(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガスが封入されている密閉構造体を加熱する構造体加熱手段と、
前記密閉構造体の温度を測定する温度計測デバイスと、
前記被検出ガスによって吸収される波長の赤外線を透過し前記構造体加熱手段によって加熱された前記密閉構造体から放射される赤外線を受ける光学フィルタと、
前記光学フィルタを透過した赤外線を受光し検出信号に変換する赤外線検出手段と、
前記赤外線検出手段の出力を表示する信号表示手段と
を備え、
前記構造体加熱手段は前記温度計測デバイスで測定される温度が所定の温度になるように制御されることを特徴とする気体検出装置。
【請求項２】
前記構造体加熱手段は、前記密閉構造体の少なくとも一部を覆って前記密閉構造体を加熱することを特徴とする請求項１に記載の気体検出装置。
【請求項３】
被検出ガスが封入されている密閉構造体の少なくとも一部を覆って前記密閉構造体を加熱する構造体加熱手段と、
前記被検出ガスによって吸収される波長の赤外線を透過し前記構造体加熱手段によって加熱された前記密閉構造体から放射される赤外線を受ける光学フィルタと、
前記光学フィルタを透過した赤外線を受光し検出信号に変換する赤外線検出手段と、
前記赤外線検出手段の出力を表示する信号表示手段と
を備える気体検出装置。
【請求項４】
異なる複数の時刻に前記赤外線検出手段によって取得されたデータを保存するメモリと、
前記異なる時刻に取得されたデータを比較する信号処理手段とをさらに備え、
前記信号表示手段は前記信号処理手段の出力を表示することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の気体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を使って密閉構造体から漏れ出た特定の気体を検出する気体検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特定の気体を検出する技術としては、特定の気体が特定の波長の光を強く吸収する特性を利用する方式がある。従来の気体検出装置では、赤外光源からの光を気体の存在を判定したい空間に対して放射し、その空間を通過した光を特定波長の光のみを透過するフィルタに通し、フィルタを通った光を画面表示信号に変換し表示装置に表示する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１７３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の気体検出装置では、配管などの密閉構造体の亀裂から漏れ出ている気体を検出する場合、赤外光源と赤外線検出手段との間に密閉構造体を配置する必要がある。そのため、密閉構造体の亀裂が赤外光源からの赤外線の照射されない位置に存在する場合や、赤外光源と赤外線検出手段との間に多数の密閉構造体が重なり合っている場合などに、密閉構造体の亀裂から漏れている気体の検出が困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は前記のような問題を解決するためになされたもので、密閉構造体の亀裂の位置にかかわらず漏れ出している気体を検出することができる気体検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による気体検出装置は、被検出ガスが封入されている密閉構造体を加熱する構造体加熱手段と、密閉構造体の温度を測定する温度計測デバイスと、被検出ガスによって吸収される波長の赤外線を透過し構造体加熱手段によって加熱された密閉構造体から放射される赤外線を受ける光学フィルタと、光学フィルタを透過した赤外線を受光し検出信号に変換する赤外線検出手段と、赤外線検出手段の出力を表示する信号表示手段とを備え、構造体加熱手段は温度計測デバイスで測定される温度が所定の温度になるように制御されるものである。
