(57)【要約】流体、特に輸送および工業用途で用いられる炭化水素系流体の品質および／または化学的状態のオンライン光学モニタリング用装置。本装置は、ＩＲ透過性内部反射素子（ＩＲＥ）を備え、ＩＲＥは少なくとも１つのほぼ平らな面、少なくとも１つの凸面および、ＩＲＥの平らな面に入射し、流体と接触し得るＩＲＥの少なくとも１つの凸面で少なくとも一回内部反射し、ＩＲＥの平らな面から出射し、検出器において受光される光源からの光が通る、少なくとも２つの固有に定められた中心周波数および帯域幅のＩＲ光路を有する。本装置は、各光路の光源に電力を供給し、検出器から出力を受ける電子機器も備える。本装置は、固有に定められた周波数において、ＩＲＥの内部で反射したＩＲ光を個別にモニタするように制御することができる。
2006515072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、以下：
ａ）少なくとも１つの本質的に平らな面と、流体と接触し得る少なくとも１つの凸面とを有するＩＲ透過性内部反射素子（ＩＲＥ）、
ｂ）１つ以上の光源からの放射光により周波数が固有に決定される少なくとも２つのＩＲ光路であって、該放射光は、該ＩＲＥの平らな面に入射し、流体と接触し得る該ＩＲＥの凸面で少なくとも１回内部反射し、該ＩＲＥの平らな面を出射し、そして１つ以上の検出器において受光される、ＩＲ光路、および
ｃ）光路に電力を供給し、各光路の受光量を個別にモニタし、モニタした受光量に関する情報を伝える電子機器
を備える、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記光路の光源は、少なくとも１つのＩＲ光エミッタを備え、該光路の検出器は少なくとも１つのＩＲ光センサを備える、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記光路の固有の周波数は、以下：
ａ）該光路の光源が決定された周波数において光を放射するのみであること、
ｂ）該光路の検出器が決定された周波数において光を受光するのみであること、
ｃ）決定された周波数の光学フィルタが該光路の光源と検出器との間に配置されること、および
ｄ）それらの組み合わせ
のうちの少なくとも１つによって決定される、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記光路に受光された光量は、本質的にすべての該光路のＩＲ光を提供する制御可能なＩＲ光源を用いて独立してモニタリングされ、ここで、以下：
ａ）該光源が決定された周波数において光を放射するのみであること、
ｂ）決定された周波数の光学フィルタが該光源と前記ＩＲＥとの間に配置されること、および
ｃ）それらの組み合わせ、
のうちの少なくとも１つが生じる、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記光路に受光された光量は、本質的にすべての該光路のＩＲ光を受光する制御可能なＩＲ検出器を用いて独立してモニタリングされ、ここで、以下：
ａ）該検出器が決定された周波数の光を受光するのみであること、
ｂ）決定された周波数の光学フィルタが該検出器と前記ＩＲＥとの間に配置されること、および
ｃ）それらの組み合わせ
のうちの少なくとも１つが生じる、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記光源および前記検出器を有する前記光路に受光された光量は、独立してモニタリングされ、該光源は、複数の該光路に広帯域のＩＲ光を放射し、該検出器は、複数の該光路から広帯域のＩＲ光を受光し、ここで、以下：
ａ）該光源と前記ＩＲＥとの間で、該経路が、該経路を光が通過するのを可能にするかまたは遮断するように制御され得る決定された周波数の光学フィルタおよび光学素子を備えること、
ｂ）該検出器と該ＩＲＥとの間で、該経路が、該経路を光が通過するのを可能にするかまたは遮断するように制御され得る決定された周波数の光学フィルタおよび光学素子を備えること、および
ｃ）それらの組み合わせ
のうちの少なくとも１つが生じる、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、前記光路が前記流体と接触し得るＩＲＥの少なくとも１つの凸面で起こす反射の数は、以下：
ａ）該ＩＲＥの形状、
ｂ）該ＩＲＥの面特性、
ｃ）該光路のＩＲ光源光が該ＩＲＥに入射する該ＩＲＥ平面における相対的位置、
ｄ）該光路の検出器が該ＩＲＥを出射する光を受光する該ＩＲＥ平面における相対的位置、および
ｅ）それらの組み合わせ
のうちの少なくとも１つによって決定される、装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、前記ＩＲＥ形状は、以下：
ａ）本質的に半球状、
ｂ）本質的に縦長の棒の断面、
ｃ）本質的に縦長の管の断面、および
ｄ）それらの組み合わせ
のうちの１つである、装置。
【請求項９】
請求項７に記載の装置であって、前記ＩＲＥの面特性は、以下：
ａ）前記ＩＲＥ凸面の被覆、
ｂ）該凸面断面を隔てる該ＩＲＥの外へ光を伝送する不連続性、
ｃ）該凸面断面を隔てる前記検出器によって受光されない方向に光を反射する不連続性
ｄ）該凸面断面を隔てる実質的にすべてのＩＲ光を吸収する不連続性および
ｅ）それらの組み合わせ
のうちの少なくとも１つを含む、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、前記ＩＲＥ凸面の被覆は、該被覆と接する前記流体とは本質的に無関係な、決定された量のＩＲ光を反射する、装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の装置であって、前記ＩＲＥ凸面断面を隔てる不連続性は、以下：
ａ）該面における少なくとも１つの溝、
ｂ）表面の粗さ、
ｃ）該ＩＲＥの物質特性の変化、および
ｄ）それらの組み合わせ
のうちの少なくとも１つを含む、装置。
【請求項１２】
請求項７に記載の装置であって、前記光路のＩＲ光源光が前記ＩＲＥに入射する該ＩＲＥ平面における相対的位置が、以下：
ａ）該光源の出力の該ＩＲＥ平面に本質的に隣接する位置をマウントすること、
ｂ）前記光源からの光と連絡する光学素子の出力の該ＩＲＥ平面に本質的に隣接する位置をマウントすること；および
ｃ）それらの組み合わせ  
のうちの１つによって決定される、装置。
【請求項１３】
請求項７に記載の装置であって、光路が前記ＩＲＥを出射するＩＲＥ平面における相対的位置は、以下：
ａ）検出器の入力の該ＩＲＥ平面に本質的に隣接する位置をマウントすること、
ｂ）前記検出器への光に連絡する光学素子の入力の該ＩＲＥ平面に本質的に隣接する位置をマウントすること、および
ｃ）それらの組み合わせ
のうちの１つによって決定される、装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置であって、前記光路は、以下：
ａ）前記光源と前記ＩＲＥとの間で、該光源から放射される光を整列させるためのレンズ、
ｂ）該ＩＲＥと前記検出器との間で、該ＩＲＥを出射し前記検出器によって受光される光の角度を制限するためのレンズ、および
ｃ）それらの組み合わせ
のうちの少なくとも１つを備える、装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置であって、前記電子機器は、各々の前記光路に受光される光の量を独立してモニタリングするために制御手段を備える、装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の装置であって、前記電子機器は、各々の前記光路に受光される光の量を独立してモニタリングするために外部の制御情報を使用する、装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の装置であって、前記電子機器は、モニタリングされた光受容に応じた情報として、各々の光路に関する検出器の電気的出力を連絡する、装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の装置であって、前記電子機器は、前記各々光路に関する検出器の電気的出力を適切なデータに変換し、これらのデータをモニタリングされた光受容に応じた情報として連絡する、装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の装置であって、前記電子機器は、各々の前記光路に関するＩＲ検出器の電気的出力を分析して、前期ＩＲＥの凸面に接触する流体の質、状態またはそれらの組み合わせを含む群から選択される特性を決定し、そしてその決定をモニタリングされた光受容に応じた情報として連絡する手段を備える、装置。
【請求項２０】
流体のオンラインモニタリングのためのプロセスであって、以下：
ａ）少なくとも１つの光源から光を放射して、ＩＲＥの少なくとも１つの本質的に平らな面に入射させる工程、
ｂ）該光を、ＩＲＥの少なくとも１つの凸面で少なくとも１回内部反射させる工程であって、ここで、該凸面は、流体に接触しており、該ＩＲＥの少なくとも１つの本質的に平らな面で出射する該反射光を有する、工程、
ｃ）該出射光の少なくとも一部分を、少なくとも１つの検出器で受光する工程、および
ｄ）少なくとも２つのＩＲ光路の、固有に決定される周波数が、独立的にモニタリングされるように、該少なくとも１つの光源から放射された光、および該少なくとも１つの検出器によって受光された反射光を制御する工程であって、ここで、該流体の質、状態およびそれらの組み合わせを含む群から選択される特性が、モニタリングされる、工程
を包含する、プロセス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、流体モニタリングおよび流体分析に関する。本明細書中で用いられる流体は、液体であっても気体であってもよい。本発明は、例えば潤滑油、天然および／または合成モーターオイル、標準添加剤および／または補助剤、燃焼機関燃料、その他の炭化水素系流体など、輸送および工業用途で用いられる流体をオンライン（すなわち、使用中）で光学的にモニタする。本発明はさらに、流体の光吸収を用いて、例えば基材流体、機能添加剤の量または不足量、望ましくない液体または固体による汚染、化学的分解に起因する流体の全体的劣化、または流体の種類、状態または質に関連するその他の変化量を測定する流体の質および／または状態のオンライン分析用装置に関する。
【０００２】
流体は、多くの装置および／またはプロセスの適正な動作にとって不可欠の要素である。例えば、内燃機関が長期の使用期間にわたって効率よく動力を提供するためには潤滑油が必要であり、最小限の廃棄物しか排出しない適正なエンジン動作には高質燃料が必要であり、迅速な金属屑除去および最大ツール寿命には金属工作流体が必要である。対象となる流体が用途に対して適正な質であるとき、最適な性能が実現される。特定の用途に対して、好ましくは、流体は適切な基材流体および適正な機能添加剤、例えば腐食抑制剤、摩擦改質剤、分散剤、界面活性剤、清浄剤などを含む。使用または消費の間、流体の状態は定められた限度内に維持される必要がある。すなわち、化学的および／またはその他の流体の変化は適正な性能規格内にある必要がある。
【０００３】
多くの場合、装置所有者および／またはプロセス運転者は、適正な質の流体を供給することは供給者に頼り、適正な流体条件を維持することは定期的なレベルチェックおよび流体交換に頼る。しかし、これだけでは本来的に限界があり、突発的な流体交換または破局的な流体不良に対する防御策とはならない。さらに、耐用寿命を余して流体を尚早に交換または更新すると、定期的メンテナンス間隔は浪費となる可能性がある。ただし、そのような時期尚早なメンテナンスは、多くの場合、過度に劣化した流体に起因するリスク損傷または非効率的な運転よりは望ましい。いずれにせよ、流体のメンテナンスが流体の寿命終期（自然または非自然）またはその近くで行なわれれば、所有者および／または運転者は、損傷または非効率的な運転の危険を冒すことなく、流体メンテナンスコストを最小にできる。従って、使用中に流体の初期質および流体の連続的状態の実質的に「リアルタイム」の測定を提供するオンライン流体モニタリング方法および装置が望まれる。
【０００４】
赤外（ＩＲ）分光法は、流体の質および状態に関する情報を得るために長い間用いられてきたツールである。一般に、ＩＲ分光法装置は、対象となる流体中に広い周波数のＩＲ光を透過させるか、または対象となる流体と接触する十分に高い屈折率のＩＲ透過性素子（当分野では内部反射素子またはＩＲＥとして知られている）の表面で広い周波数のＩＲ光を反射させる。装置内に流体がなければ、すべての光周波数（波長）は同等に透過または反射される。しかし、流体が存在すれば、ＩＲ光は特定の流体化学基に関連する特定の振動数で吸収される。吸収されるＩＲ光量は、特定の化学物質濃度の関数である。いくつかの流体化学基、例えばヘビーデューティーディーゼルエンジン潤滑油中のすすも広い周波数範囲でＩＲ光を吸収する。これらの基の濃度は、他の基による吸収が生じない１つ以上の周波数でＩＲ吸光度のシフトを比較することによって測定される。すなわち、ベースライン吸収のシフトを測定する。従って、谷の部分と、変化したベースライン吸収とのＩＲスペクトルを分析することによって、流体の質および状態の情報を測定できる。
