(57)【要約】【課題】被検ガスの湿度による影響を低減することができて信頼性の高いガス検知を行うことのできる赤外線式ガス検知器を提供すること。【解決手段】この赤外線式ガス検知器は、両端が赤外線透過性を有する窓部材によって閉塞されてガス導入空間が形成された筒状の測定セルを備えており、測定セルの軸方向における一端側の外方位置において、赤外線光源および凹面状の反射面を有する第１のリフレクタとを具えた光源部が配置されていると共に、他端側の外方位置において、赤外線センサおよび平面状の反射面を有する第２のリフレクタを具えた受光部が配置されており、測定セルの内周面が非反射面とされている。測定セルの内周面における非反射面は、ネジ溝により構成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が赤外線透過性を有する窓部材によって閉塞されてガス導入空間が形成された筒状の測定セルを備えており、当該測定セルの軸方向における一端側の外方位置に光源部が配置されていると共に当該測定セルの軸方向における他端側の外方位置に受光部が配置されており、
前記光源部は、光軸が前記測定セルの中心軸と一致する状態で配置された赤外線光源と、光軸が当該赤外線光源の光軸と一致する状態で配置された凹面状の反射面を有する第１のリフレクタとを具えており、
前記受光部は、前記赤外線光源と対向して配置された赤外線センサと、平面状の反射面を有し、当該反射面が前記測定セルの一端側を向く姿勢で、当該赤外線センサの周囲を囲むよう配置された第２のリフレクタとを具えており、
前記測定セルの内周面が非反射面とされていることを特徴とする赤外線式ガス検知器。
【請求項２】
前記測定セルは円筒型であって、前記非反射面がネジ溝により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線式ガス検知器。
【請求項３】
前記第１のリフレクタの反射面が回転楕円面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線式ガス検知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非分散型赤外線吸収法を利用して検知対象ガスを検知する赤外線式ガス検知器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、赤外線が検知対象ガスによって吸収されることによる赤外線光量の減衰の程度に応じて検知対象ガス（特定ガス成分）のガス濃度を検出する非分散型赤外線吸収法を利用したガス検知器としては、図３に示すように、例えばガス導入空間Ｓを形成する円筒状の測定セル３０を備え、この測定セル３０の一端側に赤外線光源３５が配置されると共に他端側に赤外線センサ４０が赤外線光源３５と対向して配置された構成のものが知られている（例えば特許文献１参照）。図３において、３１はガス導入口、３２はガス排出口、４１は光学フィルタである。このような赤外線式ガス検知器においては、例えば環境雰囲気の空気などの被検ガスが導入されるガス導入空間Ｓ内における赤外光の光路長が大きくなるに従って、低濃度の特定ガス成分に対して高い感度が得られることが知られている。
【０００３】
上記の構成の赤外線式ガス検知器において低濃度の特定ガス成分の検知を行うためには、赤外線光源３５から放射される赤外線の、赤外線センサ４０に到達する光量を十分に確保することが必要である。このため、例えば、赤外線光源３５から放射される赤外線を反射するリフレクタ３６を配置した構成、あるいは、測定セル３０の内周面３０ａが例えば鏡面処理された構成とすることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１２３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
而して、上記の構成のガス検知器においては、測定セル３０内に導入される被検ガス（サンプリングガス）の湿度によるセンサ出力に対する影響があり、特に高感度仕様のものは、その影響が無視できないレベルになっている。このような現象が生ずる主な原因は、例えばリフレクタ３６の反射面３６ａや測定セル３０の反射面（内周面）の状態が被検ガスの湿度によって変化することによって反射率が低下することが考えられる。
一方、リフレクタ３６や測定セル３０の内周面３０ａによる反射を利用しない場合には、赤外線センサ４０に到達する光量が極端に小さくなるため、実用上、十分なレベル（大きさ）のセンサ出力を得ることができない、という問題がある。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、被検ガスの湿度による影響を低減することができて信頼性の高いガス検知を行うことのできる赤外線式ガス検知器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】
【０００７】
本発明の赤外線式ガス検知器は、両端が赤外線透過性を有する窓部材によって閉塞されてガス導入空間が形成された筒状の測定セルを備えており、当該測定セルの軸方向における一端側の外方位置に光源部が配置されていると共に当該測定セルの軸方向における他端側の外方位置に受光部が配置されており、
前記光源部は、光軸が前記測定セルの中心軸と一致する状態で配置された赤外線光源と、光軸が当該赤外線光源の光軸と一致する状態で配置された凹面状の反射面を有する第１のリフレクタとを具えており、
