波路／／
の一端に入力用光ファイバ／ｊＡを接続し、箇□所にあ
る半導体レーザ等の光源装置／乙に入力用光ファイバ１
５Ａの他端を接続するとともに、出力用光ファイバ／ｊ
Ｂの他端を光検出器／７に接続する。光源装置／乙から
出た光は光ファイバ／Ｓ゛Ａ中を伝送され後センサ素子
２０の光導波路／／に入射し、導波路／／を伝搬する。
の一端に入力用光ファイバ／ｊＡを接続し、箇□所にあ
る半導体レーザ等の光源装置／乙に入力用光ファイバ１
５Ａの他端を接続するとともに、出力用光ファイバ／ｊ
Ｂの他端を光検出器／７に接続する。光源装置／乙から
出た光は光ファイバ／Ｓ゛Ａ中を伝送され後センサ素子
２０の光導波路／／に入射し、導波路／／を伝搬する。
伝搬光の一部はエバネタセント光として光吸収層／２の
部分に浸み出している。このエバネタセント光の浸み出
し量は、光吸収層／２の屈折率と導波路／／の屈折率の
大きさに依存し、約２０％まで大きくすることができる
。センサ素子２０の設Ｎ箇所に水素ガスが存在すると、
水素ガスは保護被膜／ＩＩを透過して吸着層／３例えば
Ｐｄ薄膜に接触して解離吸着され、この解離された水素
が光吸収層／２と反応して該吸収層７．２の光吸収係数
が変化する。
部分に浸み出している。このエバネタセント光の浸み出
し量は、光吸収層／２の屈折率と導波路／／の屈折率の
大きさに依存し、約２０％まで大きくすることができる
。センサ素子２０の設Ｎ箇所に水素ガスが存在すると、
水素ガスは保護被膜／ＩＩを透過して吸着層／３例えば
Ｐｄ薄膜に接触して解離吸着され、この解離された水素
が光吸収層／２と反応して該吸収層７．２の光吸収係数
が変化する。
例えば光吸収層／２がＷＯ３の場合はタングステンブロ
ンズを生成し着色する。
ンズを生成し着色する。
これにより光導波路／／を伝搬している導波光のエバネ
タセント光がＷＯ３層中で吸収を受けて減衰し、光検出
器／７における受光量が減少する。
タセント光がＷＯ３層中で吸収を受けて減衰し、光検出
器／７における受光量が減少する。
そしてこの受光量は水素ガス濃度に依存するので、受光
量の変化量を測定することにより水素ガス濃度を検知す
ることができる。
量の変化量を測定することにより水素ガス濃度を検知す
ることができる。
人力用光ファイバ／ｊＡ及び出力用光ファイバ７５Ｂ、
＝を接続するかわりに、光導波路／／の一方の端面゛・
１１ にアルミニウム蒸着膜等の反射体／ざを密着して設け、
他方の導波路端に入出力兼用の光ファイバ二□ １５を接続したものであり、他の構造は前述実施例と同
様である。
＝を接続するかわりに、光導波路／／の一方の端面゛・
１１ にアルミニウム蒸着膜等の反射体／ざを密着して設け、
他方の導波路端に入出力兼用の光ファイバ二□ １５を接続したものであり、他の構造は前述実施例と同
様である。
本例構造は、導波路／／の往復両行程で光吸収層／２に
よるエバネンセント光吸収減衰を受けるので、前述実施
例構造に比べ素子をより小型化でき、また同一大きさの
素子で検知感度がより向上するという利点がある。
よるエバネンセント光吸収減衰を受けるので、前述実施
例構造に比べ素子をより小型化でき、また同一大きさの
素子で検知感度がより向上するという利点がある。
次に本発明の具体的数値例について説明する。
基板１０としてＬｉＮｂＯ３を用い、Ｔ１を熱拡散させ
て基板ｌＯ中に光導波路／／を形成し、この光導波路／
ｌの露出面上に光吸収層７．２としてＷＯ３薄膜を７μ
ｍの厚さに真空蒸着した。
て基板ｌＯ中に光導波路／／を形成し、この光導波路／
ｌの露出面上に光吸収層７．２としてＷＯ３薄膜を７μ
ｍの厚さに真空蒸着した。
ＷＯ３は純度９９．９９％のペレットを用い、アルミナ
でコートされたＷ線ルツボを用いて抵抗加熱蒸着した。
でコートされたＷ線ルツボを用いて抵抗加熱蒸着した。
蒸着条件は、酸素圧力／Ｘ１Ｏ−４ＴＯｒｒ 、イオン
化用高周波電力２００Ｗ、イオン加速電圧＝ｓｏｏｖ熱
蒸着法で付着させた。
化用高周波電力２００Ｗ、イオン加速電圧＝ｓｏｏｖ熱
蒸着法で付着させた。
次にこの水素吸着層／３上に水素選択透過被膜／ｌとし
て５１０２膜を電子線加熱蒸着法で付着させた。蒸着源
として純度９９．９９％の５ｊ−０ベレツトを用い、酸
素圧力／Ｘ１Ｏ−４ＴＯｒｒ 、イオン化用高周波電力
５０Ｗ、イオン加速電圧−５ｏｏｖの条件下で膜厚ＳＯ
Ｏオングストロームの８１０２膜／ゲが得られた。
て５１０２膜を電子線加熱蒸着法で付着させた。蒸着源
として純度９９．９９％の５ｊ−０ベレツトを用い、酸
素圧力／Ｘ１Ｏ−４ＴＯｒｒ 、イオン化用高周波電力
５０Ｗ、イオン加速電圧−５ｏｏｖの条件下で膜厚ＳＯ
Ｏオングストロームの８１０２膜／ゲが得られた。