【０００５】
定評ある分析能力にもかかわらず、ＩＲ分光法は主に実験室ツールにとどまってきた。特に、リアルタイム流体分析用のＩＲ分光法のオンライン使用は、ＩＲ装置コスト、サイズ、衝撃および振動に対する脆さ、およびデータ解析の複雑さなどの諸問題のために、基本的に固定プラントの化学プロセスをモニタすることに限られてきた。ＩＲ装置は衝撃および振動に対して脆い比較的大きく高価な可動部品を有する必要があり、比較的高価なデータ解析用ハードウェアおよびソフトウェアを備える必要もあるため、これらの諸問題のほとんどは最適な流体分析のためにＩＲスペクトル全体をモニタすることに直接関連する。
【０００６】
しかし、ＩＲスペクトル全体の代わりにある数の個別の周波数だけをモニタすることによって、十分な流体分析を行なうことができるオンライン利用法がある。本明細書中で用いられるモニタ周波数は、定められた中心周波数およびバンド幅を有するある範囲の周波数であり、従って本明細書中で説明する周波数をモニタするためのすべての光路は、定められた中心周波数およびバンド幅を有するある範囲の周波数を放射し、検出しまたは濾波する光源、検出器またはフィルタを含む。流体を十分に分析するために必要な個別周波数の数は、一般的には２０未満、より一般的には５未満であるが、用途によっては十分な分析のために２０を超える周波数が必要なことがある。これらの個別周波数使用によって、必要なデータ解析用ハードウェアおよびソフトウェアは最小限となり、上記で説明したオンラインＩＲ流体分析の他の諸問題に対処するために、いくつかの手法が取り上げられた。
【０００７】
１つの個別周波数手法は、固定プリズムと、プリズムに対して固定された位置にある個別検出器を用いて所望の周波数をモニタする。この手法は、衝撃および振動に対する脆さの問題を最小限にするが、十分な周波数分解能を得るため、すなわち検出器が受光する周波数のバンド幅を最小限にするために必要な光路長が原因となって、装置サイズは比較的大きなままである。広い温度範囲にわたってＩＲ装置が動作する必要のある用途なら、プリズム中の光路長に影響する熱膨張のために動作安定性が問題となる可能性がある。この手法は装置コストを低減したが、プリズムを製造するために必要な精度および検出器を配置することにも依然かなりのコストがかかる。
【０００８】
別の個別周波数手法は、コスト的に有利で、コンパクトで、頑丈で、温度変動の影響をほとんど受けず、流体と接触するＩＲ透過性ＩＲＥを含み得る光路を創り出すために、所望のＩＲ周波数のフィルタ、光源または検出器を用いる。しかし、特にモニタされる流体内の変化を適正に分解するために各周波数に対して異なる数の内部反射が必要なとき、従来の設計は、単一センサパッケージ中で２つ以上のＩＲ周波数をどのようにモニタするかという問題を実際上解決していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、個別周波数ＩＲ装置の既存の手法の限界を克服するものである。本発明は、ＩＲＥを備える小型、低コスト、頑丈なＩＲ装置であり、このＩＲ装置は、広い温度範囲にわたって、ＩＲＥ中で定められた反射数をそれぞれ有する多数のＩＲ周波数をモニタすることができる。本装置は、オンラインで使用して流体のリアルタイム質および／または状態に関する情報を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（発明の要旨)
本発明は、以下：
ａ）少なくとも１つのほぼ平らな面と、流体と接触し得る少なくとも１つの凸面を有するＩＲ透過性内部反射素子（ＩＲＥ）、
ｂ）ＩＲＥの平らな面に入射し、流体と接触し得るＩＲＥの凸面で少なくとも一回内部反射し、ＩＲＥの平らな面から出射し、検出器において受光される光源からの放射光が通る、少なくとも２つの固有に定められた周波数のＩＲ光路、および
ｃ）ｉ）光路に電力を供給し、ｉｉ）各光路の受光量を独立にモニタし、ｉｉｉ）モニタした受光量に関する情報を伝える電子機器
を含む流体の１つ以上の性質または状態を測定することに使用するための装置である。
【００１１】
本発明の１つの特徴は、光路光源が少なくとも１つのＩＲ光エミッタを備えることである。
【００１２】
本発明の別の特徴は、光路検出器が少なくとも１つのＩＲ光センサを備えることである。
【００１３】
本発明の別の特徴は、光路の固有周波数が以下の事項、すなわちａ）光路の光源が定められた周波数においてのみ光を放射する、ｂ）光路の検出器が定められた周波数においてのみ光を受光する、ｃ）定められた周波数の光フィルタを光路の光源と検出器との間に配置する、またはｄ）前記事項の組み合わせ、の少なくとも１つによって定められることである。
【００１４】
本発明の別の特徴は以下の事項、すなわちａ）光源が定められた周波数においてのみ光を放射する、ｂ）定められた周波数の光フィルタを光源とＩＲＥとの間に配置する、またはｃ）前記事項の組み合わせ、の少なくとも１つが成立する場合に、基本的にすべての光路のＩＲ光を供給する制御可能なＩＲ光源を有することによって、光路の受光量を個別にモニタできることである。
【００１５】
本発明の別の特徴は以下の事項、すなわちａ）検出器が定められた周波数の光だけを受光する、ｂ）定められた周波数の光学フィルタを検出器とＩＲＥとの間に配置する、あるいはｃ）前記事項の組み合わせ、の少なくとも１つが成立する場合に、基本的にすべての光路のＩＲ光を受光する制御可能なＩＲ検出器を有することによって、光路の受光量を個別にモニタできることである。
【００１６】
本発明の別の特徴は以下の事項、すなわちａ）光路が、定められた周波数の光学フィルタと、光を通り抜けさせるか光路中で遮断するかどちらかに制御できる光学素子とを光源とＩＲＥとの間に備える、ｂ）光路が、定められた周波数の光学フィルタと、光を通り抜けさせるか光路中で遮断するかどちらかに制御できる光学素子とを検出器とＩＲＥとの間に備える、またはｃ）前記事項の組み合わせ、の少なくとも１つが成立する場合に、複数の光路に共通の広帯域光源および複数の光路に共通の広帯域検出器を有する光路の受光量を個別にモニタできることである。
【００１７】
本発明の別の特徴は、流体と接触し得るＩＲＥの少なくとも１つの凸面で光路が行なう主反射数が以下の事項、すなわちａ）ＩＲＥの形状、ｂ）ＩＲＥの表面の性質、ｃ）光路のＩＲ光源の光がＩＲＥに入射する場所のＩＲＥ平面における相対的な位置、ｄ）光路の検出器がＩＲＥから出る光を受光する場所のＩＲＥ平面における相対位置、あるいはｅ）前記事項の組み合わせ、の少なくとも１つによって定められることである。
【００１８】
本発明の別の特徴は、ＩＲＥの形状が以下の事項、すなわちａ）ほぼ半球形、ｂ）ほぼ縦長の棒形断片、ｃ）ほぼ縦長の管形断片、およびｄ）前記事項の組み合わせ、の１つであってよいことである。
【００１９】
本発明の別の特徴は、ＩＲＥの表面の性質が以下の事項、すなわちａ）ＩＲＥ凸面上の被覆層、ｂ）凸面の区域を分割して光をＩＲＥ外に透過させる不連続部分、ｃ）凸面の区域を分割して検出器が受光しない方向に光を反射する不連続部分、ｄ）表面区域を分割してＩＲ光を実質的にすべて吸収する不連続部分、またはｅ）前記事項の組み合わせ、の少なくとも１つを含んでよいことである。
【００２０】
本発明の別の特徴は、ＩＲＥ凸面上の被覆層が、基本的に被覆層と接触している流体には依らず、定められた量のＩＲ光を反射できることである。
【００２１】
本発明の別の特徴は、ＩＲＥ不連続部分が以下の事項、すなわちａ）表面にある少なくとも１つの溝、ｂ）表面粗面化処理、ｃ）ＩＲＥの物性の変化、またはｅ）前記事項の組み合わせ、の少なくとも１つであることである。
【００２２】
本発明の別の特徴は、光路がＩＲＥに入射する場所の相対的な位置が以下の事項、すなわちａ）ＩＲＥ平面にほぼ隣接し、光源出力が取り付けられている位置、またはｂ）ＩＲＥ平面にほぼ隣接し、光源からの光を伝える導光管の出力が取り付けられている位置、の１つによって定められることである。
【００２３】
本発明の別の特徴は、光路がＩＲＥから出る場所の相対的な位置が以下の事項、すなわちａ）ＩＲＥ平面にほぼ隣接し、検出器の入力が取り付けられている位置、またはｂ）ＩＲＥ平面にほぼ隣接し、検出器への光を伝える導光管の入力が取り付けられている位置、の１つによって定められることである。
【００２４】
本発明の別の特徴は、光路が以下の事項、すなわちａ）光源とＩＲＥとの間にあって光源から放射される光を揃えるレンズ、ｂ）ＩＲＥと検出器との間にあって検出器が受光できるＩＲＥから出射する光の角度を限定するレンズ、またはｃ）前記事項の組み合わせ、の少なくとも１つを備えてよいことである。
【００２５】
本発明の別の特徴は、電子機器が各光路の受光量を個別にモニタする制御手段を備えてよいことである。
【００２６】
本発明の別の特徴は、電子機器が各光路の受光量を個別にモニタするために外部制御情報を使用してよいことである。
【００２７】
本発明の別の特徴は、電子機器が各光路の検出器電気出力をモニタされた受光に関する情報として伝えることができることである。
【００２８】
本発明の別の特徴は、電子機器が各光路の検出器電気出力を適当なデータに変換し、それらのデータをモニタされた受光に関する情報として伝える手段を備えてよいことである。
【００２９】
本発明の別の特徴は、電子機器が各光路のＩＲ検出器電気出力を解析してＩＲＥの凸面と接触し得る流体の質および／または状態を測定し、その測定値をモニタされた受光に関する情報として伝える手段を備えてよいことである。
【００３０】
本発明の別の特徴は、
ａ）少なくとも１つの光源からＩＲＥの少なくとも１つのほぼ平らな面に入射する光を放射する工程、
ｂ）ＩＲＥの少なくとも１つの凸面で光を少なくとも一回内部反射させる工程であって、凸面は流体と接触し、反射光をＩＲＥの少なくとも１つのほぼ平らな面から出射させる工程、
ｃ）少なくとも１つの検出器で出射光の少なくとも一部を受光する工程、および
ｄ）少なくとも２つの固有に定められた周波数のＩＲ光路が個別にモニタされるように、光源から放射される光および検出器によって受光される反射光を制御する工程であって、流体の質および／または状態をモニタする工程
を含む流体のオンラインモニタリングのためのプロセスである。
【００３１】
以下の好ましい実施態様の詳細な説明を読み理解することによって、本発明のさらに別の特徴は当業者には明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（発明の詳細な説明）
図１は、本発明の様相によるオンライン流体モニタリング装置の概略図を示す。装置１は、ＩＲ透過性内部反射素子（ＩＲＥ）３、取り付け基部５および電子機器７を備える。ＩＲＥ３は、ほぼ半球形の凸面９と、ほぼ平らな面１１とを有する適切な屈折率の固体である。基部５は円筒形で、上面１３、下面１５および側面１７を有する。基部５の上面１３は、ＩＲＥ３の表面１１に固定して取り付けられる。基部５の側面１７は、流体がＩＲＥ３の表面９とは接触するが基部５の下面１５および電子機器７とは接触せず実質的に漏れがないように、装置１を流体容器（示していないが例えば流体導管または貯槽）内に取り付けられるようにする取り付け手段（示していないが例えばネジ山）を備える。基部５は、２つのＩＲ光源１９、２１および２つのＩＲ光検出器２３、２５も備える。発明実施態様の概略図を透視法で示したこの図および他の図において、ＩＲ光源は白塗り楕円、ＩＲ光検出器は黒塗り楕円として描いてある。単一の楕円として示したが、光源は一緒にまたは別々に配置され一体として電力を一緒に供給される１つ以上のＩＲエミッタで構成してもよく、検出器は一緒にまたは別々に配置され一体として一緒にモニタされる１つ以上のＩＲセンサで構成してもよい。図２に詳しく示すＩＲ光源１９、検出器２３およびその他の光学素子は、基部５の第一の直径２７（鎖線で示す）に沿って固定して配置される。図３に詳しく示す光源２１、検出器２３およびその他の光学素子は、１つの実施態様では基部５の第一の直径２７にほぼ垂直な第二の直径２９に沿って固定保持して配置される。電子機器７は、導線３１、３３を通してＩＲ光源１９、２１にそれぞれ電力を供給し、導線３５、３７を通して、必要なら検出器２３、２５に電力を供給し検出器２３、２５から検出したＩＲ光情報をそれぞれ受けるために必要な電子機器部品を備える。電子機器７は、導線３９を通して電力を供給され、導線４１を通して他の装置（示していない）と情報を通信する。
【００３３】
ＩＲ光源１９、２１の電力供給と、流体の質／状態を測定するための検出器２３、２５出力の解析を制御するために必要な回路部品およびソフトウェアを電子機器７が備えるように装置１を構成してよい。そのような回路部品およびソフトウェアが電子機器７に含まれるなら、導線４１を通して、特定の流体の分析のために必要な情報を電子機器７に送り、流体の質／状態測定の出力を電子機器７から受け取ることができる。しかし、装置１はそのような制御およびデータ解析回路部品およびソフトウェアを備えなくてもよい。電子機器７は、導線４１を通して、制御および解析機能を提供する他の電子機器（示していない）から情報を受け取り、他の電子機器に情報を伝えてよい。
