JP2009150808A - Cloudiness detection device and mirror surface cooling type dew point recorder - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify a constitution of an optical part, and to dispense with strict optical axis adjustment. <P>SOLUTION: This mirror surface cooling type dew point recorder has an elliptically spherical mirror reflector 12 exposed to gas to be measured; a Peltier element 10 for cooling the elliptically spherical reflector 12; a laser diode 1 for irradiating laser light to the elliptically spherical mirror reflector 12; a photodiode 2 for receiving reflected light from the elliptically spherical mirror reflector 12; a temperature sensor 9 for measuring a temperature of the elliptically spherical mirror reflector 12; and a detection means for detecting condensation on the elliptically spherical mirror reflector 12 based on intensity of the reflected light, and using a temperature measured by the temperature sensor 9 as a dew point temperature of the gas to be measured, when detecting the condensation. The laser diode 1 is disposed so that an emission surface is positioned on one focal point of the elliptically spherical mirror reflector 12, and the photodiode 2 is disposed so that an incident surface is positioned on the other focal point of the elliptically spherical mirror reflector 12. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガラスなどの曇りを検出する曇り検出装置、および気体の露点を検出する鏡面冷却式露点計に関するものである。   The present invention relates to a fog detection device that detects fogging of glass or the like, and a mirror-cooled dew point meter that detects a dew point of a gas.

従来より、湿度測定法として、被測定気体の温度を低下させ、その被測定気体に含まれる水蒸気の一部を結露させたときの温度を測定することにより露点を検出する露点検出法が知られている。例えば、特許文献1には、電子冷却器などを用いて鏡を冷却し、この冷却した鏡の面上の反射光の強度の変化を検出し、この時の鏡面の温度を測定することによって、被測定気体中の水分の露点を検出する鏡面冷却式露点計が開示されている。この鏡面冷却式露点計には、利用する反射光の種類によって、2つのタイプがある。1つは正反射光を利用する正反射光検出方式、もう1つは散乱光を利用する散乱光検出方式である。   Conventionally, as a humidity measurement method, a dew point detection method is known in which a dew point is detected by measuring the temperature when the temperature of a gas to be measured is reduced and a part of water vapor contained in the gas to be measured is condensed. ing. For example, in Patent Document 1, a mirror is cooled by using an electronic cooler or the like, a change in the intensity of reflected light on the surface of the cooled mirror is detected, and the temperature of the mirror surface at this time is measured. A mirror-cooled dew point meter that detects the dew point of moisture in a gas to be measured is disclosed. There are two types of mirror-cooled dew point meters depending on the type of reflected light used. One is a specular reflection light detection method using specular reflection light, and the other is a scattered light detection method using scattered light.

図6に正反射光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計の要部を示す。この鏡面冷却式露点計は、被測定気体が流入するチャンバ101と、このチャンバ101の内部に設けられた熱電冷却素子(ペルチェ素子)102とを備えている。熱電冷却素子102の冷却面には銅製ブロック103を介してボルト104が取り付けられている。銅製ブロック103に取り付けられたボルト104の上面は鏡面となっている。銅製ブロック103の側部には巻線式測温抵抗体からなる温度センサ105が埋め込まれている。また、チャンバ101の上部には、ボルト104の上面(鏡面)に対して斜めに光を照射する発光素子106と、発光素子106から鏡面に対して照射された光の正反射光を受光する受光素子107とが設けられている。   FIG. 6 shows a main part of a conventional mirror-cooled dew point meter that employs a regular reflection light detection method. This specular cooling type dew point meter includes a chamber 101 into which a gas to be measured flows, and a thermoelectric cooling element (Peltier element) 102 provided inside the chamber 101. A bolt 104 is attached to the cooling surface of the thermoelectric cooling element 102 via a copper block 103. The upper surface of the bolt 104 attached to the copper block 103 is a mirror surface. A temperature sensor 105 made of a winding type resistance temperature detector is embedded in a side portion of the copper block 103. In addition, at the upper part of the chamber 101, a light emitting element 106 that irradiates light obliquely with respect to the upper surface (mirror surface) of the bolt 104, and a light receiving element that receives specularly reflected light emitted from the light emitting element 106 to the mirror surface. An element 107 is provided.

