(57)【要約】【課題】蛍光式酸素濃度計は、酸素消光性物質の劣化に伴い、算出される酸素濃度に誤差が生じていた。【解決手段】光源２０からの光が励起光伝送用光ファイバ４２の先端部から照射される。照射光により、検出用光ファイバ４４の先端部に設けられた酸素消光性物質および較正用光ファイバ４６の先端部に設けられた酸素消光性物質が励起され、蛍光発光を発する。較正用光ファイバ４６先端部の酸素消光性物質は、酸素遮断部材により被覆され、酸素濃度０％の状態に保たれている。検出用光ファイバ４４先端部および較正用光ファイバ４６先端部の酸素消光性物質の発光は、増幅回路６０およびＡ／Ｄ変換回路７０により、増幅、デジタル処理が行われ、それぞれの輝度値が得られる。較正用光ファイバ４６先端部の酸素消光性物質の輝度値を使って、酸素濃度算出用の検定線が修正される。修正された検定線に基づいて、検出用光ファイバ４４先端部の輝度値に対応する酸素濃度が算出される。【選択図】図１
2005195354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素濃度に応じて発光強度が変化する酸素消光性物質からなる測定用発光部と、
前記測定用発光部の近傍に設けられ、酸素が遮断された酸素消光性物質からなる較正用発光部と、
前記測定用発光部および前記較正用発光部に対して酸素消光性物質の励起光を放射する光照射部と、
前記測定用発光部の輝度を計測する測定用輝度計測部と、
前記較正用発光部の輝度を計測する較正用輝度計測部と、
前記較正用発光部の輝度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、前記測定用発光部の輝度から酸素濃度を算出する演算部と、
を備えることを特徴とする酸素濃度計測装置。
【請求項２】
前記測定用発光部、前記較正用発光部および前記光照射部が光ファイバの先端に設けられ、
前記測定用輝度計測部および前記較正用輝度計測部は、前記光ファイバによって伝送された前記測定用発光部および前記較正用発光部から光の輝度をそれぞれ計測することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度計測装置。
【請求項３】
前記光照射部が光ファイバの先端に設けられ、
前記測定用発光部および前記較正用発光部は、対象物体上に設けられ、
前記測定用輝度計測部および前記較正用輝度計測部は、前記光ファイバによって伝送された前記測定用発光部および前記較正用発光部から光の輝度をそれぞれ計測することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度計測装置。
【請求項４】
酸素濃度に応じて発光強度が変化する酸素消光性物質からなる測定用発光部と、
前記測定用発光部の近傍に設けられた温度検出部と、
前記測定用発光部に対して酸素消光性物質の励起光を放射する光照射部と、
前記測定用発光部の輝度を計測する測定用輝度計測部と、
前記温度検出部で得られた温度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、前記測定用発光部の輝度から酸素濃度を算出する演算部と、
を備えることを特徴とする酸素濃度計測装置。
【請求項５】
前記測定用発光部および前記温度検出部が光ファイバの先端に設けられ、
前記測定用輝度計測部は、前記光ファイバによって伝送された前記測定用発光部からの光の輝度を計測することを特徴とする請求項４に記載の酸素濃度計測装置。
【請求項６】
前記光照射部が光ファイバの先端に設けられ、
前記測定用発光部および前記温度検出部は、対象物体上に設けられ、
前記測定用輝度計測部および前記温度検出部は、前記光ファイバによって伝送された前記測定用発光部から光の輝度を計測することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度計測装置。
【請求項７】
酸素濃度に応じて発光強度が変化する酸素消光性物質からなる測定用発光部と、
前記測定用発光部の近傍に設けられ、所定酸素濃度における輝度を示す酸素消光性物質からなる第１較正用発光部と、
前記測定用発光部の近傍に設けられ、前記所定酸素濃度とは異なる所定酸素濃度における輝度を示す酸素消光性物質からなる第２較正用発光部と、
前記測定用発光部、前記第１較正用発光部および前記第２較正用発光部に対して酸素消光性物質の励起光を放射する光照射部と、
前記測定用発光部の輝度を計測する測定用輝度計測部と、
前記第１較正用発光部の輝度を計測する第１較正用輝度計測部と、
前記第１較正用発光部の輝度を計測する第２較正用輝度計測部と、
前記第１較正用発光部および前記第２較正用発光部の輝度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、前記測定用発光部の輝度から酸素濃度を算出する演算部と、
を備えることを特徴とする酸素濃度計測装置。
