(57)【要約】【課題】螺旋状のフィラメントを持った光源を有する光源部と、この光源部に隣接して配される気体セルと、この気体セルを間に挟んで光源部の反対側に配され、気体セルを透過した光源部からの赤外線を検出する検出部とを具えた従来の赤外線ガス分析計は、気体セル内に導かれた測定ガス中に含まれる特定成分の濃度を検出する際、フィラメントの振動に伴って測定誤差を生ずる。【解決手段】本発明による赤外線ガス分析計１０は、フィラメント制振部材２３を光源２２に組み込んでフィラメント２１の変位を規制したり、光源部２０から後方に発せられた光を受けるバックアップ部材による反射光の影響を緩和したり、検出部５０の構成を改善したりすることによって、従来、フィラメント２１の振動に伴って発生していた測定誤差を解消する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を含む光を発する光源部と、この光源部に隣接して配される気体セルと、この気体セルを間に挟んで前記光源部の反対側に配され、当該気体セルを透過した前記光源部からの光を検出する検出部とを具え、前記気体セルが相互に対向する一対の仕切り壁と、測定ガスの供給ポートと排出ポートとを両端部に有し、この気体セル内に導かれた測定ガス中に含まれる特定成分の濃度を検出する赤外線ガス分析計であって、
前記光源部は、螺旋状のフィラメントを有すると共に前記気体セルの一方の前記仕切り壁側に配される光源と、前記気体セルの長手方向に沿った前記フィラメントの変位を規制するフィラメント制振部材と
を具えたことを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項２】
赤外線を含む光を発する光源部と、この光源部に隣接して配される気体セルと、この気体セルを間に挟んで前記光源部の反対側に配され、当該気体セルを透過した前記光源部からの光を検出する検出部と、前記気体セルに関して前記光源部の後方に配され、前記光源部から後方に発せられた光を受けるバックアップ部材とを具え、前記気体セル内に導かれた測定ガス中に含まれる特定成分の濃度を検出する赤外線ガス分析計であって、
前記バックアップ部材は、気体セル内に導かれた測定ガス中の少なくとも特定成分に対応した特有な波長の赤外線を吸収する赤外線吸収部をその表面に有することを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項３】
前記バックアップ部材は、その赤外線吸収部にて吸収された赤外線による熱を放出するための冷却手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項４】
赤外線を含む光を発する光源部と、この光源部に隣接して配される気体セルと、この気体セルを間に挟んで前記光源部の反対側に配され、当該気体セルを透過した前記光源部からの光を検出する検出部と、前記気体セルに関して前記光源部の後方に配され、前記光源部から後方に発せられた光を受けるバックアップ部材とを具え、前記気体セル内に導かれた測定ガス中に含まれる特定成分の濃度を検出する赤外線ガス分析計であって、
前記バックアップ部材は、その表面が光を乱反射する粗面にて形成されていることを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項５】
赤外線を含む光を発する光源部と、この光源部に隣接して配される気体セルと、この気体セルを間に挟んで前記光源部の反対側に配され、当該気体セルを透過した前記光源部からの光を検出する検出部とを具え、前記気体セルが相互に対向する一対の仕切り壁と、測定ガスの供給ポートと排出ポートとを両端部に有し、この気体セル内に導かれた測定ガス中の特定成分の濃度を検出する赤外線ガス分析計であって、
前記検出部は、前記気体セルの前記仕切り壁に対向して交互に配される複数の測定用および参照用の赤外線センサを有し、前記測定用の赤外線センサが前記気体セル内に介在する測定ガス中に含まれる特定成分に対応した特有な波長以外の光を検出することを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項６】
赤外線を含む光を発する光源部と、この光源部に隣接して配される気体セルと、この気体セルを間に挟んで前記光源部の反対側に配され、当該気体セルを透過した前記光源部からの光を検出する検出部とを具え、前記気体セルが相互に対向する一対の仕切り壁と、測定ガスの供給ポートと排出ポートとを両端部に有し、前記気体セル内に導かれた測定ガス中の特定成分の濃度を検出する赤外線ガス分析計であって、