この鏡面冷却式露点計において、ボルト104の鏡面は、チャンバ101内に流入する被測定気体に晒される。ボルト104の鏡面に結露が生じていなければ、発光素子106から照射された光はそのほぼ全量が正反射し、受光素子107で受光される。したがって、鏡面に結露が生じていない場合、受光素子107で受光される反射光の強度は大きい。熱電冷却素子102への電流を増やし、熱電冷却素子102の冷却面の温度を下げて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気がボルト104の鏡面に結露し、その結露した水滴に発光素子106から照射された光の一部が吸収されたり、乱反射したりする。これにより、受光素子107で受光される反射光(正反射光)の強度が減少する。このボルト104の鏡面における正反射光の変化を検出することにより、鏡面上の状態の変化、すなわち鏡面上に水分が付着したことを知ることができる。さらに、この時の鏡面の温度を温度センサ105で間接的に測定することにより、被測定気体中の水分の露点を知ることができる。   In this mirror-cooled dew point meter, the mirror surface of the bolt 104 is exposed to the gas to be measured flowing into the chamber 101. If there is no condensation on the mirror surface of the bolt 104, almost all of the light emitted from the light emitting element 106 is regularly reflected and received by the light receiving element 107. Therefore, when there is no condensation on the mirror surface, the intensity of the reflected light received by the light receiving element 107 is high. When the current to the thermoelectric cooling element 102 is increased and the temperature of the cooling surface of the thermoelectric cooling element 102 is lowered, water vapor contained in the gas to be measured is condensed on the mirror surface of the bolt 104, and the condensed water droplets are emitted from the light emitting element 106. Part of the irradiated light is absorbed or diffusely reflected. Thereby, the intensity of the reflected light (regular reflected light) received by the light receiving element 107 is reduced. By detecting a change in the specular reflection light on the mirror surface of the bolt 104, it is possible to know a change in the state on the mirror surface, that is, that moisture has adhered to the mirror surface. Further, by indirectly measuring the temperature of the mirror surface with the temperature sensor 105 at this time, it is possible to know the dew point of moisture in the gas to be measured.

図7に散乱光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計の要部を示す。この鏡面冷却式露点計は、図6に示した鏡面冷却式露点計とほぼ同構成であるが、受光素子107の取り付け位置が異なっている。この鏡面冷却式露点計において、受光素子107は、発光素子106からボルト104の鏡面に対して照射された光の正反射光を受光する位置ではなく、散乱光を受光する位置に設けられている。   FIG. 7 shows a main part of a conventional mirror-cooled dew point meter adopting the scattered light detection method. This mirror-cooled dew point meter has substantially the same configuration as the mirror-cooled dew point meter shown in FIG. 6, but the mounting position of the light receiving element 107 is different. In this mirror-cooled dew point meter, the light receiving element 107 is provided at a position for receiving scattered light, not at a position for receiving regular reflection light of light emitted from the light emitting element 106 to the mirror surface of the bolt 104. .

ボルト104の鏡面に結露が生じていなければ、発光素子106から照射された光はそのほぼ全量が正反射し、受光素子107での受光量は極微量である。したがって、ボルト104の鏡面に結露が生じていない場合、受光素子107で受光される反射光の強度は小さい。熱電冷却素子102への電流を増やし、熱電冷却素子102の冷却面の温度を下げて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気がボルト104の鏡面に結露し、その結露した水滴に発光素子106から照射された光の一部が吸収されたり、乱反射したりする。これにより、受光素子107で受光される乱反射された光(散乱光)の強度が増大する。このボルト104の鏡面における散乱光の変化を検出することにより、鏡面上に水分が付着したことを知ることができる。さらに、この時の鏡面の温度を温度センサ105で間接的に測定することにより、被測定気体中の水分の露点を知ることができる。   If there is no condensation on the mirror surface of the bolt 104, almost all of the light emitted from the light emitting element 106 is regularly reflected, and the amount of light received by the light receiving element 107 is extremely small. Therefore, when no condensation occurs on the mirror surface of the bolt 104, the intensity of the reflected light received by the light receiving element 107 is small. When the current to the thermoelectric cooling element 102 is increased and the temperature of the cooling surface of the thermoelectric cooling element 102 is lowered, water vapor contained in the gas to be measured is condensed on the mirror surface of the bolt 104, and the condensed water droplets are emitted from the light emitting element 106. Part of the irradiated light is absorbed or diffusely reflected. As a result, the intensity of irregularly reflected light (scattered light) received by the light receiving element 107 increases. By detecting the change in the scattered light on the mirror surface of the bolt 104, it is possible to know that moisture has adhered to the mirror surface. Further, by indirectly measuring the temperature of the mirror surface with the temperature sensor 105 at this time, it is possible to know the dew point of moisture in the gas to be measured.

