(57)【要約】【課題】  鉛蓄電池の電解液の濃度を簡易に測定することができる濃度測定装置、および、濃度測定方法を実現すること。【解決手段】  本発明にかかる測定装置は、水の分光吸収特性を利用し、測定の対象である液体に光を発する発光ダイオード３と、水の吸収領域に属する波長の光を受光範囲に含み、液体を透過した光を受光し受光した光を光量に応じた電流値に変換する受光ダイオード６を備える。電解液５の濃度は、受光ダイオード６により変換され増幅器７により増幅された電流値と関係テーブル９とを参照し、演算部８にて演算を行うことにより求められる。電解液に含まれる水の吸収領域に属する波長の光を指標として、かかる波長の光のうち水に吸収された光の量と電解液の濃度との関係を利用することにより、電解液の濃度を簡易に測定することを可能とする。【選択図】      図１
2004309451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも水の吸収領域に対応する波長の光を発光する発光手段と、
少なくとも前記水の吸収領域に対応する波長の光を受光する受光手段と、
を備え、前記発光手段と受光手段との間に、測定対象の水溶液を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記水溶液の濃度との関係をもとに該水溶液の濃度を測定することを特徴とする濃度測定装置。
【請求項２】
前記受光手段から出力された受光量に対応する電気信号値と前記水溶液の濃度との関係をもとに前記水溶液の濃度を演算し、出力する演算出力手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】
前記受光手段から出力された受光量に対応する電気信号値を測定する電気信号測定機能を有し、該電気信号値に対応する前記水溶液の濃度値を目盛り表示した電気信号濃度変換手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
前記発光手段と前記受光手段との間に設けられ、前記水の吸収領域の波長の光を通過させるフィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項５】
前記発光手段から発光された光のうち、少なくとも前記水の吸収領域に属する波長の光を前記受光手段側に反射する反射手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項６】
前記受光手段は、第１の受光手段と第２の受光手段とを有し、
前記第１の受光手段の受光範囲は、前記水の吸収領域に属する波長領域であり、
前記第２の受光手段の受光範囲は、前記水の吸収領域に属する波長領域以外の波長領域であって安定した受光量を得ることができる波長領域であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項７】
前記受光手段は、第１の受光手段と第２の受光手段とを有し、
前記発光手段と前記第１の受光手段との間に、前記水の吸収領域に属する波長領域の光を通過させる第１のフィルタを設け、
前記発光手段と前記第２の受光手段との間に、前記水の吸収領域に属する波長領域以外の波長領域であって安定した受光量を得ることができる波長領域の光を通過させる第２のフィルタを設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項８】
前記受光手段は、第１の受光手段と第２の受光手段とを有し、
前記第１の受光手段の受光範囲を、前記水の吸収領域に属する波長領域とするとともに、前記受光手段と前記第２の受光手段との間に、前記水の吸収領域に属する波長領域以外の波長領域であって安定した受光量を得ることができる波長領域の光を通過させる第２のフィルタを設け、あるいは、前記受光手段と前記第１の受光手段との間に、前記水の吸収領域に属する波長領域の光を通過させる第１のフィルタを設けるとともに、前記第２の受光手段の受光範囲を、前記水の吸収領域に属する波長領域以外の波長領域であって安定した受光量を得ることができる波長領域とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項９】
前記発光手段および／または前記受光手段は、前記水溶液中に設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項１０】
前記発光手段と前記受光手段との位置を固定する固定部材を設けたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項１１】
前記受光手段は、前記水溶液の濃度変化にともなう前記発光手段からの光の光路変化による受光面の広がりに対応した受光面を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項１２】
前記発光手段から出射された光を光軸に対してほぼ平行な平行光として前記水溶液側に出射する平行化手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項１３】
前記平行化手段は、
前記光軸に対してほぼ垂直に配置された平面部材と、
前記発光手段を覆いかつ前記平面部材を固定し前記水溶液の浸入を防止した容器と、
を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の濃度測定装置。
【請求項１４】
前記平面部材は、前記発光手段から出射された光の一部を出射させることを特徴とする請求項１３に記載の濃度測定装置。
【請求項１５】
前記平面部材は、前記光軸に対して９０度±５度の範囲で配置されたことを特徴とする請求項１３または１４に記載の濃度測定装置。
【請求項１６】
前記平行化手段は、
前記発光手段から出射された光を前記光軸に対してほぼ平行な平行光に変換する光学系と、
前記発光手段を覆いかつ前記光学系を固定し前記水溶液の浸入を防止した容器と、
を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の濃度測定装置。
【請求項１７】
前記発光手段が出射した光のうち入射角が１０度未満の光を通過させる干渉フィルタを備えたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項１８】
前記発光手段が出射した光を集光して入射し、該入射光を伝送して、平行光を出射するレンズドファイバーを備えたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項１９】
前記水溶液を通過した光を前記受光手段に向かって集光する集光化手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項２０】
前記集光化手段は、
前記光軸に対してほぼ垂直に配置された受光側平面部材と、
前記受光手段を覆いかつ前記受光側平面部材を固定し前記水溶液の浸入を防止した受光側容器と、
を備えたことを特徴とする請求項１９に記載の濃度測定装置。
【請求項２１】
前記受光側平面部材は、前記水溶液を通過した光を一部入射させることを特徴とする請求項２０に記載の濃度測定装置。
【請求項２２】
前記受光側平面部材は、前記光軸に対して９０度±５度の範囲で配置されたことを特徴とする請求項２０または２１に記載の濃度測定装置。
【請求項２３】
前記集光化手段は、
前記水溶液を通過した光の方向を前記受光手段に向かう方向に変換する受光側光学系と、
前記受光手段を覆いかつ前記受光側光学系を固定し前記水溶液の浸入を防止した受光側容器と、
を備えたことを特徴とする請求項１９に記載の濃度測定装置。
【請求項２４】
前記発光手段と前記受光手段との間に設けられ、前記発光手段から発光された光を前記受光手段に集光する集光化手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１１に記載の濃度測定装置。
【請求項２５】
前記集光化手段は、平凹レンズ、平凸レンズ、両凸レンズ、球状レンズのいずれか一つであることを特徴とする請求項２４に記載の濃度測定装置。
【請求項２６】
