(57)【要約】【課題】光学部品の清掃を行うことなく検知精度の低下を防止する。【解決手段】外気を取り込んで所定の還元剤と共に燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の一部に設けられた所定の光学部品と、燃焼室の燃焼光を光学部品を介して取り込んで受光し、当該受光した燃焼光の光量に基づいて外気に含まれる化学剤の濃度を検知する検知部と、該検知部の検知結果を外部に報知する報知部とを具備する装置において、所定光量の光源光を発生し、光学部品を介して検知部に照射する光源を備え、検知部は、初期時において光学部品を介して受光した光源光の光量を基準光量として予め記憶し、当該基準光量と実使用時に光学部品を介して受光した光源光の光量との差異に基づいて化学剤検知時の燃焼光の光量を補正する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気を取り込んで所定の還元剤と共に燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の一部に設けられた所定の光学部品と、前記燃焼室の燃焼光を前記光学部品を介して取り込んで受光し、当該受光した燃焼光の光量に基づいて前記外気に含まれる化学剤を検知する検知部と、該検知部の検知結果を外部に報知する報知部とを具備する装置であって、
所定光量の光源光を発生し、前記光学部品を介して前記検知部に照射する光源を備え、
前記検知部は、初期時において前記光学部品を介して受光した光源光の光量を基準光量として予め記憶し、当該基準光量と実使用時に前記光学部品を介して受光した光源光の光量との差異に基づいて化学剤検知時の燃焼光の光量を補正することを特徴とする化学剤検知装置。
【請求項２】
前記光源は、還元剤である水素を燃焼室で燃焼させて光源光を発生することを特徴とする請求項１記載の化学剤検知装置。
【請求項３】
前記報知部は、化学剤検知時の燃焼光の光量の補正量が所定のしきい値を超えると、警報を報知することを特徴とする請求項１または２記載の化学剤検知装置。
【請求項４】
前記検知部は、化学剤の燃焼光あるいは水素の燃焼光を光学フィルタを介して選択的に受光することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の化学剤検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中に含まれる化学剤の濃度を検知する化学剤検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地下鉄サリン事件に代表されるような化学テロに対する対策用に、有毒ガス等の化学剤を検知する装置の需要が高まっている。そして、従来、この種の検知装置として、質量分析法や炎色反応法を利用したものが主に軍用として開発されているが、構造が単純で携帯性に優れたものとしては炎色反応法を利用したものが主流である。炎色反応法を利用した装置は、燃焼室の一部に設けた開口に光学レンズ（光学部品）を取り付け、当該光学レンズを介して燃焼光を燃焼室の外部に取り出して検知部で光量を検出することにより外気に含まれる化学剤の濃度を検知するものである。
「http://www.10d.mae.jgsdf.go.jp/butai/butai/10cml/equipment_goods/ap2c.htp」には、炎色反応法を利用した装置の１つとして、「新化学検知器ＡＰ２Ｃ」が開示されている。
また、特開２００４−１５８２９６号公報には、質量分析法を用いた化学剤の探知装置及び方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１５８２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、新化学検知器ＡＰ２Ｃのような炎色反応法を利用した検知装置は、上述したように構成されているので、使用を継続するうちに光学レンズの燃焼室側に燃焼灰等の異物が付着して光学レンズの光透過率が低下する。そして、この光透過率の低下は、検知部で受光される燃焼光の光量を低下させるので、よって化学剤の検知精度を低下させる。
このような不具合を改善するためには、検知装置を分解して光学レンズの清掃を行う必要があるが、検知装置の分解は煩雑である。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、光学部品の清掃を行うことなく検知精度の低下を防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、外気を取り込んで所定の還元剤と共に燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の一部に設けられた所定の光学部品と、前記燃焼室の燃焼光を前記光学部品を介して取り込んで受光し、当該受光した燃焼光の光量に基づいて前記外気に含まれる化学剤の濃度を検知する検知部と、該検知部の検知結果を外部に報知する報知部とを具備する装置であって、所定光量の光源光を発生し、前記光学部品を介して前記検知部に照射する光源を備え、前記検知部は、初期時において前記光学部品を介して受光した光源光の光量を基準光量として予め記憶し、当該基準光量と実使用時に前記光学部品を介して受光した光源光の光量との差異に基づいて化学剤検知時の燃焼光の光量を補正する、という手段を採用する。