前記検出部は、光源部からの光量をそれぞれ検出する測定用および参照用の赤外線センサを有し、前記測定用の赤外線センサが前記気体セル内に介在する測定ガス中に含まれる特定成分に対応した特有な波長以外の光を検出し、
前記気体セルは、その他端側に位置する他方の前記仕切り壁に形成されて光透過性の透明な窓と、この窓に配されてここを通過する光を前記測定用および参照用赤外線センサに導く光制御手段とをさらに有することを特徴とする赤外線ガス分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定ガス中に含まれる特定成分の割合を検出し得る非分散型赤外線ガス分析計に関する。
【背景技術】
【０００２】
非分散型赤外線ガス分析計は、測定ガス中に含まれる各種特定成分の割合、つまり濃度を検出する場合などに利用されている。自動車産業においても、エンジンの開発を行う場合、その排気ガス中に占める一酸化炭素や炭化水素などの割合を検出してエンジンのエミッション特性を把握するために利用している。この場合、非分散型赤外線ガス分析計は、専用の測定車のトランクルームやリヤシートバックの後方のリヤシェルフなどに搭載されて用いられることが多い。
【０００３】
車載型の非分散型赤外線ガス分析計は、車両の排気ガス通路に連通する測定ガスの導入口と排出口とが両端部に形成された細長い気体セルと、この気体セルの一端側に配されて赤外線を含む光を発するフィラメントを持った光源(熱源)と、気体セルを挟んで光源と対向するように気体セルの他端側に配される赤外線検出ユニットとを具えている。赤外線検出ユニットは、検出すべき成分に特有の波長帯域を吸収する波長選択透過性のフィルタを組み込んだ測定用のセンサと、このような波長選択透過性のフィルタを持たない参照用のセンサとを有する。気体セル内に検出すべき成分が介在しない場合、測定用のセンサおよび参照用のセンサによって検出される光量に差が生じない。しかしながら、気体セル内に検出すべき成分が介在する場合、その介在量に応じて測定用のセンサによって検出される光量が低下するため、参照用のセンサによって検出される光量との差に応じて検出すべき成分の濃度を把握することができる。
【０００４】
このような赤外線ガス分析計において、検出光量を増大させるために光源から気体セルと反対側に放射された光を気体セルの一端側へと導く反射鏡を組み込むようにした技術が特許文献１に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２８２７８５号公報
【特許文献２】特開２００４−２０５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の赤外線ガス分析計において、特許文献１に開示されたような反射鏡を用いた場合、反射鏡によって集光またはコリメートされた光が赤外線検出ユニットに到達することとなる。このため、反射鏡を持たない場合より赤外線検出ユニットに到達する光量を著しく増大させることが可能となり、高感度の赤外線検出ユニットを使用する必要がなくなる分だけ検出が容易となる利点を生ずる。しかしながら、外乱、例えば振動などによってフィラメントが揺れると、反射光の指向性が変わってしまい、特に反射鏡の回転軸線に沿ったフィラメントの変位は、反射鏡の集光特性を変える結果となり、測定ガス中に含まれる特定成分の濃度に変化がない場合であっても、赤外線検出ユニットに到達する光量がかなり変化してしまう。これは、車両などのように加減速を繰り返すものに搭載された赤外線ガス分析計の場合に顕著であり、車両の加減速によって発生するフィラメントの位置ずれによる測定結果の悪影響、つまり測定誤差の発生を避けることができない。
【０００７】
このような不具合を解消するため、反射鏡によって指向性が付与された光をランダムに拡散する光拡散部材を光源部に組み込むようにした技術が特許文献２で提案されている。しかしながら、この方法では反射鏡で反射せずに赤外線ユニットに直接到達する光も光拡散部材によって拡散されてしまう結果、反射鏡を持たない初期の赤外線ガス分析装置の場合よりも赤外線検出ユニットに到達する光量が少なくなる。