【請求項８】
前記測定用発光部、前記第１較正用発光部、前記第２較正用発光部および前記光照射部が光ファイバの先端に設けられ、
前記測定用輝度計測部、前記第１較正用輝度計測部および前記第２較正用輝度計測部は、前記光ファイバによって伝送された前記測定用発光部、前記第１較正用発光部および前記第２較正用発光部から光の輝度をそれぞれ計測することを特徴とする請求項７に記載の酸素濃度計測装置。
【請求項９】
前記光照射部が光ファイバの先端に設けられ、
前記測定用発光部、前記第１較正用発光部および前記第２較正用発光部は、対象物体上に設けられ、
前記測定用輝度計測部、前記第１較正用輝度計測部および前記第２較正用輝度計測部は、前記光ファイバによって伝送された前記測定用発光部、前記第１較正用発光部および前記第２較正用発光部から光の輝度をそれぞれ計測することを特徴とする請求項７に記載の酸素濃度計測装置。
【請求項１０】
光ファイバ先端に設けられた酸素消光性物質に励起光を照射する工程と、
酸素消光性物質のうち酸素含有気体に面する領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、
酸素消光性物質のうち酸素が遮断された領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、
酸素が遮断された領域の輝度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、酸素が透過する領域の輝度から酸素濃度を算出する工程と、
を備えることを特徴とする酸素濃度計測方法。
【請求項１１】
対象物体上に設けられた酸素消光性物質に励起光を照射する工程と、
酸素消光性物質のうち酸素含有気体に面する領域の輝度光ファイバを用いてを計測する工程と、
酸素消光性物質のうち酸素が遮断された領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、
酸素が遮断された領域の輝度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、酸素が透過する領域の輝度から酸素濃度を算出する工程と、
を備えることを特徴とする酸素濃度計測方法。
【請求項１２】
光ファイバ先端に設けられた酸素消光性物質に励起光を照射する工程と、
酸素消光性物質の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、
酸素消光性物質近傍の温度を測定する工程と、
測定された温度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、酸素消光性物質の輝度から酸素濃度を算出する工程と、
を備えることを特徴とする酸素濃度計測方法。
【請求項１３】
対象物体上に設けられた酸素消光性物質に励起光を照射する工程と、
酸素消光性物質の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、
酸素消光性物質近傍の温度を測定する工程と、
測定された温度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、酸素消光性物質の輝度から酸素濃度を算出する工程と、
を備えることを特徴とする酸素濃度計測方法。
【請求項１４】
光ファイバ先端に設けられた酸素消光性物質に励起光を照射する工程と、
酸素消光性物質のうち酸素含有気体に面する領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、
酸素消光性物質のうち第１の所定濃度の酸素に面した領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、
酸素消光性物質のうち第１の所定濃度とは異なる第２の所定濃度の酸素に面した領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、
第１の所定濃度の酸素に面した領域の輝度および第２の所定濃度の酸素に面した領域の輝度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、酸素が透過する領域の輝度から酸素濃度を算出する工程と、
を備えることを特徴とする酸素濃度計測方法。
【請求項１５】
対象物上に設けられた酸素消光性物質に励起光を照射する工程と、
酸素消光性物質のうち酸素含有気体に面する領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、
酸素消光性物質のうち第１の所定濃度の酸素に面した領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、
酸素消光性物質のうち第１の所定濃度とは異なる第２の所定濃度の酸素に面した領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、