【０００６】
第２の解決手段として、上記第１の手段において、前記光源は、還元剤である水素を燃焼室で燃焼させて光源光を発生する、という手段を採用する。
【０００７】
第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、前記報知部は、化学剤検知時の燃焼光の光量の補正量が所定のしきい値を超えると、警報を報知する、という手段を採用する。
【０００８】
第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、前記検知部は、化学剤の燃焼光あるいは水素の燃焼光を光学フィルタを介して選択的に受光する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、使用を継続することによって光学部品の光透過率が低下した場合であっても、検知部が、初期時に取得された基準光量と実使用時の光源光の光量との差異に基づいて受光ゲインを自動補正するので、光学部品の清掃を行うことなく検知精度の低下を防止することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る化学剤検知装置の要部構成を示すブロック図である。この図に示すように、本化学剤検知装置は、燃焼室１、水素カートリッジ２、光学レンズ３、検知部４、報知部５及び操作部６を主な構成要素として備えている。燃焼室１は、外気を取り込んで還元剤である水素ガスと共に燃焼させるものであり、外気を取り入れる外気取入口１ａ、水素カートリッジ２から供給された水素ガスを噴出すると共に当該水素ガスを着火させるバーナ１ｂと、燃焼ガスを外部に排気する排気口１ｃとを備えている。
【００１１】
また、このような燃焼室１の一壁部には、光学部品の１つである光学レンズ３が設けられている。この光学レンズ３は、ガラス製凸レンズであり、燃焼室１の壁部の一部を構成する一方、燃焼室１内の燃焼によって発生する火炎の光（燃焼光）を外部に取り出すためのものである。上記燃焼光は、光学レンズ３を介して燃焼室１に隣接して設けられた検出部３に取り込まれる。
【００１２】
ここで、燃焼室１では燃料（還元剤）としての水素が外気中の酸素と燃焼反応して火炎が発生し、この際の火炎の燃焼光は水素特有の波長成分を含むが、外気中に化学剤が含まれていた場合には、燃焼光は化学剤に含まれる元素特有の波長成分を含むものとなる。例えば有毒ガスには、通常の外気には含まれていないリン（Ｐ）や硫黄（Ｓ）を特有元素として含むものが多い。このような有毒ガスを含む外気を燃焼室１で水素ガスと共に燃焼させた場合、燃焼光は、リン（Ｐ）や硫黄（Ｓ）特有の波長成分を含むものとなる。このように燃焼光が燃焼する元素特有の波長成分となることは、炎色反応として周知のことである。
【００１３】
水素カートリッジ２は、本化学剤検知装置に対して着脱自在（交換自在）に備えられるものであり、装着状態において内部に貯留した水素ガスを上記バーナ１ｂに供給する。詳細は後述するが、水素カートリッジ２の水素ガスは、化学剤を検出する場合に還元剤として外気と共に燃焼室１で燃焼する一方、火炎の基準光量を測定する場合においても燃焼室１で外気と共に燃焼する。すなわち、水素カートリッジ２と燃焼室１とは、上記基準光量を測定する際の「光源」としても機能する。
【００１４】
検知部４は、図示するように上記燃焼室１に隣接して設けられており、回転フィルタ４ａ、フィルタ識別センサ４ｂ、光センサ４ｃ、火炎センサ４ｄ、アンプ４ｅ及びマイコン４ｆを備えている。回転フィルタ４ａは、図示するように上記光学レンズ３に対向した状態かつ回転自在に設けられており、回転ディスクの回転中心の周りに各々に異なる透過波長を有する光学フィルタを複数配置したものである。
【００１５】
このような回転フィルタ４ａは、演算部４ｆが制御するモータによって回転駆動され、燃焼光の各波長成分のうち光学フィルタの透過波長に合致する成分のみを選択的に透過して光センサ４ｃに受光させる。各光学フィルタは、化学剤特有の元素（リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、等々）の燃焼光特有の波長成分及び水素カートリッジ２から供給される水素（Ｈ）の燃焼光特有の波長成分を各々透過波長とするものである。
【００１６】
フィルタ識別センサ４ｂは、上記複数の光学フィルタの何れが選択されているか（つまり検出対象とする元素）を検出するものであり、その検出結果を演算部４ｆに出力する。光センサ４ｃは、上記光学レンズ３及び回転フィルタ４ａを介して燃焼室１から取り込まれた燃焼光を受光するものであり、当該燃焼光の光量に応じた受光信号をアンプ４ｅに出力する。火炎センサ４ｄは、燃焼室１における火炎の発生を検知し、その検知信号を演算部４ｆに出力する。アンプ４ｅは、一定ゲインの増幅器であり、上記受光信号を増幅して演算部４ｆに出力する。
【００１７】
