(57)【要約】【課題】対象とするガスの濃度及びその変化を把握することができる、信頼性の高いガスセンサを実現する。【解決手段】ガスセンサは、光源１と、光源１の照射光を入力するセンサ部２と、センサ部２の出力光を検出する光検出部３とを備えており、センサ部２は、ブラッグ波長の異なる複数の回折格子１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成された光伝搬部１０と、複数の回折格子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上に配置された、厚みの異なるガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃとを有している。【選択図】図１
2016223804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源の照射光を入力するセンサ部と、
前記センサ部の出力光を検出する光検出部と
を含み、
前記センサ部は、
ブラッグ波長の異なる複数の回折格子が形成された光伝搬部と、
前記複数の回折格子上に配置された、厚みの異なるガス反応物質と
を備えたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記センサ部は、前記光伝搬部が光ファイバで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記光源と前記センサ部との間に第１の光ファイバが、前記センサ部と前記光検出部との間に第２の光ファイバが設けられており、前記センサ部が着脱自在とされていることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記センサ部は、前記光伝搬部が光導波路で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記ガス反応物質は、前記光伝搬部の光の伝搬方向に沿って厚みが連続的に変化していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記光源、前記センサ部、及び前記光検出部が同一のパッケージ内に集積されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記光源、前記センサ部、及び前記光検出部と共に、前記光検出部による検出結果の情報を伝達する無線装置が前記同一のパッケージ内に集積されていることを特徴とする請求項６に記載のガスセンサ。
【請求項８】
複数の前記センサ部を備えており、
各々の前記センサ部を任意の被測定領域に設置自在とされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項９】
前記ガス反応物質は、前記光源に近い部位ほど厚く形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項１０】
光源と、
ブラッグ波長の異なる複数の回折格子が形成された光伝搬部と、前記複数の回折格子上に配置された、厚みの異なるガス反応物質とを備えたセンサ部と、
前記センサ部の出力光を検出する光検出部と
を含むガスセンサを、ガスの被測定領域に設置し、
前記ガス反応物質のガス吸着の度合いに応じた、前記複数の回折格子のうちで前記ガス反応物質の対応する回折格子のブラッグ波長の変化を測定して、前記被測定領域におけるガスの濃度変化を把握することを特徴とするガスセンサの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ及びその使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば下水道内には、硫化水素やメタンガスといった有毒ガスの発生している箇所があり、下水道内における作業者の事故を防止するためには、そのような場所で有毒ガスの常時モニタリングを行うことが重要である。また、これらの有毒ガスは下水管路の腐食を引き起こすため、ガス濃度の推移をモニタリングすることは下水道施設の補修・改築・更新時期を予測するうえでも重要である。但し、腐食性のある硫化水素雰囲気では電子機器が故障するため、通常の電気式検知器で常時モニタリングを行うことは困難である。
【０００３】
腐食性ガスにより金属が腐食されることを利用して、腐食ガスを検知する測定装置が特許文献１で開示されている。この測定装置は、金属試験片を測定環境雰囲気に１ヵ月程度設置し、金属の腐食具合を目視又は蛍光Ｘ線分析等の定量分析により確認することで腐食ガスをセンシングするものである。
【０００４】