第１の所定濃度の酸素に面した領域の輝度および第２の所定濃度の酸素に面した領域の輝度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、酸素が透過する領域の輝度から酸素濃度を算出する工程と、
を備えることを特徴とする酸素濃度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃度を測定する装置および方法に関する。特に、本発明は、酸素消光性物質の輝度に基づいて酸素濃度を測定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蛍光発光の酸素による消光作用を利用した蛍光式酸素濃度計が知られている。多環芳香族や芳香族炭化水素を有する蛍光物質に光を照射すると蛍光を発する。この蛍光は酸素分子が存在すると、励起された蛍光分子が反応して一時的に複合体を形成し、酸素分子と蛍光分子の衝突確率に比例して消光現象が生じる。蛍光式酸素濃度計は、この消光現象を利用することで酸素濃度を求める。より具体的には、無酸素状態および有酸素状態での蛍光の輝度をＩ０およびＩとすると、輝度比（Ｉ０／Ｉ）は酸素濃度（分圧）に対して直線的比例関係にある。したがって、この相対的輝度を測定することによって酸素濃度を求めることができる。
【０００３】
たとえば、特開２００２−５２９６８２号公報は、光ファイバ先端に酸素消光性物質を塗布し、酸素濃度を計測する技術を開示する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−５２９６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
酸素消光性物質（多環芳香族や芳香族炭化水素を有する蛍光物質）は、時間の経過とともに劣化し蛍光輝度が減少するため、既定の輝度と酸素濃度との関係に基づいて酸素濃度を算出すると誤差が生じる。酸素消光性物質の劣化は、時間が長く経過する程進行するため、長時間に渡る酸素濃度測定は困難であった。
【０００６】
また、酸素消光性物質は、温度によって蛍光特性が変化するため、既定の輝度と酸素濃度との関係に基づいて酸素濃度を算出すると、温度差による誤差が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、酸素消光性物質の蛍光発光の輝度に基づいて酸素濃度が測定する上で、測定精度が向上させることを目的とする。また、本発明は、酸素消光性物質の蛍光発光の輝度に基づいて、長時間に渡りリアルタイムで酸素濃度を測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様においては、酸素濃度に応じて発光強度が変化する酸素消光性物質からなる測定用発光部と、前記測定用発光部の近傍に設けられ、酸素が遮断された酸素消光性物質からなる較正用発光部と、前記測定用発光部および前記較正用発光部に対して酸素消光性物質の励起光を放射する光照射部と、前記測定用発光部の輝度を計測する測定用輝度計測部と、前記較正用発光部の輝度を計測する較正用輝度計測部と、前記較正用発光部の輝度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、前記測定用発光部の輝度から酸素濃度を算出する演算部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記本発明のある態様においては、前記測定用発光部、前記較正用発光部および前記光照射部が光ファイバの先端に設けられ、前記測定用輝度計測部および前記較正用輝度計測部は、前記光ファイバによって伝送された前記測定用発光部および前記較正用発光部から光の輝度をそれぞれ計測してもよい。
【００１０】
上記本発明のある態様においては、前記光照射部が光ファイバの先端に設けられ、前記測定用発光部および前記較正用発光部は、対象物体上に設けられ、前記測定用輝度計測部および前記較正用輝度計測部は、前記光ファイバによって伝送された前記測定用発光部および前記較正用発光部から光の輝度をそれぞれ計測してもよい。
【００１１】
また、本発明の他の態様においては、酸素濃度に応じて発光強度が変化する酸素消光性物質からなる測定用発光部と、前記測定用発光部の近傍に設けられた温度検出部と、前記測定用発光部に対して酸素消光性物質の励起光を放射する光照射部と、前記測定用発光部の輝度を計測する測定用輝度計測部と、前記温度検出部で得られた温度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、前記測定用発光部の輝度から酸素濃度を算出する演算部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