このため、極めて高感度の赤外線検出ユニットを組み込むか、気体セルを通過せずに赤外線検出ユニットに外乱として入る赤外線を確実に排除するための何らかの工夫が必要であり、分析計のコンパクト化を阻害する可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、光源部のフィラメントが振動などによって位置が変化しても、これに起因する測定誤差を少なくするか、あるいはなくすことができる赤外線ガス分析計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の形態は、赤外線を含む光を発する光源部と、この光源部に隣接して配される気体セルと、この気体セルを間に挟んで前記光源部の反対側に配され、当該気体セルを透過した前記光源部からの光を検出する検出部とを具え、前記気体セルが相互に対向する一対の仕切り壁と、測定ガスの供給ポートと排出ポートとを両端部に有し、この気体セル内に導かれた測定ガス中に含まれる特定成分の濃度を検出する赤外線ガス分析計であって、前記光源部は、螺旋状のフィラメントを有すると共に前記気体セルの一方の前記仕切り壁側に配される光源と、前記気体セルの長手方向に沿った前記フィラメントの変位を規制するフィラメント制振部材とを具えたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、測定ガスが気体セルの供給ポートから気体セル内に供給され、排出ポートから気体セル外へと排出される。光源部および検出部は、気体セルの一対の仕切り壁によって気体セル内に導かれる測定ガス対して隔離されている。光源部から発せられた光は、気体セルを透過して検出部に達し、この検出部によって測定ガス中に含まれる特定成分の濃度が検出される。ここで、気体セルの長手方向に沿った何らかの外力がこの赤外線ガス分析計に作用した場合、フィラメント制振部材が気体セルの長手方向に沿った光源のフィラメントの振動を阻止する。この結果、光源部のフィラメントと検出部との位置関係が常に一定状態に保たれる。
【００１１】
本発明の第１の形態による赤外線ガス分析計において、フィラメントが気体セルの長手方向に沿って延在し、フィラメント制振部材がフィラメントにより構成されるコイルの中央部を貫通する棒状の耐熱性絶縁部材と、この耐熱性絶縁部材の外周面から螺旋状に突出してコイルの間に位置する規制部材とを有するものであってよい。あるいは、フィラメントが気体セルの長手方向に対して直交する方向に延在し、フィラメント制振部材がフィラメントにより構成されるコイルの中央部を貫通する棒状の第１耐熱性絶縁部材と、コイルを挟むように第１耐熱性絶縁部材と対向する第２耐熱性絶縁部材とを有するものであってよい。
【００１２】
また、検出部が気体セルの他方の仕切り壁に対向して配される測定用および参照用の赤外線センサを有し、測定用の赤外線センサが気体セル内に介在する測定ガス中に含まれる特定成分に対応した特有な波長以外の光を検出するものであってよい。
【００１３】
本発明の第２の形態は、赤外線を含む光を発する光源部と、この光源部に隣接して配される気体セルと、この気体セルを間に挟んで前記光源部の反対側に配され、当該気体セルを透過した前記光源部からの光を検出する検出部と、前記気体セルに関して前記光源部の後方に配され、前記光源部から後方に発せられた光を受けるバックアップ部材とを具え、前記気体セル内に導かれた測定ガス中に含まれる特定成分の濃度を検出する赤外線ガス分析計であって、前記バックアップ部材は、気体セル内に導かれた測定ガス中の少なくとも特定成分に対応した特有な波長の赤外線を吸収する赤外線吸収部をその表面に有することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明においては、光源部および検出部が気体セルを挟んで気体セル内に導かれる測定ガス対し隔離されている。光源部から発せられた赤外線の一部は、気体セルを透過して検出部に達し、この検出部によって測定ガス中に含まれる特定成分の濃度が検出される。バックアップ部材に到達する光源部から発せられた赤外線の他の一部のうち、測定ガス中の少なくとも特定成分に対応した特有な波長の赤外線は、バックアップ部材の表面の赤外線吸収部によって吸収され、検出部側へは反射しない。従って、振動などの外乱により光源部の位置が変化したとしても、これにより検出部に到達する光量の変化が無視できる程度に小さくなる。
【００１５】
本発明の第２の形態による赤外線ガス分析計において、バックアップ部材は、その赤外線吸収部にて吸収された赤外線による熱を放出するための冷却手段をさらに有するものであってよい。
【００１６】