前記水の吸収領域に属する波長領域は、９４０ｎｍから１０３０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項２７】
前記水の吸収領域に属する波長領域以外の波長領域は、可視領域であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項２８】
前記水溶液は、鉛蓄電池の電解液であることを特徴とする請求項１〜２７のいずれか一つに記載の濃度測定装置。
【請求項２９】
測定対象の水溶液に、少なくとも水の吸収領域に対応する波長の光を発光する発光工程と、
前記水溶液を透過した光のうち、少なくとも前記水の吸収領域に属する光を受光する受光工程と、
前記予め求められた前記受光工程によって受光された受光量と前記水溶液の濃度との関係をもとに前記水溶液の濃度を出力する濃度出力工程と、
を含むことを特徴とする濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水の分光吸収特性を利用して水溶液の濃度を測定する濃度測定装置および濃度測定方法に関し、とくに鉛蓄電池の電解液の濃度を簡易に測定することができる濃度測定装置および濃度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず、鉛蓄電池の電解液の硫酸濃度の変化について説明する。鉛蓄電池の電解液は、希硫酸によって構成されており、表１の化学式に示すような充電（矢印←）または放電（矢印→）を行う。
【表１】
2004309451.tif 000003
【０００３】
放電反応において、負極板では鉛が酸化されて陽イオンから硫酸鉛となり、正極板では二酸化鉛が酸化されて硫酸鉛となる。ここで、生成した硫酸鉛は、固体となって析出し、また、放電につれて電解液の硫酸が消費され、起電力が低下する。一方、充電反応において、負極板では硫酸鉛から鉛イオンが還元されて海綿状の金属鉛となり、正極板では同じく鉛イオンが２価からさらに酸化されて二酸化鉛となる。このとき硫酸イオンは、電解液中に戻るので硫酸の濃度が回復し、全体としては放電前の状態に戻ることになる。
【０００４】
ここで、鉛蓄電池の劣化は、電解液の硫酸濃度に関連し、放電反応において生成した硫酸鉛が固い結晶として析出すると、硫酸鉛の溶解度が低いために充電反応において元に戻すことができなくなる。また、硫酸鉛は、電気をほとんど通さないので、正負極の活物質中に蓄積されると電流が流れにくくなり、充電しても回復しにくくなる。この結果、硫酸濃度が低下することとなる。硫酸濃度が低下した状態で充放電を行うと、金属鉛によって構成された正極の腐食速度が急激に上昇し、鉛蓄電池の劣化が進行し、高精度な充電制御をすることができなくなる。
【０００５】
ここで、従来から、鉛蓄電池の電解液の硫酸濃度を測定する装置には各種のものがある。その一つとして、電解液の比重を測定するものがある。一般に、鉛蓄電池の電解液の硫酸濃度は、放電反応が進むにつれて低くなり、結果的に電解液の比重が低くなる。一方、充電反応が進むにつれて電解液の硫酸濃度が高くなり、結果的に電解液の比重が高くなる。したがって、この電解液の比重を測定することによって電解液の硫酸濃度を測定することができる。
【０００６】
この電解液の比重を測定する方式としては、電解液の浮力を利用する方式と、レーザ光の周波数変化特性を利用する方式とがある。電解液の浮力を利用する方式は、アルキメデスの原理を利用し、測定対象である液体の比重を測定する方法である（特許文献１および特許文献２参照）。一方、レーザ光の周波数変化特性を利用する方式は、レーザ光の周波数が、液体を通過した後に変化する特性を利用する。この周波数の変化は、周波数が通過する液体の種類によって異なり、また、周波数が通過する液体の比重によっても異なるため、液体を通過した際の周波数の変化量を計測することによって、液体の比重を測定することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２４３６１５号公報
【特許文献２】特開２００２−１９５９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した液体の浮力を利用する方式は、指標となる固形物が測定対象である液体よりも比重の小さな固形物を使用し、この固形物は軽い物品であるため、測定対象である液体の波動や対流などによる影響を受けやすく精度の高い濃度測定が困難であるという問題点があった。すなわち、固形物が、液体の波動を受け、あるいは液体の対流に巻き込まれて、静止状態を保つことが困難となり、これによって精度の高い比重測定を行うことができず、結果的に、電解液の正確な濃度を得ることができないという問題点があった。
【０００９】
一方、レーザ光の周波数変化特性を利用する方式は、レーザ光の発振器自体やレーザ光の周波数測定器など自体に高精度が要求され、さらに比重測定時にこれらの装置による計測を精度良く行うための設置場所を確保する必要があるとともに、これらの高精度の装置の保存場所も確保しなくてはならず、簡易に測定することができないという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記した従来技術の欠点に鑑みてなされたものであり、簡易に鉛蓄電池の電解液などの水溶液の濃度を測定することができる濃度測定装置および濃度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１にかかる濃度測定装置は、少なくとも水の吸収領域に対応する波長の光を発光する発光手段と、少なくとも前記水の吸収領域に対応する波長の光を受光する受光手段と、を備え、前記発光手段と受光手段との間に、測定対象の水溶液を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記水溶液の濃度との関係をもとに該水溶液の濃度を測定することを特徴とする。
【００１２】
本発明にかかる測定装置によれば、電解液に含まれる水の分光吸収スペクトルの吸収領域に属する波長の光を指標とし、かかる波長の光を測定の対象である電解液に発し電解液を透過した光の光量を検出することにより、鉛蓄電池の電解液を構成する硫酸の濃度を簡易に測定することが可能である。
【００１３】
請求項２にかかる濃度測定装置は、前記受光手段から出力された受光量に対応する電流値と前記水溶液の濃度との関係をもとに前記水溶液の濃度を演算し、出力する演算出力手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３にかかる濃度測定装置は、前記受光手段から出力された受光量に対応する電流値を測定する電流測定機能を有し、該電流値に対応する前記水溶液の濃度値を目盛り表示した電流濃度変換手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４にかかる濃度測定装置は、前記発光手段と前記受光手段との間に設けられ、前記水の吸収領域の波長の光を通過させるフィルタをさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項５にかかる濃度測定装置は、前記発光手段から発光された光のうち、少なくとも前記水の吸収領域に属する波長の光を前記受光手段側に反射する反射手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項６にかかる濃度測定装置は、前記受光手段は、第１の受光手段と第２の受光手段とを有し、前記第１の受光手段の受光範囲は、前記水の吸収領域に属する波長領域であり、前記第２の受光手段の受光範囲は、前記水の吸収領域に属する波長領域以外の波長領域であって安定した受光量を得ることができる波長領域であることを特徴とする。
【００１８】