上記本発明の他の態様においては、前記測定用発光部および前記温度検出部が光ファイバの先端に設けられ、前記測定用輝度計測部は、前記光ファイバによって伝送された前記測定用発光部からの光の輝度の輝度を計測してもよい。
【００１３】
上記本発明の他の態様においては、前記光照射部が光ファイバの先端に設けられ、前記測定用発光部および前記温度検出部は、対象物体上に設けられ、前記測定用輝度計測部および前記温度検出部は、前記光ファイバによって伝送された前記測定用発光部から光の輝度を計測してもよい。
【００１４】
また、本発明の他の態様においては、酸素濃度に応じて発光強度が変化する酸素消光性物質からなる測定用発光部と、前記測定用発光部の近傍に設けられ、所定酸素濃度における輝度を示す酸素消光性物質からなる第１較正用発光部と、前記測定用発光部の近傍に設けられ、前記所定酸素濃度とは異なる所定酸素濃度における輝度を示す酸素消光性物質からなる第２較正用発光部と、前記測定用発光部、前記第１較正用発光部および前記第２較正用発光部に対して酸素消光性物質の励起光を放射する光照射部と、前記測定用発光部の輝度を計測する測定用輝度計測部と、前記第１較正用発光部の輝度を計測する第１較正用輝度計測部と、前記第１較正用発光部の輝度を計測する第２較正用輝度計測部と、前記第１較正用発光部および前記第２較正用発光部の輝度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、前記測定用発光部の輝度から酸素濃度を算出する演算部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
上記本発明の他の態様においては、前記測定用発光部、前記第１較正用発光部、前記第２較正用発光部および前記光照射部が光ファイバの先端に設けられ、前記測定用輝度計測部、前記第１較正用輝度計測部および前記第２較正用輝度計測部は、前記光ファイバによって伝送された前記測定用発光部、前記第１較正用発光部および前記第２較正用発光部から光の輝度をそれぞれ計測してもよい。
【００１６】
上記本発明の他の態様においては、前記光照射部が光ファイバの先端に設けられ、前記測定用発光部、前記第１較正用発光部および前記第２較正用発光部は、対象物体上に設けられ、前記測定用輝度計測部、前記第１較正用輝度計測部および前記第２較正用輝度計測部は、前記光ファイバによって伝送された前記測定用発光部、前記第１較正用発光部および前記第２較正用発光部から光の輝度をそれぞれ計測してもよい。
【００１７】
また、本発明の他の態様においては、光ファイバ先端に設けられた酸素消光性物質に励起光を照射する工程と、酸素消光性物質のうち酸素含有気体に面する領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、酸素消光性物質のうち酸素が遮断された領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、酸素が遮断された領域の輝度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、酸素が透過する領域の輝度から酸素濃度を算出する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の他の態様においては、対象物体上に設けられた酸素消光性物質に励起光を照射する工程と、酸素消光性物質のうち酸素含有気体に面する領域の輝度光ファイバを用いてを計測する工程と、酸素消光性物質のうち酸素が遮断された領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、酸素が遮断された領域の輝度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、酸素が透過する領域の輝度から酸素濃度を算出する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の他の態様においては、酸素が透過する領域の輝度から酸素濃度を算出する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の他の態様においては、光ファイバ先端に設けられた酸素消光性物質に励起光を照射する工程と、酸素消光性物質の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、酸素消光性物質近傍の温度を測定する工程と、測定された温度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、酸素消光性物質の輝度から酸素濃度を算出する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の他の態様においては、対象物体上に設けられた酸素消光性物質に励起光を照射する工程と、酸素消光性物質の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