本発明の第３の形態は、赤外線を含む光を発する光源部と、この光源部に隣接して配される気体セルと、この気体セルを間に挟んで前記光源部の反対側に配され、当該気体セルを透過した前記光源部からの光を検出する検出部と、前記気体セルに関して前記光源部の後方に配され、前記光源部から後方に発せられた光を受けるバックアップ部材とを具え、前記気体セル内に導かれた測定ガス中に含まれる特定成分の濃度を検出する赤外線ガス分析計であって、前記バックアップ部材は、その表面が光を乱反射する粗面にて形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明においても、光源部および検出部が気体セルを挟んで気体セル内に導かれる測定ガス対し隔離されている。光源部から発せられた赤外線の一部は、気体セルを透過して検出部に達し、この検出部によって測定ガス中に含まれる特定成分の濃度が検出される。バックアップ部材に到達する光源部から発せられた赤外線の他の一部は、バックアップ部材の表面にて乱反射し、検出部側へ到達するのはそのうちのごく一部となる。従って、振動などの外乱により光源部の位置が変化したとしても、これにより検出部に到達する光量の変化が無視できる程度に小さくなる。
【００１８】
本発明の第４の形態は、赤外線を含む光を発する光源部と、この光源部に隣接して配される気体セルと、この気体セルを間に挟んで前記光源部の反対側に配され、当該気体セルを透過した前記光源部からの光を検出する検出部とを具え、前記気体セルが相互に対向する一対の仕切り壁と、測定ガスの供給ポートと排出ポートとを両端部に有し、この気体セル内に導かれた測定ガス中の特定成分の濃度を検出する赤外線ガス分析計であって、前記検出部は、前記気体セルの前記仕切り壁に対向して交互に配される複数の測定用および参照用の赤外線センサを有し、前記測定用の赤外線センサが前記気体セル内に介在する測定ガス中に含まれる特定成分に対応した特有な波長以外の光を検出することを特徴とする特徴とするものである。
【００１９】
本発明においては、測定ガスが気体セルの供給ポートから気体セル内に供給され、排出ポートから気体セル外へと排出される。光源部および検出部は、気体セルの一対の仕切り壁によって気体セル内に導かれる測定ガス対して隔離されている。光源部から発せられた光は、気体セルを透過して検出部に達し、この検出部を構成する複数の測定用および参照用の赤外線センサによって測定ガス中に含まれる特定成分の濃度が検出される。ここで、振動などの外乱により光源部の位置が微妙に変化し、個々の測定用および参照用の赤外線センサに到達する光量が変化したとしても、これら複数の赤外線センサによって検出される全体的な光量は変化せず、光源部の位置の変化による測定結果の変化は生じない。
【００２０】
本発明の第５の形態は、赤外線を含む光を発する光源部と、この光源部に隣接して配される気体セルと、この気体セルを間に挟んで前記光源部の反対側に配され、当該気体セルを透過した前記光源部からの光を検出する検出部とを具え、前記気体セルが相互に対向する一対の仕切り壁と、測定ガスの供給ポートと排出ポートとを両端部に有し、前記気体セル内に導かれた測定ガス中の特定成分の濃度を検出する赤外線ガス分析計であって、前記検出部は、光源部からの光量をそれぞれ検出する測定用および参照用の赤外線センサを有し、前記測定用の赤外線センサが前記気体セル内に介在する測定ガス中に含まれる特定成分に対応した特有な波長以外の光を検出し、前記気体セルは、その他端側に位置する他方の前記仕切り壁に形成されて光透過性の透明な窓と、この窓に配されてここを通過する光を前記測定用および参照用赤外線センサに導く光制御手段とをさらに有することを特徴とするものである。
【００２１】
本発明においても、測定ガスが気体セルの供給ポートから気体セル内に供給され、排出ポートから気体セル外へと排出される。光源部および検出部は、気体セルの一対の仕切り壁によって気体セル内に導かれる測定ガス対して隔離されている。光源部から発せられた光は、気体セルから光透過性の窓に配された光制御手段を通過して検出部に達し、この検出部を構成する測定用および参照用の赤外線センサによって測定ガス中に含まれる特定成分の濃度が検出される。振動などの外乱により光源部の位置が微妙に変化し、気体セルの窓を通過する光量が変化したとしても、測定用および参照用の赤外線センサには、光制御手段を介して気体セルの窓を通過した同じ領域の光が到達することとなる。
【００２２】
本発明の第５の形態による赤外線分析計において、光制御手段が光をランダムに散乱させる光拡散板や、光を分光させる分光光学系を含むものであってよい。あるいは、光を２方向に分けるビームスプリッタであってよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の第１の形態の赤外線ガス分析計によると、光源部が螺旋状のフィラメントを有すると共に気体セルの一方の仕切り壁側に配される光源と、気体セルの長手方向に沿ったフィラメントの変位を規制するフィラメント制振部材とを具えているので、気体セルの長手方向に沿った何らかの外力がこの赤外線ガス分析計に作用しても、フィラメント制振部材が気体セルの長手方向に沿った光源のフィラメントの振動を阻止することができる。この結果、気体セルの長手方向に沿った外力が赤外線ガス分析計に作用しても、光源部のフィラメントと検出部との位置関係を常に一定状態に保つことが可能となり、安定した測定を行うことができる。
