(57)【要約】【課題】複数のミラーでレーザー光を反射させながら、所定のガスの濃度を測定する場合、複数のミラーのそれぞれが振動することによってその設置角度が多少変化しても、ガスの濃度測定に問題が生じないガスの濃度測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】被測定領域を挟むように設置されている複数のミラーであって、レーザー光照射手段が照射したレーザー光を順次反射する複数のミラーと、レーザー光をｎ回目に反射するｎ枚目のミラーで反射したレーザー光を、上記ｎ枚目のミラーにおけるレーザー光の出射点に反射するリトロリフレクター等の再帰性反射体と、上記複数のミラーと上記再帰性反射体とによって反射し、この反射光が上記複数のミラーに再度反射して戻ったレーザー光の光量を測定する光量測定手段と、上記光量測定手段が測定した光量に基づいて、上記被測定領域における所定のガスの濃度を演算する演算手段とを有する。【選択図】図１
2014032068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定領域中のガスにレーザー光を照射するレーザー光照射手段と；
上記被測定領域を挟むように設置されている複数のミラーであって、上記レーザー光照射手段が照射したレーザー光を順次反射する複数のミラーと；
上記複数のミラーのうちで、上記レーザー光をｎ回目に反射するｎ枚目（ｎは２以上の整数）のミラーで反射したレーザー光を、上記ｎ枚目のミラーにおけるレーザー光の出射点に反射する再帰性反射体と；
上記複数のミラーと上記再帰性反射体とによって反射し、この反射光が上記複数のミラーに再度反射して戻ったレーザー光の光量を測定する光量測定手段と；
上記光量測定手段が測定した光量に基づいて、上記被測定領域における所定のガスの濃度を演算する演算手段と；
を有することを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
位置データを測定するＧＰＳと；
上記ＧＰＳが測定した位置データと、上記演算手段が演算したガス濃度とを対応付けて記憶する記憶手段と；
を有することを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記濃度測定装置は、所定の輸送手段に搭載されていることを特徴とする濃度測定装置。
【請求項４】
請求項３において、
地図を印刷するとともに、上記演算されたガス濃度を、上記地図の対応する位置に印刷する印刷手段を有することを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項５】
請求項３において、
上記複数のミラーを構成する各ミラーの中心と上記再帰性反射体の中心とで形成される面が、輸送手段の進行方向とほぼ直交して設置されていることを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項６】
請求項１において、
上記複数のミラーを構成する各ミラーの中心と上記再帰性反射体の中心とを結ぶ線が、ほぼ円形または四角形を形成していることを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項７】
請求項１において、
上記被測定領域における風向、風速を測定する超音波風速計を有することを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項８】
請求項７において、
上記超音波風速計は、上記被測定領域のほぼ中心に設置されていることを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項９のいずれか１項において、
上記所定のガスは、メタンガスまたは炭酸ガスであることを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項１０】
請求項１において、