、酸素消光性物質近傍の温度を測定する工程と、測定された温度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、酸素消光性物質の輝度から酸素濃度を算出する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の他の態様においては、光ファイバ先端に設けられた酸素消光性物質に励起光を照射する工程と、酸素消光性物質のうち酸素含有気体に面する領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、酸素消光性物質のうち第１の所定濃度の酸素に面した域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、酸素消光性物質のうち第１の所定濃度とは異なる第２の所定濃度の酸素に面した領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、第１の所定濃度の酸素に面した領域の輝度および第２の所定濃度の酸素に面した領域の輝度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、酸素が透過する領域の輝度から酸素濃度を算出する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の他の態様においては、対象物上に設けられた酸素消光性物質に励起光を照射する工程と、酸素消光性物質のうち酸素含有気体に面する領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、酸素消光性物質のうち第１の所定濃度の酸素に面した領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、酸素消光性物質のうち第１の所定濃度とは異なる第２の所定濃度の酸素に面した領域の輝度を光ファイバを用いて計測する工程と、第１の所定濃度の酸素に面した領域の輝度および第２の所定濃度の酸素に面した領域の輝度に基づいて得られる酸素消光性物質の輝度と酸素濃度との関係を用いて、酸素が透過する領域の輝度から酸素濃度を算出する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、酸素消光性物質の劣化特性を考慮に入れた上で、酸素消光性物質の蛍光発光の輝度に基づいて酸素濃度が測定されるため、測定精度が向上する。
【００２５】
また、本発明によれば、酸素消光性物質の温度依存性を考慮に入れた上で、酸素消光性物質の蛍光発光の輝度に基づいて酸素濃度が測定されるため、測定精度が向上する。
【００２６】
また、本発明によれば、２点補正により酸素消光性物質の蛍光発光の輝度と酸素濃度との関係が逐次求められるため、測定環境に測定精度が向上する。
【００２７】
この他、本発明によれば、酸素濃度の測定をリアルタイムで長時間に渡り測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。
【００２９】
図１は、実施形態に係る酸素濃度計測装置１０の構成を示す。酸素濃度計測装置１０は、光源２０、制御部３０、光ファイバ束４０、光センサ５０、増幅回路６０、Ａ／Ｄ変換回路７０、データ記憶部７２および演算部８０を備える。
【００３０】
光源２０は、後述する測定用発光部１００および較正用発光部１０２に用いられる酸素消光性物質の励起波長の光を放射する。光源２０の典型例は、波長４６０ｎｍの青色ＬＥＤ、４６０ｎｍの光学フィルターを備えたキセノンランプまたはメタルハライドランプである。光源２０は、制御部３０によって発光タイミングが制御される。
【００３１】
光ファイバ束４０は、励起光伝送用光ファイバ４２、発光検出用光ファイバ４４および較正用光ファイバ４６を含む。図２は、光ファイバ束４０先端部の斜視図である。また、図３は、光ファイバ束４０先端部の断面図である。励起光伝送用光ファイバ４２は、被覆４１の内側に同心円上に配置されている。発光検出用光ファイバ４４および較正用光ファイバ４６は、励起光伝送用光ファイバ４２の内側の領域を２分する形で配設されている。
【００３２】
励起光伝送用光ファイバ４２は、光源２０に接続された複数の光ファイバからなり、光源２０から放射された光を伝送する。励起光伝送用光ファイバ４２によって伝送された光は、光ファイバ束４０の先端部から投光される。
【００３３】
発光検出用光ファイバ４４は、光センサ５０に接続された複数の光ファイバからなり、先端部に測定用発光部１００が塗布されている。測定用発光部１００は、膜厚１μｍ〜数十μｍのルテニウムポルフィリン錯体などの酸素消光性物質からなる。測定用発光部１００の酸素消光性物質は、光ファイバ束４０の先端部から投光された光により励起され、蛍光発光を発する。測定用発光部１００から放射された光は、発光検出用光ファイバ４４を通って、光センサ５０に到達する。