【００２４】
本発明の第２の形態の赤外線ガス分析計によると、光源部から後方に発せられた光を受けるバックアップ部材が気体セル内に導かれた測定ガス中の少なくとも特定成分に対応した特有な波長の赤外線を吸収する赤外線吸収部をその表面に有するので、バックアップ部材に到達する光源部から発せられた赤外線の他の一部のうち、測定ガス中の少なくとも特定成分に対応した特有な波長の赤外線をバックアップ部材の表面の赤外線吸収部によって吸収させることができる。このため、バックアップ部材による光の反射による影響を受けにくくすることができ、振動などの外乱により光源部の位置が変化したとしても、検出部に到達する光量の変化が無視できる程度に小さくなり、安定した測定を行うことができる。
【００２５】
また、バックアップ部材がその赤外線吸収部にて吸収された赤外線による熱を放出するための冷却手段をさらに有する場合、吸熱に伴うバックアップ部材の昇温による悪影響を未然に防止することができる。
【００２６】
本発明の第３の形態の赤外線分析計によると、光源部から後方に発せられた光を受けるバックアップ部材の表面が光を乱反射する粗面にて形成されているので、バックアップ部材による光の反射による影響をほとんどなくすことができ、振動などの外乱により光源部の位置が変化したとしても、検出部に到達する光量の変化が無視できる程度に小さくなり、安定した測定を行うことができる。
【００２７】
本発明の第４の形態の赤外線分析計によると、検出部が、気体セルの仕切り壁に対向して交互に配される複数の測定用および参照用の赤外線センサを有するので、気体セルの長手方向に沿った何らかの外力がこの赤外線ガス分析計に作用し、個々の赤外線センサに入射する光量が変化しても、すべての赤外線センサに入射する総光量に変化はほとんど生じない。この結果、光源部の位置が変化してもこれが測定結果に誤差として現れず、安定した測定を行うことができる。
【００２８】
本発明の第５の形態の赤外線ガス分析計によると、気体セルが、その他端側に位置する他方の仕切り壁に形成されて光透過性の透明な窓と、この窓に配されてここを通過する光を測定用および参照用赤外線センサに導く光制御手段とを有するので、振動などの外乱により光源部の位置が変化して窓を通過する光量が変化したとしても、検出部を構成する測定用および参照用の赤外線センサには光制御手段によって同条件の光が入射することとなる。このため、光源部の位置が変化してもこれが測定誤差として現れず、安定した測定を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明による赤外線ガス分析計の実施形態について、図１〜図９を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、これらをさらに組み合わせたり、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【００３０】
本実施形態による非分散型赤外線ガス分析計の主要部の概略構造を図１に示し、その光源部における光源の外観を図２に拡大して示す。この赤外線ガス分析計１０は、赤外線を含む光を発する光源部２０と、この光源部２０に隣接して配される気体セル３０と、気体セル３０に関して光源部２０の後方に配され、光源部２０から後方に発せられた光を受ける本発明のバックアップ部材としての全反射鏡４１と、気体セル３０を間に挟んで光源部２０の反対側に配され、気体セル３０を透過した光源部２０からの光を検出する検出部５０と、検出部５０によって検出された信号を処理して気体セル３０内に導かれた測定ガス中に含まれる特定成分の濃度を算出する図示しない制御部とを具えている。
【００３１】
光源部２０は、気体セル３０の長手方向に沿って延在する螺旋状のフィラメント２１を有すると共に気体セル３０の一方の仕切り壁３１側に配される光源２２と、気体セル３０の長手方向に沿ったフィラメント２１の変位を規制するフィラメント制振部材２３とを有する。本実施形態におけるフィラメント制振部材２３は、フィラメント２１により構成されるコイル２１ａの中央部を貫通する棒状の耐熱性絶縁部材２４と、この耐熱性絶縁部材２４の外周面から突出し、螺旋状に配列してそれぞれコイル２１ａの間に位置する規制部材２５とを有する。耐熱性絶縁部材２４の中央部には、フィラメント２１に接続するディメット線２６が貫通している。規制部材２５は、気体セル３０の長手方向に沿ったコイル２１ａの変位を阻止する機能を持つ。