演算部４ｆは、マイクロプロセッサ、メモリ、Ａ／Ｄ変換器及び各種インタフェース回路を備えたワンチップマイコンから構成されており、化学剤検知プログラムに基づいてアンプ４ｅから入力された受光信号に所定の演算処理を施することにより外気に含まれる化学剤の濃度を検知し、その検知結果を検知レベルとして報知部５に出力する。このような演算部４ｆの詳細動作については後述するが、当該演算部４ｆは、操作部６から入力されるユーザの操作指示に基づいて３つの動作モード（初期設定モード、校正モード、検知モード）の何れかが設定され、動作モードに応じた演算処理を行う。
【００１８】
報知部５は、ＬＥＤ表示部５ａ及びブザークリップ端子５ｂを備えている。ＬＥＤ表示部５ａは、演算部４ｆによって駆動される複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を備え、検知レベルに応じた個数のＬＥＤ素子が点灯することによって化学剤の濃度をユーザに報知する。ブザークリップ端子５ｂは、演算部４ｆから入力されるブザー駆動信号を外部のブザーに供給するための接続端子である。演算部４ｆは、化学剤を検知するとブザー駆動信号をブザークリップ端子５ｂに出力し、ブザークリップ端子５ｂに接続されたブザーは、ブザー駆動信号に基づいて鳴動することにより化学剤を検知したことを音によってユーザに報知する。
【００１９】
操作部６は、電源スイッチや各種操作スイッチから構成されており、ユーザの各種操作指示を受け付けて演算部４ｆに供給するものである。操作部６が受け付ける各種操作指示の中には、上述した各動作モード（初期設定モード、校正モード、検知モード）の指定情報や光学フィルタの切替指示情報とが含まれている。
【００２０】
次に、このように構成された本化学剤検知装置の動作について、図２を参照して説明する。
【００２１】
電源スイッチがユーザによって操作されると、演算部４ｆは、何れの動作モードがユーザによって指示されたかを判断する（ステップＳ1）。ここで、ユーザは、本化学剤検知装置の使用開始時あるいはメンテナンス時においては、水素カートリッジ２に代えて基準濃度のリン（Ｐ）化合物及び硫黄（Ｓ）化合物を含む水素ガス（欺剤）が充填されたカートリッジを本化学剤検知装置に装着し、さらに初期設定モードを指定して上記欺剤を燃焼室１で燃焼させる（ステップＳ2）。
【００２２】
演算部４ｆは、初期設定モードにおいて上記欺剤の燃焼によって発生する火炎の検知信号が火炎センサ４ｄから入力されると、回転フィルタ４ａを回転させてリン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）に対応する光学フィルタを順次選択し、燃焼光におけるリン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）の波長成分の光量に対応する受光信号をアンプ４ｅから順次取り込むことにより、リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）の濃度に関する検知レベルを校正する（ステップＳ3）。
【００２３】
演算部４ｆは、このような初期校正が終了すると（ステップＳ4）、その旨を報知部５に出力してユーザに初期校正の終了を報知させる。この結果、ユーザは、欺剤のカートリッジに代えて、水素カートリッジ２を本化学剤検知装置に装着し、水素ガスを燃焼室１で燃焼させる（ステップＳ5）。燃焼室１では、水素ガスが外気と共に燃焼することによって火炎が発生し、当該火炎の燃焼光が光学レンズ３を介して検知部４に照射される。この場合の燃焼光は、以下のように光源光として検知部４に取り込まれる。
【００２４】
すなわち、演算部４ｆは、水素ガスの燃焼によって発生する火炎の検知信号が火炎センサ４ｄから入力されると、回転フィルタ４ａを回転させて水素（Ｈ）に対応する光学フィルタを選択することにより光源光における水素（Ｈ）の波長成分の光量に対応する受光信号をアンプ４ｅから一定時間に亘って順次取り込み、その平均値（水素（Ｈ）の波長成分の光量平均値）を測定し（ステップＳ6）、この平均値を内部メモリに記憶させる（ステップＳ7）。
【００２５】
ここで、上記光量平均値は、本化学剤検知装置の使用開始時あるいはメンテナンス時に取得されたもの、つまり光学レンズ３に燃焼灰等の異物が付着してなく、光学レンズ３が本来の光透過率を有している状態（初期状態）で取得されたものである。すなわち、初期設定モードにおいて取得された上記光量平均値は、水素ガスを燃焼させた際に発生する光源光の基準光量に相当するものである。なお、このようにして取得された光源光の基準光量が内部メモリに記憶され、電源スイッチがユーザによって操作されて電源がＯＦＦされると（ステップＳ8）、演算部４ｆは処理を終了する。
【００２６】
なお、初期設定モードにおいて欺剤及び水素ガスを燃焼室１で燃焼させる場合、外気取入口１ａから取り入れた外気と共に燃焼させるが、この外気は、外乱を排除するために、当然に化学剤（つまりリン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ））を含んでいないものである。
【００２７】
