JP6575827B2 - 機能水濃度センサ - Google Patents
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Description
[機能水濃度センサの概要]
まず、本実施の形態に係る機能水濃度センサの概要について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ1の構成を示す模式図である。図2は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ1の動作を説明するための模式図である。
光源10は、紫外光11を発する。紫外光11は、例えば、ピーク波長が350nm以下の光である。紫外光11の詳細については、後で説明する。
蛍光体20は、光源10から発せられて容器40内を通過した紫外光11によって励起されて蛍光21を発する。具体的には、蛍光体20は、機能水90を透過した後の紫外光11(透過光)を波長変換することで、波長変換後の光として蛍光21を発する。蛍光21は、例えば可視光である。具体的には、蛍光体20は、紫外光11を受けて、ピーク波長が可視光領域(380nm〜780nm)に存在する蛍光21を発する。
受光素子30は、蛍光21を受光する。具体的には、受光素子30は、受光した蛍光21を光電変換することで、蛍光21の受光量(すなわち、強度)に応じた電気信号を生成する。生成された電気信号は、制御回路50に出力される。
容器40は、機能水90が入れられる容器である。容器40は、例えば有底円筒又は有底角筒などの有底筒状のセルであるが、特に限定されない。容器40は、紫外光11を透過させる2つの透過窓を備える。具体的には、図1に示すように、容器40は、入射窓41と、出射窓42とを備える。
制御回路50は、光源10及び受光素子30を制御するコントローラである。制御回路50は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。制御回路50は、例えば、マイコン(マイクロコントローラ)などで実現される。
続いて、本実施の形態に係る光源10が発する紫外光11の詳細について説明する。
上述したように、本実施の形態では、紫外光11の入射前の強度と透過後の強度とに基づいて、機能水90の濃度を測定する。具体的には、透過光である紫外光11を直接検出するのではなく、蛍光体20によって蛍光21に変換した後、変換後の蛍光21を受光素子30が検出する。本実施の形態では、蛍光21の強度を、透過光(紫外光11)の強度の代わりに用いることで、機能水90の濃度を測定する。
以上のように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ1は、機能水90が入れられる容器40と、紫外光11を発する光源10と、光源10から発せられて容器40内を通過した紫外光11によって励起されて蛍光21を発する蛍光体20と、蛍光21を受光する受光素子30とを備え、光源10が発する紫外光11のピーク波長は、機能水90に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内に存在する。
図9は、本実施の形態の変形例1に係る機能水濃度センサ1aの構成及び動作を説明するための模式図である。
図10は、本実施の形態の変形例2に係る機能水濃度センサ1bの構成及び動作を説明するための模式図である。
図11は、本実施の形態の変形例3に係る機能水濃度センサ1cの構成及び動作を説明するための模式図である。
図12は、本実施の形態の変形例4に係る機能水濃度センサ1dの構成及び動作を説明するための模式図である。
続いて、実施の形態2に係る機能水濃度センサについて、図13を用いて説明する。なお、以下では、上記の実施の形態1と異なる点を中心に説明し、実施の形態1と同じ点については、説明を省略又は簡略化する。
反射部70は、容器40の内部に設けられた、紫外光11を反射する第1反射部の一例である。反射部70は、紫外光11を鏡面反射する。具体的には、反射部70は、光源10から発せられ、入射窓41を通過した紫外光11を、蛍光体20に向けて反射する。反射された紫外光11は、出射窓42を通過して蛍光体20に照射されて、蛍光体20を励起する。蛍光体20は、励起されて蛍光21を発し、蛍光21が受光素子30に入射される。反射部70が設けられていることで、図13に示すように、紫外光11の光路長が容器40の幅の約2倍になる。
ここで、機能水90がオゾン水である場合において、その濃度と透過度との関係を光路長毎に測定した結果について、図14を用いて説明する。図14は、本実施の形態に係る機能水濃度センサ2における光路長毎のオゾン水の濃度に対する紫外光11の透過度を示す図である。
以上のように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ2は、さらに、容器40の内部に設けられた、紫外光11を反射する反射部70を備える。
図15は、本実施の形態の変形例1に係る機能水濃度センサ2aの構成及び動作を説明するための模式図である。
図16は、本実施の形態の変形例2に係る機能水濃度センサ2bの構成及び動作を説明するための模式図である。本変形例に係る機能水濃度センサ2bは、機能水90の濃度に応じて光源10及び受光素子30の配置位置又は向きが可変である。図16の(a)は、機能水90の濃度が高い場合を示しており、(b)は、機能水90の濃度が低い場合を示している。
図17は、本実施の形態の変形例3に係る機能水濃度センサ2cの構成及び動作を説明するための模式図である。