請求項７にかかる濃度測定装置は、前記受光手段は、第１の受光手段と第２の受光手段とを有し、前記発光手段と前記第１の受光手段との間に、前記水の吸収領域に属する波長領域の光を通過させる第１のフィルタを設け、前記発光手段と前記第２の受光手段との間に、前記水の吸収領域に属する波長領域以外の波長領域であって安定した受光量を得ることができる波長領域の光を通過させる第２のフィルタを設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項８にかかる濃度測定装置は、前記受光手段は、第１の受光手段と第２の受光手段とを有し、前記第１の受光手段の受光範囲を、前記水の吸収領域に属する波長領域とするとともに、前記受光手段と前記第２の受光手段との間に、前記水の吸収領域に属する波長領域以外の波長領域であって安定した受光量を得ることができる波長領域の光を通過させる第２のフィルタを設け、あるいは、前記受光手段と前記第１の受光手段との間に、前記水の吸収領域に属する波長領域の光を通過させる第１のフィルタを設けるとともに、前記第２の受光手段の受光範囲を、前記水の吸収領域に属する波長領域以外の波長領域であって安定した受光量を得ることができる波長領域とすることを特徴とする。
【００２０】
請求項９にかかる濃度測定装置は、前記水の吸収領域に属する波長領域は、９４０ｎｍから１０３０ｎｍの範囲であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０にかかる濃度測定装置は、前記発光手段と前記受光手段との位置を固定する固定部材を設けたことを特徴とする。
【００２２】
請求項１１にかかる濃度測定装置は、前記受光手段は、前記水溶液の濃度変化にともなう前記発光手段からの光の光路変化による受光面の広がりに対応した受光面を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項１２にかかる濃度測定装置は、前記発光手段から出射された光を光軸に対してほぼ平行な平行光として前記水溶液側に出射する平行化手段を備えたことを特徴とする。
【００２４】
請求項１３にかかる濃度測定装置は、前記平行化手段は、前記光軸に対してほぼ垂直に配置された平面部材と、前記発光手段を覆いかつ前記平面部材を固定し前記水溶液の浸入を防止した容器と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項１４にかかる濃度測定装置は、前記平面部材は、前記発光手段から出射された光の一部を出射させることを特徴とする。
【００２６】
請求項１５にかかる濃度測定装置は、前記平面部材は、前記光軸に対して９０度±５度の範囲で配置されたことを特徴とする。
【００２７】
請求項１６にかかる濃度測定装置は、前記平行化手段は、前記発光手段から出射された光を前記光軸に対してほぼ平行な平行光に変換する光学系と、前記発光手段を覆いかつ前記光学系を固定し前記水溶液の浸入を防止した容器と、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
請求項１７にかかる濃度測定装置は、前記発光手段が出射した光のうち入射角が１０度未満の光を通過させる干渉フィルタを備えたことを特徴とする。
【００２９】
請求項１８にかかる濃度測定装置は、前記発光手段が出射した光を集光して入射し、該入射光を伝送して、平行光を出射するレンズドファイバーを備えたことを特徴とする。
【００３０】
請求項１９にかかる濃度測定装置は、前記水溶液を通過した光を前記受光手段に向かって集光する集光化手段を備えたことを特徴とする。
【００３１】
請求項２０にかかる濃度測定装置は、前記集光化手段は、前記光軸に対してほぼ垂直に配置された受光側平面部材と、前記受光手段を覆いかつ前記受光側平面部材を固定し前記水溶液の浸入を防止した受光側容器と、を備えたことを特徴とする。
【００３２】
請求項２１にかかる濃度測定装置は、前記受光側平面部材は、前記水溶液を通過した光を一部入射させることを特徴とする。
【００３３】
請求項２２にかかる濃度測定装置は、前記受光側平面部材は、前記光軸に対して９０度±５度の範囲で配置されたことを特徴とする。
【００３４】
請求項２３にかかる濃度測定装置は、前記集光化手段は、前記水溶液を通過した光の方向を前記受光手段に向かう方向に変換する受光側光学系と、前記受光手段を覆いかつ前記受光側光学系を固定し前記水溶液の浸入を防止した受光側容器と、を備えたことを特徴とする。
【００３５】
請求項２４にかかる濃度測定装置は、前記発光手段と前記受光手段との間に設けられ、前記発光手段から発光された光を前記受光手段に集光する集光化手段を備えたことを特徴とする。
【００３６】
請求項２５にかかる濃度測定装置は、前記集光化手段は、平凹レンズ、平凸レンズ、両凸レンズ、球状レンズのいずれか一つであることを特徴とする。
【００３７】
請求項２６にかかる濃度測定装置は、前記水の吸収領域に属する波長領域は、９４０ｎｍから１０３０ｎｍの範囲であることを特徴とする。
【００３８】
請求項２７にかかる濃度測定装置は、前記水の吸収領域に属する波長領域以外の波長領域は、可視領域であることを特徴とする。
【００３９】
請求項２８にかかる濃度測定装置は、前記水溶液は、鉛蓄電池の電解液であることを特徴とする。
【００４０】
請求項２９にかかる濃度測定方法は、測定対象の水溶液に、少なくとも水の吸収領域に対応する波長の光を発光する発光工程と、前記水溶液を透過した光のうち、少なくとも前記水の吸収領域に属する光を受光する受光工程と、前記予め求められた前記受光工程によって受光された受光量と前記水溶液の濃度との関係をもとに前記水溶液の濃度を出力する濃度出力工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４１】
以上説明したように、本発明にかかる測定装置および測定方法によれば、電解液に含まれる水の分光吸収スペクトルの吸収領域に属する波長の光を指標とし、かかる波長の光を測定の対象である電解液に発し電解液を透過した光の光量を検出することにより、鉛蓄電池の電解液を構成する硫酸の濃度を簡便に測定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下に図面を参照して、この発明にかかる実施の形態である濃度測定装置および濃度測定方法について説明する。なお、この実施の形態では、測定対象の水溶液の一例として鉛蓄電池の電解液について説明する。
【００４３】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である濃度測定装置の概要構成を示すブロック図である。図１において、この濃度測定装置１は、大きく、発光系Ａ１、受光系Ａ２、および演算出力系Ａ３からなる。発光系Ａ１は、定電流源２と、この定電流源２が供給する電流によって所定帯域の波長光を出力する発光ダイオード３とを有する。受光系Ａ２は、発光ダイオード３から照射され、電解液５を透過した所定帯域の波長光を受光し、受光量に対応した電流値を出力する受光ダイオード６と、この受光ダイオード６から出力された電流値を増幅する増幅器７とを有する。また、演算出力系Ａ３は、増幅器７が出力する電流値とこの電流値に対応する電解液の濃度との関係を保持する関係テーブル９と、増幅器７から出力された電流値と関係テーブル９との関係とから電解液の濃度を演算する演算部８と、この演算部８による演算結果を可視出力する出力部１０とを有する。なお、鉛蓄電池の電解液５は、セル４内に注入されている。また、発光ダイオード３と受光ダイオード６は模式的に示している。
【００４４】
発光ダイオード３および受光ダイオード６が発光あるいは受光する所定帯域とは、水の分光吸収スペクトルが局所的に小さくなる帯域である。発光ダイオード３および受光ダイオード６は、この所定帯域の波長光を少なくとも発光あるいは受光すればよい。
【００４５】
図２は、水の分光吸収スペクトルを示す図であり、波長に対する水の透過率特性を示している。図２に示すように、水の分光吸収スペクトルは、９７４ｎｍにおいて水の透過率が最も減衰する特性を示す。そして、５００〜８００ｎｍにおける水の透過率は９０％以上であり、この９０％以上の帯域に比較して、９４０〜１０３０ｎｍでは、９７４ｎｍをピークとして約７５％以下の透過率を有する。すなわち、９４０〜１０３０ｎｍの光は、水に吸収されやすい。したがって、この波長帯域の光量を測定することによって、電解液５内の水の増減を知ることができる。一方、電解液５は、水と希硫酸とが混在し、水が増大すると希硫酸が減少し、希硫酸が増大すると水が減少とするという逆の特性を示すため、結果的に水の増減を知ることは希硫酸の増減を知ることができ、電解液５の濃度（硫酸濃度）を知ることができる。なお、４００ｎｍ近傍の減衰は、計測レンジの切替によって発生したものである。