続いて、本化学剤検知装置を用いて化学剤を検知しようとする場合、ユーザは、電源投入後に動作モードを校正モードに設定し、水素ガスを燃焼室１で燃焼させる（ステップＳ9）。演算部４ｆは、操作部６から校正モードの指示信号が入力されると（ステップＳ1）、また火炎の検知信号が火炎センサ４ｄから入力されると、回転フィルタ４ａを回転させて水素（Ｈ）に対応する光学フィルタを選択することにより水素（Ｈ）の波長成分の光量に対応する受光信号をアンプ４ｅから取り込んで測定する（ステップＳ10）。
【００２８】
そして、演算部４ｆは、上記測定が終了すると（ステップＳ11）、初期設定モードにおいて取得された上記基準光量との差異を判定し（ステップＳ12）、差異がある場合には、当該差異に対応するゲイン補正値を演算して内部メモリに記憶する（ステップＳ13）。化学剤を実際に検知しようとする際の校正モードにおいて水素（Ｈ）を燃焼させて得られる燃焼光（光源光）の光量と初期設定モードにおける光源光の光量（基準光量）との間に差異（光量差）が発生する主因は、基準光量を取得した後に本化学剤検知装置を使用する（つまり水素ガスを外気と共に燃焼室１で燃焼させる）ことによって、光学レンズ３の燃焼室側に燃焼灰等の異物が付着して光学レンズ３の光透過率が低下したことにある。
【００２９】
このようにしてゲイン補正値が取得され、電源スイッチがユーザによって操作されて電源がＯＦＦされると（ステップＳ8）、演算部４ｆは処理を終了するが、引き続き検知モードがユーザによって指示され（ステップＳ1）、水素ガスが外気と共に燃焼室１で燃焼する（ステップＳ14）。演算部４ｆは、この燃焼による火炎の検知信号が火炎センサ４ｄから入力されると、回転フィルタ４ａを回転させてリン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）に対応する光学フィルタを順次選択することによりリン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）の波長成分の光量に対応する受光信号をアンプ４ｅから順次取り込んで測定するが、この光量測定の際に上記ゲイン補正値に基づいて光量を補正する（ステップＳ15）。
【００３０】
上述した光量差が例えば「２ｄＢ」であった場合、ゲイン補正値は同じく２ｄＢとなるが、演算部４ｆは、検知モードにおいて測定された光量にゲイン補正値である２ｄＢを加味することにより光学レンズ３の光透過率が低下した分を是正した補正光量を求める。
【００３１】
演算部４ｆは、このような補正光量を化学剤特有の元素（特定元素）であるリン（Ｐ）の波長成分の光量と硫黄（Ｓ）の波長成分の光量とについて求め、各々の補正光量を所定のしきい値と比較することにより特定元素が検出されたか否かを判定する（ステップＳ16）。そして、演算部４ｆは、各々の特定元素の光量の大きさ（特定元素の濃度）に応じて検知レベルを演算し（ステップＳ17）、当該検知レベルを示すＬＥＤ駆動信号をＬＥＤ表示部５ａに出力する。
【００３２】
なお、図２では省略しているが、演算部４ｆは、ステップＳ16において特定元素の検出が判定された時点で、ブザークリップ端子５ｂにブザー駆動信号を出力して化学剤の検出を速やかに外部に報知する。また、演算部４ｆは、ユーザによって電源スイッチが操作されて電源がＯＦＦされると（ステップＳ8）、全ての処理を終了する。
【００３３】
このような本実施形態によれば、光学レンズ３の光透過率の低下がゲイン補正値によって自動補正されるので、光学レンズ３の清掃を行うことなく検知精度の低下を防止することができる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記化学剤検知装置の使用を継続すると、光学レンズ３の光透過率が徐々に低下するが、所定量以上の低下が生じた場合、つまりゲイン補正値が所定値まで大きくなった段階で、この旨を警報として報知部５で報知することにより光学レンズ３の清掃をユーザに促すようにしても良い。この場合、演算部４ｆは、ゲイン補正値を所定のしきい値と比較することにより警報を報知部に出力するか否かを判断する。
【００３５】
（２）上記実施形態では、水素カートリッジ２から供給される水素を燃焼室１で燃焼させて発生する火炎の燃焼光を光源光として用いる、つまり水素カートリッジ２と燃焼室１とによって光源を校正するが、光源の構成はこれに限定されない。例えば白色ＬＥＤ等の発光体を光源として燃焼室１内に別途設けるようにしても良い。この場合、水素ガスを消費しないので、水素カートリッジ２の使用期間を延ばすことができる。
【００３６】
（３）検知部４における燃焼光の処理は上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明における光学部品は光学レンズ３に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係わる化学剤検知装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる化学剤検知装置の各動作モードにおける動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１…燃焼室、２…水素カートリッジ、３…光学レンズ、４…検知部、５…報知部、６…操作部
【図１】
2007333417.tif 000003
【図２】
2007333417.tif 000004