図18は、本実施の形態の変形例4に係る機能水濃度センサ2dの構成及び動作を説明するための模式図である。
図19は、本実施の形態の変形例5に係る機能水濃度センサ2eの構成及び動作を説明するための模式図である。
続いて、実施の形態3に係る機能水濃度センサについて、図20を用いて説明する。なお、以下では、上記の実施の形態1と異なる点を中心に説明し、実施の形態1と同じ点については、説明を省略又は簡略化する。
反射部80は、蛍光体20が設けられた反射面を有し、反射面によって蛍光21を受光素子30に向けて反射する第2反射部の一例である。反射部80は、容器40の外部に設けられている。
以上のように、本実施の形態に係る機能水濃度センサ3は、さらに、蛍光体20が設けられた反射面を有し、容器40の外部に設けられ、反射面によって蛍光21を受光素子30に向けて反射する反射部80を備える。
図21は、本実施の形態の変形例1に係る機能水濃度センサ3aの構成を示す模式図である。具体的には、図21の(a)は、機能水濃度センサ3aの配管の一部を構成する容器40内を機能水90が流れる方向に直交する断面を示しており、(b)は、(a)のXXI−XXI線における断面を示している。
図22は、本実施の形態の変形例2に係る機能水濃度センサ3bの構成を示す模式図である。具体的には、図22の(a)は、機能水濃度センサ3bの配管の一部を構成する容器40内を機能水90が流れる方向に直交する断面を示しており、(b)は、(a)のXXII−XXII線における断面を示している。
図23は、本実施の形態の変形例3に係る機能水濃度センサ3cの構成を示す模式図である。具体的には、図23は、機能水濃度センサ3cの配管の一部を構成する容器40内を機能水90が流れる方向に直交する断面を示している。
以上、本発明に係る機能水濃度センサについて、上記実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
10、10e1、10e2 光源
11 紫外光
20、20c、20d 蛍光体
21 蛍光
30、30e1、30e2 受光素子
40 容器
41 入射窓
42、42c 出射窓
50、50b、50e 制御回路
60、60c スリット部
61、61d レンズ部
70、71、72、73 反射部(第1反射部)
80、80c 反射部(第2反射部)
90 機能水
Claims (14)
- 機能水が入れられる容器と、
紫外光を発する光源と、
前記光源から発せられて前記容器内を通過した紫外光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、
前記蛍光を受光する受光素子とを備え、
前記容器は、
前記紫外光を遮蔽する材料から形成された本体と、
前記光源から発せられた紫外光が入射する入射窓と、
出射窓とを有し、
前記出射窓は、前記蛍光体を含有する蛍光体含有ガラスから形成されており、
前記光源が発する紫外光のピーク波長は、前記機能水に固有の吸収ピークを含む所定の範囲内に存在する
機能水濃度センサ。 - 前記蛍光体は、前記受光素子の感度に応じたピーク波長を有する光を前記蛍光として発する
請求項1に記載の機能水濃度センサ。 - 前記受光素子は、前記蛍光体に近接配置されている
請求項1又は2に記載の機能水濃度センサ。 - 前記光源、前記容器、前記蛍光体及び前記受光素子は、この順で略同一直線上に配置されている
請求項1〜3のいずれか1項に記載の機能水濃度センサ。 - さらに、
前記容器の内部に設けられた、前記紫外光を反射する第1反射部を備える
請求項1〜3のいずれか1項に記載の機能水濃度センサ。 - 前記機能水濃度センサは、複数の前記第1反射部を備え、
複数の前記第1反射部は、前記紫外光を多重反射させるように配置されている
請求項5に記載の機能水濃度センサ。 - さらに、
前記光源及び前記受光素子の少なくとも一方の配置位置又は向きを前記機能水の濃度に応じて変更することで、前記光源から前記受光素子までの光路長を変更する制御回路を備える
請求項5又は6に記載の機能水濃度センサ。 - 前記第1反射部は、前記容器の内面である
請求項5〜7のいずれか1項に記載の機能水濃度センサ。 - 前記機能水濃度センサは、前記光源及び前記受光素子の組を複数備え、
前記光源及び前記受光素子の複数の組は、前記光源から対応する前記受光素子までの光路長が互いに異なるように配置され、
前記機能水濃度センサは、さらに、前記機能水の濃度に応じて前記複数の組を選択的に変更する制御回路を備える
請求項5〜8のいずれか1項に記載の機能水濃度センサ。 - 前記機能水濃度センサは、さらに、
前記光源と前記入射窓との間に設けられた、前記紫外光の照射範囲を制限するスリット部を備える
請求項1〜9のいずれか1項に記載の機能水濃度センサ。 - 前記スリット部は、前記入射窓と形状が略同一の開口を有する
請求項10に記載の機能水濃度センサ。 - 前記機能水濃度センサは、さらに、
前記光源と前記入射窓との間に設けられた、前記紫外光の発散を抑制するレンズ部を備える
請求項1〜9のいずれか1項に記載の機能水濃度センサ。 - 前記機能水濃度センサは、さらに、
前記光源と前記入射窓との間に設けられた、前記紫外光を平行光に変換するコリメート部を備える
請求項1〜9のいずれか1項に記載の機能水濃度センサ。 - 前記光源からの紫外光は、前記入射窓に略垂直に入射する
請求項1〜13のいずれか1項に記載の機能水濃度センサ。
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