また、特許文献２では、ＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング：Fiber Bragg Grating）センサのグレーティング部に対象ガスと反応する感知層を配置したものが開示されている。これは、感知層が対象ガスと反応することで屈折率が変化し、その屈折率変化をＦＢＧセンサのブラッグ波長の変化として観測することで対象ガスの有無を検知するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１１７９７６号公報
【特許文献２】特開２０１２−９３３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された手法では、金属試験片の長期間設置、回収及び分析が必要であるため、常時モニタリングすることはできない。また、特許文献２に記載された手法では、対象ガスの濃度について知ることができない。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、対象とするガスの濃度及びその変化を把握することができる、信頼性の高いガスセンサ及びその使用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】
【０００８】
ガスセンサの一態様は、光源と、前記光源の照射光を入力するセンサ部と、前記センサ部の出力光を検出する光検出部とを含み、前記センサ部は、ブラッグ波長の異なる複数の回折格子が形成された光伝搬部と、前記複数の回折格子上に配置された、厚みの異なるガス反応物質とを備えている。
【０００９】
ガスセンサの使用方法の一態様は、光源と、ブラッグ波長の異なる複数の回折格子が形成された光伝搬部と、前記複数の回折格子上に配置された、厚みの異なるガス反応物質とを備えたセンサ部と、前記センサ部の出力光を検出する光検出部とを含むガスセンサを、ガスの被測定領域に設置し、前記ガス反応物質のガス吸着の度合いに応じた、前記複数の回折格子のうちで前記ガス反応物質の対応する回折格子のブラッグ波長の変化を測定して、前記被測定領域におけるガスの濃度変化を把握する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、対象とするガスの濃度及びその変化を把握することができる、信頼性の高いガスセンサが実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態によるガスセンサの概略構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態によるガスセンサの動作原理の説明のために、図１を簡略化して示す模式図である。
【図３】ガス反応物質の腐食が進行してゆく場合におけるブラッグ波長の変化を示す図である。
【図４】時間と腐食部の厚み（腐食膜厚）との関係を示す特性図である。
【図５】第１の実施形態の変形例１によるガスセンサの概略構成を示す斜視図である。
【図６】第１の実施形態の変形例２によるガスセンサの概略構成を示す模式図である。
【図７】第１の実施形態の変形例３によるガスセンサの概略構成を示す斜視図である。
【図８】第２の実施形態によるガスセンサの概略構成を示す斜視図である。
【図９】第３の実施形態によるガスセンサの概略構成を示す斜視図である。
【図１０】第４の実施形態によるガスセンサの概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、ガスセンサ及びその使用方法の諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態によるガスセンサの概略構成を示す斜視図である。
このガスセンサは、光源１と、光源１の照射光を入力して透過させるＦＢＧセンサであるセンサ部２と、センサ部２の出力光（透過光）を検出してモニタする光検出部３とを備えて構成されている。本実施形態では、センサ部２の出力光である透過光のスペクトルを光検出部３でモニタするが、特にこれに限定されるものではなく、センサ部２の出力光である反射光のスペクトルをモニタするようにしても良い。
【００１４】
光源１としては、例えば波長１５５０ｎｍを中心とした光を照射する広帯域光源であるＳＬＤ（Super Luminescent Diode）を用いる。ＳＬＤに代わり、例えば波長可変フィルタを使用した波長掃引型レーザ等を用いても構わない。
センサ部２は、ブラッグ波長の異なる複数（ここでは３種類）の回折格子１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成された光伝搬部である光ファイバ１０と、回折格子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上に配置された、厚みの異なるガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃとを有している。
【００１５】