【００３２】
気体セル３０は、相互に対向する一対の仕切り壁３１，３２と、測定ガスの供給ポート３３と排出ポート３４とを両端部に有する。走行中の車両の排気ガス中に含まれる炭化水素や一酸化炭素などの特定成分を分析する車載型の赤外線ガス分析計１０にあっては、排気管の上流側に供給ポート３３を接続すると共にこの接続部分よりも下流側の排気管に排出ポート３４を連通させることが一般的である。これにより、排気管内を流れる排気ガスが供給ポート３３から気体セル３０内を通り、排出ポート３４から排気管に排出されるような排気ガスの自然な流れが形成される。
【００３３】
全反射鏡４１は、その表面が鏡面化され、全反射鏡４１によって反射した光がほぼコリメートするように、表面の輪郭形状ならびにフィラメント２１に対する相対位置が設定されている。本実施形態における全反射鏡４１の表面の輪郭形状は回転球面体であるが、回転放物面や回転双曲面あるいは回転楕円面や他の回転非球面にすることも可能である。基本的には、気体セル３０の他端側の仕切り壁３２に到達する光の分布がほぼ均一となるように、フィラメント２１の寸法形状と併せて設定することが有効である。
【００３４】
検出部５０は、気体セル３０の他端側の仕切り壁３２と対向する一対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２を有する。測定用の赤外線センサ５１は気体セル３０内に介在する測定ガス中に含まれる特定成分に対応した特有な波長を吸収する、特定成分に対応した特有な波長以外の光を検出する波長選択性のフィルタ５３が組み込まれている。また、参照用の赤外線センサ５２にはこのような波長選択性のフィルタ５３が組み込まれておらず、すべての光を検出するようになっている。つまり、測定用の赤外線センサ５１は、測定ガス中に含まれる特定成分に対応したものであり、特定成分毎に対応した測定用の赤外線センサを組み込む必要がある。
【００３５】
従って、気体セル３０内に検出すべき成分が介在しない場合、測定用の赤外線センサ５１および参照用の赤外線センサ５２によって検出される光量に差が生じない。しかしながら、気体セル３０内に検出すべき成分が介在する場合、その介在量に応じて測定用の赤外線センサ５１によって検出される光量が低下する。制御部はこのような原理に基づいて参照用の赤外線センサ５２によって検出される光量との差に応じた検出すべき成分の濃度を算出する。
【００３６】
フィラメント２１が車両の振動や加減速によって、特に全反射鏡４１の光軸、つまり気体セル３０の長手方向に沿って変位した場合、気体セル３０の他端側の仕切り壁３２に到達する光の分布に無視できないむらが発生する。この結果、従来のものでは測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２に入射する光量が不均一となり、これが測定誤差となって現れていた。しかしながら、本実施形態では耐熱性絶縁部材２４と規制部材２５とが光源２２に組み込まれているため、車両の振動や加減速によるフィラメント２１の変位が規制される結果、測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２に入射する光量を初期設定状態のままに維持することができ、測定誤差の発生を防止することができる。
【００３７】
上述した実施形態では、螺旋状のフィラメント２１を気体セル３０の長手方向に沿って延在するように光源２２を配置したが、気体セル３０の長手方向に対して直交するように光源２２の螺旋状をなすフィラメント２１を配置することも可能である。
【００３８】
このような本発明による光源部２０の他の実施形態の概略構造を図３に示し、その光源２２の外観を拡大して図４に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、光源２２の螺旋状をなすフィラメント２１の延在方向は、気体セル３０の長手方向に対して直交するように、全反射鏡４１の光軸上に配されている。本実施形態におけるフィラメント制振部材２３は、フィラメント２１により構成されるコイル２１ａの中央部を貫通する棒状の第１耐熱性絶縁部材２７と、コイル２１ａを挟むように第１耐熱性絶縁部材２７と対向する第２耐熱性絶縁部材２８とを有する。従って、車両の振動や加減速に伴い、フィラメント２１が特に気体セル３０の長手方向に沿って傾くような外力が作用した場合であっても、本実施形態では第１および第２耐熱性絶縁部材２７，２８がコイル２１ａの傾きを阻止するように配されているため、車両の振動や加減速によるフィラメント２１の変位を規制することができる。この結果、測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２に入射する光量を初期設定状態のままに維持することができ、測定誤差の発生を未然に防止することが可能である。