【００４６】
図３は、希硫酸の濃度と、受光ダイオード６で受光し増幅部７から出力された電流値との関係を示す図である。図３に示すように、硫酸濃度の増大とともに、電流値がほぼ直線的に増大しており、比例関係を有することがわかる。たとえば、硫酸濃度が１．０１（ｇ／ｃｍ3）のときは、電流値が０．３５５８（ｍＡ）程度であり、硫酸濃度が１．２８（ｇ／ｃｍ3）のときは、電流値が０．４０２０（ｍＡ）程度となる。すなわち、増幅部７から出力された電流値を知ることができれば、測定対象の電解液５内の硫酸濃度を一意に知ることができる。なお、図３に示した関係は、発光ダイオード３としてＬ９２０−０２（（株）ｅｐｉｔｅｘ社製）を用い、受光ダイオード６としてＭＩ−３３ＨＬＦ（（株）モリリカ社製）を用いた結果である。Ｌ９２０−０２は、９７０ｎｍの波長の光が発光範囲のピークであり、半値幅は９７０±５５ｎｍである。また、ＭＩ−３３ＨＬＦは、９８０ｎｍの波長の光が受光範囲のピークであり、９００ｎｍ〜１０５０ｎｍの受光範囲をもつ。
【００４７】
このような硫酸濃度と電流値との関係は、予め求められ、関係テーブル９内に格納される。この関係テーブル９内に格納される情報は、各電流値の測定分解能に合わせた各濃度値として格納してもよいし、硫酸濃度と電流値との近似関係式として格納してもよい。なお、この関係テーブル９は、演算部８内に設けるようにしてもよい。
【００４８】
演算部８は、増幅器７から出力された電流値に対応する電解液の濃度を、関係テーブル９を参照して求め、出力部１０から濃度値を出力する。出力部１０は、ディスプレイやプリンタなどの可視表示出力できるものによって実現される。なお、上述した各部のオンオフ制御は図示しない制御部あるいはスイッチによって実現される。
【００４９】
ところで、図１に示した発光ダイオード３および受光ダイオード６は、セル４の外側に設けられていたが、これに限らず、図４に示すようにセル４内の電解液５内に設けるようにしてもよい。この場合、セル４が、水の吸収領域を透過させる特性をもつ必要がないため、セル４の材料選択の柔軟性が増すことになる。さらに、発光ダイオード３と受光ダイオード６との間の距離が狭まるため、光の損失が小さくなり、精度の高い測定が可能になる。
【００５０】
また、図５に示すように、一方が発光ダイオード３と接続し、他方が受光ダイオード６とを接続する接続部１５を設けてもよい。この場合、接続部１５は、発光ダイオード３と受光ダイオード６とが一定の間隔を保持するよう発光ダイオード３と受光ダイオード５とを固定する。このため、発光ダイオード３から発光された光が電解液５を透過する距離は一定となり、透過距離のばらつきによる受光ダイオード６の受光量のばらつきの発生を防止することができる。したがって、電解液５の濃度を精度よく測定することが可能となる。
【００５１】
また、図６に示すように、受光ダイオード６をセル４内の電解液５中に設けるようにしてもよい。また、図７に示すように、発光ダイオード３をセル４内の電解液５中に設けるようにしてもよい。このように、発光ダイオード３と受光ダイオード６のいずれか一方を電解液５中に設ける構造としても、電解液５の濃度を測定することが可能である。
【００５２】
また、図１に示した発光ダイオード３および受光ダイオード６は、いずれも水の吸収領域の帯域で発光し、受光するものであったが、これに限らず、発光ダイオード３あるいは受光ダイオード６のいずれか一方が水の吸収領域で発光し、あるいは受光すればよい。たとえば、図８に示すように、受光ダイオード６に代えて、可視領域などの他の波長領域が受光可能な受光ダイオード１６としてもよい。また、図９に示すように、発光ダイオード３に代えて、水の吸収領域以外の波長領域が発光可能な発光ダイオード２３としてもよい。このように、発光ダイオード３あるいは受光ダイオード６の少なくとも一方が水の吸収領域を発光あるいは受光することによって、図１に示した濃度測定装置と同様に、最終的に受光ダイオード６から出力される受光量が水の吸収領域にのみに対応する値であるため、さらに簡易な構成で、測定精度を高くすることができるとともに、発光ダイオードあるいは受光ダイオードの選択範囲を広げることができる。なお、この場合、発光ダイオード２３あるいは受光ダイオード１６は、ダイオードに限らず、その他の代替可能な発光素子あるいは受光素子でもよい。さらに、上述した発光ダイオード３，２３および受光ダイオード６，１６は、水の吸収領域において高い発光効率あるいは受光効率を有すればよい。
【００５３】
さらに、上述したように、発光ダイオード３および受光ダイオード６の双方が少なくとも水の吸収領域において発光あるいは受光すればよいが、図８および図９に示した濃度測定装置と同じ測定精度を得ようとする場合、図１０に示すように、フィルタ３３を、発光ダイオード３２と受光ダイオード３５との間に設けるようにする。この場合、発光ダイオード３２は、水の吸収領域以外の波長帯域も発光し、受光ダイオード３５は、水の吸収領域以外の波長帯域も受光する。また、フィルタ３３は、水の吸収領域の波長帯域の光のみを通過させる。図１０に示した濃度測定装置３１では、発光ダイオード３２と電解液５との間にフィルタ３３を設けたが、図１１に示すようにフィルタ３３を電解液５と受光ダイオード３５との間に設けるようにしてもよい。すなわち、フィルタ３３を発光ダイオード３２と受光ダイオード３５との間に設ければよい。これによって、水の吸収領域の波長光に対応した受光量のみが出力されることになる。
【００５４】
なお、図１２に示すように、発光ダイオード３に代えて、水の吸収帯域に発振波長をもつレーザダイオード５３を設けてもよい。好ましくは、水の吸収波長スペクトルがピークに近い発振波長が好ましい。レーザダイオード５３から出力されるレーザ光の波長帯域は狭帯域であるため、一層精度の高い測定が可能になる。
【００５５】
さらに、上述した発光ダイオード３，２３，３２または受光ダイオード６，１６，３５は、単体の発光ダイオードまたは受光ダイオードに限らず、たとえばアレイ状などの配列された発光ダイオード群または受光ダイオード群であってもよい。
【００５６】
また、上述した濃度測定装置では、受光ダイオード６，３５が出力した電流値を用いて電解液５の硫酸濃度を測定しているが、これに限らず、電圧値、電力値などの電気信号を用いてもよい。この場合、濃度を演算するため、関係テーブル９に格納する関係を硫酸濃度と電気信号との関係に変更すればよい。または、電気信号を電流値に変換すればよい。また、増幅器７は受光ダイオード６に接続するとして説明したが、これに限らず、受光ダイオード６に内蔵されてもよい。
【００５７】
ここで、この実施の形態１の変形例について説明する。上述した実施の形態１では、演算出力系Ａ３が、演算部８、関係テーブル９、および出力部１０を有するものであったが、濃度演算を行わずに、図１３に示すように、演算出力系Ａ３を、電流計６８に置き換えるようにしてもよい。
【００５８】
この電流計６８は、増幅器７から出力された電流値と、この電流値に対応する硫酸濃度との対応関係を目盛り表示した表示部を有する。このため、操作者は、電流計６８の針が指し示す硫酸濃度を直接読み取ることができる。なお、図１３に示した電流計６８では、電流値と硫酸濃度との双方の対応関係を表示部に示しているが、硫酸濃度値のみを表示目盛りとして表示してもよい。また、電流計６８に限らず、出力された電流値を電圧値に変換し、この電圧値に対応する硫酸濃度との対応関係を目盛り表示した表示部を有する電圧計としてもよい。また、出力された電流値を電力値に変換し、この電力値に対応する硫酸濃度との対応関係を目盛り表示した表示部を有する電力計としてもよい。
【００５９】
この実施の形態１では、少なくとも水の吸収領域に対応する波長の光を発光する発光ダイオード３と、少なくとも水の吸収領域に対応する波長の光を受光する受光ダイオード６との間に、電解液５を介在させて、電解液５内の水の増減に対応した硫酸濃度の増減を求めるようにしているので、設置場所や保管場所の制限もなく、電解液の対流等の影響を受けず、簡易な構成で電解液５内の硫酸濃度を求めることができる。