上記再帰性反射体は、リトロリフレクター、または、ビーズ、プリズム、微細なリトロリフレクターを塗布した再帰性反射板であることを特徴とするガス濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メタンガス等の微量気体を、レーザーを用いて測定する場合、レーザーモジュールから被測定領域にレーザー光を照射し、このレーザー光を被測定領域中の標的で反射し、反射した後にフォトディテクタで受光したレーザー光を位相敏感検波して測定する。そして、上記受光したレーザー光の光量に基づいて、被測定領域に存在しているメタンガスの濃度を測定する装置が知られている（たとえば、先行技術文献１、２参照）。
【０００３】
この装置の応用の一つとして、レーザー式ガスセンサにより非舗装面に特定波長のレーザー光を照射し、非舗装面からの反射光を受光し、受光強度が所定値以下である場合にはガス検知の判定を行う車載型漏洩ガス検知システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】アンリツテクニカル  Ｎｏ．８２  Ｍａｒ．２００６  第６６〜７１頁「レーザ方式の遠隔型ガス検知器」
【非特許文献２】井関孝弥、応用物理、第69巻、第6号、663-696、2000、「半導体レーザーによる微量気体検出技術」
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４２９６５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
環境計測の分野における温室効果ガス濃度の広域的な観測手段あるいは温室効果ガス発生量（フラックス）測定を行うために、レーザー光方式の遠隔型ガス検知器を用いる場合、精度を高めるために必要な数１０ｍ以上の光路長と、高い効率で安定して受光部にレーザー光を戻す反射体とが必要である。しかし、野外で移動測定する際や、ある種のフラックス測定に必要な高い空間分解能で測定する際に、上記の条件を満足させることは困難である。
【０００７】
例えば、上記特許文献１に記載の発明では、非舗装面（路肩）に特定波長のレーザー光を照射し、非舗装面からの反射光を受光するので、レーザー光が通った経路に存在している漏曳メタンガスを検知することができるが、環境計測に必要な精度のメタン濃度の測定は不可能である。その理由は、被測定領域を１往復するだけでは、高精度のメタンガス測定に必要な数１０ｍの先の光路を確保すると、非舗装面からの反射では必要な強度のレーザー光が得られないからである。また、非舗装面でレーザー光を反射させるのではなく、平面ミラーでレーザー光を反射させるガス濃度測定装置を考えた場合、ガス濃度測定装置が数１０ｍの長さになり、装置が大型であるという問題がある。
【０００８】
ガス濃度測定装置の全体の形状を小型にするには、ガスの濃度測定領域を囲むように、複数のミラーを配置し、レーザー光発生源で発生したレーザー光を上記複数のミラーで反射し、受光素子に送る装置が考えられる。この装置では、レーザー光発生源から、複数のミラーを経由し、受光素子に達するまでの光路長を長く確保しつつ、ガス濃度測定装置の全体の形状を小型化することができる。
【０００９】
しかし、この考えられる装置では、複数のミラーを構成する各ミラーのそれぞれが振動や何らかの理由による光路の変化等によって、その設置角度が変化すると、レーザー光発生源で発生したレーザー光が受光素子に達しないという問題がある。
【００１０】
この問題は、炭酸ガス等、メタンガス以外のガスの濃度を測定する場合も同様に生じる問題である。
【００１１】
本発明は、複数のミラーでレーザー光を反射させながら、所定のガスの濃度を測定する場合、複数のミラーのそれぞれが振動や光路の変化等によってその設置角度が多少変化しても、ガスの濃度測定に問題が生じないガス濃度測定装置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】
【００１２】