【００３４】
較正用光ファイバ４６は、光センサ５０に接続された複数の光ファイバからなり、先端部に較正用発光部１０２が塗布され、較正用発光部１０２の表面上には酸素遮断部材１０４が貼り付けられている。酸素遮断部材１０４は、酸素不透過性の材料であり、たとえば、ガラス平板、アクリル板等を用いることができる。較正用発光部１０２は、測定用発光部１００と同じ膜厚１μｍ〜数十μｍの酸素消光性物質からなる。較正用発光部１０２の酸素消光性物質は、光ファイバ束４０の先端部から投光された光により励起され、蛍光を発する。較正用発光部１０２から放射された光は、較正用光ファイバ４６を通って、光センサ５０に到達する。
【００３５】
上記構成により較正用発光部１０２は、酸素遮断部材１０４により外気中の酸素が遮断されるため、酸素濃度がゼロの状態に保たれる。したがって、較正用発光部１０２の酸素消光性物質は、酸素濃度ゼロの状態の蛍光特性を示す。
【００３６】
光センサ５０は、発光検出用光ファイバ４４および較正用光ファイバ４６によって伝送された光を検出する。光センサ５０の具体例は、フォトダイオード、ＣＣＤなどの光電変換素子である。
【００３７】
光センサ５０は検出した光を電気信号に変換して出力する。出力された電気信号は増幅回路６０により増幅される。増幅回路６０で増幅された電気信号は、Ａ／Ｄ変換回路７０によりデジタルデータに変換され、測定用発光部１００または較正用発光部１０２の輝度値として演算部８０に送られる。
【００３８】
光センサ５０は、発光検出用光ファイバ４４および較正用光ファイバ４６からの光を別個のフォトダイオード等により同時に検出してもよく、検出タイミングを切り替えることにより１つのフォトダイオード等を用いて検出してもよい。なお、光センサ５０としてＣＣＤを用いる場合には、測定用発光部１００および較正用発光部１０２の発光の様子を画像化することができる。
【００３９】
データ記憶部７２は、酸素濃度算出に用いられる酸素濃度と輝度値との関係に関するデータを予め記憶する。酸素濃度と輝度値との関係に関するデータとは、たとえば、輝度値の酸素濃度依存性を示す検定線である。
【００４０】
図４は、酸素濃度算出用の検定線２００を示すグラフである。この検定線２００を用いると、輝度値に対応する酸素濃度を求めることができる。ただし、検定線２００を用いて酸素濃度を算出した場合には、酸素消光性物質の劣化特性が考慮されない。図４の検定線２００は、たとえば、酸素濃度計測装置１０の組立時や出荷前の検査時に、大気中（酸素濃度２０．８％）において、測定用発光部１００の輝度値（座標Ａ）および較正用発光部１０２の輝度値（座標Ｂ）を取得することにより得られる。
【００４１】
演算部８０は、入力された測定用発光部１００および較正用発光部１０２の輝度値、ならびにデータ記憶部７２に格納された検定線を使って、酸素濃度を算出する。以下に、図６のフローチャートを用いて、酸素濃度算出の手順について述べる。
【００４２】
まず、測定用発光部１００の輝度値Ｉａが取得される（Ｓ１０）。輝度値Ｉａの取得と同時または相前後して較正用発光部１０２の輝度値Ｉｂが取得される（Ｓ２０）。
【００４３】
輝度値Ｉｂを使って、検定線が修正される（Ｓ３０）。図６は、検定線の修正方法を示す図である。修正後の検定線２１０は、修正前の検定線２００と同じ傾きであり、座標Ｃ（酸素濃度ゼロ、輝度値Ｉｂ）を通る。検定線２１０は、輝度値Ｉａ取得時の輝度値の酸素濃度依存性を現す。
【００４４】
検定線２１０に基づいて、輝度値Ｉａに対応する酸素濃度が算出される（Ｓ４０）。検定線２１０を用いて酸素濃度を算出することにより、酸素消光性物質の劣化特性（経時変化）を考慮することができ、より正確な酸素濃度の算出が可能となる。また、酸素消光性物質の劣化特性を考慮に入れた酸素濃度を時系列にリアルタイムで長時間に渡り計測することができる。酸素濃度計測装置１０の応用例としては、燃料電池内、ターボ内、エンジン筒内などの酸素濃度測定が考えられる。
【００４５】
なお、本実施形態の光ファイバ束２０の先端部は、図３の構成に限られない。たとえば、図７に示すように、コの字型（凹型）の酸素遮断部材１０４を較正用発光部１０２の上に貼り付け、酸素遮断部材１０４と較正用発光部１０２との間の空間に、酸素を吸収する脱酸素剤１１２を設けてもよい。脱酸素剤１１２としては、たとえば、鉄の酸化反応を利用して酸素を吸収する鉄粉を用いることができる。これによれば、較正用発光部１０２への酸素の侵入をより効果的に防ぐことができ、さらに正確な酸素濃度の算出が可能となる。
【００４６】
図８は、他の実施形態に係る酸素濃度計測装置１２の構成を示す。酸素濃度計測装置１２の説明では、酸素濃度計測装置１０と同様な構成については適宜省略する。
【００４７】