【００３９】
光源部２０の他の実施形態の概略構造図５に示す。これは、従来と同じ光源を使用したものであるが、先の実施形態における全反射鏡４１に代えてバックアップ部材４０を組み込んだものである。本実施形態におけるバックアップ部材４０は、気体セル３０の長手方向に対して垂直な平板状をなしているが、先の実施形態のような回転球面状などの表面形状にすることも可能である。このバックアップ部材４０の表面には、気体セル３０内に導かれた測定ガス中の少なくとも特定成分に対応した特有な波長の赤外線を吸収する赤外線吸収層４２が形成されており、測定用の赤外線センサ５１による測定に影響のない光のみ、バックアップ部材４０が反射することとなる。このため、特定成分が存在する場合に測定用の赤外線センサ５１によって検出される光量低下は先の実施形態よりも少なくなるものの、全体的な光量は特許文献２のものよりも増大させることが可能である。同様な趣旨から、バックアップ部材４０全体を黒体にて形成したりしてもよい。
【００４０】
本実施形態の場合、バックアップ部材４０は赤外線吸収層４２による吸熱作用により、次第に温度が上昇するため、放熱用のフィンをバックアップ部材４０に取り付けたり、あるいは他の冷却手段をバックアップ部材４０に組み付けたりすることも有効である。なお、先の実施形態における全反射鏡４１の表面を鏡面ではなく、光を乱反射させる粗面にて形成することによっても、同様な効果を得ることができる。
【００４１】
図１に示した実施形態では、一対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２を検出部５０に採用したが、図６に示すように複数対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２を用いることも有効である。このように、気体セル３０の他端側の仕切り壁３２と対向する複数対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２を組み込むことにより、気体セル３０の他端側の仕切り壁３２に到達する光の分布にむらなどが生じた場合であっても、複数対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２によって検出される光量が平均化されることとなる。この結果、車両の振動や加減速に伴ってフィラメント２１が特に気体セル３０の長手方向に沿って変位した場合であっても、複数対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２に入射する総光量をほぼ初期設定状態のままに維持することができ、測定誤差をより少なくすることが可能である。
【００４２】
図７〜図９に本発明による検出部５０の他の実施形態の概略をそれぞれ示す。これらの実施形態においては、気体セル３０の他端側の仕切り壁３２にマスキング５４を施し、この仕切り壁３２の中央部のみ光が通過する窓５５を形成している。
【００４３】
図７の実施形態では、窓５５に光拡散板５６を配し、この光拡散板５６に近接して一対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２を配している。この場合、図示しない反射鏡４１の光軸、つまり気体セル３０の中心軸線を基準として、一対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２を対称に配置することが好ましい。本実施形態では、窓５５を通過する光を光拡散板５６によってランダムに拡散させているため、一対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２には常にほぼ同じ光量の光が入射することとなる。つまり、車両の振動や加減速に伴ってフィラメント２１が特に気体セル３０の長手方向に沿って変位し、窓５５を通過する光の光量分布が変化したとしても、これに起因する測定誤差を解消することができる。
【００４４】