【００６０】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、電解液５が注入されたセル４の両側に発光ダイオード３と受光ダイオード６とを対向させて設け、電解液５を透過する光の回数を一回のみとしていたが、この実施の形態２では、発光ダイオード３から出力された光が電解液内を複数回透過するようにしている。
【００６１】
図１４は、この発明の実施の形態２である濃度測定装置の概要構成を示すブロック図である。図１４において、この濃度測定装置７１は、発光ダイオード３と受光ダイオード６とを電解液５の一方側に設け、対向する他方側に、水の吸収領域の波長光を少なくとも反射する反射板７０を新たに設けている。これによって、発光ダイオード３から送出された光は、受光ダイオード６で受光されるまでの間に、電解液５を往復することになり、実施の形態１の濃度測定装置に比して、水の増減をほぼ２倍の精度で得ることができ、結果的にほぼ２倍の精度で硫酸濃度を検出することができる。
【００６２】
同様にして、反射板７０を電解液５の両測に交互に設け、光路をジグザグにすることによって、電解液５を透過する光路長を増大することができ、この光路長の増大分に対応した測定精度に高めることができる。
【００６３】
このようにして、この実施の形態２では、反射板７０を設け、電解液５を透過する光の光路長を増大させて濃度測定の精度を高めることができる。
【００６４】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１，２では、いずれも絶対的な受光量をもとに測定を行っていたが、この実施の形態３では、水の吸収領域とは異なる波長帯域の受光量を基準として相対的な水の吸収帯域の受光量を得、これによって測定誤差の少ない濃度測定ができるようにしている。
【００６５】
図１５は、この発明の実施の形態３である濃度測定装置の概要構成を示すブロック図である。図１５において、この濃度測定装置８１は、発光系Ｂ１，受光系Ｂ２，および演算出力系Ｂ３を有する。
【００６６】
発光系Ｂ１は、発光系Ａ１に対応し、定電流源２、発光ダイオード８２、およびフィルタ８３を有する。発光ダイオード８２は、図２の領域ａに示す水の吸収領域、たとえば９４０ｎ〜１０３０ｎｍの領域内の波長光を発光するとともに、他の波長領域、たとえば図２の領域ｂなどのように、安定して高い透過率を示す領域の波長光をも発光する。
【００６７】
受光系Ｂ２は、受光系Ａ２に対応する構成が２つ並列に設けられ、それぞれ受光ダイオード８５および増幅器７と、受光ダイオード８６と増幅器７とを有する。受光ダイオード８５は、少なくとも水の吸収領域（領域ａ）を含む受光領域を有し、受光ダイオード８６は、領域ａ以外の領域、たとえば領域ｂを受光領域とする特性を有する。
【００６８】
ここで、上述したフィルタ８３は、発光ダイオード８２と受光ダイオード８５との間の光路上であって、発光ダイオード８２と電解液５との間に設けられ、領域ａのみの光を透過させる。一方、発光ダイオード８２と受光ダイオード８６との間には、フィルタが設けられない。したがって、受光ダイオード８５には領域ａの光が入射され、受光ダイオード８５に接続された増幅器７からは、領域ａの受光量に対応した電流値が出力される。また、受光ダイオード８６には領域ａ，ｂの光が入射されるが、受光ダイオード８６は領域ｂのみを検出するため、受光ダイオード８６に接続された増幅器７からは、領域ｂの受光量に対応した電流値が出力される。
【００６９】
演算出力系Ｂ３は、演算出力系Ａ３に対応し、演算部８８、関係テーブル８７、および出力部１０を有する。関係テーブル８７は、各増幅器７から出力された電流値の差分である差分電流値と硫酸濃度との関係を有する。演算部８８は、各増幅器７から出力された電流値の差分演算を行って差分電流値を求め、この差分電流値に対応する硫酸濃度を、関係テーブル８７の保有される関係テーブルを参照して求め、出力部１０に出力する。
【００７０】
この実施の形態３では、安定して高い透過率を有する領域ｂにおける受光量を基準とした領域ａの相対受光量を得ることができるので、領域ａにおける安定した受光量を得ることができ、測定誤差が軽減された精度の高い濃度測定を行うことができる。
【００７１】
なお、図１６に示すように、発光ダイオード８２と受光ダイオード９６との間に、領域ｂのみを透過させるフィルタ９３を設けるようにしてもよい。この場合、受光ダイオード８６に対応する受光ダイオード９６は、領域ｂのみを受光する受光ダイオードでなくてもよく、少なくとも領域ｂを受光することができればよい。
【００７２】
また、図１７，図１８に示すように、フィルタ８３を電解液５と受光ダイオード８５との間、さらにはフィルタ９３を電解液５と受光ダイオード９６との間に設けるようにしてもよい。
【００７３】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４では、電解液５中に配置された発光ダイオード３と受光ダイオード６とが受ける電解液５の濃度変化にともなう屈折率変化の影響を除去して、より精密に測定できるようにしている。
【００７４】
図１９は、この発明の実施の形態４である濃度測定装置の概要構成を示す図である。図１９に示すように、この濃度測定装置２０１は、発光ダイオード３と受光ダイオード６とを電解液５内に設けている。また、濃度測定装置２０１は、発光ダイオード３と電極（図示せず）が埋め込まれたレンズ２１２とガラス筒２１３と平面ガラス２１４とを設け、受光ダイオード６に半球状のレンズ２２２とガラス筒２２３と平面ガラス２２４とを設けている。ガラス筒２１３と平面ガラス２１４との間には空気が封入されておりガラス筒２１３の内部には電解液５が浸入しない構造となっている。同様に、ガラス筒２２３と平面ガラス２２４との間にも空気が封入されており、ガラス筒２２３の内部には電解液５が浸入しない構造となっている。そして、濃度測定装置２０１は、発光ダイオード３と受光ダイオード６とが一定の間隔を保持するよう発光ダイオード３と受光ダイオード５とを固定する接続部１５を備える。
【００７５】
次に、濃度測定装置２０１の要部について説明する。図２０は、濃度測定装置に備わる発光ダイオード３とレンズ２１２とガラス筒２１３と平面ガラス２１４との要部を示す図である。レンズ２１２は、所定の屈折率を備えており、発光ダイオード３が発光した光の経路を光軸に対して平行にし、光の経路の広がりを狭める機能を有する。そして、レンズ２１２と発光ダイオード３は、円筒状であるガラス筒２１３の内部に設けられている。すなわち、ガラス筒２１３は、光路の周囲を囲むように配置されている。ガラス筒２１３の先端には平面ガラス２１４が設けられている。また、ガラス筒２１３は、レンズ２１２と平面ガラス２１４との間に空気を封入している。そして、平面ガラス２１４は、透明であり、電解液５に接する面が発光ダイオード３から発光された光の光軸に対して垂直になるよう設けられている。レンズ２１２によって光軸に対して平行にされた光は、平面ガラス２１４に垂直に入射することとなるため、光軸に対する平行性を保持したまま電解液５に入射する。なお、発光ダイオード３は、２本の接続線２１６によって定電流源２と接続される。
【００７６】
そして、図２１は、濃度測定装置２０１に備わる受光ダイオード６とレンズ２２２とガラス筒２２３と平面ガラス２２４との要部を示す図である。レンズ２２２は、所定の屈折率を備えており、発光ダイオード３から発光され電解液５を透過した光を受光ダイオード６に対して集光する。そして、レンズ２２２と受光ダイオード６は、円筒状であるガラス筒２２３の内部に設けられている。すなわち、ガラス筒２２３は、光路の周囲を囲むように配置されている。ガラス筒の先端には平面ガラス２２４が設けられている。また、ガラス筒２２３は、レンズ２２２と平面ガラス２２４との間に空気を封入している。そして、平面ガラス２２４は、透明であり、電解液５に接する面が、発光ダイオード３から発光された電解液５を透過した光の光軸に対して垂直になるよう設けられている。なお、受光ダイオード６は、２本の接続線２２６によって増幅器７に接続される。
【００７７】