【００３４】
図２は、流体４７を有する流体貯槽４５内に取り付けられた図１の装置１の概略断面を示す。基部５の表面１７は、実質的に漏れがないように貯槽４５に取り付けられ、これによってＩＲＥ３の凸面９は流体４７と接触し、ＩＲ光源１９、２１（光源２１は示していない）またはＩＲ検出器２３、２５（検出器２５は示していない）とＩＲＥの平らな面１１との間に流体４７はない（本明細書を通じて、実質的に漏れがないとはここで定義したことと同じである）。断面は図１の直径２７を通して見たものであり、これによって広帯域ＩＲ光源１９およびＩＲ検出器２３を示している。既に説明したように、光源１９は導線３１を通して電子機器７により電力を供給され、検出器２３は導線３５を通して電子機器に情報を伝える。図２は、光源１９とＩＲＥ３の平らな面１１との間にあるレンズ４９と、検出器２３とＩＲＥの平らな面との間にあるフィルタ５１とをさらに示す。レンズ４９は、光源によって放射される光の主要部分が基部５の中の光源およびレンズの位置ならびにＩＲＥ３の凸面９の形状に従って、光線５３によって示すように、凸面と二回の反射後に光源と同じ基部直径に沿った比較的小さな区域に集束されるように、光源１９によって放射されるＩＲ光を揃える。フィルタ５１および検出器２３は、光源１９からの二回反射した光線５３が、検出器によって受光される前に定められた周波数、すなわち既に説明したように定められた中心周波数および定められたバンド幅に濾波されるように配置される。
【００３５】
図３は、直径２９を通して見た図１に示した装置１の概略断面図を示す。ＩＲ光源２１およびＩＲ検出器２５が示され、既に説明したように、広帯域光源２１は導線３３を通して電子機器７によって電力を供給され、広帯域検出器２５は導線３５を通して電子機器７によって電力を供給され、電子機器７に情報を伝える。さらに図３は、光源２１とＩＲＥ３の平らな面１１との間にあるフィルタ５５と、検出器２５とＩＲＥの平らな面との間にあるレンズ５７とを示す。フィルタ５５は、光源２１によって放射されるＩＲ光を定められた周波数に濾波する。光源２１からの濾波光は、光線５９によって示すように、光の主要部分が凸面と三回反射した後で同じ基部直径に沿った比較的小さな区域に集束するように、基部５の中の光源およびフィルタ５５の位置ならびにＩＲＥ３の凸面９の形状に従って十分に揃えられる。レンズ５７および検出器２５は、光源２１からの三回反射した濾波光線５９が検出器によって受光されるように配置される。レンズ５７は、設計した方向からの光だけを検出器２５に到達させる。
【００３６】
図１、２および３の装置１の動作を理解するために、図４に輸送用車両に用いられる流体の代表的なＩＲ特性のグラフを示す。曲線は、流体と接触するＩＲＥ表面で一回反射するＩＲ光の周波数の関数としてのパーセント反射率である。任意の所定の周波数における１００％反射率は、流体と接触するＩＲＥ表面で光が反射するとき、光が流体によってまったく吸収されないことを意味する。この１００％反射率は、流体がＩＲＥ表面と接触していなかったら測定されたであろう値と同じである。１００％未満の反射率は、光がＩＲＥ表面で反射するときＩＲＥ表面と接触する流体によって吸収されない所定の周波数における光量である。曲線６１は未使用（新しい）流体の反射率、曲線６３は使用され耐用寿命の終わりに近い同じ流体の反射率である。曲線６１と６３とを比較して、使用された流体の化学基の変化は複数の周波数で示されるが、１つの流体用途では、流体状態を測定し残りの流体寿命を予測する上で、周波数６５および６７におけるＩＲスペクトルの変化が特に重要であることが知られている。その用途では、使用中に周波数６５、６７で流体をモニタすると、運転者、メンテナンス要員またはオンボード診断装置はコスト効率の最もよい流体交換を行なうべきときを決定できよう。図に示すように、周波数６７における反射率の変化は、周波数６５における変化に比較して小さく、検出器の感度および／または関連する電子機器の分解能によって、流体が経時変化するにつれ周波数６７における反射率変化をモニタすることは難しくなる可能性があろう。ＩＲ光が流体と接触するＩＲＥ表面と反射する回数を増やすことによって、検出器における受光量の相対的な変化を、流体の反射率の相対的な変化に対して大きくすることができる。詳しくは、流体と接触するＩＲＥ表面での反射の回数Ｎの関数としての検出器における受光量は、ＬＮ＝ＡＮ×ＢＮによって定まる。ここでＬＮはＮ回の反射後の受光量、ＡＮはＩＲＥ表面と接触する流体がない場合のＮ回の反射後の受光量、Ｂは１００で除したＩＲ光周波数における流体の「単回表面」パーセント反射率、ＢＮはＢのＮ乗である。一般に流体と接触していないＩＲＥ表面では、入射光のほぼ１００％が反射されるので、ＡＮはほぼ一定である。従って、検出器における受光量の相対的な変化は、反射回数の増加とともに大きくなる。従って、使用期間が長くなるにつれて流体は周波数６５より周波数６７で相対的に小さな変化を示すので、周波数６５より周波数６７で多くの反射数を用いれば、流体の使用期間が長くなるにつれてのより良好な変化の分解能が得られることがある。
【００３７】
図５は、輸送用途で用いられる流体の代表的なＩＲ特性の例である。曲線６９は、未使用の高質流体に対するＩＲ周波数の関数としてのパーセント反射率であり、曲線７１は未使用の標準質流体に対する周波数の関数としてのパーセント反射率である。曲線６９、７１を比較すると、複数の周波数における差異が２つの流体の特定の化学基の複数の差異に対応する。しかし、流体の全体的な質を定める上で特に興味深いのは、周波数７３、７５におけるＩＲ反射率の差異である。これらの２つの周波数における差異の原因となる化学基によって、高質の流体は標準質の流体から区別される。流体変化サイクル、場合によっては装置の性能限界まで流体質によって定まってしまうので、運転者、メンテナンス要員またはオンボード診断法にとって流体質に関する情報が必要である。図に示すように、周波数７５における流体間の相対的な反射率の差異は、周波数７３におけるより大きい。再び、図４の考察で説明したと同じく、周波数７３で周波数７５より多い回数のＩＲＥ表面反射がある場合に、検出器の感度および／または電子機器の分解能によって、図５に示した流体の質の流体はより効率的にモニタされることがある。
【００３８】
図１、２、３を参照して、装置１は、流体変化および／または質をモニタするために、フィルタ５１周波数で二回のＩＲＥ３反射、フィルタ５５周波数で三回のＩＲＥ３反射が十分である用途のために設計されている。例えば装置１は、フィルタ５１が周波数６５、フィルタ５５が周波数６７を有し、図４に示した流体の状態を測定するために使用するように設計できよう。別の例として、装置１は、フィルタ５１が周波数７５、フィルタ５５が周波数７３を有し、図５に示した流体の質を測定するために使用するように設計できよう。装置１の動作では、導線３９を通して電子機器７に電力が加えられ、電子機器内のコントローラまたは外部コントローラからの情報のどちらかが導線４１を通して電子機器に伝達され、ＩＲ光源１９、２１にいつ電力を加えるかを定める。光源１９、２１が十分小さく、放射光が十分揃い、光源および検出器２３、２５が適切に配置され、ＩＲＥ３の形状が適切で実質的に光学的に無欠陥であれば、光源１９、２１に同時に電力を加えてよい。しかし、上記の変数の１つの小さな変化でさえ光源１９、２１から検出器２３、２５への光の集束にそれぞれ著しく影響を及ぼす可能性がある。光源２１からの濾波光に加えて、レンズ５７を通して濾波されずに検出器２５に達する光源１９からの未濾波光が受光されるので、フィルタ５５周波数におけるＩＲ光の反射率は、両方の光源に電源が同時に供給されると、個別に測定できないことがある。装置１は、各経路の固有に定められたフィルタ５１、５５周波数におけるＩＲ光反射率の個別のモニタリングを確実にするために、順に１つの光源に電力を供給し対応する検出器をモニタし、連続動作のためにこのシーケンスを反復して、より適切に制御されることがある。
【００３９】
独立した光路として光源１９に電力が供給されると、放射光の主要部分は、光線５３によって示すようにＩＲＥ３の表面９で二回反射し、濾波されて検出器２３によって受光される。ＩＲＥ３の表面９と接触する流体がないとき、検出器２３における受光量は、光源１９からのフィルタ５１周波数光のほぼ１００％反射である。流体が表面９と接触しているとき、検出器２３における受光量は、近似的に１００％反射量かける一回の反射当たりのフィルタ５１周波数における流体のパーセント反射率の二乗割る１００｛すなわち、受光量＝１００％反射×（フィルタ５１周波数におけるパーセント反射率／１００）２｝である。検出光量は、光源１９による放射光の一部が、検出器２３において受光される前にＩＲＥ３の表面９で三回以上反射される原因となる可能性がある装置１構成要素のサイズ、位置、配列、形状およびその他の諸問題に起因して、単回表面反射率の二乗に近似的に比例するに過ぎない。従って、検出光は、単回表面反射率の二次より高次の項を有することがある。それでも、比較的正確な式を計算するか、あるいは光源１９に電力が供給されている間に検出器２３において受光する光から、フィルタ５１周波数における流体の単回表面反射率を測定することを可能にする経験曲線を重ね合わせ法によって求めることができる。電子機器７の中で、または装置１の外部にある信号処理装置によって、そのような測定を行なってよい。
【００４０】
同様に独立光路として、光源２１に電力が供給されると、放射光の主要部分は、光線５９によって示すようにフィルタ５５によって濾波され、ＩＲＥ３の表面で三回反射し、検出器２５によって受光される。ＩＲＥ３の表面９と接触する流体がないとき、検出器２５における受光量は、光源２１からのフィルタ５５周波数光のほぼ１００％反射である。流体が表面９と接触しているとき、検出器２５における受光量は、近似的に１００％反射量かける一回の反射当たりのフィルタ５５周波数における流体のパーセント反射率の三乗割る１００｛すなわち、受光量＝１００％反射×（フィルタ５５周波数におけるパーセント反射率／１００）３｝である。検出光は、レンズ５７がほとんどの光軸外れ光を除去しても、光源２１による放射光の一部が、検出器２５において受光される前にＩＲＥ３の表面９で二回だけまたは四回以上反射される原因となる可能性がある装置１構成要素のサイズ、位置、配列、形状およびその他の諸問題に起因して、単回表面反射率の三乗に近似的に比例するに過ぎない。従って、検出光は単回表面反射率の三次より低次および高次の項を有することがある。それでも、比較的正確な式を計算するか、あるいは光源２１に電力が供給されている間に検出器２５において受光する光から、フィルタ５５周波数における流体の単回表面反射率を測定することを可能にする経験曲線を重ね合わせ法によって求めることができる。電子機器７の中で、または装置１の外部にある信号処理装置によって、そのような測定を行なってよい。
【００４１】
装置１の電子機器７は、光源１９、２１にそれぞれ電力が供給されているとき、検出器２３および２５のモニタ出力を用いて、ＩＲＥ３の表面９と接触する流体の状態および／または質を分析し、導線４１を通して分析の結果を伝える。その他の実施態様では、電子機器７は、装置１の外で処理するために検出器２３、２５の未処理出力を伝え、信号、例えば電子機器が検出器２３、２５出力の関数として定める０〜５Ｖまたは４〜２０ｍＡの信号を伝え、あるいは電子機器によって定められるかまたは計算されるその他の関連情報を伝えてよい。いずれにせよ、装置１の電子機器７は、導線４１を通して、検出器２３および２５の個別モニタ出力に関する情報を伝える。
【００４２】
図１、２および３に実施態様を示した本発明は、流体の条件および／または質を測定するための個別のＩＲ光源、ＩＲ検出器およびフィルタを有する２つの濾波光路だけを示すが、本装置は３つ以上の光路を有してよい。３つ以上の光路があるとき、光路の一部は同じ濾波周波数をモニタするように重複してよい。しかし、別々の周波数において光の反射率を測定するために、少なくとも２つの個別にモニタできる光路がなければならない。
【００４３】
図１、２および３の実施態様では、一方の光路について検出器２３とＩＲＥ３の表面１１との間にあるフィルタ５１を示し、他方の光路について光源２１とＩＲＥ３の表面１１との間にあるフィルタ５５を示したが、他の実施態様では、両方の光路がそれぞれの光源とＩＲＥとの間にフィルタを有しても、あるいはそれぞれの検出器とＩＲＥとの間にフィルタを有してもよい。別の実施態様では、一方または両方の光路においてフィルタを用いる代わりに、光路の固有の周波数においてのみ光を放射する光源および／または光を検出する検出器を有してもよい。両方の光路がそれぞれの検出器とＩＲＥとの間にフィルタを有するか、あるいは固有の周波数においてのみ光を受光できる検出器を有する実施態様では、両方の光源が同時に光を放射していても、２つの光路を独立にモニタできる。