図８の実施形態では、窓５５に分光プリズム５７を配置し、特定成分に対応した特有な波長の赤外線領域が測定用の赤外線センサ５１に入射する一方、この領域を含まない所定波長領域の光が参照用の赤外線センサ５２に入射するように、分光プリズム５７に対する一対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２の相対位置が規定されている。本実施形態においても、車両の振動や加減速に伴ってフィラメント２１が特に気体セル３０の長手方向に沿って変位し、窓５５に到達する光の光量分布が変化したとしても、分光プリズム５７によって分光された光が一対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２に導かれるため、フィラメント２１の変位に起因する測定誤差を従来のものよりも少なくすることができる。なお、この測定誤差をさらに少なくするため、窓５５と分光プリズム５７との間にコリメータを配置することも有効である。
【００４５】
図９の実施形態では、窓５５を通過した光を２分割するビームスプリッタ５８を配置し、このビームスプリッタ５８を通過した光を一対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２に導くようにしている。このため、車両の振動や加減速に伴ってフィラメント２１が特に気体セル３０の長手方向に沿って変位し、窓５５に到達する光の光量分布が変化したとしても、ビームスプリッタ５８を通過した光が一対の測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２に導かれることとなり、フィラメント２１の変位に起因する測定誤差を解消することができる。なお、ビームスプリッタ５８に代えて光通過用のピンホールが形成された反射鏡を用い、この反射鏡によって反射した光を測定用の赤外線センサ５１に導くと共に反射鏡のピンホールを通過した光を参照用の赤外線センサ５２に導くようにしてもよい。この場合、測定用および参照用の赤外線センサ５１，５２を逆に配置することも当然可能である。
【００４６】
また、上述した各実施形態では、単一の気体セル３０を用いたが、予め参照用のガスを封入した参照用の気体セルと、測定ガスが導入される測定用の気体セルとを用いた赤外線ガス分析計に利用することも当然可能である。この場合、測定用の気体セルを通過した光を測定用の赤外線センサ５１によって検出する一方、参照用の気体セルを通過した光を参照用の赤外線センサ５２によって検出することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による赤外線ガス分析計の一実施形態における主要部の内部構造を表す断面図である。
【図２】図１に示した実施形態における光源の部分を拡大して表す立体投影図である。
【図３】本発明おける光源部の他の実施形態を表す断面図である。
【図４】図３に示した実施形態における光源の部分を拡大して表す立体投影図である。
【図５】本発明における光源部の別な実施形態を表す断面図である。
【図６】本発明における検出部の他の実施形態を表す断面図である。
【図７】本発明における検出部の別な実施形態を表す断面図である。
【図８】本発明における検出部のさらに他の実施形態を表す断面図である。
【図９】本発明における検出部のさらに別な実施形態を表す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  赤外線ガス分析計
２０  光源部
２１  フィラメント
２１ａ  コイル
２２  光源
２３  フィラメント制振部材
２４  耐熱性絶縁部材
２５  規制部材
２６  ディメット線
２７  第１耐熱性絶縁部材
２８  第２耐熱性絶縁部材
３０  気体セル
３１  仕切り壁
３２  仕切り壁
３３  供給ポート
３４  排出ポート
４０  バックアップ部材
４１  全反射鏡
４２  赤外線吸収層
５０  検出部
５１  測定用の赤外線センサ
５２  参照用の赤外線センサ
５３  波長選択性のフィルタ
５４  マスキング
５５  窓
５６  光拡散板
５７  分光プリズム
５８  ビームスプリッタ
【図１】
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【図２】
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【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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