つぎに、電解液の屈折率の変動が発光ダイオード３から発せられる光に与える影響について説明する。電解液５の硫酸濃度が変化すると電解液５の屈折率も変化すると考えられている。このため、電解液５の硫酸濃度の屈折率が変化すると、レンズ２１２，２２２が直接電解液５に接触している場合、レンズ２１２，２２２と電解液５との境界で光の屈折が変動する現象が生じる。
【００７８】
図２２は、発光ダイオード３から発光され受光ダイオード６に受光される光の光路を説明するための図である。この場合、ガラス筒２１３，２２３および平面ガラス２１４，２２４は設けられておらず、レンズ２１２，２２２は電解液に直接接触している。レンズ２１２の屈折率と形状は、空気中で発光ダイオード３から発光された光が経路２１６ａにしたがって光軸に平行に電解液に入射するように設計されている。しかし、電解液の濃度が変化すると電解液の屈折率も変化するため、電解液とレンズ２１２の境界で光の屈折が変化し、たとえば、経路２１６ｂにしたがって光が電解液に入射する場合がある。しかし、受光ダイオード６の受光面は一定面積であるため、経路２１６ｂにしたがって電解液５に入射した光を受光することができない。このように、発光ダイオード３から発光された光の経路が広がった場合、電解液５内を透過した光を全て受光することができない。このため、受光ダイオード６の受光量は損失し、電解液５の濃度を精度よく測定することができなかった。
【００７９】
また、レンズ２２２の屈折率と形状は、空気中を通過した光が経路２２６ａにしたがって受光ダイオード６に集光されるように設計されている。しかし、レンズ２２２が直接接触する電解液の濃度が変化すると、たとえば経路２２２ｂにしたがって光が進行する場合がある。このような光の経路の変動が発生した場合、受光ダイオード６はレンズ２２２に入射した光を全て受光することができない。このような場合も、受光ダイオード６の受光量は損失し、精度よく電解液５の濃度を測定することができなかった。
【００８０】
しかし、本実施の形態４では、発光ダイオード３は、レンズ２１２の外部に空気を封入したガラス筒２１３と平面ガラス２１４を設けている。この空気の屈折率はほぼ一定である。レンズ２１２の屈折率と空気の屈折率とはほぼ一定であるため、発光ダイオード３から発光された光の経路は変動することなく、レンズ２１２によって水平にされ、電解液に入射する。すなわち、図２３に示すように、発光ダイオード３から発光された光は、レンズ２１２によって光軸に対して平行にされ、破線で示す経路にしたがいガラス筒２１３内の空気中を通過する。そして、この光は、平面ガラス２１４に垂直に入射して、光軸に対して平行状態を維持したまま電解液５に入射する。このように、平面ガラス２１４には光が垂直に入射するため、この濃度測定装置２０１では受光ダイオード６が受光可能な平行光を電解液５に入射することができる。
【００８１】
また、受光ダイオード６は、発光ダイオード３と同様に、レンズ２２２の外部には空気を封入したガラス筒２２３と平面ガラス２２４とが設けられている。このため、図２３に示すように、平面ガラス２２４に垂直に入射した平行光は、そのまま光軸に対して平行にレンズ２２２に入射する。ここで、レンズ２２２は屈折率がほぼ一定である空気に接触するため、ガラス筒２２３を通過する光の経路は変動することなく、レンズ２２２によって受光ダイオード６に集光される。したがって、レンズ２２２に入射した光は、たとえば、破線で示す経路にしたがい受光ダイオード６に到達する。このように、レンズ２２２に垂直に入射するため、光の経路は電解液の濃度によって変化せず、受光ダイオード６は電解液を透過した光を損なうことなく受光することができる。したがって、実施の形態４にかかる濃度測定装置２０１は、電解液の屈折率の変化による光量の損失を低減し、精度よく電解液の濃度を測定することが可能となる。
【００８２】
また、この濃度測定装置２０１では、発光ダイオード３と受光ダイオード６とは、直接電解液５に接触しないため、発光ダイオード３と受光ダイオード６との内部への電解液５の浸入を防止する。このため、レンズ２１２が発光ダイオード３から外れることも少ない。同様に、レンズ２２２が受光ダイオード６から外れることも少ない。したがって、濃度測定装置２０１の故障を防止することができる。さらに、発光ダイオード３と受光ダイオード６とは、直接電解液５に接触しないため、発光ダイオード３および受光ダイオード６の電極部と電解液５とが通電する故障を防止することもできる。
【００８３】
また、平面ガラス２１４と平面ガラス２２４は、電解液５と接触する面は平面であるため、電解液５内で発生した気泡が付着しにくくなる。このため、濃度測定装置２０１の測定誤差を低減することができ、精度の高い濃度測定が可能となる。
【００８４】
なお、実施の形態４にかかる濃度測定装置として、発光ダイオード３および受光ダイオード６を電解液５内に設けた場合について説明したが、これに限らず、図２４に示すように受光ダイオード６をセル４の外側に設けるようにしてもよい。この場合、受光ダイオード６には、ガラス筒２２３と平面ガラス２２４とを設ける必要はない。受光ダイオード６は、屈折率が一定である空気中にあり、電解液５に入射した平行光の経路が受光ダイオード６に受光されるまでに変動することはないためである。
【００８５】
また、図２５に示すように発光ダイオード３をセル４の外側に設けるようにしてもよい。この場合、発光ダイオード３には、ガラス筒２１３と平面ガラス２１４とを設ける必要はない。発光ダイオード３は屈折率が一定である空気中にあり、レンズ２１２から出射した光は平行を保つためである。このように、発光ダイオード３または受光ダイオード６をセル４の外部に設けた場合でも、精度よく電解液５の濃度を測定することができる。また、構成部材を減少させることができるため、濃度測定装置の構成を簡易にすることができる。また、セル４の外部に設けた発光ダイオード３または受光ダイオード６の内部に電解液５が浸入することもないため、濃度測定装置の劣化を防止することもできる。
【００８６】
また、図２６に示すように、発光ダイオード３にのみガラス筒２１３、平面ガラス２１４を設けるようにしてもよい。この場合、平面ガラス２１４から電解液５に入射する光は、光軸に対して平行である。このため、電解液５に入射する光の光路の広がりを低減することができ、発光ダイオード３にレンズ２１２のみを設けた場合と比較すると受光ダイオード６が受光する光量の損失を低減することができる。
【００８７】
また、発光ダイオード３に円筒状のガラス筒２１３を設けた濃度測定装置２０１について説明したが、これに限らず、図２７に示すように、角を有するガラス筒２３３を設けてもよい。ガラス筒２３３とした場合も、レンズ２１２と平面ガラス２１４との間に空気を封入することができるためである。
【００８８】
また、発光ダイオード３に全体が透明である平面ガラス２１４をガラス筒２１３の先端に設けるとして説明したが、図２８に示すように、光を透過しない筒２４３の内部に発光ダイオード３とレンズ２１２とを設け、筒２４３の先端に光を透過しない材質で構成された遮断部２４４と平面ガラス２１４とを設けるとしてもよい。経路が変動した光が生じた場合でも、このような光は遮断部２４４によって遮断され外部に出射できないため、ほぼ平行である光を電解液５内に出射することができる。なお、この筒２４３および遮断部２４４は、たとえば、樹脂やテフロン（Ｒ）等の材質で構成してもよい。
【００８９】
また、発光ダイオード３にレンズ２１２、ガラス筒２１３、平面ガラス２１４を設けるとして説明したが、これに限らず、図２９に示すように、ガラス筒２１３の先端にレンズ２５２を設けてガラス筒２１３内に空気を封入するとしてもよい。このレンズ２５２は、電解液５に接する面が光軸に対して垂直な平面であり、空気に接触する面は球面である平凸レンズである。このレンズ２５２は所定の屈折率を備えており、発光ダイオード３から発せられた光を光軸に対してほぼ平行にし、電解液５中に入射する。この場合、平面ガラス２１４を設ける必要がないため、濃度測定装置の構成を簡易にすることが可能となる。
【００９０】