前記受光部は、前記赤外線光源と対向して配置された赤外線センサと、平面状の反射面を有し、当該反射面が前記測定セルの一端側を向く姿勢で、当該赤外線センサの周囲を囲むよう配置された第２のリフレクタとを具えており、
前記測定セルの内周面が非反射面とされていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の赤外線式ガス検知器においては、前記測定セルは円筒型であって、前記非反射面がネジ溝により構成されたものとすることができる。
【０００９】
また、本発明の赤外線式ガス検知器においては、前記第１のリフレクタの反射面が回転楕円面である構成とされていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の赤外線式ガス検知器によれば、第１のリフレクタおよび第２のリフレクタがガス導入空間と隔離されて被検ガスと接触しない構造とされているので、リフレクタの反射面の状態が変化することがなく、十分な光量の赤外線を赤外線センサに到達させることができると共に、測定セルの内周面が非反射面とされていることにより、被検ガスの湿度の影響によって反射率が変化することによる赤外線光量の減衰を検知対象ガスの吸収によるものとして検出することがなく、従って、信頼性の高いガス検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の赤外線式ガス検知器の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【図２】図１に示す赤外線式ガス検知器における測定セルの内周面を拡大して示す説明用断面図である。
【図３】従来における赤外線式ガス検知器の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の赤外線式ガス検知器の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
この赤外線式ガス検知器は、両端が赤外線透過性を有する窓部材１８ａ，１８ｂによって閉塞されて被検ガスが導入されるガス導入空間Ｓが内部に形成された例えば円筒状の測定セル１０を備えており、測定セル１０の軸方向における一端側の外方位置において光源部が窓部材１８ａに近接して配置されていると共に測定セル１０の軸方向における他端側の外方位置において受光部が窓部材１８ｂに近接して配置されている。図１において、１１は、被検ガス（図１中白抜きの矢印で示す。）をガス導入空間Ｓに導入するためのガス導入口、１２は、ガス導入空間Ｓに導入された被検ガスを排出するためのガス排出口である。
【００１３】
測定セル１０の軸方向の長さ（光路長）Ｌは、十分な信号変化量、すなわち十分に高い分解能が得られるよう目的とする濃度測定範囲に応じて設定されている。例えば、検知対象ガスの適正濃度測定範囲が例えば０〜５０００ｐｐｍ程度の低濃度範囲の測定を行う場合には、例えば５０〜２００ｍｍとされる。
【００１４】
光源部は、光軸が測定セル１０の中心軸に一致する状態で配置された点滅駆動型の赤外線光源２１と、凹面状の反射面を有する第１のリフレクタ２２とを具えており、第１のリフレクタ２２はその光軸Ｃが赤外線光源２１の光軸と一致し、赤外線光源２１が焦点に位置される状態で配置されている。
【００１５】
赤外線光源２１は、例えばコイルフィラメントを備えたランプよりなり、例えば１Ｈｚの周期で、すなわち０．５秒間の間点灯された後、０．５秒間の間消灯されるよう、点滅駆動される。
【００１６】
この例における第１のリフレクタ２２は、回転楕円面状の反射面２２ａを有し、例えばアルミニウムよりなる基材の内面に金メッキが施されて反射面２２ａが形成されてなるものである。
この第１のリフレクタ２２は、第１のリフレクタ２２の光軸Ｃに沿った断面において、第１焦点位置ｆ１と光照射側開口端とを結ぶ仮想直線Ｘの、当該第１のリフレクタの光軸Ｃに対してなす角αが例えば２５°であるものであることが好ましい。これにより、赤外線光源２１から直接的に測定セル１０の内周面１０ａに向かって放射される赤外線の光量を少なくして赤外線光源２１からの赤外線を効率よく利用することができる。
【００１７】
受光部は、赤外線光源２１と対向して配置された赤外線センサ２５と、赤外線センサ２５の周囲を囲むよう配置された平面状の反射面２６ａを有する第２のリフレクタ２６と、検知対象ガスのガス分子固有の吸収波長域の赤外線に対してのみ高い透過率を有する光学フィルタ２７とを具えている。
【００１８】
第２のリフレクタ２６は、その反射面２６ａが測定セル１０の軸方向一端側（赤外線光源２１側）を向く姿勢で、配置されている。
この第２のリフレクタ２６は、例えばアルミニウムよりなる基材の一面に金メッキ処理が施されて反射面２６ａが形成されてなるものである。
【００１９】
而して、上記の赤外線式ガス検知器においては、測定セル１０の内周面１０ａが非反射面とされている。具体的には、図２に示すように、測定セル１０の内周面１０ａには、ネジ切り加工によって周方向の全周に延びる螺旋状のネジ溝（めねじ）１５が軸方向に延びるよう形成されて、非反射面が構成されている。
ネジ溝１５の具体的な構成は、特に限定されるものではないが、例えばピッチｐが１ｍｍ、内径ｄ１がφ７．９ｍｍ、谷の径ｄ２がφ９．０ｍｍである。
【００２０】