酸素濃度計測装置１２の光ファイバ束３００は、図１に記載の較正用光ファイバ４６に代えて温度取得用光ファイバ３１０を備える。温度取得用光ファイバ３１０の先端部には、図９に示すように、温度を表示する温度表示部３１２が設けられている。温度表示部３１２は、たとえば、コレステリック効果により反射光のスペクトルが変わる感温液晶を用いることができる。温度表示部３１２の光は、温度取得用光ファイバ３１０によって光センサ５０に伝送される。光センサ５０としてＣＣＤが用いられ、温度表示部３１２の色が画像化される。
【００４８】
データ記憶部７２は、温度依存性が加味された酸素濃度算出に用いられる酸素濃度と輝度値との関係に関するデータを予め記憶する。温度依存性が加味された酸素濃度と輝度値との関係に関するデータとは、たとえば、０〜３００℃までの１℃きざみの各温度において、輝度値の酸素濃度依存性を示す検定線である。各温度に対応する検定線を用いることにより、光ファイバ束３００先端部の温度に応じた酸素濃度を求めることができる。
【００４９】
演算部８０は、測定用発光部１００の輝度値、温度表示部３１２の画像、およびデータ記憶部７２に格納された検定線を使って、酸素濃度を算出する。以下に、図１０のフローチャートを用いて、酸素濃度算出の手順について述べる。
【００５０】
まず、測定用発光部１００の輝度値Ｉａが取得される（Ｓ１００）。さらに、温度表示部３１２の画像に基づいて、温度表示部３１２の温度が算出される（Ｓ１１０）。
【００５１】
算出された温度に対応する検定線がデータ記憶部７２から読み込まれる（Ｓ１２０）。
【００５２】
読み込まれた検定線に基づいて、輝度値Ｉａに対応する酸素濃度が算出される（Ｓ１３０）。このように温度ごとに設定された検定線を用いて酸素濃度を算出することにより、酸素消光性物質の温度特性を考慮することができ、より正確な酸素濃度の算出が可能となる。
【００５３】
なお、光ファイバ束３００先端部の温度の測定方法は、上記構成に限られない。たとえば、光ファイバ束３００先端部に熱電対を設けることによっても光ファイバ束３００先端部の温度を測定することができる。
【００５４】
図１１は、さらに他の実施形態に係る酸素濃度計測装置１４の構成を示す。
【００５５】
酸素濃度計測装置１４の光ファイバ束４００は、図１に記載の較正用光ファイバ４６に代えて第１較正用光ファイバ４１０および第２較正用光ファイバ４２０を備える。
【００５６】
図１２は、光ファイバ束４００先端の斜視図を示し、図１３は、図１２におけるＡ−Ａ断面の第１較正用光ファイバ４１０および第２較正用光ファイバ４２０側の構成を示す。第１較正用光ファイバ４１０の先端部には、第１較正用発光部４３０が設けられ、第１較正用発光部４３０の上に、酸素遮断部材４４０が設けられている。また、第２較正用光ファイバ４２０の先端部には、第２較正用発光部４５０が設けられ、第２較正用発光部４５０の上に、コの字型（凹型）の酸素遮断部材４６０が設けられている。酸素遮断部材４６０と第２較正用発光部４５０との間の空間４７０には、大気圧、濃度２０．８％の酸素が密封状態で保持されている。
【００５７】
演算部８０は、測定用発光部１００の輝度値、第１較正用発光部４３０の輝度値および第２較正用発光部４５０の輝度値に基づいて酸素濃度を算出する。以下に、図１４のフローチャートを用いて、酸素濃度算出の手順について述べる。
【００５８】
まず、測定用発光部１００の輝度値が取得される（Ｓ２００）。輝度値の取得と同時または相前後して、第１較正用発光部４３０および第２較正用発光部４５０の輝度値が取得される（Ｓ２１０）。
【００５９】
第１較正用発光部４３０（酸素濃度０％）および第２較正用発光部４５０（酸素濃度２０．８％）の輝度値を使って、検定線が作成される（Ｓ２２０）。
【００６０】
図１５は、２点補正によって得られる検定線を示す図である。検定線５００は、ある時刻において得られた、酸素濃度０％の輝度値（座標Ｅ）と、酸素濃度２０．８％の輝度値（座標Ｄ）とを結ぶことにより得られる。所定時間経過後の検定線５１０は、改めて取得された酸素濃度０％の輝度値（座標Ｇ）と、酸素濃度２０．８％の輝度値（座標Ｆ）とを結ぶことにより得られる。このように、任意の時間において、酸素濃度２０．８％と酸素濃度０％の輝度値が得られるため、劣化した酸素消光性物質に適応する酸素濃度算出用の検定線が逐次求められる。
【００６１】
作成された検定線に基づいて、測定用発光部１００の輝度値に対応する酸素濃度が算出される（Ｓ２３０）。
【００６２】
このように、劣化した酸素消光性物質に適応する酸素濃度算出用の検定線が逐次作成されるため、検定線を予め用意することなく、より正確な酸素濃度の算出が可能となる。
【００６３】
なお、第１較正用発光部４３０および第２較正用発光部４５０は、互いに異なる既知濃度の酸素に面していればよく、空間４７０の酸素濃度は２０．８％に限られず、任意の濃度に設定することができる。また、第１較正用発光部４３０も第２較正用発光部４５０と同様に密閉空間内の所定濃度の酸素に面していてもよい。
【００６４】