【００４４】
図１、２および３の実施態様では、一方の光路について光源１９とＩＲＥ３の表面１１との間にあるレンズ４９を示し、他方の光路について検出器２５とＩＲＥ３の表面１１との間にあるレンズ５７を示したが、他の実施態様では、両方の光路が光源とＩＲＥとの間および／または検出器とＩＲＥとの間にレンズを有してもよく、あるいは光源または検出器の外部にレンズがなくてもよい。
【００４５】
図１、２および３の実施態様は、ＩＲＥ３の表面９上で主に二回の反射を有する１つの光路および主に三回の反射を有する１つの光路を示すが、他の実施態様は、同じ回数の主反射を有する２つの光路を有してよく、および／またはＩＲＥ中で４回以上の反射を有するように設計した光路を有してもよい。
【００４６】
図１、２および３の実施態様は、基部５とは別個の装置１の電子機器７を示したが、本装置は単一装置内に基部がＩＲＥ３および電子機器を有するようにパッケージ化することがある。パッケージ化は、説明した動作および機能に関する以外では枢要ではなく、一般に特定の装置用途のコストおよびサイズの制約によって定められる。
【００４７】
図１、２および３に示した実施態様では、ＩＲＥ３の表面９で光路が行なう主反射数は、平らなＩＲＥ表面１３に対するそれぞれの光源１９、２１の出力およびそれぞれの検出器２３、２５の入力の位置の両方によって定められる。しかし、ＩＲＥ内で光路が行なう主反射数は、光源出力または検出器入力の一方の位置だけによって定められる可能性がある。
【００４８】
図６は、本発明の別の実施態様の概略断面を示す。装置７７は、図２に示した装置１の断面に類似し、類似の構造物には同じ番号を付してある。装置８１はＩＲＥ３、取り付け基部５および電子機器７を備える。ＩＲＥ３は、ほぼ半球形（断面では半円として示している）であり、凸面９および平らな面１１を有する。基部５の上面１３は、ＩＲＥ３の表面１１に固定して取り付けられる。基部５の側面１７は、流体がＩＲＥ３の表面９とは接触するが下面１５および電子機器７とは接触せず実質的に漏れがないように、装置７７を流体容器（示していない）内に取り付けられる（示していない手段で）ように設計される。基部５は、固有周波数の光だけを受光し、導線８１を通して、（必要なら）電子機器７によって電力を供給され、電子機器７に情報を伝えるＩＲ検出器７９を備える。検出器７９は、光線５３からの二回反射した光を受光するように基部５の中に配置される。基部５は、導線８５を通して電子機器７から電力を供給することができる広帯域ＩＲ光源８３も備える。放射光の主要部分が、ＩＲＥの表面１３に到達する前にＩＲＥ３の表面９で二回しか反射しないよう比較的小さなサイズである図２のＩＲ光源１９とは異なり、ＩＲ光源８３は、光線５３によって示すように放射光の一部が二回反射するだけでなく、放射光の一部は表面１３に到達する前に三回以上、例えば光線５９によって示すように三回反射するために十分なサイズである。本実施態様の配置では、固有周波数検出器７９の配置だけが、検出器および光源８３を含む光路が主として光線５３の二回の反射を有することを決定する。
【００４９】
使用中、装置７７の光源８３は、導線８５を通して電力を供給されると、十分なＩＲ光を放射し、これによって検出器７９周波数における受光量は、ＩＲＥ３の表面９と接触する流体の変化に伴う変化を測定するために十分である。ＩＲＥ３の表面９と接触する流体がなければ、検出器７９における受光量は、光源８３からの検出器周波数光のほぼ１００％反射である。流体が表面９と接触しているとき、検出器７９における受光量は、近似的に１００％反射量かける一回の反射当たりの検出器周波数における流体のパーセント反射率の二乗割る１００｛すなわち、受光量＝１００％反射×（検出器周波数におけるパーセント反射率／１００）２｝である。受光量は、装置７７構成要素のサイズ、位置、配列、形状およびその他の諸問題に起因して、単回表面反射率の二乗に近似的に比例するに過ぎない。特に、光源８３のサイズによって、光源による放射光の一部が検出器７９によって受光される前に、ＩＲＥ３の表面９で三回以上反射される確率が増大する。従って、検出光量は単回表面反射率の二次より高次の項を有することがある。それでも、依然として、比較的正確な式を計算するか、あるいは光源８３に電力が供給されている間に検出器において受光する光から、検出器７９周波数における流体の単回表面反射率を測定する経験曲線を重ね合わせによって求めることができるように、変数を十分明らかに定義し制御することができる。いずれにせよ、装置７７の電子機器７は、導線４１を通して、検出器７９において受光した光に関する情報を伝える。
【００５０】
図７は、本発明の別の実施態様の概略断面を示す。装置８７は、図３に示した装置１の断面に類似し、類似の構造物には同じ番号を付けてある。装置８７はＩＲＥ３、取り付け基部５および電子機器７を備える。ＩＲＥ３は、ほぼ半球形（断面では半円として示している）であり、凸面９および平らな面１１を有する。基部５の上面１３は、ＩＲＥ３の表面１１に固定して取り付けられ、基部側面１７は、流体がＩＲＥの表面９とは接触するが基部下面１５および電子機器７とは接触せず実質的に漏れがないように、装置９１を流体容器（示していない）内に取り付けられる（示していない手段で）ように設計される。基部５は、固有周波数においてのみ光を放射し、導線９１を通して電子機器７によって電力を供給されるＩＲ光源８９を備える。光源８９は、電力が供給されると、光線５９によって示すように、放射光の主要部分がＩＲＥの表面１３に到達する前にＩＲＥ３の表面９で三回反射されるように基部５の中に配置される。基部５は、導線９５を通して、（必要なら）電子機器７によって電力を供給され、電子機器７に情報を伝えるＩＲ光検出器９３も備える。比較的小さなサイズであり、主としてＩＲＥ３の表面９で三回反射した光だけを受光するよう配置されている図３の検出器２５とは異なり、検出器９３は、光線５９によって示すように三回反射した光ばかりでなく、三回以外反射した光、例えば光線５５によって示すように二回反射した光も受光するために十分なサイズおよび配置である。本実施態様では、固有周波数光源８９の配置だけが、光源および検出器９３を含む光路が主として光線５９の三回の反射を有することを決定する。
【００５１】
使用中、導線９１を通して電力を供給されると、装置８７の光源８９によって放射される固有周波数の光は、ＩＲＥ３の表面９と接触する流体の変化に伴う変化を測定するために十分な感度である検出器９３によって受光される。ＩＲＥ３の表面９と接触する流体がなければ、検出器９３における受光量は、光源８９周波数光のほぼ１００％反射である。流体が表面９と接触しているとき、検出器９３における受光量は、近似的に１００％反射量かける一回の反射当たりの光源８９周波数における流体のパーセント反射率の三乗割る１００｛すなわち、受光量＝１００％反射量×（光源８９周波数におけるパーセント反射率／１００）３｝である。検出光量は、装置８７構成要素のサイズ、位置、配列、形状およびその他の諸問題に起因して、単回表面反射率の三乗に近似的に比例するに過ぎない。特に、検出器９３のサイズによって、光源８９からの受光量の一部がＩＲＥ３の表面９で三回以外反射される確率が増大する。従って、検出光量は単回表面反射率の三次以外の項を有することがある。それでも、依然として、比較的正確な式を計算するか、あるいは光源８９に電力が供給されている間に検出器９３において受光する光から、流体の単回表面反射率を測定する経験曲線を重ね合わせによって求めることができるように、変数を十分明らかに定義し制御することができる。いずれにせよ、装置８７の電子機器７は、導線４１を通して、検出器８９において受光した光に関する情報を伝える。
【００５２】
図１、２、３、６および７に示した本発明実施態様では、各光路は個別の光源および検出器を有し、光源および検出器は、ＩＲＥ３の平らな面１１の近傍に、ほぼ隣接して取り付けられる。しかし、各光路は個別の光源および／または検出器を必要とするわけではなく、光源および／または検出器をＩＲＥ表面の近傍に取り付けなければならないわけでもない。
【００５３】
図８は、本発明の別の実施態様の概略図であり、図１の装置１の構成要素と同じ構成要素には同じ番号を付けてある。示してあるのは、ＩＲＥ３、取り付け基部５および電子機器７を備える装置１０１である。ＩＲＥ３は、凸面９およびほぼ平らな面１１を有する。基部５は、平らな上面１３、下面１５および側面１７を有する。基部５の上面１３は、ＩＲＥ３の表面１１に固定して取り付けられ、装置１０１の基部側面１７は、流体が基部下面１５または電子機器７に接触することなくＩＲＥ３の表面９と接触するように、流体容器中に実質的に漏れがないように取り付けられる。基部５は、単一広帯域ＩＲ光源１０３およびそれぞれ表面１１に配置された末端１０９、１１１を有する導光管１０５、１０７を備える。導光管１０５、１０７は、基部５の外部で、それぞれＩＲ検出器１１７および１１９への入力端にある固有周波数フィルタ１１３、１１５においてそれぞれ終る。電子機器７は、導線１２１を通してＩＲ光源１０３に電力を供給し、導線１２３、１２５を通して、必要なら検出器１１７、１１９電力を供給し、検出器１１７、１１９からＩＲ光量情報をそれぞれ受けるために必要な電子機器部品を備える。電子機器７は、導線３９を通して電力を供給され、導線４１を通して他の装置（示していない）と情報を通信する。
【００５４】
動作中、導線３９を通して装置１０１の電子機器７に電力が加えられる。装置１０１にはＩＲ光源１０３１つしかないので、導線３９を通して電子機器７に電力が加えられるとき、あるいは電子機器の中のコントローラまたは外部コントローラから電気導線４１を通して伝えられた情報のどちらかによって定められるとき、光源に電力を供給することができる。いずれにせよ、光源１０３に電力が供給されているとき、光はＩＲＥ３の表面９で反射され、末端１０９、１１１によって受光され、導光管１０５、１０７およびフィルタ１１３、１１５を通してそれぞれ伝えられ、検出器１１７、１１９によってそれぞれ受光される。末端１０９の位置は、光源１０３、フィルタ１１３および検出器１１７を含む光路がＩＲＥ３の表面９で反射する回数を定める。末端１１１の位置は、光源１０３、フィルタ１１５および検出器１１９を含む光路がＩＲＥ３の表面９で反射する回数を定める。ＩＲＥ３の表面９と接触する流体がなければ、検出器１１７、１１９における受光量は、それぞれフィルタ１１３周波数およびフィルタ１１５周波数のほぼ１００％反射である。流体がＩＲＥ３の表面９と接触しているとき、検出器１１７、１１９における受光量は、末端１０９、１１１それぞれの配置と、流体のフィルタ周波数１１３、１１５それぞれにおける単回表面反射率の関数である。末端１０９、１１１の位置は基部５の中に固定されているので、比較的正確な式を計算することができるか、あるいは光源１０３に電力が供給されている間に検出器１１７、１１９においてそれぞれ受光する光から、フィルタ１１３、１１５周波数における流体の単回表面反射率の測定を可能にする経験曲線を重ね合わせによって求めることができる。いずれにせよ、装置１０１の電子機器７は、導線４１を通して、検出器１１７、１１９において受光した光に関する情報を伝える。
【００５５】
図８は単一の広帯域ＩＲ光源を有する２つの光路を備える発明実施態様を示すが、他の実施態様は同じ光源を有するさらに多数の光路を有してよい。発明実施態様は、２つ以上の光源を有してもよく、その場合１つ以上の光源が２つ以上の光路に光を供給する。しかし、固有に定められた周波数を有する少なくとも２つの光路を他の経路からは個別にモニタできるように、光源を制御することが可能でなければならない。
【００５６】
図８は各光路の固有周波数を定めるフィルタを示すが、別の実施態様は所望の固有周波数の光だけを受光する検出器を備える光路を有してよい。
【００５７】
図８に示した実施態様は、共通の光源と、個別の検出器とを備える光路を有する。本発明は、共通の検出器と、個別の光源とを備える光路を有してもよい。
【００５８】
図９は、本発明の別の実施態様の概略図であり、図１の実施態様中の構成要素と同じ構成要素には同じ番号を付けた。示してあるのは、ＩＲＥ３、取り付け基部５および電子機器７を備える装置１３１である。ＩＲＥ３は、凸面９およびほぼ平らな面１１を有する。基部５は、平らな上面１３、下面１５および側面１７を有し、上面１３はＩＲＥ３の表面１１に固定して取り付けられ、側面１７は、既に説明したように装置１３１を流体容器中に実質的に漏れがないように取り付けられるようにする。基部５は、それぞれ固有周波数を放射するＩＲ光源１３３、１３５と、表面１３に末端１４１、１４３をそれぞれ有する導光管１３７、１３９とを備える。光源１３３、１３５およびそれぞれの導光管１３７、１３９の末端１４１、１４３は、光源１３３からの光が末端１４１によって受光される前に、ＩＲＥ３の凸面９で定められた回数反射し、光源１３５からの光が末端１４３によって受光される前に、ＩＲＥ３の表面９で別個に定められた回数反射するように配置される。導光管１３７、１３９は、光検出器１４９への通信のために導光管の出力を１つの導光管１４７中で結合する光学カプラ１４５において終る。すなわち、検出器１５３は、入力１４１、１４３の両方から光を受光する。電子機器７は、導線１５１、１５３を通してＩＲ光源１３３、１３５に電力をそれぞれ供給し、導線１５５を通して、必要なら検出器１４９に電力を供給し、検出器１４９からＩＲ光量情報を受けるために必要な電子機器部品を備える。電子機器７は、導線３９を通して電力を受け、導線４１を通して他の装置（示していない）と情報を通信する。