上記の赤外線式ガス検知器においては、赤外線光源２１が所定の周期で点滅駆動されることにより、赤外線光源２１からの赤外線は、直接的に、あるいは、第１のリフレクタ２２により反射されて赤外線センサ２５に向かって照射され、被検ガスが導入されたガス導入空間Ｓ内を透過した後、直接的に、あるいは、第２のリフレクタ２６により反射されて光学フィルタ２７を介して赤外線センサ２５に入射される。これにより、赤外センサ２５によって受光される赤外線光量に応じたセンサ出力信号が得られ、適宜の信号処理が行われることにより検知対象ガスの濃度が算出される。
【００２１】
而して、上記構成の赤外線式ガス検知器によれば、第１のリフレクタ２２および第２のリフレクタ２６がガス導入空間Ｓと隔離されて被検ガスと接触しない構造とされているので、リフレクタの反射面の状態が変化することがなく、十分な光量の赤外線を赤外線センサ２５に到達させることができると共に、測定セル１０の内周面１０ａがネジ溝１５によって構成された非反射面とされていることにより、被検ガスの湿度の影響によって反射率が変化することによる赤外線光量の減衰を検知対象ガスの吸収によるものとして検出することがなく、従って、信頼性の高いガス検知を行うことができる。
また、第１のリフレクタ２２が楕円面状の反射面２２ａを有することにより、第１のリフレクタ２２により反射された赤外線は集光されながら赤外線センサ２５に向かって照射されるので、赤外線光源２１からの光を効率よく利用することができる。
【００２２】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００２３】
＜実験例１＞
図１および図２に示す構成に従って、本発明に係る赤外線式ガス検知器を作製した。この赤外線式ガス検知器の具体的な構成は次に示す通りである。
〔測定セル（１０）〕
光路長（Ｌ）：１００ｍｍ
ネジ溝のピッチ（ｐ）：１．０ｍｍ
ネジ溝の内径（ｄ１）：φ７．９ｍｍ
ネジ溝の谷の径（ｄ２）：φ９．０ｍｍ
〔第１のリフレクタ（２２）〕
反射面（２２ａ）の形状：長軸が５０ｍｍ、短軸が１１ｍｍの楕円面状
開口径：φ８．５ｍｍ
第１焦点から開口端面までの軸方向長さ（Ａ）：１８．３ｍｍ
第１焦点位置と開口端とを結ぶ仮想直線の、当該第１のリフレクタの光軸に対してなす角α：２５°
波長３３００ｎｍの赤外線の反射率：６０％
【００２４】
この本発明に係る赤外線式ガス検知器について、空気（エアー）を試験用ガスとして用い、試験用ガスの温度および相対湿度を下記表１に従って変更して測定セル内に導入することにより当該試験用ガスのガス濃度測定を行った。結果を下記表１に示す。表１におけるガス濃度値はメタン換算値である。
【００２５】
＜比較実験例１＞
図３に示す構成に従って、比較用の赤外線式ガス検知器を作製した。この比較用の赤外線式ガス検知器におけるリフレクタ（３６）は平面状の反射面（３６ａ）を有するものであり、測定セル（３０）の内周面（３０ａ）は鏡面処理が施されて反射面とされている。リフレクタの反射面および測定セルの内周面の、波長３３００ｎｍの赤外線の反射率は、実験例１に係る第１のリフレクタと同一の大きさである。
この比較用の赤外線式ガス検知器について、上記実験例１と同様の方法により、試験用ガスについてのガス濃度測定を行った。結果を下記表１に示す。
【００２６】
＜実験例２＞
上記実験例１において作製した赤外線ガス検知器について、試験用ガスとしてメタンの濃度が２０００ｐｐｍのガスを用い、試験用ガスの温度および相対湿度を下記表２に従って変更したことの他は実験例１と同様の方法により、試験用ガスについてのガス濃度測定を行った。結果を下記表２に示す。
【００２７】
＜比較実験例２＞
上記比較実験例１において作製した比較用の赤外線ガス検知器について、上記実験例２と同様の方法により、ガス濃度を測定した。結果を下記表２に示す。
【００２８】
【表１】
2014132234.tif 000003
【００２９】
【表２】
2014132234.tif 000004
【００３０】
以上の結果から明らかなように、本発明に係る赤外線式ガス検知器によれば、湿度の影響を大幅に低減することができて信頼性の高いガス検知を行うことができることが確認された。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、第１のリフレクタは、反射面が楕円面状のものに限定されず、例えば放物面状の反射面を有するものであってもよい。
また、測定セルの内面における非反射面は、例えば黒色パウダーなどが噴霧されて、あるいは、シートやシール部材が貼付されて形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０  測定セル
１０ａ  内周面
１１  ガス導入口
１２  ガス排出口
１５  ネジ溝（めねじ）
１８ａ，１８ｂ  窓部材
２１  赤外線光源
２２  第１のリフレクタ
２２ａ  反射面
２５  赤外線センサ
２６  第２のリフレクタ
２６ａ  反射面
２７  光学フィルタ
３０  測定セル
３０ａ  内周面
３１  ガス導入口
３２  ガス排出口
３５  赤外線光源
３６  リフレクタ
３６ａ  反射面
４０  赤外線センサ
４１  光学フィルタ
Ｓ  ガス導入空間
Ｌ  測定セルの光路長
ｆ１  第１のリフレクタの第１焦点
Ｃ  第１のリフレクタの光軸
【図１】
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【図２】
2014132234.tif 000006
【図３】
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