本発明のガス濃度測定装置は、被測定領域中のガスにレーザー光を照射するレーザー光照射手段と、上記被測定領域を挟むように設置されている複数のミラーであって、上記レーザー光照射手段が照射したレーザー光を順次反射する複数のミラーと、上記複数のミラーのうちで、上記レーザー光をｎ回目に反射するｎ枚目のミラーで反射したレーザー光を、上記ｎ枚目のミラーにおけるレーザー光の出射点に反射する再帰性反射体と、上記複数のミラーと上記再帰性反射体とによって反射し、この反射光が上記複数のミラーに再度反射して戻ったレーザー光の光量を測定する光量測定手段と、上記光量測定手段が測定した光量に基づいて、上記被測定領域における所定のガスの濃度を演算する演算手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数のミラーでレーザー光を反射させながら、所定のガスの濃度を測定する場合、複数のミラーで反射したレーザー光を折り返す折り返し点の反射手段として、再帰性反射体を使用しているので、複数のミラーのそれぞれが振動等することによってその設置角度が多少変化しても、ガスの濃度測定に問題が生じないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１であるガス濃度測定装置１００を示す概念図である。
【図２】本発明の実施例２であるガス濃度測定装置２００を示す概念図である。
【図３】本発明の実施例３であるガス濃度測定装置３００を示す概念図である。
【図４】本発明の実施例４であるガス濃度測定装置４００を示す概念図である。
【図５】本発明の実施例５であるガス濃度測定装置５００を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明を実施するための形態は、以下の実施例である。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１であるガス濃度測定装置１００を示す概念図である。
【００１７】
ガス濃度測定装置１００は、レーザー光源１０と、被測定領域２０に設置されている平面ミラーＭ１、Ｍ２、……、Ｍ１３と、リトロリフレクターＲＲ１と、穴あき平面ミラー３０と、結像レンズ３１と、受光素子４０と、演算手段５０とを有する。
【００１８】
レーザー光源１０は、メタンガスに最も吸収され易い波長の一つである１．６５３７μｍ等のレーザー光を発生する半導体レーザーである。
【００１９】
被測定領域２０は、メタンガスの濃度を測定する領域である。
【００２０】
ガス濃度測定装置１００において、平面ミラーの設置個数は１３個であるが、複数のｎ個であればよく、この意味で、以下では、平面ミラーＭ１、Ｍ２、……、Ｍｎとも記載する。なお、ｎは２以上の整数である。
【００２１】
平面ミラーＭ１、Ｍ２、……、Ｍｎは、ほぼ長方形の枠上に設置され、たとえば、枠の内側に所定の角度を維持して固定されている。枠の代わりに、円形や多角形の筒を使用してもよく、または、数段重ねて使用してもよい。レーザー光源１０で出射されたレーザー光は、ミラーＭ１、Ｍ２、……、Ｍｎ−１、Ｍｎで反射し、その後に、リトロリフレクターＲＲ１で反射されるように、各ミラーの設置角度が設定されている。
【００２２】
リトロリフレクターＲＲ１は、コーナーキューブとも表現され、３枚の平面鏡を直角に組み合わせ、入射光の方向がどの方向であっても、入射光と同じ経路に光を反射する装置であり、再帰性反射体の例である。再帰性反射体としては、リトロリフレクターの他に、ビーズ、プリズム、微細なリトロリフレクターを塗布した再帰性反射板がある。
【００２３】
つまり、リトロリフレクターＲＲ１は、複数のミラーのうちで、レーザー光をｎ回目に反射するｎ枚目のミラーで反射したレーザー光を、上記ｎ枚目のミラーに反射する再帰性反射体の例である。すなわち、リトロリフレクターＲＲ１は、レーザー光をｎ回目に反射するｎ枚目のミラーで反射したレーザー光を、上記ｎ枚目のミラーにおけるレーザー光の出射点に反射する折り返し点の反射手段として使用されている。
【００２４】
なお、リトロリフレクターＲＲ１の代わりに、平面ミラーを使用するようにしてもよい。ただ、平面ミラーを使用すると、上記ｎ枚目のミラーにおけるレーザー光の出射点に反射するように、上記平面ミラーの角度を設定する場合に、その角度設定が煩雑かつ不安定であるが、リトロリフレクターＲＲ１を使用すれば、その角度設定が極めて容易かつ安定である。
【００２５】
穴あき平面ミラー３０は、その中心部に透孔が設けられ、中心部以外は通常の平面ミラーである。そして、レーザー光源１０から出射されたレーザー光は、平面ミラー３０の透孔を通過し、ミラーＭ１に向かい、一方、復路中で、ミラーＭ２、Ｍ１の順で再反射されたレーザー光が、穴あき平面ミラー３０の平面ミラーで反射し、結像レンズ３１を介して受光素子４０の結像面で結像する。
【００２６】
受光素子４０は、被測定領域２０で反射を繰り返したレーザー光の光量を測定する素子である。つまり、受光素子４０は、複数のミラーとリトロリフレクターＲＲ１とによって反射し、この反射光が上記複数のミラーに再度反射して戻ったレーザー光の光量を測定する光量測定手段である。
【００２７】
演算手段５０は、受光素子４０が測定した光量に基づいて、被測定領域２０におけるメタンガスの濃度を演算する演算手段である。
【００２８】
次に、上記実施例の動作について説明する。
【００２９】
まず、レーザー光源１０で、メタンガスによって吸収され易い波長（例えば１．６５３７μｍ）のレーザー光を出射し、穴あき平面ミラー３０の透孔を透過して、被測定領域２０を横切って、ミラーＭ１で反射し、その後に、ミラーＭ２、Ｍ３、……、Ｍｎの順で反射し、リトロリフレクターＲＲ１に到達する。リトロリフレクターＲＲ１で反射したレーザー光は、上記とは逆の順で各ミラーＭｎ、……、Ｍ３、Ｍ２、Ｍ１で再反射し、穴あき平面ミラー３０で反射し、結像レンズ３１を介して受光素子４０に到達する。
【００３０】
そして、受光素子４０において、受光したレーザー光が位相敏感検波され、被測定領域２０におけるメタンガスの量（濃度）が測定される。
【００３１】
ところで、ミラーＭ１、Ｍ２、……、Ｍｎ、リトロリフレクターＲＲ１で挟まれている被測定領域２０が正方形であるとし、その一辺が１ｍであるとすると、被測定領域２０内をレーザー光が通過する光路長は、１ｍ×２ｎである。ｎ＝３１の場合、６２ｍの光路長となり、バックグランド大気中のメタン濃度に近い２ｐｐｍの濃度の場合でも濃度×光路長＝１２８ｐｐｍ・ｍとなり精度の高い測定が可能である。
【００３２】
ＲＲ１として、リトロリフレクターまたは他の再帰性反射体のうちでどれかを選択する場合、受光素子４０に戻るレーザー光の強度に応じて選択する。光路長が大きく、受光素子４０に戻るレーザー光強度が弱くなる場合には、ＲＲ１として、リトロリフレクターを選ぶ。光路長が小さい場合には、ＲＲ１として、リトロリフレクター以外の再帰性反射体から選択する。ＲＲ１として、リトロリフレクター以外の再帰性反射体を選択した場合、その反射光のビームが拡散するので、ミラーＭｎの周囲にレーザー光を吸収する材料あるいはライトトラップを配置して、不必要なレーザー光の反射を抑制する。
【００３３】
ミラーＭ１〜Ｍｎの大きさの選択は以下のように行う。つまり、ミラーＭ１は、結像レンズ３１の大きさに合わせて一辺の長さを４〜８ｃｍ程度にする。長方形の場合には、長辺を合わせる。ミラーＭｎの大きさは、リトロリフレクターＲＲ１を使用する場合、その有効径の大きさに一辺の長さを合わせる。リトロリフレクターＲＲ１以外の再帰性反射体を使用する場合には、形、大きさを同程度とする（通常は正方形）。ミラーＭ１とＭｎとの間のミラーの大きさは、距離に比例させて変えることが理論的には最良であるが、スペースに余裕がある場合にはコストを考慮してミラーＭ１と同一の大きさにする部分、ミラーＭｎと同じにする部分があってもよい。すべてのミラーが同じ大きさでもよい。レーザー光は広がりを持っているので、その広がり角に応じてミラーの周囲にレーザー光を吸収する材料あるいはライトトラップを配置して不必要なレーザー光の反射を抑制する。
【００３４】
ミラーＭ１〜Ｍｎの反射率、面精度、再帰性反射体の選択（リトロリフレクターを選択するかリトロリフレクター以外の再帰性反射体を選択するか）は、光路長を考慮して、受光素子４０に適度の強度のレーザー光が戻るように選択する。受光強度が小さ過ぎると、メタン濃度測定精度が低くなる。受光強度が大き過ぎると、受光素子の応答が飽和して、メタン濃度測定に系統誤差が生じる可能性がある。受光強度が大き過ぎる場合には、レーザーメタン計測器が警告を発するように通常制作されているので、そのような過大な受光強度を避けるようにする。このような光学系の設計によって、目的に合わせた適度な大きさの装置を制作できるので、メタンガスの濃度を測定する場合、ガス濃度測定装置を移動することが比較的容易であり、また、ガス濃度測定装置が小型であるので、測定領域に制限を受けることが少ない。
【００３５】
また、複数のミラーＭ１〜Ｍｎのそれぞれが振動等によって設置角度が多少変化しても、全ての平面ミラーＭ１〜Ｍｎで反射する状態を維持できる限り、リトロリフレクターＲＲ１が、元のミラーＭｎにおけるレーザー光の出射点またはその近傍にレーザー光を戻すので、レーザー光は、その往路と同じかまたはほぼ同じ経路を復路とし、受光素子４０に到達する。したがって、レーザー光源１０で出射されたレーザー光が受光素子４０に確実に向かうので、確実に濃度計測することができる。
【００３６】
なお、ガス濃度測定装置１００は、平面ミラーとして、Ｍ１〜Ｍｎのｎ個を使用しているが、被測定領域２０の広さが同じであっても、これらの平面ミラーを多く設ける（ｎを大きくする）程、レーザー光の光路長が長くなる。また、ガス濃度測定装置１００において、平面ミラーは、１つの長方形の枠の内側に設けられているが、この枠を２段とし、各枠に平面ミラーを設ければ、その光路長は、２倍になる。さらに、上記の枠を３段以上のｍ段にすれば、その光路長は、ｍ倍になる。これらの場合に、必要とするリトロリフレクターＲＲ１は、１つで足りる。
【実施例２】
【００３７】
図２は、本発明の実施例２であるガス濃度測定装置２００を示す概念図である。
【００３８】
ガス濃度測定装置２００は、ガス濃度測定装置１００に、ＧＰＳ７０と、記憶手段８０と、表示手段ＤＰ１とを設けた実施例である。
【００３９】
ＧＰＳ７０は、全地球測位システムであり、ＧＰＳ７０が存在している位置のデータを測定する。
【００４０】
記憶手段８０は、ＧＰＳ７０が測定した位置データと、演算手段５０が演算したメタンガスの濃度とを対応付けて記憶する手段である。
【００４１】
表示手段ＤＰ１は、ＧＰＳ７０が測定した位置データと、演算手段５０が演算したメタンガスの濃度とを対応付けて表示する手段である。たとえば、濃度測定を行っている位置が含まれている地図を表示するとともに、その地図上における濃度測定位置を、マーカー等で表示し、この表示されているマーカーとともに、測定した濃度値を表示する。また、測定した濃度値が所定の閾値以上である場合、測定した濃度値を目立つ色等で表示する。さらに、測定した濃度値をいくつかのランクに分け、ランクに対応する色を予め決め、測定した濃度値に応じた色を、地図に表示するようにしてもよい。
【００４２】
なお、ガス濃度測定装置２００において、二次元超音波風速計を設けるようにしてもよい。
【実施例３】
【００４３】
図３は、本発明の実施例３であるガス濃度測定装置３００を示す概念図である。
【００４４】
ガス濃度測定装置３００は、自動車９０の屋根に、ガス濃度測定装置１００を載置した実施例である。
【００４５】
図３（１）は、ガス濃度測定装置３００の右側面図である。図３（２）は、ガス濃度測定装置３００の平面図である。
【００４６】
ガス濃度測定装置３００において、ガスの濃度を測定する場合には、自動車９０をできるだけ一定速度で走らせ、周囲のメタン発生源から流れてくるメタンガスＭＧの濃度を測定する。メタンガスは自動車９０からはあまり排出されず、かつ排気ガスがガス濃度測定装置１００に到達する可能性が小さいので、ガソリン、ディーゼル等を燃料として使用する自動車を自動車９０として使用するようにしてもよく、電気自動車であってもよい。
【００４７】
ガス濃度測定装置１００を自動車９０に設置する場合、自動車９０の屋根にスキーキャリアを設け、このスキーキャリアにガス濃度測定装置１００を固定するようにしてもよく、自動車９０の屋根にガス濃度測定装置１００を直接固定するようにしてもよい。
【００４８】
図３に示すように、平面ミラーＭ１〜Ｍｎの全てを、その反射面が地面と垂直に設置されるので、平面ミラーＭ１〜Ｍｎの反射面に汚れが付着し難いという利点がある。
【実施例４】
【００４９】
図４は、本発明の実施例４であるガス濃度測定装置４００を示す概念図である。図４（１）は、ガス濃度測定装置４００の右側面図であり、図４（２）は、ガス濃度測定装置４００の正面図である。
【００５０】
ガス濃度測定装置４００は、自動車９０の屋根に、ガス濃度測定装置１００を載置し、走行時における乱流の影響を少なくした実施例である。