光ファイバ１０は、光ファイバコア１１と、光ファイバコア１１の周面を被覆する光ファイバクラッド１２とを有して構成されている。光ファイバコア１１には、その光軸に沿って回折格子１１ａ（ブラッグ波長λ１），１１ｂ（ブラッグ波長λ２），１１ｃ（ブラッグ波長λ３）が形成されている。回折格子１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、光源１に近いほど、そのブラッグ波長が短く（λ３＜λ２＜λ１）設定されており、例えばλ１が１５５５ｎｍ、λ２が１５５０ｎｍ、λ３が１４４５ｎｍである。
【００１６】
ガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、光ファイバクラッド１２の周面において、回折格子１１ａ，１１ｂ，１１ｃに位置整合する部位をそれぞれ被覆するように形成されている。ガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、被測定対象であるガス種によって適宜選択することができ、例えば硫化水素等の腐食性ガスを被測定対象とする場合には、金属膜、特に腐食され易い銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）等を材料とする。ガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃの厚みは、光源１に近いほど厚く、ガス反応物質１３ａの厚みｈ１が１００ｎｍ程度、ガス反応物質１３ｂのｈ２が２００ｎｍ程度、ガス反応物質１３ｃのｈ３が３００ｎｍ程度とされている。
【００１７】
ガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、図示のように、これらの厚みが光源１に近いほど厚い方が望ましい。このように構成することで、例えば反射光スペクトルをモニタする方式の場合に、腐食により厚みの薄いガス反応物質に対応した回折格子の形成箇所が露出しても、厚いガス反応物質に対応した回折格子の形成箇所で反射される信号光は当該露出箇所を通過しない。そのため、信号光の強度低下等の劣化の問題を回避することができる。
【００１８】
以下、本実施形態によるガスセンサの動作原理について説明する。
図２は、動作原理の説明のために図１を簡略化して示す模式図である。図２では、光ファイバクラッド１２の図示を省略し、ガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃについてはその一部のみを示す。図３は、ガス反応物質の腐食が進行してゆく場合におけるブラッグ波長の変化を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）の各図で左側がガス反応物質の腐食度合いを示す概略断面図を、右側が波長と光の透過強度との関係を示す特性図である。
【００１９】
光源１からセンサ部２に照射光を入力する。図３（ａ）のように、ガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃに腐食が生じていない初期状態では、透過光スペクトルとしては、各回折格子部のブラッグ波長のところで光強度が低下したものが得られる。
【００２０】
続いて、ガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、腐食ガス雰囲気に曝されて腐食が進行し、その表面から腐食部１４ａ，１４ｂ，１４ｃが形成されてゆく。図３（ｂ）のように、最も薄いガス反応物質１３ａが全て腐食する（全て腐食部１４ａとなる）と、ガス反応物質１３ａに対応する回折格子１１ａは、腐食によるガス反応物質１３ａの屈折率変化の影響を受ける。これにより、回折格子１１ａのブラッグ波長λ１が変化する。この波長変化を観測することにより、厚みｈ１（ここでは１００ｎｍ程度）のガス反応物質１３ａを腐食させるのに要した時間ｔ１が判る。
【００２１】
続いて、ガス反応物質１３ｂ，１３ｃは、腐食ガス雰囲気に曝されて腐食が進行し、その表面から腐食部１４ｂ，１４ｃが形成されてゆく。図３（ｃ）のように、ガス反応物質１３ａに次いで薄いガス反応物質１３ｂが全て腐食する（全て腐食部１４ｂとなる）と、ガス反応物質１３ｂに対応する回折格子１１ｂは、腐食によるガス反応物質１３ｂの屈折率変化の影響を受ける。これにより、回折格子１１ｂのブラッグ波長λ２が変化する。この波長変化を観測することにより、厚みｈ２（ここでは２００ｎｍ程度）のガス反応物質１３ｂを腐食させるのに要した時間ｔ２が判る。
同様の手順により、厚みｈ３（ここでは３００ｎｍ程度）のガス反応物質１３ｃを腐食させるのに要した時間ｔ３も観測することができる。
【００２２】
上記のように、ガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃの腐食状況を把握することにより、図４に示すような時間と腐食部の厚み（腐食膜厚）との関係が得られる。腐食部の進行速度はガス濃度と相関があるため、図４で得られた直線の傾きからガス濃度を見積もることができる。ここで、０〜ｔ１間、ｔ１〜ｔ２間、及びｔ２〜ｔ３間におけるガス濃度の各平均値が得られる。このようにして、対象とするガス濃度及びその変化をモニタリングすることができる。