また、本発明による気体検出装置は、被検出ガスが封入されている密閉構造体の少なくとも一部を覆って密閉構造体を加熱する構造体加熱手段と、被検出ガスによって吸収される波長の赤外線を透過し構造体加熱手段によって加熱された密閉構造体から放射される赤外線を受ける光学フィルタと、光学フィルタを透過した赤外線を受光し検出信号に変換する赤外線検出手段と、赤外線検出手段の出力を表示する信号表示手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、被検出ガスが封入されている密閉構造体を加熱する構造体加熱手段と、密閉構造体の温度を測定する温度計測デバイスと、被検出ガスによって吸収される波長の赤外線を透過し構造体加熱手段によって加熱された密閉構造体から放射される赤外線を受ける光学フィルタと、光学フィルタを透過した赤外線を受光し検出信号に変換する赤外線検出手段と、赤外線検出手段の出力を表示する信号表示手段とを備え、構造体加熱手段は温度計測デバイスで測定される温度が所定の温度になるように制御されるので、密閉構造体の亀裂の位置にかかわらず、漏れ出している気体を検出することができる。
また、本発明によれば、被検出ガスが封入されている密閉構造体の少なくとも一部を覆って密閉構造体を加熱する構造体加熱手段と、被検出ガスによって吸収される波長の赤外線を透過し構造体加熱手段によって加熱された密閉構造体から放射される赤外線を受ける光学フィルタと、光学フィルタを透過した赤外線を受光し検出信号に変換する赤外線検出手段と、赤外線検出手段の出力を表示する信号表示手段とを備えているので、密閉構造体の亀裂の位置にかかわらず、漏れ出している気体を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１による気体検出装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１による黒体輻射スペクトルの温度変化の様子を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による気体検出装置の位置関係を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１による気体検出装置の出力例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１による気体検出装置の構成を示す図である。密閉構造体７には被検出ガス８が封入されており、密閉構造体７に亀裂が生じたときなどに被検出ガス８が密閉構造体７の外側に漏れ出しガス漏れが発生する。本発明の実施の形態１による気体検出装置は、密閉構造体７が示された被検出領域において、ガス漏れによって密閉構造体７の外側に漏れ出た被検出ガス８を検出するものである。
【００１０】
なお、本発明の実施の形態１における密閉構造体７は、被検出ガス８が密閉された配管やガスタンクなどである。密閉構造体は、必ずしもオーリングやガスケットを使った厳密な密閉状態を実現している必要はなく、被検出ガス８の封入が目的であるものでも良い。
【００１１】
構造体加熱手段１は、密閉構造体７を加熱するものである。構造体加熱手段１は、密閉構造体７を加熱するものであればどの様なものでも良く、シーズヒーター、シリコンラバーヒーター、電熱線、ニクロム線、カンタル線などでも良い。また、ヒートガンなどの熱風を吹き付けるものでも良い。また、構造体加熱手段１は、密閉構造体７を全て覆う必要はなく、その一部を覆って、熱伝導によって密閉構造体７全体を加熱しても良い。さらに、構造体加熱手段１に、熱電対、サーミスタなどの温度計測デバイスを組み込み、構造体加熱手段１の温度が所定の温度を維持するようにしても良い。また、温度計測デバイスを密閉構造体７に設置して密閉構造体７の温度を測定し、密閉構造体７の温度が所定の温度になるように構造体加熱手段１を制御しても良い。
【００１２】
構造体加熱手段１によって加熱された密閉構造体７からは、その温度に応じた黒体輻射スペクトルが放射される。黒体輻射スペクトルの強度Ｂ（λ）は、物体の温度をＴ［Ｋ］、放射されるスペクトルの波長をλ［μｍ］、波長λにおける密閉構造体７の放射率をε（λ）とすると、以下の式で表される。
【００１３】
【数１】
0005880751.tif 000002
【００１４】
ここで、ｈはプランク定数、ｋはボルツマン定数、ｃは光速、ｅはネイピア数である。
【００１５】
このスペクトルは、ＣＯ２、ＣＯ、ＣＨ４などのガスが吸収する２〜５μｍ帯、ＳＦ６などのフロン系ガスが吸収する８〜１２μｍ帯の波長を含んでいるため、これらのガスを検出するための赤外光源として使用することができる。
【００１６】
被検出ガス８の濃度をｎ、被検出ガス８が吸収する光の波長をλ、被検出ガス８が存在する領域に入射する光量をＩλ（０）、被検出ガス８が存在する領域の厚さ（光路長）をｓ、光量Ｉλ（０）の光が光路長ｓの被検出ガス８を透過した後の光量をＩλ（ｓ）、被検出ガス８に固有な比例乗数をＫλとすると、それぞれの関係は以下のように表わすことができる。
【００１７】
【数２】
0005880751.tif 000003
【００１８】
したがって、濃度の低い微少な気体漏れを検出するためには、式（２）においてｎが小さくなったときに｛Ｉλ（０）−Ｉλ（ｓ）｝を大きくする必要がある。そのためには、光路長ｓを長くするか、被検出ガス８が存在する領域に入射する光量Ｉλ（０）を増加させる必要がある。密閉構造体７から漏洩した被検出ガス８は拡散するため、光路長ｓを長くすることは困難である。よって、被検出ガス８が存在する領域に入射する光量Ｉλ（０）を増加させる。ここでは、構造体加熱手段１によって加熱された密閉構造体７から放射される黒体輻射スペクトルに注目する。
【００１９】
図２は、黒体輻射スペクトルの温度変化の様子を示している。図２に示されているように、室温程度の２５℃においても黒体輻射スペクトルは放射されているが、温度上昇とともに光量が増加していることが分かる。よって、密閉構造体７を周囲の温度よりも高温にすることにより、低濃度で光路長が短くなる微少な気体もれも検出することができる。
【００２０】
光学フィルタ２は、構造体加熱手段１によって加熱された密閉構造体７から放射されガス漏れ検知領域を通過した赤外線を受ける位置に配置される。また、光学フィルタ２は、被検出ガス８が吸収する波長の赤外線のみを透過するものである。
【００２１】
光学フィルタ２は、被検出ガス８が吸収する赤外線の波長に合わせて、選択する。例えば、被検出ガス８がＣＯ２、ＣＯ、ＣＨ４であれば波長２〜５μｍの赤外線を吸収するので、光学フィルタ２は波長２〜５μｍの赤外線のみを透過するものを用いる。ＳＦ６、フロン系ガスであれば８〜１２μｍの赤外線を吸収するので、光学フィルタ２は波長８〜１２μｍの赤外線のみを透過するものを用いる。また、背景気体と検出対象気体とを区別するために、検出対象ではない気体の吸収波長帯域を光学フィルタ２の透過帯域から外してもよい。例えば、大気中でＳＦ６を検出する場合は、ＳＦ６が吸収する赤外線の波長は１０．６μｍなので、光学フィルタ２は波長１０．６μｍの赤外線のみを透過するものを用いる。この場合は、背景気体として例えばＣＯ２が想定されるが、ＣＯ２が吸収する赤外線の波長が２〜５μｍなので、ＳＦ６のみを検出することができる。光学フィルタ２は、検出対象となる気体が１種類の場合は１種類のフィルタを使用する。検出対象となる気体が複数ある場合は、光学フィルタ２を複数枚準備し、手動もしくは自動で入れ替えても良い。また、光学フィルタ２を使用する代わりに、干渉計、プリズム、回折格子などを用いて特定波長の光成分を分光しても良い。あるいは、集光レンズや集光ミラーを用いる場合は、これらの表面に特定波長の赤外線のみを透過する膜を蒸着しても良い。
【００２２】
赤外線検出手段３は、光学フィルタ２を透過した赤外線を受光し、検出信号に変換する。赤外線検出手段３は、サーモパイル、ポロメーター、焦電素子などの熱型検出素子や、フォトダイオード、フォトトランジスタなどの量子型検出素子などから構成されている。サーモビュアなど２次元配置された赤外線検出素子を用いることで、検出信号を画像データとすることができる。これにより、気体の存在位置や濃度分布を分かりやすく知ることができる。ライン状に１次元配置された赤外線素子を用いて、これを配置されたセンサの短手方向にスキャンすることで、２次元配置された赤外線検出素子と同様の出力信号を得るようにしても良い。また、光学フィルタ２を透過した赤外線を集光するために、赤外線検出手段３の前面に集光レンズや集光ミラーを配置しても良い。
【００２３】
信号処理手段４は、赤外線検出手段３からの出力信号を確認しやすいように強調処理などを行い、信号表示手段６に出力する。また、信号処理手段４において赤外線検出手段３からの出力信号を処理するときには、必要に応じて信号をメモリ５に保存する。
【００２４】