上記のようにして作成したセンサ素子の導波路／／に接
続した光ファイバを妬して波長へ３μｍの半導体レーザ
光を入射させ、出力側の光ファイバ端に接続した光検出
器で出力光量を測定したところ、７０〜．！ｏｏｏｐｐ
ｍの水素ガス濃度範囲を約±Ｓ％の精度で測定すること
ができた。
続した光ファイバを妬して波長へ３μｍの半導体レーザ
光を入射させ、出力側の光ファイバ端に接続した光検出
器で出力光量を測定したところ、７０〜．！ｏｏｏｐｐ
ｍの水素ガス濃度範囲を約±Ｓ％の精度で測定すること
ができた。
また上記センサ素子を温度ＳＯ°Ｃ１湿度９０％の条件
下に６ケ月間放置した後に水素ガス濃度測定を行なった
ところ、検知特性の低下はほとんど認められなかった。
下に６ケ月間放置した後に水素ガス濃度測定を行なった
ところ、検知特性の低下はほとんど認められなかった。
これに対し、保護被膜／ＩＩの無い従来型のセンサ素子
に上記環境テストを施した後水素ガス濃度を測定したと
ころ、検知特性に大幅な低下が認められた。
に上記環境テストを施した後水素ガス濃度を測定したと
ころ、検知特性に大幅な低下が認められた。
発明の効果〕
本発明によれば、水素選択透過性の被膜で水素ガス吸着
層を保論被覆しているので、被検知物である水素ガスは
従来と同様に自由にセンサの吸着層と接触すると同時に
、吸着層及び光吸収層の反応に悪影響を及ぼす他の成分
、特に水蒸気の透過が阻止され、したがって長期的に亘
り安定した水素検知性能を維持することができる。
層を保論被覆しているので、被検知物である水素ガスは
従来と同様に自由にセンサの吸着層と接触すると同時に
、吸着層及び光吸収層の反応に悪影響を及ぼす他の成分
、特に水蒸気の透過が阻止され、したがって長期的に亘
り安定した水素検知性能を維持することができる。
第１図は本発明の一実施例を示す側断面図、第２図は同
平面図、第３図は本発明の他の実施例を示す側断面図、
第１図は従来の光センサを示す側断面図である。 １０・・・・・基 板 ／／ ・・光導波路／、！・・
・・・・光吸収層 ／３・・水素吸着層／ｌＩ・・・・
・水素選択透過性保護被膜／！；、／！；Ａ、、／３；
Ｂ・・・・・・光７アイバ／乙・・・・光源装置 ／７
・・・・光検出器／ｒ・・・・反射体 特許出願人 工業技術院長 等々力 達第１図 ′ｍ２図
平面図、第３図は本発明の他の実施例を示す側断面図、
第１図は従来の光センサを示す側断面図である。 １０・・・・・基 板 ／／ ・・光導波路／、！・・
・・・・光吸収層 ／３・・水素吸着層／ｌＩ・・・・
・水素選択透過性保護被膜／！；、／！；Ａ、、／３；
Ｂ・・・・・・光７アイバ／乙・・・・光源装置 ／７
・・・・光検出器／ｒ・・・・反射体 特許出願人 工業技術院長 等々力 達第１図 ′ｍ２図
Claims (2)
- （１）光導波路に接して水素との反応により光吸収係数
が変化する誘電体膜を設けるとともに該膜上に水素ガス
を解離吸着する金属膜を設け、前記導波路出射光の光量
変化で水素を検知するようにした水素検知光センサにお
いて、前記金属膜表面を、水素ガスを透過し且つ少なく
とも水蒸気に対し不透過性を有する選択透過被膜で保護
被覆したことを特徴とする水素検知光センサ。 - （２）前記選択透過被膜はＳｉＯ＿２の蒸着膜である特
許請求の範囲第１項記載の水素検知光センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61011093A JPS62170840A (ja) | 1986-01-23 | 1986-01-23 | 水素検知光センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61011093A JPS62170840A (ja) | 1986-01-23 | 1986-01-23 | 水素検知光センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62170840A true JPS62170840A (ja) | 1987-07-27 |
| JPH0513458B2 JPH0513458B2 (ja) | 1993-02-22 |
Family
ID=11768379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61011093A Granted JPS62170840A (ja) | 1986-01-23 | 1986-01-23 | 水素検知光センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62170840A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62251637A (ja) * | 1986-04-24 | 1987-11-02 | Hochiki Corp | 水素センサ |