【００２３】
なお、本実施形態では、ブラッグ波長の異なる３種類の回折格子及びこれらに対応した厚みの異なる３種類のガス反応物質を設ける場合について例示したが、これに限定されるものではない。ブラッグ波長及び厚みの異なる回折格子及びガス反応物質の数を更に多く設けることで(ｈ４，ｈ５，・・・)、厚みｈ３のガス反応物質が全て腐食した以降も観測を続けることができ、より長期のモニタリングを行うことができる。また、ガス反応物質の厚みを変化させるステップ（ｈi+1−ｈi  ｉ＝１，２・・・）をより小さく設定することにより、ガス濃度及びその変化の更に高精度な常時モニタリングが可能となる。
【００２４】
本実施形態によるガスセンサは、上記の動作原理に基づいて、以下のように使用に供される。
このガスセンサを、所定のガスの被測定領域に設置する。ガスセンサでは、光源１からセンサ部２に光入力し、センサ部２を通過した光を検出部３で検出する。そして、ガス反応物質のガス吸着の度合いに応じた、回折格子のうちでガス反応物質の対応する回折格子のブラッグ波長の変化を測定する。本実施形態では、光ファイバコア１１に回折格子１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成され、これらに対応してガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されている。ガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃの順でガス吸着による腐食に起因するブラッグ波長λ１，λ２，λ３の変化を測定する。この測定に基づいて、被測定領域におけるガス濃度及びその変化を把握する。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態によれば、対象とするガスの濃度及びその変化を把握することができる、信頼性の高いガスセンサが実現する。
【００２６】
−変形例−
以下、第１の実施形態の諸変形例について説明する。諸変形例では、第１の実施形態のガスセンサと同じ構成部材については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００２７】
（変形例１）
図５は、第１の実施形態の変形例１によるガスセンサの概略構成を示す斜視図である。
このガスセンサは、図１と同様に、光源１、ＦＢＧセンサであるセンサ部２、及び光検出部３とを備えて構成されている。
【００２８】
本例では、センサ部２において、光ファイバ１０には、ブラッグ波長の異なる複数（ここでは５種類）の回折格子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅが形成されている。
回折格子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ上には、図１のガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃと異なるガス反応物質１５が設けられている。
【００２９】
ガス反応物質１５は、光ファイバクラッド１２の周面において回折格子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅを被覆しており、光ファイバコア１１の光の伝搬方向に沿って厚みが連続的に変化するように形成されている。ここでは、ガス反応物質１５は、その厚みが光源１に近いほど厚く形成されている。
【００３０】
本例によるガスセンサにおいては、センサ部２が上記のガス反応物質１５を備えるため、ガス濃度の時間変化を計測する精度が更に向上する。ガス反応物質１５は、これを一括形成することができ、工程数が削減される。
本例によれば、対象とするガスの濃度及びその変化を把握することができる、信頼性の高いガスセンサが実現する。
【００３１】
（変形例２）
図６は、第１の実施形態の変形例２によるガスセンサの概略構成を示す模式図である。
このガスセンサでは、図１と同様に光源１及び光検出部３を備えており、光源１及び光検出部３と接続された複数のセンサ部２を有している。複数のセンサ部２は、図示のように、直列や並列の様々な接続状態とされており、複数の被測定領域におけるガス濃度及び変化をそれぞれモニタリングすることができる。
【００３２】
本例によれば、対象とするガスの濃度及びその変化を把握することができる、信頼性の高いガスセンサが実現する。
【００３３】
（変形例３）
図７は、第１の実施形態の変形例３によるガスセンサの概略構成を示す斜視図である。
このガスセンサは、図１と同様に、光源１、ＦＢＧセンサであるセンサ部２、及び光検出部３とを備えて構成されている。
【００３４】
本例のガスセンサにおいては、センサ部２が着脱自在とされている。具体的には、一端が光源１に、他端がコネクタ２２ｂによりアダプタ２１にそれぞれ接続された光ファイバ２３と、一端が光検出部３に、他端がコネクタ２５ｂによりアダプタ２４にそれぞれ接続されたと光ファイバ２６とが設けられている。センサ部２は、アダプタ２１，２４間の領域にコネクタ２２ａ，２５ａにより容易に着脱自在に接続されている。この構成により、メンテナンスのためにセンサ部２を交換する必要が生じた場合に、容易にセンサ部２のみを交換することが可能であり、メンテナンス性が向上する。
【００３５】
本例によれば、対象とするガスの濃度及びその変化を把握することができる、信頼性の高いガスセンサが実現する。
【００３６】
（第２の実施形態）
次いで、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様にガスセンサを開示するが、センサ部の構成が異なる点で第１の実施形態と相違する。本実施形態では、第１の実施形態のガスセンサと同じ構成部材については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３７】
図８は、第２の実施形態によるガスセンサの概略構成を示す斜視図である。
このガスセンサは、光源１、センサ部３０、光検出部３、セカンドコア型のスポットサイズ変換機３４，３６、及び光ファイバ３５，３７を備えて構成されている。光ファイバ３５は、光源１とスポットサイズ変換機３４との間を接続している。光ファイバ３７は、スポットサイズ変換機３６と光検出部３との間を接続している。
【００３８】
センサ部３０は、ブラッグ波長の異なる複数（ここでは３種類）の回折格子３２ａ，３２ｂ，３２ｃが形成された光伝搬部である光導波路３２と、回折格子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ上に配置された、厚みの異なるガス反応物質３３ａ，３３ｂ，３３ｃとを有している。センサ部３０及びスポットサイズ変換機３４，３６は、シリコン基板３１上のシリコン酸化膜であるＢＯＸ層３２上に形成されている。ＢＯＸ層３２は２μｍ程度の厚みに形成される。光導波路３２は幅５００ｎｍ程度、高さ２２０ｎｍ程度のサイズに形成され、回折格子３２ａ，３２ｂ，３２ｃは通信波長帯のブラッグ波長(本実施形態では順に１５５５ｎｍ，１５５０ｎｍ，１４４５ｎｍ)のものが用いられる。スポットサイズ変換機３４，３６は、光ファイバ３５，３７とセンサ部３０とを高効率に光結合させるために設けられている。スポットサイズ変換機３４，３６は、シリコン導波路の幅をテーパ状に狭くし、これをセカンドコアで覆って、シリコン導波路からセカンドコアへ光を遷移させるようにしてスポットサイズを拡大するものである。セカンドコアは例えばＳｉＯＮ導波路（幅３μｍ程度、高さ７μｍ程度、屈折率１．４８）であり、シリコン導波路は幅を５００ｎｍ程度から６０ｎｍ程度まで徐々に狭くされている。必要に応じて、最表層にはＴＥＯＳのクラッド層を形成し、クラッド層の回折格子上の部分が除去される。本実施形態では、例えばシリコン系材料を用いた微細加工技術により、センサ部３０の小型化が可能となる。
【００３９】
なお、本実施形態では、光ファイバ３５，３７とセンサ部３０との光結合部分にスポットサイズ変換器３４，３６を用いているが、特にこれに限定させるものではない。例えば、グレーティングカプラ等を用いてスポットサイズを拡大しても良い。この場合でも同様に、光ファイバとの高効率結合を実現することができる。
【００４０】
本実施形態によるガスセンサは、第１の実施形態と同様の動作原理に基づいて、以下のように使用に供される。
このガスセンサを、所定のガスの被測定領域に設置する。ガスセンサでは、光源１からセンサ部３０に光入力し、センサ部３０を通過した光を検出部３で検出する。そして、ガス反応物質のガス吸着の度合いに応じた、回折格子のうちでガス反応物質の対応する回折格子のブラッグ波長の変化を測定する。本実施形態、光ファイバコア３２に回折格子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ（ブラッグ波長は順にλ１，λ２，λ３）が形成され、これらに対応してガス反応物質３３ａ，３３ｂ，３３ｃが形成されている。ガス反応物質３３ａ，３３ｂ，３３ｃの順でガス吸着による腐食に起因するブラッグ波長λ１，λ２，λ３の変化を測定する。この測定に基づいて、被測定領域におけるガス濃度及びその変化を把握する。
【００４１】
本実施形態によれば、対象とするガスの濃度及びその変化を把握することができる、信頼性の高いガスセンサが実現する。
【００４２】
（第３の実施形態）