以上説明した実施形態においては、いずれも光ファイバ束の先端部に、測定用発光部、較正用発光部、温度表示部等が設けられているが、このような構成に代えて、たとえば、ＭＥＡ（膜電極接合体）等の対象物上に測定用発光部、較正用発光部、温度表示部等を設けてることができる。
【００６５】
図１６は、酸素濃度計測装置１４の測定用発光部等をＭＥＡ６００上に設けた場合の構成（酸素濃度計測装置１６）を示す図である。
【００６６】
ＭＥＡ６００上には、測定用発光部６１０、第１較正用発光部６２０および第２較正用発光部６３０が設けられている。第１較正用発光部６２０は、図１３の第１較正用発光部４３０と同様に図示しない酸素遮断部材により被覆されている。また、第２較正用発光部６３０上には、図１３の第２較正用発光部４５０と同様に、図示しないコの字型（凹型）の酸素遮断部材が設けられ、第２較正用発光部６３０と酸素遮断部材との間に、大気圧、濃度は２０．８％の酸素が密閉されている。
【００６７】
光ファイバ束４００の先端部は、測定用発光部６１０、第１較正用発光部６２０および第２較正用発光部６３０上に位置し、励起光伝送用光ファイバ４２は、測定用発光部６１０、第１較正用発光部６２０および第２較正用発光部６３０に励起光を照射する。
【００６８】
測定用発光部６１０、第１較正用発光部６２０および第２較正用発光部６３０は、発光検出用光ファイバ４４、第１較正用光ファイバ４１０および第２較正用光ファイバ４２０を経由して画像化され、それぞれの輝度値が求められる。
【００６９】
測定用発光部６１０、第１較正用発光部６２０および第２較正用発光部６３０の輝度値を用いて、図１４のフローチャートと同様な手順により酸素濃度が算出される。
【００７０】
これによれば、ＭＥＡ表面等の対象物体の酸素濃度を直接精度良く測定することができる。また、ＭＥＡ表面の酸素濃度をリアルタイムで精度良く測定することにより、燃料ガス（酸素・エアー）の投入圧力や投入流量へのフィードバック制御ができる。
【００７１】
なお、図１６の酸素濃度計測装置１６においては、発光検出用の光ファイバとして、発光部ごとに発光検出用光ファイバ４４、第１較正用光ファイバ４１０および第２較正用光ファイバ４２０を用いているが、共通の光ファイバにより測定用発光部６１０、第１較正用発光部６２０および第２較正用発光部６３０を全体画像として画像化し、各領域に相当する画像から輝度値を求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施形態に係る酸素濃度計測装置１０の構成を示す図である。
【図２】光ファイバ束４０先端部の斜視図である。
【図３】光ファイバ束４０先端部の断面図である。
【図４】酸素濃度算出用の検定線２００を示すグラフである。
【図５】酸素濃度計測装置１０における酸素濃度算出の手順を示すフローチャートである。
【図６】検定線の修正方法を示す図である。
【図７】光ファイバ束４０の先端部の他の構成を示す図である。
【図８】他の実施形態に係る酸素濃度計測装置１２の構成を示す図である。
【図９】酸素濃度計測装置１２の光ファイバ束３００先端部の断面図である。
【図１０】酸素濃度計測装置１２における酸素濃度算出の手順を示すフローチャートである。
【図１１】他の実施形態に係る酸素濃度計測装置１４の構成を示す図である。
【図１２】光ファイバ束４００先端の斜視図である。
【図１３】図１２におけるＡ−Ａ断面の第１較正用光ファイバ４１０および第２較正用光ファイバ４２０側の構成を示す図である。
【図１４】酸素濃度計測装置１４における酸素濃度算出の手順を示すフローチャートである。
【図１５】２点補正によって得られる検定線を示す図である。
【図１６】酸素濃度計測装置１４の測定用発光部等をＭＥＡ６００上に設けた場合の構成（酸素濃度計測装置１６）を示す。
【符号の説明】
【００７３】
１０  酸素濃度計測装置、２０  光源、３０  制御部、４０  光ファイバ束、５０  光センサ、６０  増幅回路、７０  Ａ／Ｄ変換回路、８０  演算部。
【図１】
2005195354.tif 000003
【図２】
2005195354.tif 000004
【図３】
2005195354.tif 000005
【図４】
2005195354.tif 000006
【図５】
2005195354.tif 000007
【図６】
2005195354.tif 000008
【図７】
2005195354.tif 000009
【図８】
2005195354.tif 000010
【図９】
2005195354.tif 000011
【図１０】
2005195354.tif 000012
【図１１】
2005195354.tif 000013
【図１２】
2005195354.tif 000014
【図１３】
2005195354.tif 000015
【図１４】
2005195354.tif 000016
【図１５】
2005195354.tif 000017
【図１６】
2005195354.tif 000018