【００５１】
つまり、ガス濃度測定装置４００は、複数のミラーＭ１〜Ｍｎの中心とリトロリフレクターＲＲ１を含む面を、地面に対して垂直に維持した実施例である。
【００５２】
ガス濃度測定装置４００は、自動車９０を停止、またはある程度の速度で走行している過程で、メタンガスの濃度を測定する。複数のミラーＭ１〜Ｍｎの中心とリトロリフレクターＲＲ１とを含む面が、地面に対して垂直であり、また、進行方向に対しても垂直であるので、自動車９０を含む他の物体の影響を受けにくい状態で濃度を測定することができる。つまり、平面ミラーＭ１〜Ｍｎ等が、自動車９０とともに移動しても、被測定領域２０において、自動車９０や平面ミラーＭ１〜Ｍｎ等による乱流が少ないので、メタンガスＭＧの濃度測定値への影響が少ない。
【００５３】
なお、ガス濃度測定装置３００、４００において、自動車９０の代わりに、船、ヘリコプター、飛行機等の他の輸送手段に、ガス濃度測定装置１００を搭載するようにしてもよい。
【００５４】
また、ガス濃度測定装置３００、４００に、ＧＰＳ７０、二次元超音波風速計を設けるようにしてもよい。さらに、ガス濃度測定装置３００、４００に、地図を印刷するとともに、演算装置５０で演算されたメタンガスの濃度を、上記地図の対応する位置に印刷する印刷装置を設けるようにしてもよい。
【００５５】
上記のように、ガス濃度測定装置１００とＧＰＳ７０とを輸送手段に搭載し、印刷装置を接続すれば、地図上にメタンガスＭＧの濃度測定値が表示されているメタンマップを容易に作ることができる。印刷装置で印刷する代わりに、パソコン画面、その他の電子的表示装置（IPad（登録商標）等）、携帯電話画面等に表示するようにしてもよい。
【００５６】
ＧＰＳを搭載しなくても、たとえばメタンガスＭＧの許容上限濃度値を予め決め、濃度測定中に、許容上限濃度値を超えた濃度値を測定すると、プザー等によって警告するようにしてもよい。
【００５７】
また、上記各実施例において、メタンガスＭＧの濃度を測定しているが、メタンガスＭＧの濃度を測定する代わりに、炭酸ガスの濃度を測定すれば、温室効果への影響度合いを測定することができる。さらに、メタンガス、炭酸ガス以外のガスの濃度を測定するようにしてもよい。この場合、濃度測定すべきガスに最も吸収され易いレーザー光を使用する必要がある。
【００５８】
さらに、ガスの濃度測定装置３００、４００において、ガス濃度測定装置１００を自動車９０の屋根に搭載する代わりに、自動車９０の先端（フロントバンパー）の近傍または自動車９０の後部（リアウガラスの後部）に搭載するようにしてもよい。ガス濃度測定装置１００を自動車９０の先端の近傍に搭載すれば、自動車９０が走行中にガス濃度を測定する場合、自動車９０の走行によって生じる空気の流れによる影響が少なく、また、自動車９０が排出するガスの影響も少ない。自動車９０の後部に固定するスキーキャリアを利用すれば、ガス濃度測定装置１００を自動車９０の後部に搭載することが容易である。
【実施例５】
【００５９】
図５は、本発明の実施例５であるガス濃度測定装置５００を示す概念図である。図５（１）は、ガス濃度測定装置５００の全体を示す図であり、図５（２）は、三次元超音波風速計６０と被測定領域の中心部２１との関係を示す図である。
【００６０】
ガス濃度測定装置５００は、ガス濃度測定装置２００において、ガス濃度測定装置１０の代わりに、ガス濃度測定装置１００ａを設け、ＧＰＳ７０と記憶手段８０とを削除し、三次元超音波風速計６０と、データ処理手段６５とを設けた実施例である。なお、ガス濃度測定装置５００において、ＧＰＳ７０と記憶手段８０とを設けるようにしてもよい。
【００６１】
ガス濃度測定装置１００ａは、ガス濃度測定装置１００において、平面ミラーＭ１、Ｍ２、……、Ｍｎ、リトロリフレクターＲＲ１を、四角形の対向する枠上に配置するのではなく、ほぼ円周上に配置した実施例である。
【００６２】
平面ミラーＭ１、Ｍ２、……、Ｍｎは、ほぼ円周上に設置され、たとえば、金属の円筒の内周に所定の角度を維持して固定されている。円筒の代わりに、多角形の筒を使用してもよく、または、ループを使用してもよい。
【００６３】
三次元超音波風速計６０は、センサＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３と、センサＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３と、風速測定部６１とを有する。あるタイミングで、センサＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３が発信部を構成し、センサＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３が受信部を構成し、すなわち、発信部と受信部との組が３つ設けられ、１つの発信部とこれに対応する１つの受信部との間で、超音波の伝搬時間を測定する。また、次のタイミングで、センサＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３が発信部を構成し、センサＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３が受信部を構成し、これを繰り返す。
【００６４】
上記超音波の伝搬時間の測定によって、風速を測定する。つまり、風上から風下に向かって超音波を出射すると、風速の分だけ、超音波の伝搬時間が短くなり、逆に、風下から風上に向かって超音波を出射すると、風速の分だけ、超音波の伝搬時間が長くなる。この伝搬時間の変化に基づいて、風速を測定する。また、三次元超音波風速計６０は、１２０度の間隔で３組の送受信部が設けられ、３組の送受信部から得た伝搬時間の差を演算することによって、水平方向のみならず上下方向の風速、つまり三次元の風速を測定することができる。
【００６５】
三次元超音波風速計６０は、応答が速く、０．１秒程度で風向、風速、気温が測定できる装置として市販されており、ガス濃度と同時に測定して、ガスの発生量の推定を行う場合に重要な情報を与える。
【００６６】
データ処理手段６５は、演算手段５０が演算した被測定領域２０におけるメタンガスの濃度と、三次元超音波風速計６０が出力した風向、風速のデータとを記憶し、必要な処理を実行する手段である。
【００６７】
レーザー光源１０で出射されたレーザー光は、ミラーＭ１、Ｍ２、……、Ｍｎで反射し、その後に、リトロリフレクターＲＲ１で反射されるように、各ミラーの設置角度が設定されている。このように、ミラーＭ１、Ｍ２、……、Ｍｎ、リトロリフレクターＲＲ１を円周上に配置することによって、円の中心部（被測定領域の中心部２１）に大きな重みづけしたメタン濃度を測定することが可能である。例えば、三次元超音波風速計６０と組み合わせてメタンの発生量（フラックス）を測定する場合、三次元超音波風速計６０の小さな風速測定部と円筒の中心部とを一致させることによって、従来のオープンパスメタンフラックス測定装置に見られる風速測定位置とメタン濃度測定位置とのずれ（約１５ｃｍ）をなくすことができる。
【００６８】
渦相関法あるいは簡易渦集積法によってメタンフラックスを測定する場合には、円筒の直径を３０ｃｍ程度に設定することが最適であるが、小型の平面ミラーを用いることによって、ｎ＝２１程度は可能であり、１３ｍ程度の光路長となる。この場合、ミラーを２段にする、あるいは時間的な平均操作を行う、あるいはその両者を行うことによって、必要な精度を実現することが可能である。メタンフラックス測定は、実施例３、４に示すガス濃度測定装置３００、４００による移動測定等によってメタンの発生源が特定された場合に、メタン発生量の測定として実施することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１００、２００、３００、４００、５００…ガス濃度測定装置、
１０…レーザー光源、
２０…被測定領域、
２１…被測定領域の中心部、
Ｍ１〜Ｍｎ…平面ミラー、
ＲＲ１…リトロリフレクター、
３０…穴あき平面ミラー、
４０…受光素子、
６０…三次元超音波風速計、
７０…ＧＰＳ、
９０…自動車。
【図１】
2014032068.tif 000003
【図２】
2014032068.tif 000004
【図３】
2014032068.tif 000005
【図４】
2014032068.tif 000006
【図５】
2014032068.tif 000007