また、図３０に示すように、発光ダイオード３に接続し光を伝えるファイバー２６１と、一端がファイバー２６１に接続し他端に入射した光を集光するレンズドファイバー２６２とを設けた濃度測定装置２６０としてもよい。発光ダイオード３とファイバー２６１との間には発光ダイオード３から発光された光を集光するレンズ２６３が設けられており、発光ダイオード３から発光された光はこのレンズ２６３を介してファイバー２６１に集光される。そして、集光された光はファイバー２６１を伝わり、レンズドファイバー２６２の一端に入射する。そして、この光はレンズドファイバー２６２の他端から平行光として出力される。レンズドファイバー２６２は高い集光率を備えているため、発光ダイオード３から発光される光の損失を抑制し、さらに精度よく濃度測定を行うことができる。
【００９１】
また、発光ダイオード３にレンズ２１２、ガラス筒２１３、平面ガラス２１４を設けるとして説明したが、これに限らず、図３１に示すように、ガラス筒２１３の先端に干渉フィルタ２７４を設けるとしてもよい。この干渉フィルタ２７４は、入射角が干渉フィルタ２７４に対して垂直である場合には透過率が最大になり、それ以外の場合には入射角に応じて干渉フィルタ２７４の透過率が変化する機能を有する。干渉フィルタ２７４は、入射した光のうち、たとえば入射角が１０度以上の光成分を遮断し、入射角が１０度未満の光のみを通過させる。この場合、発光ダイオード３から発光された光のうち、入射角が１０度以上の光は干渉フィルタ２７４を通過することはないため、干渉フィルタ２７４を通過し電解液５中に入射する光は平行光に近づく。このように干渉フィルタ２７４を設けた場合も、電解液５中に入射する光は平行に近づくため、受光ダイオード６が受光する光の損失を低減することができる。また、干渉フィルタ２７４は波長選択性を備える場合もある。たとえば、干渉フィルタ２７４は、水の吸収領域に対応する波長の光を通過させる機能を備えるとしてもよい。この場合、発光ダイオード３に限らず、発光ダイオード２３，３２を設けた場合であっても別にフィルタ３３を備える必要がない。
【００９２】
また、受光ダイオード６にレンズ２２２、ガラス筒２２３、平面ガラス２２４を設けるとして説明したが、これに限らず、図３２に示すように、ガラス筒２２３の先端にレンズ２８２を設けてガラス筒２２３内に空気を封入するとしてもよい。このレンズ２８２は、電解液５に接する面が光軸に対して垂直な平面であり、空気に接触する面は球面である平凸レンズである。また、レンズ２８２は所定の屈折率を備えており、電解液５の屈折率の変化によらず電解液５を透過した光を受光ダイオード６に入射することができる。この場合、平面ガラス２２４を設ける必要がないため、濃度測定装置の構成を簡易にすることが可能となる。
【００９３】
また、実施の形態４では、平面ガラス２１４，２２４は、電解液５に接触する面が発光ダイオード３から発光された光の光軸に対して垂直になるよう設けると説明したが、これに限らず、光の光軸に対して８５度から９５度の角度で設けるとしてもよい。この場合、平面ガラス２１４，２２４を透過する光は平行成分を多く含むため、受光ダイオード６が受光する受光量の損失も大きなものとはならない。
【００９４】
また、実施の形態４では、ガラス筒２１３，２２３内に空気を封入した濃度測定装置について説明したが、これに限らず、屈折率が既知である気体を封入してもよい。また、屈折率が既知である液体あるいは固体を封入してもよい。ガラス筒２１３，２２３内に封入される気体、液体または固体の屈折率が既知であり一定であれば、光の経路が変動することはないためである。
【００９５】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。実施の形態４では、平行光を電解液５中に入射し、受光ダイオード６側に対しても平行光を入射して受光量の損失を低減した濃度測定装置について説明したが、実施の形態５では、発光ダイオード３が発光する光を集光し、この集光した光を受光ダイオード６に入射する濃度測定装置について説明する。
【００９６】
図３３は、この発明の実施の形態５である濃度測定装置の概要構成を示す図である。図３３において、この濃度測定装置２９１は、発光ダイオード３から発光された光を集光し受光ダイオード６に照射するレンズ２９２を発光ダイオード３と受光ダイオード６との間に設けている。レンズ２９２は、平凹レンズであり、電解液５の濃度変化によって電解液５の屈折率が変化した場合であっても発光ダイオード３から発光された光が常に受光ダイオード６の受光面に入射するように屈折率が設計されている。このレンズ２９２はガラス筒２１３の先端に備えられており、樹脂で形成され、内部に発光ダイオード３が埋め込まれている。このレンズ２９２は、電解液５の硫酸濃度が増加し、電解液５の屈折率が変化した場合であっても、図３４に示すように、受光ダイオード６に光が集光されるよう屈折率が設計されている。
【００９７】
このように、レンズ２９２を備えることによって、発光ダイオード３から発光された光は受光ダイオード６に入射するよう集光されるため、受光ダイオード６の受光量の損失を低減し、精度の高い濃度測定を行うことが可能となる。
【００９８】
また、レンズ２９２に限らず、図３５に示すように、両凸レンズであるレンズ３０２としてもよい。レンズ３０２もレンズ２９２と同様に、発光ダイオード３から発光された光を集光し、電解液５に入射する機能を備える。そして、電解液５の硫酸濃度が増加し、電解液５の屈折率が変化した場合であっても、図３６に示すように、受光ダイオード６に光が集光されるよう屈折率が調整されている。
【００９９】
また、図３７に示すように、レンズ２９２，３０２に限らず、発光ダイオード３と受光ダイオード６との間に球状であるボールレンズ３１２を設けてもよい。ボールレンズ３１２は、レンズ２９２，レンズ３０２と比較し、光が集光される点が近い。このため、ボールレンズ３０２と受光ダイオード６との距離を狭めることができ、光の損失をさらに低減し精度の高い測定が可能となる。なお、図３７に示すように、発光ダイオード３への電解液５の浸入を防止するため、発光ダイオード３にガラス筒２１４と平面ガラスを備えて構造としてもよい。また、レンズ２９２，３０２、ボールレンズ３１２に限らず、発光ダイオード３から発光された光を受光ダイオード６へ光を集光する機能を備えた平凸レンズを用いてもよい。
【０１００】
なお、図３３〜図３７では受光ダイオード６にレンズ２２２を設けた場合を図示したが、受光ダイオード６にレンズ２２２を設けない場合であっても同様に受光量の損失を低減することが可能となる。
【０１０１】
（実施の形態６）
つぎに、実施の形態６について説明する。実施の形態４，５では、発光ダイオード３から発光された光の経路を狭めて、受光ダイオード６の受光量の損失を低減しているが、実施の形態６では、発光ダイオード３の発光範囲と受光ダイオード６の受光範囲とに差を設けて、受光量の損失を低減している。
【０１０２】
図３８は、この実施の形態６である濃度測定装置の概要構成を示す図である。図３８に示すように、この濃度測定装置３０１は、発光ダイオード３と受光ダイオード６の大きさに差を設けている。光の経路は、電解液５中の硫酸濃度が高くなるにしたがって拡大する。このため、受光ダイオード６は、硫酸濃度が最も高くなる際の光の経路の拡大に対応した受光面を備える。すなわち、受光ダイオード６は、発光ダイオード３からの光の経路が最も広がった場合でも、ほとんどの光を受光できる面積を備えた受光面を有する。このため、濃度測定装置３０１は、受光ダイオード６が発光ダイオード３からの発光をほとんど受光できるため、受光量の損失を低減した精度の高い濃度測定を行うことが可能となる。また、濃度測定装置３０１は、発光ダイオード３の発光面を小さくするとしてもよい。この場合、発光ダイオード３から出射される光の経路は、発光面が大きい場合と比較し広がらないため、受光ダイオード６が受光する受光量の損失を低減できる。
【０１０３】
なお、実施の形態２，４〜６では、実施の形態１と同様に、発光ダイオード３は、これに限らず、発光ダイオード２３，３２またはレーザダイオード５３であってもよく、また、受光ダイオード６は、受光ダイオード１６，３５であってもよい。また、発光ダイオード３２と受光ダイオード３５とを備える場合にはフィルタ３３を発光ダイオード３２と受光ダイオード３５との間に設ける必要がある。また、発光ダイオード２３，３２および受光ダイオード１６，３５は、ダイオードに限らず、その他の代替可能な発光素子あるいは受光素子でもよい。