次いで、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第２の実施形態と同様に、センサ部に光導波路構造を備えたガスセンサを開示するが、光源、センサ部、及び光検出部が同一のパッケージ内に集積されている点で第２の実施形態と相違する。本実施形態では、第２の実施形態のガスセンサと同じ構成部材については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４３】
図９は、第３の実施形態によるガスセンサの概略構成を示す斜視図である。
このガスセンサは、光源４１、スポットサイズ変換機３４、センサ部３０、光検出部４２、及び無線装置４３が同一のパッケージ内に集積されて構成されている。具体的には、ＢＯＸ層３２を掘り込んで露出するシリコン基板３１上に光源４１が設けられ、ＢＯＸ層３２上にスポットサイズ変換機３４、センサ部３０、及び光検出部４２が形成され、更にＢＯＸ層３２上に無線装置４３が設けられている。
【００４４】
光源４１は、センサ部３０の光導波路３２とバットカップルし、高効率の光結合が得られる。光源４１と光導波路３２との間には、第２の実施形態と同様に結合損失を抑制するためにスポットサイズ変換器３４が設けられている。スポットサイズ変換器３４は、光源４１のスポットサイズに適合させるため、ＳｉＯＮのセカンドコア形状が幅３μｍ程度、高さ３μｍ程度とされている。光検出部４２は、Ｇｅ等からなるフォトダイオードで構成されている。無線装置４３は、光検出部４２で検出されたガス濃度及びその変化のデータを無線により遠隔地に送信するものである。
【００４５】
本実施形態では、遠隔地に設置された光源及び光検出部とセンサ部とを結ぶ光ファイバが不要となり、センサ構成の小型化・簡略化及び費用コストの削減が可能となる。本実施形態のガスセンサの使用方法は、第２の実施形態と同様である。
本実施形態によれば、対象とするガスの濃度及びその変化を把握することができる、信頼性の高いガスセンサが実現する。
【００４６】
（第４の実施形態）
次いで、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、第３の実施形態と同様に、光源、センサ部、及び光検出部が同一のパッケージ内に集積されたガスセンサを開示するが、センサ部が第１の実施形態のＦＢＧセンサで構成されている点で相違する。本実施形態では、第１及び第３の実施形態のガスセンサと同じ構成部材については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４７】
図１０は、第４の実施形態によるガスセンサの概略構成を示す斜視図である。
このガスセンサは、光源４１、ＦＢＧセンサであるセンサ部２、光検出部４２、及び無線装置４３が同一のパッケージ内に集積されて構成されている。具体的には、シリコン基板５１上に、光源４１、センサ部２、光検出部４２、及び無線装置４３が設けられている。シリコン基板５１の表面には、Ｖ溝ガイド５１ａが掘り込み形成されており、Ｖ溝ガイド５１ａの長手方向の２側面には幅広部５１ｂが形成されている。センサ部２は、Ｖ溝ガイド５１ａ内に、その光ファイバ１０が当該Ｖ溝ガイド５１ａに接触するように配置されている。ここで、センサ部２のガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃが幅広部５１ｂの形成位置に配置され、これによりガス反応物質１３ａ，１３ｂ，１３ｃがＶ溝ガイド５１ａと非接触に保持される。光ファイバ１０がＶ溝ガイド５１ａと接触することにより、光源４１と光検出部４３との光軸合せを容易に行うことができる。
【００４８】
本実施形態では、シリコン基板５１にＶ溝ガイド５１ａを形成する場合を例示するが、特にこれに限定されるものではない。例えば、シリコン基板の代わりにＳＯＩ基板等の多層基板を用い、Ｓｉ層とＳｉＯ2層との選択エッチングを利用して深さ制御されたガイド溝を形成し、このガイド溝にセンサ部２を搭載しても構わない。
【００４９】
本実施形態によれば、対象とするガスの濃度及びその変化を把握することができる、信頼性の高いガスセンサが実現する。
【００５０】
以下、ガスセンサ及びその使用方法の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００５１】
（付記１）光源と、
前記光源の照射光を入力するセンサ部と、
前記センサ部の出力光を検出する光検出部と
を含み、
前記センサ部は、
ブラッグ波長の異なる複数の回折格子が形成された光伝搬部と、
前記複数の回折格子上に配置された、厚みの異なるガス反応物質と
を備えたことを特徴とするガスセンサ。
【００５２】
（付記２）前記センサ部は、前記光伝搬部が光ファイバで構成されていることを特徴とする付記１に記載のガスセンサ。
【００５３】
（付記３）前記光源と前記センサ部との間に第１の光ファイバが、前記センサ部と前記光検出部との間に第２の光ファイバが設けられており、前記センサ部が着脱自在とされていることを特徴とする付記２に記載のガスセンサ。
【００５４】
（付記４）前記センサ部は、前記光伝搬部が光導波路で構成されていることを特徴とする付記１に記載のガスセンサ。
【００５５】
（付記５）前記ガス反応物質は、前記光伝搬部の光の伝搬方向に沿って厚みが連続的に変化していることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【００５６】
（付記６）前記光源、前記センサ部、及び前記光検出部が同一のパッケージ内に集積されていることを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【００５７】
（付記７）前記光源、前記センサ部、及び前記光検出部と共に、前記光検出部による検出結果の情報を伝達する無線装置が前記同一のパッケージ内に集積されていることを特徴とする付記６に記載のガスセンサ。
【００５８】
（付記８）複数の前記センサ部を備えており、
各々の前記センサ部を任意の被測定領域に設置自在とされていることを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【００５９】
（付記９）前記ガス反応物質は、前記光源に近い部位ほど厚く形成されていることを特徴とする付記１〜８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【００６０】
（付記１０）光源と、
ブラッグ波長の異なる複数の回折格子が形成された光伝搬部と、前記複数の回折格子上に配置された、厚みの異なるガス反応物質とを備えたセンサ部と、
前記センサ部の出力光を検出する光検出部と
を含むガスセンサを、ガスの被測定領域に設置し、
前記ガス反応物質のガス吸着の度合いに応じた、前記複数の回折格子のうちで前記ガス反応物質の対応する回折格子のブラッグ波長の変化を測定して、前記被測定領域におけるガスの濃度変化を把握することを特徴とするガスセンサの使用方法。
【００６１】
（付記１１）前記センサ部は、前記光伝搬部が光ファイバで構成されていることを特徴とする付記１０に記載のガスセンサの使用方法。
【００６２】
（付記１２）前記光源と前記センサ部との間に第１の光ファイバが、前記センサ部と前記光検出部との間に第２の光ファイバが設けられており、前記センサ部が着脱自在とされていることを特徴とする付記１１に記載のガスセンサの使用方法。
【００６３】
（付記１３）前記センサ部は、前記光伝搬部が光導波路で構成されていることを特徴とする付記１０に記載のガスセンサの使用方法。
【００６４】
（付記１４）前記ガス反応物質は、前記光伝搬部の光の伝搬方向に沿って厚みが連続的に変化していることを特徴とする付記１０〜１３のいずれか１項に記載のガスセンサの使用方法。
【００６５】
（付記１５）前記光源、前記センサ部、及び前記光検出部が同一のパッケージ内に集積されていることを特徴とする付記１０〜１４のいずれか１項に記載のガスセンサの使用方法。
【００６６】
（付記１６）前記光源、前記センサ部、及び前記光検出部と共に、前記光検出部による検出結果の情報を伝達する無線装置が前記同一のパッケージ内に集積されていることを特徴とする付記１５に記載のガスセンサの使用方法。
【００６７】
（付記１７）前記ガスセンサは複数の前記センサ部を備えており、
各々の前記センサ部を任意の前記被測定領域に設置することを特徴とする付記１０〜１０〜１４のいずれか１項に記載のガスセンサの使用方法。
【００６８】
（付記１８）前記ガス反応物質は、前記光源に近い部位ほど厚く形成されていることを特徴とする付記１０〜１７のいずれか１項に記載のガスセンサの使用方法。
【符号の説明】
【００６９】
１，４１  光源
２，３０  センサ部
３，４２  光検出部
１０  光ファイバ
１１  光ファイバコア
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ  回折格子
１２  光ファイバクラッド
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１５，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ  ガス反応物質
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  腐食部
２１，２４  アダプタ
２２ａ，２２ｂ，２５ａ，２５ｂ  コネクタ
２３，２６，３５，３７  光ファイバ
３１，５１  シリコン基板
３２  ＢＯＸ層
３２  光導波路
３４  スポットサイズ変調器
４３  無線装置
５１ａ  Ｖ溝ガイド
５１ｂ  幅広部
【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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