【００５９】
動作中、導線３９を通して装置１３１の電子機器７に電力が加えられる。電子機器の中のコントローラによって、または導線４１を通して外部コントローラから伝えられた情報によって定められるとき、電子機器７は光源１３３、１３５に電力を加える。固有周波数光源１３３、１３５の両方からの光が単一の検出器１４９によって受光されるので、固有周波数光源１３３と検出器１４９とによって定められる光路を、固有周波数光源１３５と検出器１４９とによって定められる光路とは別個に動作させるために、装置１３１は一度に１つの光源に電力を供給し、検出器１４９によって受光される情報をそのとき電力を供給されている光源ごとに特定するように制御される。すなわち、光源１３３に電力が供給され、光源１３５に電力が供給されていないとき、検出器１４９が受光する光は、ＩＲＥ３の表面９と接触する流体の光源１３３周波数における単回表面反射率に関する情報を含み、光源１３５に電力が供給され、光源１３３に電力が供給されていないとき、検出器１４９が受光する光は、ＩＲＥ凸面と接触する流体の光源１３５周波数における単回表面反射率に関する情報を含む。他の実施態様と同じく、ＩＲＥ３の表面９と接触する流体がなければ、光源１３３に電力が供給され、光源１３５に電力が供給されていないとき検出器１４９における受光量は、光源１３３周波数の１００％反射量であり、光源１３５に電力が供給され、光源１３３に電力が供給されていないとき検出器１４９における受光量は、光源１３５周波数の１００％反射量である。流体がＩＲＥ３の表面９と接触しているとき、これらと同じ２つの場合に、検出器１４９における受光量は、それぞれの導光管１３７または１３９の光源１３３または１３５、末端１４１または１４３の配置と、電力が供給されている特定の光路の光源１３３または１３５周波数における流体の単回表面反射率との関数である。装置１３１の電子機器７は、導線４１を通して検出器１４９において受光した光に関する情報を通信する。
【００６０】
図９は単一のＩＲ光検出器を有する２つの光路を備える発明実施態様を示すが、他の実施態様は同一の検出器を有するさらに多数の光路を有してよい。発明実施態様は、２つ以上の検出器を有してもよく、その場合複数の光路中で１つ以上の検出器を用いる。しかし、そのような実施態様では、固有に定められたフィルタ周波数を有する光路のＩＲ光の反射を独立にモニタできるように、光源を制御することが可能でなければならない。
【００６１】
各光路の固有周波数がその固有周波数においてのみ光を放射する光源によって定められるとして図９の実施態様を説明したが、別の実施態様は、光路の固有周波数を定めるために、広帯域光源と、光源とそのＩＲＥとの間にある固有周波数のフィルタとを有する光路を有してよい。
【００６２】
図８は共通の光源と個別の検出器とを有する光路を示し、図９は共通の検出器と個別の光源を有する光路を示す。本発明は、共通の光源と共通の検出器を備える光路を有してもよい。
【００６３】
図１０は、本発明の別の実施態様の概略説明図であり、図１の実施態様中の構成要素と同じ構成要素には同じ番号を付けてある。示してあるのはＩＲＥ３、取り付け基部５および電子機器７を備える装置１６１である。ＩＲＥ３は、凸面９およびほぼ平らな面１１を有する。基部５は、平らな上面１３、下面１５および側面１７を有し、上面１３はＩＲＥ３表面１１に固定して取り付けられ、側面１７は、既に説明したように装置１６１を流体容器中に実質的に漏れがないように取り付けられるようにする。基部５は、導光管末端からの放射光が検出器１６３によって受光される前にＩＲＥ３中で行う反射の数を定めるように表面１３にそれぞれ配置された大面積単一ＩＲ光検出器１６３と、末端１６９、１７１を有する導光管１６５、１６７とを備える。導光管１６５、１６７は、固有周波数フィルタ１７３、１７５、電気光学素子１７７、１７９、導光管１８１、１８３、光学スプリッタ１８５、導光管１８７およびＩＲ光源１８９もそれぞれ含む光学回路の部品である。素子１７７、１７９は、素子を通して光を通り抜けさせるかまたは素子によって遮断するかどちらかに電気的に制御される光学装置である。例えば、素子１７７、１７９は、電力が供給されると開く電気制御式の平時閉止型機械シャッターか、または別の例として、電力が供給されるとＩＲ透過性になる平時光学不透過性物質であってよい。電子機器７は、導線１９１を通して、必要なら検出器１９３に電力を供給し、検出器１９３からＩＲ光量情報を受け取り、導線１９３を通してＩＲ光源１８９に電力を供給し、導線１９５、１９７を通して電気光学素子１７７、１７９に電力をそれぞれ供給するために必要な電子機器部品を備える。電子機器７は、導線３９を通して電力を受け取り、導線４１を通して他の装置（示していない）と情報を通信する。
【００６４】
動作中、導線３９を通して装置１６１の電子機器７に電力が加えられる。１つのＩＲ光源１８９しかないので、電子機器７に電力が供給されるとき光源に電力を加えてもよく、あるいは、電子機器の中のコントローラによってまたは導線４１を通して外部コントローラ（示していない）から伝えられる情報によって定められるとき、光源に電力を供給してもよい。光源１８９からの放射光は、導光管１８７を通してスプリッタ１８５に伝えられ、スプリッタ１８５は各導光管１８１、１８３および電気光学素子１７７、１７９に光の約５０％をそれぞれ伝える。電子機器７によって適切な電力が電気光学素子１７７に加えられと、光源１８９からの光は素子、フィルタ１７３および導光管１６５、ならびに出口末端１６９を通って通過し、フィルタ１７３周波数の光は、検出器１６３によって受光される前に、ＩＲＥ３の表面９で設計された回数反射する。同様に、電子機器７によって適切な電力が電気光学素子１７９に加えられると、光源１８９からの光は素子、フィルタ１７５および導光管１６７、ならびに出口末端１６９を通って通り抜け、この場合フィルタ１７５周波数の光は、検出器１６３によって受光される前に、ＩＲＥ３の表面９で設計された回数反射する。末端１６９、１７１の両方からの濾波光が単一の検出器１６３によって受光されるので、光源１８９、フィルタ１７３および検出器１６３によって定められる光路を、光源１８９、フィルタ１７５および検出器１６３によって定められる光路とは別個に動作させるために、装置１６１を制御して光が一度に１つの素子だけを通って通過するように電気光学素子１７７、１７９に電力を供給し、検出器１６３によって受光される情報をそのとき光を通り抜けさせている素子ごとに特定する。すなわち、素子１７７に光を通過させるよう電力が供給され、素子１７９に光を遮断するよう電力が供給されているとき、検出器１６３によって受光される光は、ＩＲＥ３の表面９と接触する流体のフィルタ１７３周波数における単回表面反射率に関する情報を含み、素子１７９に光を通過させるよう電力が供給され、素子１７７に光を遮断するよう電力が供給されているとき、検出器１６３によって受光される光は、ＩＲＥ凸面と接触する流体のフィルタ１７５周波数における単回表面反射率に関する情報を含む。ＩＲＥ３の表面９と接触する流体がなければ、素子１７７が光を通過させ、素子１７９が光を遮断するとき検出器１６３における受光量は、フィルタ１７３周波数の１００％反射量であり、素子１７９が光を通過させ、素子１７７が光を遮蔽するとき検出器１６３における受光量は、フィルタ１７５周波数の１００％反射量である。流体がＩＲＥ３の表面９と接触しているとき、これらと同じ２つの場合に、検出器１６３における受光量は、導光管１６５または１６７の末端１６９または１７１の位置それぞれと、光を通過させるように電力を供給されている素子１７７または１７９を有する特定の光路のフィルタ１７３周波数または１７５周波数における流体の単回表面反射率との関数である。装置１６１の電子機器７は、導線４１を通して検出器１６３において受光した光に関する情報を通信する。
【００６５】
図１０は共通のＩＲ光源および検出器を備える２つの光路を示すが、別の実施態様は共通の光源および検出器を含むさらに多数の光路を有してよい。固有に定められたフィルタ周波数を有する光路が、各光路の受光量を独立にモニタするように制御できる限り、その他の実施態様は複数の光路に共通の２つ以上の光源および／または２つ以上の検出器を有してもよい。
【００６６】
図１１は、共通の光源および共通の検出器を有する２つの光路を備える本発明の別の実施態様の概略説明図である。示してあるのはＩＲＥ３、取り付け基部５および電子機器７を備える装置２０１である。ＩＲＥ３は、凸面９およびほぼ平らな面１１を有する。基部５は、平らな上面１３、下面１５および側面１７を有し、上面１３はＩＲＥ３平面１１に固定して取り付けられ、側面１７は、既に説明したように装置２０１を流体容器中に実質的に漏れがないように取り付けられるようにする。基部５は、表面１３にそれぞれ配置された末端２０７、２０９を有する導光管２０３、２０５と、表面１３にそれぞれ配置された末端２１５、２１７を有する導光管２１１、２１３とを備える。表面１１の１つの直径に沿った末端２０７、２１５の配置が、装置２０１の一方の光路についてＩＲＥ３中で行なわれる反射の数を定め、表面１１の別の直径に沿った末端２０９、２１７の配置が、装置の他方の光路についてＩＲＥ３中で行なわれる反射の数を定める。導光管２０３、２０５は、導光管２２３を通して光源２２１からＩＲ光を受ける光学スプリッタ２１９において終る。導光管２１１、２１３は、それぞれ固有周波数フィルタ２２５、２２７、それぞれ電気光学素子２２９、２３１、それぞれ導光管２３３、２３５、光カプラ２３７、導光管２３９およびＩＲ光検出器２４１も備える光学回路の部品である。素子２２９、２３１は、光を通過させるかまたは素子によって遮断されるかどちらかに電気的に制御される光学装置であり、例えばこれらの素子は、電力が加えられると閉まる電気制御式の平時開放型機械シャッターか、別の例としてこれらの素子は、電力が加えられるとＩＲ不透過性になる平時ＩＲ透過性物質であってよい、などである。光カプラ２３７は、光検出器２４１への通信のために導管２３３、２３５からの出力を１本の導光管２３９中で結合する。電子機器７は、導線２４３を通してＩＲ光源２２３に電力を供給し、導線２４５を通して、必要なら検出器２４１に電力を供給し、検出器２４１からＩＲ光量情報を受け、導線２４７、２４９を通して電気光学素子２２３、２３５に電力をそれぞれ供給するために必要な電子機器部品を備える。電子機器７は、導線３９を通して電力を受け取り、導線４１を通して他の装置（示していない）と情報を通信する。
【００６７】
動作中、導線３９を通して装置２０１の電子機器７に電力が加えられる。１つのＩＲ光源１８９しかないので、電子機器７に電力を供給するとき光源に電力を加えてもよく、あるいは電子機器の中のコントローラによってまたは導線４１を通して外部コントローラ（示していない）から伝達される情報によって定められるとき、光源に電力を供給してもよい。光源２２１からの放射光は導光管２２３を通してスプリッタ２１９に伝えられ、スプリッタ２１９は各導光管２０３、２０５を通して末端２０７、２０９に光の約５０％をそれぞれ伝え、末端２０７、２０９において光はＩＲＥ３中に放射され、凸面９で設計された回数反射し、導光管２１１、２１３の末端２１５、２１７においてそれぞれ受光される。導光管２１１が受光した光は、フィルタ２２５中を通り抜け、電子機器７によって適切な電力が電気光学素子２２９に加えられているとき、光は導光管２３３、カプラ２３７および導光管２３９中を通り抜け、検出器２４１によって受光される。同様に、導光管２１３が受光した光は、フィルタ２２７中を通り抜け、電子機器７によって適切な電力が電気光学素子２３１に加えられているとき、光は導光管２３５、カプラ２３７および導光管２３９中を通り抜け、検出器２４１によって受光される。末端２１５、２１７の両方からの濾波光が単一の検出器２４１によって受光されるので、光源２２１、フィルタ２２５および検出器２４１によって定められる光路を、光源２２１、フィルタ２２７および検出器２４１によって定められる光路とは別個に動作させるために、装置２０１は光が一度に１つの素子だけを通って通り抜けるように電気光学素子２２９、２３１に電力を供給し、検出器２４１において受け取られる情報を、そのとき光を通り抜けさせている素子ごとに特定するように制御される。すなわち、素子２２９に光を通過させるよう電力が供給され、素子２３１に光を遮断するよう電力が供給されているとき、検出器２４１によって受光される光は、ＩＲＥ３の表面９と接触する流体のフィルタ２２５周波数における単回表面反射率に関する情報を含み、素子２３１が光を通過させるよう電力を供給され、素子２２９が光を遮断するよう電力を供給されるとき、検出器２４１によって受光される光は、ＩＲＥ凸面と接触する流体のフィルタ２２７周波数における単回表面反射率に関する情報を含む。ＩＲＥ３の表面９と接触する流体がなければ、素子２２９が光を通過させ、素子２３１が光を遮断するとき検出器２４１における受光量は、フィルタ２２５周波数の１００％反射であり、素子２３１が光を通過させ、素子２２９が光を遮断するとき検出器２４１における受光量は、フィルタ２２７周波数の１００％反射である。流体がＩＲＥ３の表面９と接触しているとき、これらと同じ２つの場合に、検出器２４１における受光量は、導光管２０３、２１１の末端２０７、２１５のそれぞれおよび導光管２０５、２１３の末端２０９、２１７のそれぞれの位置と、光を通過させるように電力を供給されている素子２２９または２３１を有する特定の光路のフィルタ２２５周波数または２２７周波数における流体の単回表面反射率の関数である。装置２０１の電子機器７は、導線４１を通して検出器２４１において受光した光に関する情報を通信する。
【００６８】
図１１は、導光管を用いて光源およびＩＲＥのほぼ平らな面からの光、ならびにＩＲＥのほぼ平らな面および検出器からの光を伝える共通のＩＲ光源と検出器とを有する２つの光路を備える実施態様を示すが、他の実施態様は、共通の光源と検出器と有するさらに多数の光路を有してよい。発明実施態様は、固有に定められたフィルタ周波数においてＩＲ光反射率の独立なモニタリングのために光路を制御できる限り、複数の光路に共通の２つ以上の光源および／または２つ以上の検出器を有してもよい。
【００６９】
これまでに示して説明した本発明の実施態様のＩＲＥ９は、ほぼ半球形の凸面を有する。しかし、本発明のためのＩＲＥ凸面は、半球形の形状でなくてもよい。
【００７０】
図１２は、本発明のオンライン流体モニタリング装置の概略図を示す。装置２５１は、ＩＲ透過性ＩＲＥ２５３、取り付け基部２５５および電子機器７を備える。ＩＲＥ２５３は、ほぼ円筒形の軸に沿って切断された円筒形の断片であって、凸面２５７、ほぼ平らな面２５９および全体として番号２６１を付した２つの端部を含む形状を有する、適切な屈折率の固体である。基部２５５は、ほぼ平らな上面２６３、下面２６５および全体としてラベル２６７を付けた側面を有する。基部２５５の上面２６３は、ＩＲＥ２５３の表面２５９に固定して取り付けられる。示してはいないが、基部５の側面２６７は、流体がＩＲＥ２５３の表面２５７とは接触するが基部２５５の下面２６５および電子機器７とは接触せず実質的に漏れがないように、装置２５１を流体容器内に取り付けられるようにする取り付け手段を備えるか、あるいは取り付け手段を有するパッケージ中に組み込まれる。基部２５５は、３つの広帯域ＩＲ光源２６９、２７１、２７３および３つの固有周波数ＩＲ光検出器２７５、２７７、２７９を備える。基部２５５中でＩＲＥ２５３の第一の直径２８１（鎖線で示す）であるものにほぼ沿って、光源２６９および検出器２７５を固定保持して配置し、第二の直径２８３に沿って、光源２７１および検出器２７７を固定保持して配置し、第三の直径２８５に沿って光源２７３および検出器２７９を固定保持して配置する。電子機器７は、導線２８７、２８９、２９１を通してＩＲ光源２６９、２７１、２７３にそれぞれ電力を供給し、導線２９３、２９５、２９７を通して、必要なら検出器２７５、２７７、２７９に電力を供給し、検出器２７５、２７７、２７９から検出したＩＲ光情報をそれぞれ受けるために必要な電子機器部品を備える。電子機器７は、導線３９を通して電力を供給され、導線４１を通して他の装置（示していない）と情報通信する。
【００７１】
直径２８１、２８３、２８５に沿って装置２５１を通して見た概略断面は、図２、３に示した断面に類似して見えよう。光源２６９、２７１または２７３の相対的な配置、それぞれの検出器２７５、２７７または２７９の配置、およびＩＲＥ２５３凸面２５７の形状が、光源からの光が検出器によって受光される前に反射する回数を定める。ＩＲＥ２５３の棒形の断片形状によって、光源配置／整列には前述の実施態様の半球形のＩＲＥの形状に必要であるよりも高精度が必要である。半球形ＩＲＥの対称性によって、光源と検出器との間の直線に垂直に放射される任意の光源の光は検出器上に集束するが、一方、棒形断片ＩＲＥ２５３の対称性によって、検出器２７５、２７７、２７９上にそれぞれ集束する光源２６９、２７１、２７３からの光は、直径２８１、２８３、２８５にそれぞれ垂直であるだけでなく、ＩＲＥのほぼ平らな面２５９にも垂直である光だけである。それでも、適正な配置および配列によって、光源２６９、２７１、２７３による放射光の主要部分が、ＩＲＥ２５３の表面２５７での設計回数の反射後に、検出器２７５、２７７、２７９においてそれぞれ受光される。
【００７２】
動作中、導線３９を通して装置２５１の電子機器７に電力が加えられる。検出器２７５、２７７、２７９はそれぞれ固有周波数を受光するので、電子機器７に電力が供給されるとき、あるいは電子機器の中のコントローラまたは導線４１を通して外部コントローラ（示していない）から伝えられる情報のどちらかによって定められるとき、光源２６９、２７１、２７３に電力を一緒に供給することができる。検出器２７５、２７７、２７９において、それぞれの光源２６９、２７１または２７３からではない光、あるいは装置２５１の最大電力要求量を限定するためなど、他の理由によって望ましくない光を最小限にするために、電子機器７の中のコントローラによって、または導線４１を通して外部コントローラから伝えられる情報によって定められるとき、光源に個別に電力を供給することができる。いずれにせよ、ＩＲＥ２５３の表面２５７と接触する流体がなければ、各検出器２７５、２７７、２７９における対応する光源２６９、２７１、２７３のそれぞれからの受光量、および同時に電力が供給されている他の光源からの光量は、検出器周波数光の１００％反射である。流体がＩＲＥ２５３の表面２５７と接触しているとき、同じ条件下における各検出器２７５、２７７、２７９における受光量は、各光路の検出器および単数または複数の光源２６９、２７１、２７３の位置と、検出器の周波数における流体の単回表面反射率との関数である。検出器２７５、２７７、２７９および光源２６９、２７１、２７３の位置は基部２５５中に固定されているので、比較的正確な式を計算することができるか、あるいは検出器周波数における流体の表面単回反射率の測定を可能にする経験曲線を重ね合わせによって求めることができる。いずれにせよ、装置２５１の電子機器７は、導線４１を通して検出器２７５、２７７、２７９における受光量に関する情報を伝える。
【００７３】
図１２は３つの光路を有する実施態様を示すが、別の実施態様は２つだけまたは４つ以上の光路を有してよい。実際、特定の用途における流体の対象となる周波数をモニタするために必要な特定の数の光路を収容するように、図１２のＩＲＥ２５３などの円筒断片の形状を有するＩＲＥの長さを設計してよい。
【００７４】
これまでに示した発明実施態様は、ただ１つのほぼ平らな面を有するＩＲＥを有する。しかし、本発明のＩＲＥは複数の平らな面を有してよい。
【００７５】
図１３は、本発明のオンライン流体モニタリング装置の概略図を示す。装置３０１は、ＩＲ透過性ＩＲＥ３０３、２つの取り付け基部３０５、３０７および電子機器７を備える。ＩＲＥ３０３は、ほぼ管の軸に沿って切断した管の断片であり、凸面３０９、２つのほぼ平らな面３１１、３１３、凹曲面３１５および全体として番号３１７を付した２つの端部を含む形状を有する、適切な屈折率の固体である。基部３０５、３０７は、それぞれほぼ平らな上面３１９、３２１、下面３２３、３２５および全体として番号３２７を付した側面を備える。基部３０５の表面３１９はＩＲＥ３０３の表面３１１に固定して取り付けられ、基部３０７の表面３２１はＩＲＥの表面３１３に固定して取り付けられる。示してはいないが、基部３０５、３０７の側面３２７は、流体がＩＲＥ３０３の凸面３０９とは接触するが、基部３０５、３０７のそれぞれ下面３２３、３２５および電子機器７とは接触せず実質的に漏れがないように、装置３０１を流体容器内に取り付けられるようにする取り付け手段を備えるか、あるいは取り付け手段を有するパッケージ中に組み込まれる。基部３０５は、３つの広帯域ＩＲ光源３２９、３３１、３３３を備え、図１４、１５に示す基部中に固定保持されるレンズも備える。基部３０７は、３つのＩＲ検出器３３５、３３７、３３９を備え、図１４、１５に示す基部中に固定保持されるフィルタも備える。検出器３３５、３３７、３３９は、光源３２９、３３１、３３３からそれぞれＩＲＥ３０３を隔てて、薄い鎖線で示すＩＲＥの軸に垂直な面内に取り付けられ、特定の光源からの光を同じ平面内の検出器によって受光される前にＩＲＥ３０３の凸面３０９で設計された回数反射させるように配置されている。電子機器７は、それぞれ導線３４２、３４３、３４５を通してＩＲ光源３２９、３３１、３３３に電力を供給し、それぞれ導線３４７、３４９、３５１を通して、必要なら検出器３３５、３３７、３３９に電力を供給し、検出器３３５、３３７、３３９から検出されたＩＲ光情報を受けるために必要な電子機器部品を備える。電子機器７は、導線３９を通して電力を供給され、導線４１を通して他の装置（示していない）と情報通信する。
【００７６】
図１４は、光源３３１および検出器３３７を含む面に沿って見た図１３の装置３０１の概略断面を示す。基部３０５、３０７の表面３２７は実質的に漏れがなく、ＩＲＥ３０３の凸面３０７は流体４７と接触して貯槽４５に取り付けられるように、流体４７を有する流体貯槽４５中に装置３０１を取り付ける。既に説明したように、光源３３１は導線３４３を通して電子機器７により電力を供給され、検出器３３７は導線３４９を通して電子機器に情報を伝える。レンズ３５３はＩＲＥ３０３のＩＲ光源３３１と平面３１１との間で基部３０５中に固定して保持され、フィルタ３５５はＩＲＥ３０３の検出器３３７と平面３１３との間で基部３０７中に固定して保持される。レンズ３５３は、基部３０５中の光源およびレンズの位置ならびにＩＲＥ３０３の凸面３０７の形状に従って、光源による放射光の主要部分が、光線３５７によって示すように凸面との一回の反射後に光源と同じ平面に沿って比較的小さな区域に集束するように、光源３３１による放射ＩＲ光を揃える。光源３３１からの光線３５７の一回反射光が、検出器によって受光される前に定められた周波数に濾波されるように、フィルタ３５５および検出器３３７を配置する。
【００７７】
図１５は、光源３２９および検出器３３５を含む面に沿って見た図１３の装置３０１の概略断面を示す。既に説明したように、光源２２９は導線３４１を通して電子機器７によって電力を供給され、検出器３３５は導線３４７を通して電子機器に情報を伝える。レンズ３５９はＩＲＥ３０３のＩＲ光源３２９と平面３１１との間で基部３０７中に固定して保持され、フィルタ３６１は検出器３３５とＩＲＥの平面３１３との間で基部３０７中に固定して保持される。レンズ３５９は、基部３０５中の光源およびレンズの位置ならびにＩＲＥ３０３の凸面３０７の形状に従って、光源による放射光の主要部分が、光線３６３によって示すように凸面との三回の反射後に光源と同じ平面に沿って比較的小さな区域に集束するように、光源３２９による放射ＩＲ光を揃える。光源３２９からの光線３６３の三回反射光が、検出器によって受光される前に定められた周波数に濾波されるように、フィルタ３６１および検出器３３５を配置する。
【００７８】
動作中、導線３９を通して装置３０１の電子機器７に電力が加えられる。フィルタ３５５、３６１および検出器３３９の前面にある類似のフィルタ（示していないが説明の便宜上３６３とする）が検出器３３７、３３５、３３９に固有周波数だけをそれぞれ受光させるので、電子機器７に電力が供給されるとき、あるいは電子機器の中のコントローラまたは導線４１を通して外部コントローラ（示していない）から伝えられる情報のどちらかによって定められるとき、光源３２９、３３１、３３３に電力を一緒に供給することができる。検出器３３５、３３７、３３９におけるそれぞれの光源３２９、３３１または３３３からではない光、または他の理由、例えば装置３０１を動作させるために必要な最大電力を限定すること、によって望ましくない光を最小限にするために、電子機器７の中のコントローラによって、または外部コントローラ用導線４１を通して伝えられる情報によって定められるとき、光源には独立に電力を供給することができる。ＩＲＥ３０３の表面３０７と接触する流体がなければ、各検出器３３５、３３７、３３９におけるそれぞれ対応する光源３２９、３３１、３３３からの受光量、および同時に電力が供給されている他の光源からの光量は、フィルタ３５５、３６１、３６３周波数の１００％反射である。流体がＩＲＥ３０３の表面３０７と接触しているとき、同じ条件下で、各検出器３３５、３３７、３３９における受光量は、各光路の検出器および単数または複数の光源３２９、３３１、３３３の位置と、光路のフィルタ周波数における流体の単回表面反射率との関数である。装置３０１の電子機器７は、導線４１を通して検出器３３５、３３７、３３９において受光した光に関する情報を通信する。
【００７９】
図１３は３つの光路を有する本発明の実施態様を示すが、他の実施態様は２つだけの光路または４つ以上の光路を有してよい。
【００８０】