| JPH06235695A (ja) * | 1992-08-21 | 1994-08-23 | Boehringer Mannheim Gmbh | 液体試料分析用の分析要素 |
| JPH06242008A (ja) * | 1993-02-10 | 1994-09-02 | Draegerwerk Ag | ガス混合物のガス状成分及び／又は蒸気状成分の比色検出のための装置 |
| WO1995030889A1 (en) * | 1994-05-09 | 1995-11-16 | Unisearch Limited | Method and device for optoelectronic chemical sensing |
| WO2007108276A1 (ja) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | Kabushiki Kaisha Atsumitec | 水素センサ |
| JP2009244262A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | General Electric Co <Ge> | 光ファイバガスセンサを備えた感知システム |
| KR100923104B1 (ko) | 2008-09-19 | 2009-10-27 | 전남대학교산학협력단 | 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서 |
| WO2010032979A3 (ko) * | 2008-09-19 | 2010-07-01 | 전남대학교산학협력단 | 초음파를 이용한 광섬유 센서 및 광섬유 기체감지센서 |
-
1986
- 1986-01-23 JP JP61011093A patent/JPS62170840A/ja active Granted
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62251637A (ja) * | 1986-04-24 | 1987-11-02 | Hochiki Corp | 水素センサ |
| JPH06235695A (ja) * | 1992-08-21 | 1994-08-23 | Boehringer Mannheim Gmbh | 液体試料分析用の分析要素 |
| JPH06242008A (ja) * | 1993-02-10 | 1994-09-02 | Draegerwerk Ag | ガス混合物のガス状成分及び／又は蒸気状成分の比色検出のための装置 |
| WO1995030889A1 (en) * | 1994-05-09 | 1995-11-16 | Unisearch Limited | Method and device for optoelectronic chemical sensing |
| WO2007108276A1 (ja) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | Kabushiki Kaisha Atsumitec | 水素センサ |
| JP2007248424A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | Atsumi Tec:Kk | 水素センサ |
| JP2009244262A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | General Electric Co <Ge> | 光ファイバガスセンサを備えた感知システム |
| KR100923104B1 (ko) | 2008-09-19 | 2009-10-27 | 전남대학교산학협력단 | 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서 |
| WO2010032979A3 (ko) * | 2008-09-19 | 2010-07-01 | 전남대학교산학협력단 | 초음파를 이용한 광섬유 센서 및 광섬유 기체감지센서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0513458B2 (ja) | 1993-02-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |