(57)【要約】本発明は、減音要素（２ａ，２ｂ）及び／又は環境マイクロホン若しくは基準マイクロホン（９）を使用し、好ましくは、ガスを拡散させる小さい容積部（７）に減音要素（ＳＤＥ）として作用する大きい外部容積部（Ｖｘ）を接続する光音響ガス検出器（１）のノイズ減少を達成する装置に関する。検出器で測定する小さい容積を通る対象となる気体種の拡散に逆効果とならない大きな減音要素容積部によって、光音響検出器（３）に入射する外部発生音波を十分に減衰させる方法で本接続を達成する。長く細い圧力通路（６）により大きい減音要素容積部と小さいガス拡散容積部とを結合することによりこれを達成することが好ましい。【選択図】図１
2004502924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光音響検出を行うセンサ装置を有しかつ開口部を通じて環境に流体連結され、開口部を通じて第１の容積部内に検体ガスが拡散できる第１の容積部と、第１の容積部に連結された第２の容積部とを備え、第１の容積部と第２の容積部との間で圧力を容易に均一化でき、第１の容積部から第２の容積部への検体ガスの拡散が遅延されるように第２の容積部を第１の容積部に接続したことを特徴とする環境中の検体ガスを測定する光音響検出器。
【請求項２】
第２の容積部は、第１の容積部より大きい請求項１に記載の光音響検出器。
【請求項３】
第２の容積部は、第１の容積部より５倍大きい請求項２に記載の光音響検出器。
【請求項４】
検体ガスの拡散を制限する形状に形成された通路により、第１の容積部を第２の容積部に接続した請求項１に記載の光音響検出器。
【請求項５】
通路は、第１の容積部への開口部と比べて細長く、断面積が小さい請求項４に記載の光音響検出器。
【請求項６】
光音響検出センサ装置は、出力信号を発生する第１のマイクロホンと、第１のマイクロホンからの出力信号に結合される相殺信号を発生する第２のマイクロホンが配置された第２の容積部とを備え、第２の容積部は、光音響センサによる出力信号中の外部発生圧力波の影響を減少させる請求項１に記載の光音響検出器。
【請求項７】
光音響検出センサ装置を有しかつ検体ガスが容易に拡散する多孔性部材を通じて第２の容積部に流体接続された第１の容積部と、
検体ガスが容易に拡散する第２の多孔性部材を通じて周囲に流体接続されかつ第３の容積部に接続される第２の容積部と、
第３の容積部と第２の容積部との間で圧力が容易に等しくなるようにかつ第２の容積部から第３の容積部への検体ガスの拡散を遅延させるように第２の容積部に接続される第３の容積部とを備えることを特徴とする環境検体ガス検出用光音響検出器。
【請求項８】
第１の多孔性部材及び第２の多孔性部材は焼結円板である請求項７に記載の光音響検出器。
【請求項９】
第３の容積部は、第１の容積部と第２の容積部とを合わせた容積より大きい請求項７に記載の光音響検出器。
【請求項１０】
第３の容積部は、第１の容積部と第２の容積部とを合わせた容積より５倍大きい請求項９に記載の光音響検出器。
【請求項１１】
検体ガスの拡散を制限する形状に形成された通路により、第２の容積部を第３の容積部に接続させる請求項７に記載の光音響検出器。
【請求項１２】
通路は、細長く、周囲からの検体ガスを拡散させ第２の容積部に取り込む第２の多孔性部材と比べ断面積が小さい請求項１１に記載の光音響検出器。
【請求項１３】
光音響検出センサ装置は、第１の容積部に配置される第１のマイクロホンと、第１のマイクロホンからの信号と共に処理される相殺信号を発生する第２のマイクロホンが配置された第３の容積部とを備え、第３の容積部は、光音響センサによる出力信号の外部発生圧力波の影響を減少させる請求項７に記載の光音響検出器。
【請求項１４】
光音響検出器に取り込む検体ガスの光音響励起を測定する測定装置と、周囲の圧力波の影響を測定する基準装置と、基準装置からの出力を測定装置の出力と組み合わせ、周囲の圧力波に起因するノイズを相殺して光音響検出器の出力信号を発生させる電子装置とを備えることを特徴とする光音響検出器。
【請求項１５】
測定装置は、検体ガスの光音響励起を測定する第１のマイクロホンを備え、基準装置は、電子装置により処理される相殺信号を発生する第２のマイクロホンを備え、光音響センサによる出力信号の外部発生圧力波の影響を減少させる請求項１４に記載の光音響検出器。
【請求項１６】
第１のマイクロホンは光音響セル内に配置され、第２のマイクロホンは基準セル内に配置され、光音響セル及び基準セルはほぼ同一容積である請求項１５に記載の光音響検出器。
【請求項１７】
測定セルと、基準セルと、２つのセル間に接続された圧力傾斜マイクロホンとを備え、圧力傾斜マイクロホンは、測定セルと基準セルとの間の圧力差を測定して、光音響センサの出力信号中の外部圧力波からのノイズを減少させることを特徴とする光音響センサ。
【請求項１８】
センサ入口を覆って配置される第１の多孔性部材と、第１の多孔性部材の状態を試験する装置とを備え、装置は、圧力波の供給源と、供給源からの圧力波の伝送に起因する信号を測定するセンサとを有し、信号は、第１の多孔性部材による圧力損失に比例し、第１の多孔性部材による圧力損失は、第１の多孔性部材の目詰り程度を示す測定値であることを特徴とする環境検体検出センサ。
【請求項１９】
第１の多孔性部材とセンサの測定セルとの間に配置されかつ第１の多孔性部材の気孔径よりほぼ小さい気孔径を有する第２の多孔性部材を備え、第１の多孔性部材と第２の多孔性部材との間の空間を通じて圧力波を送出するように供給源を配置した請求項１８に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
産業上の利用分野
本発明は、ガスセンサ、特に光音響検出器及び他のガスセンサの信号対ノイズ比を増加する装置及び方法に関連する。
【０００２】
従来の技術
光音響効果を利用する拡散性ガスセンサを使用して、対象となるガス種の濃度レベルを検出することは周知である。例えば、米国特許第４，７４０，０８６号公報には、対象となるガス種を光が機械的かつ熱的に刺激するとき、光が入射する検出室内にそれが拡散するので、拡散性の光音響ガスセンサを使用して、振幅変調された光源の光学エネルギを音響エネルギに変換することが開示されている。ガスにより吸収される光放射により、検知室内に配置されたガス分子数に比例する量の圧力変動を生ずるので、室内のガスの濃度レベルに対応する強度の音波が生ずる。この音波／圧力波は、マイクロホン等の音響検出器によって検出される。
【０００３】
しかしながら、拡散性光音響センサの出力信号は、風、振動及び音響現象等の空気圧力変動を含む外部ノイズ源からの干渉により発生するノイズの影響を受け易い。このようなノイズを制限するには、検知室内にガスを自由に拡散させて検出しながら、外部で発生する圧力波を減衰するある手段を設けることができる。例えば、ガスが相対的に容易に拡散するが、外部圧力変動効果を減衰する多孔質材料を光音響センサの入口に配置することもある。しかしながら、応答時間の増加に対して減衰効果を比較考量しなければならない。この場合に、ノイズを減少する音／圧力減衰要素の導入により、信号レベルの変換に対応する応答性損失が発生する。アメリカ計測学会（ＩＳＡ）の可燃性ガス検出器の規格では、１２秒以下の対応する応答時間（実物大表示の６０％まで）に対し毎秒５メートル以下の風速でのガス濃度レベル測定安定性が要求される。
【０００４】
前記検出器の満足できる応答時間を維持しながら、光音響検出器及び他のガスセンサでの信号対ノイズ比を増加する装置及び方法を開発することが非常に望まれている。
【０００５】
発明の要約
本発明の目的は、拡散性で、非共振型の光音響ガスセンサ（検出器）に使用できる音／圧力減衰要素を提供することを目的とする。音／圧力減衰要素は、ガス濃度レベルの変化に対する適切な応答時間を光音響検出器（センサ）に維持させながら、外部の低周波ノイズを許容レベルに低減する。
【０００６】
光音響検出器は、一般に、光音響検出を行うセンサシステムを有する第１の容積部を備えている。第１の容積部は、開口部を通じて周囲の大気に流体接続され、開口部を通じてガス検体は第１の容積部内に拡散することができる。また、光音響検出器は、第１の容積部に接続された第２の容積部（ＳＤＥ容積部）を有し、第１の容積部と第２の容積部との間で圧力を容易に均一化して、第１の容積部から第２の容積部への検体ガスの拡散を遅延（又は環境から第１の容積部内に拡散する検体ガスに比べて遅らせる）させることができる。
【０００７】
現在の光音響検出器では、検出室に入射する光の光学エネルギが検体ガスにより吸収されるときに、音響エネルギに変換されるので、第１の容積部又は検出室内の検体ガスの濃度レベルに対応する強度の音波が発生し、検体ガス分子が機械的に励起され、これにより検出室内に配置された検体ガス分子数に比例する強度の圧力変動を発生する。次に、音波はマイクロホン等の検出器により検出される。
【０００８】
第２の容積部は、第１の容積部より大きく、外部圧力変動の減衰を促進できることが好ましい。第１の容積部は、例えば、検体ガスの拡散を制限する形状を有する通路により第２の容積部に接続される。例えば、通路は、第１の容積部内に向かう開口部に比べて細長くかつ小さい断面を有する。
【０００９】
本発明の一実施の形態では、光音響検出器は、光音響を検出するセンサシステムを有する第１の容積部を備えている。第１の容積部は、多孔性部材（例えば、焼結された円板）を経て第１の容積部に流体接続され、多孔性部材を通じて検体ガスを容易に拡散することができる。第１の容積部は、第３の容積部と第２の容積部との間で圧力を容易に均一化するが、第２の容積部から第３の容積部への検体ガスの拡散が前記の方法で遅延される方法で第３の容積部に接続される。
【００１０】
他面、本発明では、光音響検出器に流入する検体ガスの光音響励起を測定する測定システムと、周辺空気内の圧力波の効果を測定する基準システムと、基準システムからの出力によって測定システムからの出力を相殺して、環境内の圧力波に起因しかつ光音響検出器の出力信号内のノイズを低減するシステムとを備えた光音響検出器が設けられる。例えば、測定システムは、ガスの光音響励起を測定する第１のマイクロホンを備え、基準システムは、システム電子回路により処理されるオフセット信号を測定して、光音響センサの出力に重畳する外部発生圧力波の影響を減少する第２のマイクロホンを備えている。例えば、基準システムを前記のように減音要素内に配置し、第２のマイクロホンを基準セル内に配置することができる。光音響セル及び基準セルを十分に整合調整することが好ましい（例えば、ほぼ同一の容積部を有する）。
【００１１】
他面、本発明では、測定セルと、基準セルと、測定セルと基準セルとに接続された圧力傾斜マイクロホンとを有する光音響検出器が設けられる。圧力傾斜マイクロホンは、測定セルと基準セルとの間の圧力差を測定して、光音響センサの出力内に重畳する外部圧力波からノイズを低減することができる。
【００１２】
他面、本発明は、多孔性部材の正常動作状態を検査する検査装置が設けられる。検査装置は、一般に圧力波源と、送信器から送信される圧力波の伝送に起因する信号を測定するセンサとを備えている。この信号は、多孔性部材に沿う圧力損失に比例する。その結果、多孔性部材に沿う圧力損失は、多孔性部材が目詰りした程度の測定値となる。
【００１３】
本発明の別の観点では、環境中の検体を検出するセンサは、センサの入口を覆って配置される多孔性部材と、前記のように多孔性部材の正常動作状態を検査するシステムとを備えている。
【００１４】
本発明の他の詳細な説明、目的及び利点は、本好適な実施の形態に関する下記説明から明らかとなろう。
【００１５】
発明の実施の形態
本発明による拡散性非共鳴光音響メタン検出器の実施の形態を図１に示す。動作の一般的な原理及び光音響センサ／検出器の構成を十分に記載した米国特許第４，７４０，０８６号の内容を本明細書に引用する。図１の実施の形態では、第１の金属焼結円板２ａ等の多孔性材料により、光音響検出器１のガス入口４内の開口部を覆い、多孔性材料を通じて、光音響検出器１の検知（又は測定）セル３内に、重要な気体種（即ち１種又は２種以上の検体ガス）分子を拡散させることが好ましい。従来技術で公知のように、第１の焼結円板２ａの作用によりガス入口４に入射する空気圧力波の進行を妨げ、外部源の圧力波を減衰させて、ガス入口４から光音響検出器１へのガス分子拡散に対する最小の抵抗のみ与える。また、図１の実施の形態では、第２の焼結円板２ｂの作用により第１の焼結円板２ａを通過するあらゆる空気圧力波の進行を更に妨げ、外部源の圧力波を減衰させる。焼結円板２ａ同様に、焼結円板２ｂは、光音響検出器１の測定セル３へのガス分子の拡散に対する最小限の抵抗だけ与える。
【００１６】
ガスを測定セル３内に拡散させて、測定セル３（Ｖａ）により形成される領域と共に焼結円板２ａ及び２ｂ間の空間（Ｖｂ）により形成される領域内に、入射外部圧力波を焼結円板２ａ及び２ｂにより封じ込め、図３に示すようにガス拡散容積部Ｖｏ（Ｖａ＋Ｖｂ）を形成することが最も好ましい。測定セル３に拡散するガス検体の所要時間を短くして、容積部Ｖｏをできる限り小さく維持することが好ましい。図１及び図２に示す実施の形態では、テフロン（登録商標）又は類似の材料から形成される円板５により焼結円板２ａ及び２ｂ間の空間を覆い、焼結円板２ａ及び２ｂ間の容積部と、全体がハウジング２０により形成される減音要素容積部Ｖｘ（測定セル３の検知容積部の外部）とを接続することが好ましい。焼結円板２ａ及び２ｂと異なり、気孔６（後述する図３に示す実施の形態の圧力通路６’に対応）の存在により、圧力波に対し円板５は小さい抵抗しか与えず、減音要素容積部Ｖｘへの外部音波／圧力波の通過経路を形成する。検体ガス分子が測定セル３を通過する際に、円板５の中央に設けられた空洞７は、円板５を通る検体ガス分子の拡散経路となる。入口空洞７の断面積と比べ、スリット６を比較的小さい断面積で細長く形成して、検体ガス分子は、焼結円板２ａ及び２ｂ並びに空洞７を通過する拡散より更に低速度でスリット６を通り拡散することが好ましい。
【００１７】
第１の焼結円板２ａを通過する外部入射圧力波のエネルギを減音要素容積部Ｖｘが吸収するため、入射圧力波から発生するノイズ信号の圧力振幅を減少する。周囲に対するスリット６の流体接続以外に、Ｖｘは気密であり、焼結円板２ａ及び２ｂ以外のあらゆる経路による外部圧力波の光音響検出器１への進入を防止することが好ましい。ＶｘはＶｏと比べ比較的大きいことが好ましい。それに関し、Ｖｏと比較してＶｘがより大きくなると、Ｖｘに吸収される入射圧力変動エネルギの割合が大きくなる。ＶｘはＶｏより少なくとも約２倍大きいことが好ましい。ＶｘはＶｏより少なくとも５倍大きいことがより好ましい。ＶｘはＶｏより少なくとも１０倍大きいことが最も好ましい。
【００１８】
また、本発明による他の実施の形態では、入射外部圧力波エネルギにより発生する雑音レベルを測定する第２のマイクロホン９を配置する空間を容積部Ｖｘに設け、第１のマイクロホン１０（光音響的に発生した信号測定に使用）からの信号と共に、従来の信号処理回路８により処理できる測定補償信号を発生させ、更に光音響検出器１から供給される全出力信号に重畳する外部圧力変化の影響を減少し又は排除することができる。
【００１９】
一般的な光音響センサのように、検知室３に入射する光からの光学的エネルギが、検体ガスの吸収の際に音響エネルギに変換されるとき、検体ガスの濃度レベルに相当する強度の音波が発生して、検体ガス分子の機械的励起が発生し、検知セル３内に収容されるガスの分子数に比例する強度の空気圧変動が発生する。マイクロホン１０により音波が検出される。例えば、図３に示すように、好ましくはより小さいガス拡散容積部Ｖｏに外部容積部Ｖｘを連結することにより、検出器により測定の対象となるＶｏを通る気体種の拡散の影響がなく、好ましくはより大きい容積部Ｖｘによって外部で発生しかつ光音響検出器に入射する圧力波を適切に減衰する方法で音／圧力を減衰させることができる。前記のように、好ましくは、比較的長いと同時に比較的細い（即ち比較的小さい断面積を有する）圧力通路６’により、より小さいガス拡散容積部（焼結円板２ａ及び２ｂにより部分的に形成される）に好ましくは大きい容積部Ｖｘを取り付けることにより、本結果を実行することができる。圧力通路６’は気孔と同様に作用して、多孔性膜／焼結円板２ａ及び２ｂを通過する速度より遅い速度で圧力通路６’を通りガス分子が拡散するが、本発明の光音響センサにより実施される低周波では、圧力通路６’は、減音要素容積部Ｖｘに通過する外部圧力波に対する抵抗を殆ど与えない。圧力通路６’は、音波／圧力波に対する抵抗が小さくかつ圧力通路６’を通り容積部Ｖｘに消失するガス分子数が最小となる低拡散速度を与えるので、容積部Ｖｘは、光音響センサの応答時間を有害に増加せずに、ガス拡散容積部Ｖｏに入射する外部の音波／圧力波エネルギを受けかつこれを適切に減少することができる。
【００２０】
容積部Ｖｘの減衰効果を下記構造により説明する。外部圧力波は、まず第１の焼結円板２ａに浸透し、焼結円板２ａと２ｂとの間の小容積部Ｖｂに圧力増加△Ｐを生じる。この圧力差は、圧力通路６’を通じて均一化される。圧力差の均一化は、焼結円板２ａと２ｂとの間に存在する空気が容積部Ｖｘに断熱膨張する現象に相当する。このように、マイクロホン１０により最終的に検出される測定セル内の圧力増加は、［Ｖｏ／（Ｖｘ＋Ｖｏ）］に等価の係数を乗じた初期圧力増加△Ｐである。前記のように、ガス拡散容積部Ｖｏは、金属焼結円板２ａと２ｂとの間に介在する容積部Ｖｂと、光音響検出器１の検知セル３の容積部Ｖａとの合計である。従って、容積部Ｖｏに連結する外部容積部Ｖｘが大きい程、係数Ｖｏ／（Ｖｘ＋Ｖｏ）はより小さくなる。
【００２１】
図４は、前記構造では、外部容積部Ｖｘの増加に伴い、外部発生圧力波の減衰量が増加する明確な相関関係を示す。図４は、減音要素容積部Ｖｘが増加するに伴い、６Ｈｚの外部音波が減衰する例を示す。研究を容易に行うため、容積部Ｖｘが容易に変化するように、本試験の光音響センサを図３に示す構造で設計した。図４の研究では、厚さ約１．５７ｍｍ（０．０６２インチ）を有する同一形状の２枚の焼結円板２ａ及び２ｂを互いに約１１ｍｍ離間させて内径約２４ｍｍの円筒形金属リングに接着して光音響検出器に設けた。内径約４ｍｍ、長さ約５０ｃｍの管を通じて、焼結円板２ａと２ｂとの間の容積部を可変外部容積部Ｖｘに連結した。スピーカから発生する６Ｈｚの音波をセンサに照射した。減音要素容積部Ｖｘが増加すると、検出したノイズ振幅が係数：Ｖｏ／（Ｖｘ＋Ｖｏ）だけ減少した。約２００ｍｌの可変外部容積を増加させると、初期値から係数約１０だけノイズ振幅が減少する現象を観測した（図４）。
【００２２】
本発明の研究に使用する光音響検出器１の一実施の形態では、アメリカ合衆国ペンシルベニア州ピッツバーグに所在のマインセイフアプライアンセス社（Ｍｉｎｅ Ｓａｆｅｔｙ Ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ）製の「アルティマ（ＵＬＴＩＭＡ（登録商標））」モデルガスセンサのハウジングに減音要素容積部Ｖｘを組み込んだ。本実施の形態では、幅約１ｍｍのスリット６を有する約０．６ミリメートル（ｍｍ）厚のテフロン膜で円板５を形成した。焼結円板２ａの厚さは約１．５７ｍｍ（０．０６２インチ）であり、焼結円板２ｂの厚さは約０．５１ｍｍ（０．０２インチ）であった。各焼結円板２ａ及び２ｂの気孔サイズ（直径）は、約０．１ミクロンであった。第１のマイクロホン１０及び第２のマイクロホン９の各々にパナソニックマイクロホンモデルダブリュウエム（ＷＭ）−０３４をそれぞれ使用した。５ボルト（Ｖ）の振幅を有する８ヘルツ（Ｈｚ）の矩形波パルス周波数でアルバ（ＡＬＢＡ）ランプモデル７３２８を作動させ、光音響検出器１に入射する振幅調整光信号を発生した。当業者に明らかなように、光音響検出器１の構成部品の全体又は一部を別法により形成してもよい。例えば、焼結円板２ａ及び２ｂを焼結金属の代わりにガス透過膜で形成することができる。ＶｘをＶｏに接続する圧力通路６’又はスリット６の代わりに、音波／圧力波を透過させるが、ガス分子の拡散を防止し又は妨げる気密性の可撓性膜を用いてもよい。
【００２３】
光音響センサを用いる他の数個の研究では、減音要素容積部Ｖｘを装着連結したものとしないものの両方の光音響センサの試験を行った。これらの研究では、環境空気（メタンガス（ＣＨ４）０％）、１．３３％メタンガス（２７％低爆発レベル（ＬＥＬ）−爆発下限値）及び５％メタンガス（１００％低爆発レベル（ＬＥＬ））でセンサを校正した。図５に示すように、減音要素容積部Ｖｘを有する場合と無い場合の両方で、適用ガス濃度と発生する信号出力（図５の試験電圧値）との間に良好な線形特性が得られた。相当する「従来の」センサ（即ち第１の焼結円板２ａのみにより周囲の環境からセルを分離した−容積部Ｖｘが無く第２の焼結円板２ｂも無いセンサ）と比較して、本研究で使用した約０．５１ｍｍ（０．０２インチ）厚さの第２の焼結円板２ｂに沿う信号圧力損失が増加する結果として、容積部Ｖｘを取り付けても、メタン５％での出力信号はより小さいと判断した。「従来の」センサの焼結円板２ａの厚さは、本発明によるセンサの円板２ｂの厚さと同一の約１．５７ｍｍ（０．０６２インチ）であった。
【００２４】
前記の研究では、マイクロホンの出力信号を予め増幅し、コンピュータのアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換機カードにより４０９６Ｈｚの速度でサンプリングした。ロックインプログラムを使用して、８Ｈｚの基準周波数に対し信号の振幅及び位相を計算した。実施されたロックインアルゴリズムにより、基準周波数の周波数成分を検出し、異常な高調波で（減衰した）。ロックインアルゴリズムを特徴づけるため、５０ｍＶの一定尖頭間振幅を有しかつ周波数が増加する正弦波信号をマイクロホンプリアンプに供給した。検出バンド幅は、８Ｈｚの基本周波数で、９Ｈｚの全幅半値であった。環境マイクロホン／基準マイクロホン９を使用するとき、測定セルマイクロホン１０及び環境マイクロホン９からの両信号を個々にロックインプログラムに通過させた。環境マイクロホン９から発生する濃度値を測定して、測定セルマイクロホン１０の濃度値から差し引いた。マイクロホン９の出力減算による更なるノイズ減少を図７に示す。
【００２５】
図４の研究に使用した実験装置の応答時間は、アメリカ計測学会の条件より優れていた。しかしながら、焼結円板間の距離を最小にして焼結円板の厚さを減少することにより、ノイズ減衰効果を維持しながら、実質的により短い応答時間を得ることができる。図１に示す実施の形態による光音響センサの研究では、例えば、内側焼結円板２ｂの厚さを約０．５１ｍｍ（０．０２インチ）まで減少させ、円板２ａ及び２ｂ間の距離を最小化できた。図６は、図１の光音響センサ１の応答時間（Ｔ６０＝１１．５秒、図６に示す白丸）はアメリカ計測学会の条件を満足することを示し、図１の光音響センサ１は、図６の黒丸（Ｔ６０＝８．５秒）で示す従来の形態（即ち、減音要素、第２の焼結円板２ｂ及び膜５の無い図１のセンサ）よりほんの僅かだけ大きいに過ぎない。５％メタン（最大目盛）のガス濃度を含む容積部内にセンサ入口を配置して応答時間を決定した。メタンの爆発下限値又は低爆発レベル（ＬＥＬ）は５％である。一方、減音要素のノイズ減衰効果を図７に示す。図１に示す実施の形態では、風速５ｍ／ｓでのノイズレベルは１０％以下（アメリカ計測学会の条件を満足する）であるのに対し、減音要素の無い装置のノイズレベルは、風速２．６ｍ／ｓで既に１００％の最大目盛指示を超える。減音要素の効果に加えて環境マイクロホン９のデータを使用するとき、出力信号のノイズレベルは、風速１４ｍ／ｓ以下で最大目盛１０％以下に減少することができた。
【００２６】
前記のように、減音要素容積部Ｖｘに加えて又は単独で環境マイクロホン９を使用して、本発明の光音響センサ出力信号のノイズレベルを減少することができる。図８は、入射外部圧力波から発生する光音響センサ１００の出力信号に含まれるノイズを直接測定する着想を基準セル１１０により実施する本発明による他の実施の形態を示す。図８の実施の形態では、光音響検出器１００は、前記のように減音要素容積部Ｖｘを形成するハウジング１０５を備えることが好ましい。またハウジング１０５内には、光音響（ＰＡ）セル１２０及び基準（Ｒｅｆ）セル１１０を備えることが好ましい。
【００２７】
一般に、光音響セル１２０のみにより光音響信号を出力する。光音響セル１２０及び基準セル１１０を可能な限り同型で又はよく整合するように製造することが好ましい。例えば、光音響セル１２０及び基準セル１１０の各々を同一容積に成形することが好ましい。また、光音響セル１２０及び基準セル１１０の各々を同一の内部構成とすることが好ましい。例えば、光音響セル１２０及び基準セル１１０の各々は、前記のように、音波照射源及びマイクロホンを備えてもよい。基準セル１１０の出力信号を使用して、前記のように光音響セル１２０からの出力信号を相殺し、外部入射圧力波に起因する光音響検出器１００の出力信号中のノイズを実質的に減少することができる。
【００２８】
光音響セル１２０及び基準セル１１０をそれぞれ圧力傾斜マイクロホン１３０に連結することが好ましい。マイクロホン１３０の出力は、光音響セル１２０と基準セル１１０との間の圧力差に比例する。外部の圧力変動による低周波ノイズは、光音響セル１２０と基準セル１１０との各内部で同一であるが、光音響信号は光音響セル１２０からのみ出力する。光音響セル１２０及び基準セル１１０間の圧力差のみを測定することによって、外部の圧力変動に起因する出力信号中のノイズを実質的に減少し又は除去することができる。基準測定の使用によりノイズを抑制するために、光音響セル１２０の開口部に設ける多孔性部材１２２と基準セル１１０の開口部に設ける多孔性部材１１２とをそれぞれ従来の光音響センサより大きい気孔率で設計してより速い応答特性を得ることができる。
【００２９】
図８に示すセルと同型形態の基準セルを使用する研究では、比較的低周波数ノイズレベルではノイズ低減に優れ、周波数が増加するとノイズ低減作用が減少することが判明した。この点に関し、基準セル１１０の使用によるノイズ低減効果は、低通過特性を示す減音要素容積部Ｖｘによるノイズ低減効果と相補的である。
【００３０】
またその点で、光音響検出器１００は減音要素容積部Ｖｘを含む。光音響セル１２０及び基準セル１１０の各々は、容積部Ｖｘに至るポート１５０に流体接続される例えば通路１４０を通じて容積部Ｖｘに流体接続される。前記の通り、光音響セル１２０の入口に焼結円板１２２を設けると共に、基準セル１１０の入口に焼結円板１１２を設けることが好ましい。同様に、光音響センサ１００内に全ガスが拡散するハウジング１０５の入口に他の焼結円板１７０を設けることが好ましい。
【００３１】
また、光音響センサ１００は、最外部の多孔性部材（即ち焼結円板１７０）の正常動作状態を検査する試験装置（例えば装置回路２１０を含む）を設けることが好ましい。その点では、焼結円板１７０は周囲の環境状態に直接接触し、光音響センサ１００へのガス拡散を妨げる異物又は汚染により時々目詰まりすることがある。一般に、スピーカ等の音波／圧力波の送信機／供給源２２０と、供給源２２０により発生する音波／圧力波を検出するマイクロホン等のセンサ／受信機２３０とを試験装置に設けることが望ましい。外側多孔性部材１７０と圧力／音響密封膜２５０との間に形成される通路２４０の片側に圧力波の送信機／供給源２２０を配置することが好ましい。また、図８に示す実施の形態では、音響密封膜２５０は、前記のように通路１４０を形成し／通路１４０に隣接する。音響密封膜２５０は、供給源２２０から発生する圧力波に対し、外側多孔性部材１７０より大きい音響抵抗を与え、供給源２２０に使用される周波数の音が音響密封膜２５０を通過することを妨げる。外側多孔性部材１７０の気孔径より小さい気孔径を有する膜を使用することにより本結果を達成することができる。速い応答時間を維持するため、多孔性部材２５０を可能な限り薄くすることが好ましい。一実施の形態では、気孔径約０．２ミクロン、厚さ約０．５ｍｍ及び直径３２ｍｍのゴアテックス（ＧＯＲＥＴＥＸ（登録商標））膜を使用した。本実施の形態では、外側多孔性部材１７０の気孔径は約５ミクロンであった。
【００３２】
試験装置の動作を図８について簡潔に説明する。図８では、外側多孔性部材１７０の正常動作状態を検査する間に、発信機２２０により音波／圧力波信号を送出する。圧力／音響密封膜２５０は、発信機２２０からの信号の周波数による音波／圧力波の通過を実質的に防止して、通路２４０の反対端部に配置される受信機２３０に向う音の伝達を補助することが好ましい。しかしながら、送信機２２０からの信号周波数を選択して、外側多孔性部材１７０を通じて少なくとも部分的に伝送することが好ましい。このように、例えば、光音響センサ１００が新規状態又は「目詰りなし」状態のとき、送信機２２０からの特定振幅及び特定周波数の信号に相当する受信機２３０からの基準測定出力信号を得ることができる。受信機２３０からの出力信号は、多孔性部材１７０に沿う一定の音響損失を示す。光音響センサ１００の耐用期間を通じて本試験手順を周期的に反復することが好ましい。光音響センサ１００を使用する環境からの異物によって外側多孔性部材１７０が目詰りするとき、外側多孔性部材１７０に沿う音響損失を低減できるので、受信機２３０は、音響損失を低減した分だけより大きなレベルで信号を受信することができる。受信機２３０からの出力信号に対する許容制限値（非常に目詰りした多孔性部材１７０に相当する）を設定して、回路２１０は、許容限界値を超えたか否かを検査することができる。許容限界値を超えた場合、回路２１０は警報器（例えば視覚警報器又は聴覚警報器）を起動させ、例えば、外側多孔性膜１７０を交換できる。この型式の試験装置の使用は光音響センサに制限されず、電気化学センサ又は触媒反応センサを使用するいかなるセンサ装置に設けられる多孔性部材（例えば金属焼結円板又は多孔膜）にも等しく適用できることは当業者に理解されよう。
【００３３】
前記の例との関連で本発明を詳細に説明したが、前記の詳細な説明は単に説明を目的とするに過ぎず、下記の特許請求の範囲により限定されない限り、本発明の精神から乖離せずに、本発明は、当業者によって変更が可能であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】部分的に分解状態で示す本発明による光音響検出器の斜視図
【図２】図１の光音響検出器への使用に適する圧力結合体の平面図
【図３】外部音／圧力減衰容積部を検出容積部又はセルに圧力結合する他の実施の形態を示すブロック図
【図４】外部音／圧力減衰容積部を検出容積部に連結することにより、外部で発生する圧力波を減衰する効果を示すグラフ
【図５】外部音／圧力減衰容積部の有無と光音響セルの校正曲線の比較を示すグラフ
【図６】外部音／圧力減衰容積部（白丸印）を備えたセンサと、外部音／圧力減衰容積部（黒丸印）のないセンサとの応答時間の比較を示すグラフ
【図７】（ｉ）外部音／圧力減衰容積部がない場合、（ｉｉ）外部音／圧力減衰容積部を備えた場合、及び（ｉｉｉ）外部音／圧力減衰容積部と環境／基準マイクロホンの両方を備えた場合の光音響セルの風ノイズ減少特性を有する比較を示すグラフ
【図８】本発明による光音響検出器の他の実施の形態を示すブロック図
【符号の説明】
１・・光音響検出器、　２ａ・・第１の金属焼結円板、　２ｂ・・第２の金属焼結円板、　３・・検知セル、　４・・ガス入口、　５・・円板、　６・・スリット、　７・・空洞、　８・・信号処理回路、　９・・第２のマイクロホン、　１０・・第１のマイクロホン、
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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