図１３は管の１８０°より小さい断片によるＩＲＥを有する本発明の実施態様を示すが、別の実施態様は、１８０°より大きな（しかし明らかに３６０°より小さな）管の区域であるＩＲＥを有してよい。図１４に示したように、近似的に９０°の断片を有するＩＲＥ３０３は、ＩＲＥのほぼ平らな面３１１、３１３にそれぞれ垂直に配置された光源３３１および検出器３３７による一回の光反射だけの光路を可能にする。１８０°より大きな断片は、さらに多数の反射を有するオンライン流体モニタ装置のより簡単な設計および構築を可能にする。
【００８１】
図１４では、ＩＲＥ３０３の凸面３０７と接触し、ＩＲＥの凹曲面３１５と接触しない流体とともに図１３の発明を示し説明したが、センサ３２９、３３１、３３３、検出器３３５、３３７、３３９、電子機器７およびその他の構成要素が流体から適切に保護されている限り、発明実施態様は、表面３０７、３１５の両方が流体と接触するように取り付けられる基部３０５、３０７を有してよい。
【００８２】
図１３の本発明は２つの基部３０５、３０７によって示すが、別の実施態様は表面３１９、３２１の角度および位置においてほぼ平らな面を有する単一の基部を有してよい。
【００８３】
これまでに示して説明した実施態様は、凸面全体が本発明によってモニタされる流体と接触できるＩＲＥを有する。しかし、本発明のＩＲＥは、流体と接触し得ない凸面の部分を有してよい。
【００８４】
図１６は、本発明の様相によるオンライン流体モニタリング装置の断面である概略図を示す。装置３７１は、図２の装置１に類似し、類似の構造物には便宜上同じ番号を付ける。装置３７１は、ＩＲ透過性ＩＲＥ３、取り付け基部５および電子機器７を備える。ＩＲＥ３は、図１に示したように、凸面９およびほぼ平らな面１１を備えるほぼ半球形の形状を有する、適切な屈折率の固体である。ＩＲＥ３は、凸局面９の一部分を被覆して流体が被覆層の下の表面と接触できなくなるようにし、ＩＲＥ内にあって被覆層の下の凸面に衝突する任意のＩＲ光のほぼ１００％を反射させる反射被覆層３７３を備える。基部５は円筒形であり、ＩＲＥ３の表面１１に固定して取り付けられる上面１３、ＩＲＥ３の表面９の被覆層３７３で被覆されていない部分は流体と接触するが流体は基部下面１５および電子機器７とは接触せず実質的に漏れがないように、装置３７１を流体容器（示していない）内に取り付けられるようにする取り付け手段（示していない）を備える側面１７を有する。基部５は、光源によって放射光の主要部分が、フィルタ周波数の光が検出器によって受光される前に、光線３７５で示すようにＩＲＥ３の凸面９で二回反射されるように配置されたＩＲ光源１９、レンズ４９、ＩＲ検出器２３および固有周波数フィルタ５１を備える。電子機器７は導線３１を通して光源２１に電力を供給し、導線３５を通して、必要なら検出器２３に電力を供給し、検出器２３から検出されたＩＲ光情報を受け取る。電子機器７は、導線３９を通して電力を供給され、導線４１を通して他の装置（示していない）と情報通信する。
【００８５】
動作中、ＩＲＥ３の表面９のどの部分とも接触する流体がないとき、図２の装置１におけると同じく、装置３７１の電子機器７がＩＲ光源１９に電力を加えているとき、検出器２３における受光量は、光源１９からのフィルタ５１周波数光のほぼ１００％反射である。ＩＲ光源１９に電力が供給され装置３７１が流体中にあるとき、光路の１つの反射点において被覆層３７３が流体をＩＲＥ３の接触面９と接触させず、流体のない場合と同じように光の１００％を反射するので、検出器２３における受光量は、近似的に１００％反射量かける一回の反射当たりのフィルタ５１周波数における流体のパーセント反射率割る１００である。従って、被覆層３７３によって、単一の平らな面１１を有する半球形ＩＲＥ３は、主に凸面９が流体と接触し得るところでの一回の反射だけを有する光路を有することができる。
【００８６】
図１６は、単一の光路が流体と接触し得る凸面で反射する回数の設計に影響を及ぼす被覆層を用いて示し説明するが、別の実施態様は、複数の光路が流体と接触し得る少なくとも１つの凸面で反射する回数の設計に影響を及ぼす配置された単一被覆層を有してよい。
【００８７】
図１６は、単一の凸面の一部分だけを覆って流体がＩＲＥ表面と接触することを防ぐ被覆層を有するが、他の実施態様は、流体と接触し得る少なくとも１つの凸面で１つ以上の光路が行なう光の反射の数を決定するための設計の一部として、１つ以上のＩＲＥ凸面の１つ以上の部分を被覆する被覆層を有してよい。
【００８８】
図１６は、流体がＩＲＥ３の凸面９と接触することを防ぐために所望の周波数において１００％反射率を有する被覆層によって説明したが、別の実施態様は、流体を光路が反射される表面と接触させないように、任意の厚さの被覆層によって覆われたＩＲＥ凸面を有してよく、光路周波数における物質反射率は１００％より小さくてよいが、０％より大きくなくてはならず、７５％より大きな光反射率を有する物質が好ましく、９０％より大きな光反射率を有する物質がより好ましく、９５％より大きな光反射率を有する物質が最も好ましい。
【００８９】
これまでに示し説明した実施態様は１つの凸面を備えるＩＲＥを有する。本発明の他の実施態様は、基本的に複数の凸面を有するＩＲＥを備えてよい。
【００９０】
図１７は、本発明のオンライン流体モニタリング装置の部分断面である概略図を示す。装置３８１は図１５に断面を示した装置３０１に類似し、類似の構造物には便宜上同じ番号を付する。装置３８１は、ＩＲ透過性ＩＲＥ３８３および取り付け基部３０５を備える。ＩＲＥ３８３は、図１３、１４、１５のＩＲＥ３０３に類似の形状、すなわち凹曲面３１５および平らな面３１１を含むほぼ管の軸に沿って切断した管の断片の形状を有する適切な屈折率の固体である。しかし、単一の凸面３０７を有するＩＲＥ３０３とは異なり、ＩＲＥ３８３は軸に平行でＩＲＥの全長さ方向の溝３８９によって分割されている２つの凹曲面３８５、３８７を有する。基部３０５は、ＩＲＥ３８３の表面３１１に固定して取り付けられているほぼ平らな上面３１９、および基部に固定して取り付けられているＩＲ光源３２９およびレンズ３５７を備える。光源３２９およびレンズ３５７は、放射光の主要部分が、光線３６３によって示すように凸面３８５で１つ、凸面３８７で２つ（１つの反射は示していない）の３つのＩＲＥ３８３との反射後に検出器（図示せず）によって受光されるように配置される。ＩＲ光源が図１４の光源３３１の場合に示した位置に配置されていたらＩＲＥ３８３の表面３８７と一回の反射を行なう光線３５５、光源が光路の末端にある位置に配置されていたらＩＲＥの表面と二回の反射を行なう光線３９１、およびＩＲＥに溝３８９がなかったらＩＲＥの表面と四回の反射を行なうであろう光線３９３を示す薄い鎖線も示した。溝３８９が存在すると、光線３９３は溝の側面に衝突し、溝の角度によって、光線３９３（ＩＲＥの外では光線３９５として示している）は内部反射する代わりに、ＩＲＥ３８３から外部に透過する。
【００９１】
動作中、装置３８１の光源３２９に電力が供給されると、レンズ３５７は光源によって放射されたＩＲ光の主要部分を揃え、検出器（示していない）によって固有の周波数において受光される前に、ＩＲＥ３８３中で光線３６３を三回反射させる。しかし、ＩＲＥ３８３のサイズと比較した光源３２９およびレンズ３５７のサイズに起因して、光源からの光の一部は、溝３８９が存在しなかったら四回の反射後に検出器によって受光される光線３９３に沿って放射される。また、光源３２９およびレンズ３５７のサイズに起因して、放射光の一部は溝３８９が存在しなかったら五回以上反射されたであろう。既に説明したように、光源と検出器との間の光路が主反射数、例えば光線３６３の三回の反射より多い数の反射または少ない数の反射を含む場合には、比較的正確な式を計算することができるか、あるいは流体の単回表面反射率の測定を可能にする経験曲線を重ね合わせによって求めることができる。主反射数より多い反射を行なう光を含む光路の問題は、より多い数の反射を行なう光の部分が、光路の１００％反射、すなわちＩＲＥの凸面と接触する流体がない場合の反射、例えば図１５のＩＲＥ３０３の表面３０７の反射に加わるが、流体が凸面と接触する場合に、より多い回数反射する部分の吸光量が、主反射数の光の吸光量より大きいことである。これは、光路の固有周波数の低い反射百分率よりも１００％反射率近くで、光路が流体変化により敏感となる結果となる。いくつかの用途では、１００％反射率近くでのこのより大きな感度は望ましいことがあり、実際に装置に設計されることがある。しかし、装置３８１の用途では、１００％反射率近くでのより大きな感度は望ましくなく、分割凸面３８５、３８７を分割する溝３８９は、溝がなければ光路の検出器において受光される前にＩＲＥ３８３中で四回以上の反射を行なうと思われる光源３２９から作られる光の一部を効率的に限定する。溝３８９は、ＩＲＥ３８３中でそれぞれ一回、二回および三回の反射を行なう光線３５５、３９１、３６３によって示される光路には影響を及ぼさないように配置される。
【００９２】
図１７は、表面の近くの光路中の光をＩＲＥから外部に透過する、２つのＩＲＥ凸局面を分割する溝を備える実施態様を示すが、他の実施態様は以下の事項、すなわち望ましくない光をＩＲＥから外部に透過すること、望ましくない光を検出器が受光しない方向に反射すること、望ましくない光を吸収することのうちの１つによって、ＩＲＥ表面またはその近くに２つ以上の凸面を効果的に分割する他の不連続部を有してよい。
【００９３】
図１８は、本発明の様相によるオンライン流体モニタリング装置の部分断面である概略説明図を示す。装置４０１は、図１７の装置３８１に類似し、類似の構造物には同じ番号を付けてある。装置４０１は、ＩＲＥ４０３および取り付け基部３０５を備える。ＩＲＥ４０３は、図１７のＩＲＥ３８３に類似の形状を有する固体である。しかし、ＩＲＥ３８３およびこれまでに示したＩＲＥのすべてと異なり、ＩＲＥ４０３は、ＩＲ透過性であり装置４０１の対象となる固有のＩＲ周波数に適切な屈折率を有する物質４０５と、対象となる固有のＩＲ周波数においてＩＲ光を吸収する物質４０７との２つの物質で構成されている。物質４０５とは化学的に著しく異なる物質４０７は、物質４０５の製造時に、あるいは物質４０５の製造後に配置される。ＩＲＥ４０３は、凹曲面３１５、平らな面３１１および軸に平行でＩＲＥの全長さ方向の物質４０５によって効率的に分割された２つの凹曲面３８５、３８７を有する。基部３０５は、ＩＲＥ４０３の表面３１１に固定して取り付けられているほぼ平らな上面３１９、および基部に固定して取り付けられているＩＲ光源３２９およびレンズ３５７を備える。図１７の実施態様におけるように、光源３２９およびレンズ３５７は、光線３６３によって示したように、放射光の主要部分が凸面３８５で一回、凸面３８９で二回（一回の反射は示していない）と、ＩＲＥ４０３との三回の反射後に検出器（示していない）によって受光されるように配置される。ＩＲ光源が図１４の光源３３１の場合に示した位置に配置されていたらＩＲＥ４０３の表面３８７と一回の反射を行なう光線３５５、光源が光路の末端にある位置に配置されていたらＩＲＥの表面と二回の反射を行なう光線３９１、およびＩＲＥに物質４０５が含まれていなかったらＩＲＥの表面と四回の反射を行なうであろう光線３９３を示す薄い鎖線も示した。物質４０５が存在すると、光線３９３は吸収され、線はこの物質のところで終る。
【００９４】
動作中、装置４０１の光源３２９に電力が供給されているとき、放射されたＩＲ光の主要部分は、固有の周波数において検出器（示していない）によって受光される前に、光線３６３の三回の反射を行なう。しかし、ＩＲＥ４０３のサイズと比較した光源３２９およびレンズ３５７のサイズに起因して、光源からの光の一部は、物質４０７が存在しなかったら四回の反射後に検出器によって受光される光線３９３に沿って放射される。また、光源３２９およびレンズ３５７のサイズに起因して、放射光の一部は物質４０７が存在しなかったら五回以上反射されたであろう。図１７の装置３８１について説明したように、主光路より多い反射数を有する光路を除くことによって、光路周波数における１００％近くでの装置４０１の流体単回表面反射率への望ましくない高感度を低下させることができる。すなわち、凸面を分割する物質４０７は、ＩＲＥ４０３中で四回以上の反射を有する経路のいくつかを効果的に限定する。物質４０７は、ＩＲＥ４０３中でそれぞれ一回、二回および三回の反射を行なう光線３５５、３９１、３６３に影響を及ぼさないように適切なサイズで配置される。
【００９５】
図１８に示した物質４０７は、固有の光路周波数のＩＲ光を吸収して２つの凸面を本質的に分割する物質として説明したが、別の実施態様は、望ましくない光路からの光をＩＲＥから外部に透過するかまたは望ましくない光路からの光を検出器が受光しない方向に反射する適切な屈折率および形状の物質を有してよい。
【００９６】
図１８に示した物質４０７は、実質的に物質４０５と化学的に異なる物質として説明したが、別の実施態様は、特定の元素の濃度だけが異なる化学的に類似している物質４０５、４０７を有してよい。例えばＩＲＥは、１つのレベルにドープされると必要な周波数においてＩＲ透過性であり、異なるレベルまたは異なる元素によってドープされるとＩＲ光吸収体になる半導体であってよい。
【００９７】
図１８に示した物質４０７は、所望の周波数においてすべての光を吸収するとして説明したが、別の実施態様は、１００％より低い吸光度で光を吸収する物質を有してよい。ただし、７５％より大きな吸光度を有する物質が好ましく、９０％より大きな吸光度を有する物質がより好ましく、９５％より大きな吸光度を有する物質が最も好ましい。
【００９８】
図１８は、望ましくない光路からの光を吸収するＩＲＥ内部の物質を示したが、別の実施態様は、光を吸収し、ＩＲＥの凸面を本質的に分割するＩＲＥ外部の物質を有してよい。
【００９９】
図１９は、本発明の様相によるオンライン流体モニタリング装置の部分断面である概略説明図を示す。装置４１１は、図１７の装置３８１に類似し、類似の構造的物には同じ番号を付けた。装置４１１は、ＩＲ透過性ＩＲＥ４１３および取り付け基部３０５を備える。ＩＲＥ４１３は、図１３、１４、１５のＩＲＥ３０３と同じ形状を有する適切な屈折率の固体である。ＩＲＥ４１３は、軸に平行でＩＲＥの全長さ方向に沿ったＩＲ光吸収被覆層４１５によって本質的に分割された２つの凹曲面３８５、３８７を有する。基部３０５は、図１７、１８の基部３０５と同じ構造体を備え、ＩＲＥ４１３に固定して取り付けられ、放射光の主要部分が光線３６３によって示すように三回の反射（一回の反射は示していない）後に検出器（示していない）によって受光されるように配置された光源３２９およびレンズ３５７を有する。ＩＲ光源が図１４の光源３３１の場合に示した位置に配置されていたらＩＲＥ４１３の表面３８７と一回の反射を行なう光線３５５、光源が光路の末端にある位置に配置されていたらＩＲＥの表面と二回の反射を行なう光線３９１、およびＩＲＥの表面上に被覆層４１５がなかったらＩＲＥの表面と四回の反射を行なうであろう光線３９３を示す薄い鎖線も示した。
【０１００】
動作中、装置４１１の光源３２９に電力が供給されているとき、レンズ３５７は光源によって放射されるＩＲ光の主要部分を揃え、固有の周波数において検出器（示していない）によって受光される前に、ＩＲＥ４１３中の光線３６３の三回の反射を行なう。しかし、ＩＲＥ４１３のサイズと比較した光源３２９およびレンズ３５７のサイズに起因して、光源からの光の一部は、被覆層４１５が存在しなかったら四回の反射後に検出器によって受光される光線３９３に沿って放射される。また、光源３２９およびレンズ３５７のサイズに起因して、被覆層４１５が存在しなかったら放射光の一部は五回以上反射されることがある。図１７の装置３８１について説明したように、主光路より多い反射数を有する光路を除くことによって、光路周波数の１００％近くでの装置４１１の流体単回表面反射率への望ましくない高感度を低下させることができる。すなわち、被覆層４１５は、被覆層の下のＩＲＥ４１３表面と接触するすべてのＩＲ光を吸収することによって、ＩＲＥ中で四回以上の反射を有する光路のいくつかを効果的に限定する。被覆層４１５は、ＩＲＥ４１３中でそれぞれ一回、二回および三回の反射を行なう光線３５５、３９１、３６３に影響を及ぼさないように適切にサイズで配置される。
【０１０１】
図１９の被覆層４１５は、被覆層の下でＩＲＥ４１３表面と接触するＩＲ光の１００％を吸収するとして説明したが、他の実施態様は、１００％より低い吸光度を有する被覆層を有してよい。ただし、７５％より大きな吸光度を有する物質が好ましく、９０％より大きな吸光度を有する物質がより好ましく、９５％より大きな光吸光度を有する物質が最も好ましい。
【０１０２】
図１７、１８および１９は、光路にほぼ垂直に分割された２つの凸面を示す。しかし、本発明は、２つの凸面、あるいは光路に対してほぼ垂直に分割された表面だけに限定されない。
【０１０３】
図２０は、本発明の様相によるオンライン流体モニタリング装置の概略図を示す。装置４２１は、ＩＲ透過性ＩＲＥ４２３、取り付け基部４２５および電子機器７を備える。ＩＲＥ４２３は、ほぼ円柱軸に沿って切断された１８０°より小さい円柱の断片であり、粗面化表面（例えば、粗粒ブラスト処理表面）のバンド４４３、４４５によって分割されている凸面４２７、４２９、４３１、ほぼ平らな面４４７、４４９および全体として番号４５１を付けた２つの端面を含む形状を有する、適切な屈折率の固体である。基部４２３は、ほぼ平らな上面４４３、４４５、全体として番号４４７を付けた下面および全体として番号４４９を付けた側面を有する。基部４２５の表面４５３、４５５はＩＲＥ４２３の表面４３７、４３９にそれぞれ固定して取り付けられる。示してはいないが、基部４２３の側面４５９は、流体がＩＲＥ４２３の凸面４２７、４２９、４３１とは接触するが基部４２５の下面４４７および電子機器７とは接触せず実質的に漏れがないように、装置４２１を流体容器内中に取り付けられるようにする取り付け手段を備えるか、あるいは取り付け手段を有するパッケージ中に組み込まれる。基部４２５は、基部上面４４３からＩＲＥ４２３の平面４３７中に光を放射するように固定保持して配置された１つの広帯域ＩＲ光源４５１、および基部表面４４５においてＩＲＥ表面４３９からの光をＩＲＥ凸面４２７、４２９、４３１での設計された反射数の後に受光するようにそれぞれ固定保持して配置された３つの固有周波数ＩＲ光検出器４５３、４５５、４５７を備える。詳しくは、検出器４５３は主として光源４５１からの固有の光周波数をＩＲＥ４２３の凸面４２７での三回の反射後に受光するように配置され、検出器４５５は主として光源からの別の固有の光周波数をＩＲＥ凸面４２９での一回の反射後に受光するように配置され、検出器４５７は主として光源からの第三の固有の光周波数をＩＲＥ凸面４３１での二回の反射後に受光するように配置される。電子機器７は、導線４５９を通してＩＲ光源４５１に電力を供給し、導線４６１、４６３、４６５を通して、必要なら検出器４５３、４５５、４５７に電力を供給し、検出器４５３、４５５、４５７から検出されたＩＲ光情報をそれぞれ受け取る電子機器部品を備える。電子機器７は、導線３９を通して電力を供給され、導線４１を通して他の装置（示していない）と情報を通信する。
【０１０４】
動作中、導線３９を通して装置４２１の電子機器７に電力が加えられる。１つの光源４５１しかないので、電子機器７に電力が供給されているとき、あるいは電子機器の中のコントローラによるか、導線４１を通して外部コントローラ（図示せず）から伝えられる情報によるかのどちらかによって定められるとき、光源に電力を加えることができる。上記で説明したように、検出器４５３、４５５、４５７は、放射光の固有の周波数をＩＲＥ４２３の凸面４２７、４２９、４３１での主反射数の後で、光源４５１によってそれぞれ受光するように配置される。しかし、光源４４１の比較的大きなサイズに起因して、検出器４５３、４５５、４５７はそれぞれの凸面４２７、４２９、４３１とより大きな数、あるいは検出器４５３、４５７の場合にはより小さな数の反射を行なう光を受光することがある。検出器４５３、４５５、４５７は、より大きな数の、あるいは再び検出器４５３、４５７の場合にはより小さな数の反射を行なう光を受光することもあり、反射光のいくらかは、粗面化表面４３３、４３５からのものでなかったとしても、対応するそれぞれの凸面４２７、４２９、４３１以外から来る。粗面化表面４３３、４３５は、光源４５１からの設計主反射数以外の回数を有する光の検出器４５３、４５５、４５７への反射を最小限にするように適切なサイズであり適正に配置される。いずれにせよ、ＩＲＥ４２３の表面４２７、４２９、４３１と接触する流体がなければ、各検出器４５３、４５５、４５７における光源４５１からの受光量は、検出器周波数光の１００％反射量である。流体が表面４２７、４２９、４３１と接触しているとき、各検出器４５３、４５５、４５７における受光量は、検出器の周波数における流体の単回表面反射率の関数である。装置４２１の電子機器７は、導線４１を通して検出器４５３、４５５、４５７において受光した光に関する情報を通信する。
【０１０５】
図２０は、設計した主反射数以外を有する光源からの光のセンサ受光量を最小限にするための円柱形のＩＲＥの周囲の粗面化した表面を示すが、別の実施態様は、設計した主反射数を有しない光の受光量を最小限にするために、周囲の溝に加えて接線方向に粗くした表面（あるいは図１７、１８にそれぞれ示した溝または化学的に異なる物質）を有してよい。
【０１０６】
図２０は基部４２５から独立した電子機器７を示したが、別の実施態様では、装置４２１は単一装置内にＩＲＥ４２３および電子機器を有する基部を有するようにパッケージ化されることがある。実際のパッケージ化は、説明した動作および機能に関すること以外では枢要でなく、装置が設計される特定の用途のコスト、性能およびサイズの制約に依存する。
【０１０７】
本発明の特定の実施態様を示し説明してきたが、本発明の最も広範な様相において本発明から逸脱することなく、さまざまな用途の流体分析要件を満足させるために、本発明においてさまざまな組み合わせ、変化および変更が行なわれることがある。詳しくは、上記で説明した発明によって実行されるさまざまな機能に関して、本発明の個々の構成要素またはサブシステムを説明するために用いられる用語（「手段」への任意の参照を含む）は、特に断らない限り、本明細書中に例を示した本発明の実施態様中で機能を実行する説明した構成要素またはサブシステムに構造的または電子的に等価でなくても、説明した構成要素またはサブシステムの特定の機能を実行する任意の構成要素またはサブシステム（例えば機能的に等価である）に対応するものとする。さらに、いくつかの実施態様の１つだけに関して本発明の特定の特徴を開示したかもしれないが、そのような特徴は、任意の所定のまたは特定の用途について所望されおよび有利なことがあるその他の実施態様の１つ以上の他の特徴と組み合わせられることがある。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】図１は、ほぼ半球形のＩＲ透過性内部反射素子（ＩＲＥ）と、個別の光源および個別の検出器を有する２つのＩＲ光路とを備える本発明の実施態様を示す概略図である。
【図２】図２は、ＩＲＥ凸面で二回反射する光路を示す図１の装置の断面の概略図である。
【図３】図３は、ＩＲＥ凸面で三回反射する光路を示す図１の装置の断面の概略図である。
【図４】図４は、新鮮な流体と、使用によって劣化した後の同じ流体とのＩＲ特性の例を示す代表的なグラフである。
【図５】図５は、特定の用途向けの高質の流体と、同じ用途向けの標準質の流体とのＩＲ特性の例を示す代表的なグラフである。
【図６】図６は、光路がＩＲＥ凸面と反射する回数がＩＲ検出器の位置によって定められる発明実施態様の断面の概略図である。
【図７】図７は、光路がＩＲＥ凸面と反射する回数がＩＲ光源の位置によって定められる発明実施態様の断面の概略図である。
【図８】図８は、個別の検出器および共通の光源を有する２つのＩＲ光路を備える本発明の実施態様を示す概略図である。
【図９】図９は、個別の光源および共通の検出器を有する２つのＩＲ光路を備える本発明の実施態様を示す概略図である。
【図１０】図１０は、共通の光源、共通の検出器、および光源とＩＲＥとの間にあって各光路の光反射の個別モニタリングを可能にする電気的に制御された手段を有する２つのＩＲ光路を備える本発明の実施態様を示す概略図である。
【図１１】図１１は、共通の光源、共通の検出器、および検出器とＩＲＥとの間にあって各光路の光反射の個別モニタリングを可能にする電気的に制御された手段を有する２つのＩＲ光路を備える本発明の実施態様を示す概略図である。
【図１２】図１２は、ほぼ縦長の棒の形状のＩＲＥと、個別の光源および個別の検出器を有する３つのＩＲ光路とを備える本発明の実施態様を示す概略図である。
【図１３】図１３は、ほぼ縦長の管の形状のＩＲＥと、個別の光源および個別の検出器を有する３つのＩＲ光路とを備える本発明の実施態様を示す概略図である。
【図１４】図１４は、ＩＲＥ凸面での一回反射する光路を示す図１３の装置の断面の概略図である。
【図１５】図１５は、ＩＲＥ凸面での三回反射する光路を示す図１３の装置の断面の概略図である。
【図１６】図１６は、ＩＲＥ凸面の一部分との流体接触を妨げる反射被覆層を有する発明実施態様の断面の概略図である。
【図１７】図１７は、光がＩＲＥ内で反射できる回数を限定する溝によって分割された２つのＩＲＥ凸面を有する発明実施態様の断面の概略図である。
【図１８】図１８は、光がＩＲＥ内で反射できる回数を限定する異なる化学組成のＩＲＥ区域によって分割された基本的に２つのＩＲＥ凸面を有する本発明の実施態様の断面の概略図である。
【図１９】図１９は、ＩＲ光を吸収して光がＩＲＥ内反射できる回数を限定する表面被覆層によって分割された基本的に２つのＩＲＥ凸面を有する本発明の実施態様の断面の概略図である。
【図２０】図２０は、３つの凸面を有するＩＲＥと、個別の検出器および共通の光源を有する３つのＩＲ光路とを備える本発明の実施態様を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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