信号表示手段６では、信号処理手段４から受け取った信号を画像データなどの形で表示する。信号表示手段６に表示された画像を確認することにより、ガス漏れによって密閉構造体７の外側に漏れ出た被検出ガス８を検出することができる。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態１による気体検出装置の動作について説明する。まず、構造体加熱手段１を動作させて、密閉構造体７を加熱する。構造体加熱手段１は、例えば、ヒーターなどによる直熱加熱、あるいは、ヒートガンなどによる熱風の吹きつけなどにより、密閉構造体７の一部を加熱する。密閉構造体７の一部が加熱されると、熱伝導により密閉構造体７の全体の温度が上昇する。なお、検出対象となる空間が広い場合や外気温が低い場合は、必要に応じて構造体加熱手段１を複数個設置するなどして、密閉構造体７の全体を加熱しても良い。加熱された密閉構造体７からは、表面の輻射率と加熱されたときの温度に応じて、輻射スペクトルとして赤外線が放射される。
【００２６】
図３は、図１に示した本発明の実施の形態１による気体検出装置をｙ軸方向に見たときの位置関係を説明するための図である。図３において、被検出ガス８が密閉構造体７からｘ方向に漏れ出している。密閉構造体７が構造体加熱手段１に加熱されることにより輻射スペクトルとして赤外線９が放射されており、被検出ガス８が特定波長の赤外線９を吸収している。被検出ガス８に吸収されなかった赤外線９は、光学フィルタ２を通って赤外線検出手段３に届く。
【００２７】
図４は、図３に示された本発明の実施の形態１による気体検出装置において、信号表示手段６の出力例を説明するための図である。図４は、図１に示した本発明の実施の形態１による気体検出装置において、ｘ軸方向から撮影したときの出力例である。図４は、信号表示手段６の撮影領域１０を示している。図４に示された例では、赤外線検出手段３が赤外線を強く検出した場所が白く表示されている。例えば、密閉構造体７の部分は、赤外線９が放射されているため白い部分１１として示されており、被検出ガス８が存在する部分は、被検出ガス８によって特定波長の赤外線が吸収されるため、黒い部分１２となって表れる。被検出ガス８の濃度が濃い場合は、黒い部分１２の色の濃さも濃くなる。何も無い部分は、赤外線９がそのまま赤外線検出手段３に届くため、白い領域となって表れている。このように、信号表示手段６の出力である図４における黒い部分１２の有無を確認することにより、被検出ガス８が漏れ出している場所やその濃度を確認することができる。また、被検出ガス８が間欠的に噴出している場合は、赤外線検出手段３によって、連続して取得したデータ、あるいは、異なる時刻に取得したデータを信号処理手段４を通してメモリ５に保存し、異なる時刻に取得したデータの差分を取ることによりそれぞれのデータを比較することにより、被検出ガス８の噴出の時間的変化を確認することができる。
【００２８】
従来の気体検出装置では、例えば、赤外光源と赤外線検出手段３との間に被検出ガス８が封入されている密閉構造体７を配置する。図３では、密閉構造体７の左側に赤外光源が配置されることになる。この場合、赤外光源から放射された赤外線が密閉構造体７によってさえぎられるため、密閉構造体７の部分が黒い部分となって表れる。その結果、図４に示された信号表示手段６の出力において、密閉構造体１１の部分が黒く示されることになり、被検出ガス８の存在を示していた黒い部分１２を確認することができなくなってしまっていた。また、赤外光源から放射された赤外線が届かない位置に存在する被検出ガス８を検出するためには、密閉構造体７を挟むように赤外光源と赤外線検出手段との両方の位置を変更してガス漏れ検出作業を行う必要があり、作業が非常に大きなものになっていた。
【００２９】
本発明の実施の形態１による気体検出装置では、構造体加熱手段１によって密閉構造体７を加熱するため、密閉構造体７から赤外線が放射され、密閉構造体７の赤外線検出手段３の側にわずかに漏れ出した被検出ガス８も検出することができる。また、密閉構造体７そのものから放射される赤外線を用いて被検出ガス８を検出するため、密閉構造体７の細かな傷などから漏れ出している被検出ガス８なども検出することができる。さらに、構造体加熱手段１によって加熱された密閉構造体７に対する光学フィルタ２および赤外線検出手段３の位置を変化させることにより、密閉構造体７の様々な位置にある亀裂を容易に確認することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  構造体加熱手段
２  光学フィルタ
３  赤外線検出手段
４  信号処理手段
６  信号表示手段
７  密閉構造体
８  被検出ガス
【図１】
0005880751.tif 000004
【図２】
0005880751.tif 000005
【図３】
0005880751.tif 000006
【図４】
0005880751.tif 000007