【０１０４】
また、実施の形態１〜６では、電解液４の硫酸の濃度を出力するとして説明したが、これに限らず、演算方法によって電解液４の硫酸の比重値を出力するとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
以上のように、本発明にかかる濃度測定装置は、水溶液の測定を簡易に行う際に有用であり、特に鉛蓄電池の電解液を構成する硫酸濃度の測定に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本実施の形態１である濃度測定装置の概要構成を示すブロック図である。
【図２】水の分光吸収スペクトルを示す図である。
【図３】希硫酸の濃度と受光ダイオードで受光し増幅部から出力された電流値との関係を示す図である。
【図４】本実施の形態１である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図５】本実施の形態１である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図６】本実施の形態１である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図７】本実施の形態１である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図８】本実施の形態１である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図９】本実施の形態１である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図１０】本実施の形態１である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図１１】本実施の形態１である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図１２】本実施の形態１である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図１３】本実施の形態１である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図１４】本実施の形態２である濃度測定装置の概要構成を示すブロック図である。
【図１５】本実施の形態３である濃度測定装置の概要構成を示すブロック図である。
【図１６】本実施の形態３である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図１７】本実施の形態３である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図１８】本実施の形態３である濃度測定装置の他の例の概要構成を示すブロック図である。
【図１９】本実施の形態４である濃度測定装置の概要構成を示す図である。
【図２０】本実施の形態４である濃度測定装置の要部を示す斜視図である。
【図２１】本実施の形態４である濃度測定装置の要部を示す斜視図である。
【図２２】発光ダイオードから発光され受光ダイオードに受光される光の経路を説明するための図である。
【図２３】本実施の形態４における光の経路を説明するための図である。
【図２４】本実施の形態４である濃度測定装置の他の例の概要構成を示す図である。
【図２５】本実施の形態４である濃度測定装置の他の例の概要構成を示す図である。
【図２６】本実施の形態４である濃度測定装置の他の例の概要構成を示す図である。
【図２７】本実施の形態４である濃度測定装置の要部を示す斜視図である。
【図２８】本実施の形態４である濃度測定装置の要部を示す斜視図である。
【図２９】本実施の形態４である濃度測定装置の要部を示す図である。
【図３０】本実施の形態４である濃度測定装置の他の例の概要構成を示す図である。
【図３１】本実施の形態４である濃度測定装置の要部を示す図である。
【図３２】本実施の形態４である濃度測定装置の要部を示す図である。
【図３３】本実施の形態５である濃度測定装置の概要構成を示す図である。
【図３４】本実施の形態５である濃度測定装置の要部を示す図である。
【図３５】本実施の形態５である濃度測定装置の要部を示す図である。
【図３６】本実施の形態５である濃度測定装置の要部を示す図である。
【図３７】本実施の形態５である濃度測定装置の要部を示す図である。
【図３８】本実施の形態６である濃度測定装置の概要構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１１、２１、３１、４１、５１、６１、２０１、２６０、２９１、３０１  濃度測定装置
Ａ１  発光系
Ａ２  受光系
Ａ３  演算出力系
２  定電流源
３、２３、３２  発光ダイオード
４  セル
５  電解液
６、１６、３５  受光ダイオード
７  増幅器
８  演算部
９  関係テーブル
１０  出力部
１５  接続部
３３  フィルタ
５３  レーザダイオード
６８  電流計
７１  濃度測定装置
７０  反射板
８１、９１、１０１、１１１  濃度測定装置
Ｂ１  発光系
Ｂ２  受光系
Ｂ３  演算出力系
８２  発光ダイオード
８３、９３  フィルタ
８５、８６、９６  受光ダイオード
８７  関係テーブル
８８  演算部
２１２、２２２、２５２、２６３、２８２、２９２、３０２  レンズ
２１３、２２３、２３３  ガラス筒
２１４、２２４  平面ガラス
２１５  空気
２１６、２２６  接続線
２１６ａ、２１６ｂ、２２６ａ、２２６ｂ  経路
２４３  筒
２４４  遮断部
２６１  ファイバー
２６２  レンズドファイバー
２７４  干渉フィルタ
３１２  ボールレンズ
【図１】
2004309451.tif 000004
【図２】
2004309451.tif 000005
【図３】
2004309451.tif 000006
【図４】
2004309451.tif 000007
【図５】
2004309451.tif 000008
【図６】
2004309451.tif 000009
【図７】
2004309451.tif 000010
【図８】
2004309451.tif 000011
【図９】
2004309451.tif 000012
【図１０】
2004309451.tif 000013
【図１１】
2004309451.tif 000014
【図１２】
2004309451.tif 000015
【図１３】
2004309451.tif 000016
【図１４】
2004309451.tif 000017
【図１５】
2004309451.tif 000018
【図１６】
2004309451.tif 000019
【図１７】
2004309451.tif 000020
【図１８】
2004309451.tif 000021
【図１９】
2004309451.tif 000022
【図２０】
2004309451.tif 000023
【図２１】
2004309451.tif 000024
【図２２】
2004309451.tif 000025
【図２３】
2004309451.tif 000026
【図２４】
2004309451.tif 000027
【図２５】
2004309451.tif 000028
【図２６】
2004309451.tif 000029
【図２７】
2004309451.tif 000030
【図２８】
2004309451.tif 000031
【図２９】
2004309451.tif 000032
【図３０】
2004309451.tif 000033
【図３１】
2004309451.tif 000034
【図３２】
2004309451.tif 000035
【図３３】
2004309451.tif 000036
【図３４】
2004309451.tif 000037
【図３５】
2004309451.tif 000038
【図３６】
2004309451.tif 000039
【図３７】
2004309451.tif 000040
【図３８】
2004309451.tif 000041