特開2005−283506号公報JP 2005-283506 A

以上のように、特許文献1に開示された鏡面冷却式露点計では、結露を検出する鏡面が平面なので、正確で高分解能な測定を行うためには、発光素子から照射するレーザ光を細いビームに絞り、光学部品の光軸調整も厳密に行う必要があり、部品が多い上に光学部品の光軸調整が難しくなるという問題点があった。
なお、このような問題は、鏡面冷却式露点計に限らず、ウィンドウガラスなどの曇りを検出する曇り検出装置においても同様に発生する。
As described above, the mirror-cooled dew point meter disclosed in Patent Document 1 has a flat mirror surface for detecting dew condensation. Therefore, in order to perform accurate and high-resolution measurement, the laser beam emitted from the light emitting element is a thin beam. In addition, it is necessary to strictly adjust the optical axis of the optical component, so that there are many components and it is difficult to adjust the optical axis of the optical component.
Such a problem occurs not only in a mirror-cooled dew point meter but also in a fog detection device that detects fog on a window glass or the like.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、光学部の構成が簡単で、厳密な光軸調整も不要な曇り検出装置および鏡面冷却式露点計を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fog detection device and a mirror-cooled dew point meter in which the configuration of the optical unit is simple and strict optical axis adjustment is unnecessary.

本発明の曇り検出装置は、鏡面又はこの鏡面の裏面が被測定気体に晒される楕円球面反射鏡と、前記楕円球面反射鏡に対して光を照射する投光手段と、前記楕円球面反射鏡からの反射光を受光して電気信号に変換する受光手段とを有し、前記投光手段は、その出射面が前記楕円球面反射鏡の一方の焦点に位置するように配設されることを特徴とするものである。
また、本発明の曇り検出装置の1構成例において、前記受光手段は、その入射面が前記楕円球面反射鏡の他方の焦点に位置するように配設されることを特徴とするものである。
また、本発明の曇り検出装置の1構成例において、前記受光手段は、その入射面が前記楕円球面反射鏡の他方の焦点の近傍に位置するように配設されることを特徴とするものである。
また、本発明の曇り検出装置の1構成例は、楕円プリズムの楕円球状の内壁面を前記楕円球面反射鏡とすることを特徴とするものである。
The fog detection device of the present invention includes an elliptic spherical reflector whose mirror surface or the back surface of the mirror surface is exposed to a gas to be measured, a light projecting unit that irradiates light to the elliptic spherical reflector, and the elliptic spherical reflector. Light receiving means for receiving the reflected light and converting it into an electric signal, and the light projecting means is disposed so that its exit surface is located at one focal point of the elliptical spherical reflecting mirror. It is what.
In the configuration example of the clouding detection apparatus of the present invention, the light receiving means is arranged so that the incident surface thereof is located at the other focal point of the elliptical spherical reflecting mirror.
Moreover, in one configuration example of the fogging detection apparatus of the present invention, the light receiving means is disposed so that an incident surface thereof is positioned in the vicinity of the other focal point of the elliptic spherical reflector. is there.
In addition, one configuration example of the fogging detection apparatus of the present invention is characterized in that the elliptic spherical inner wall surface of the elliptic prism is the elliptic spherical reflector.

また、本発明の鏡面冷却式露点計は、曇り検出装置と、前記楕円球面反射鏡を冷却する冷却手段と、前記楕円球面反射鏡の温度を測定する温度センサと、前記受光手段が受光する反射光の強度に基づいて前記楕円球面反射鏡又はその裏面に生じた結露を検出し、この結露を検出したときに前記温度センサによって測定された温度を被測定気体の露点温度とする検知手段とを有することを特徴とするものである。   The specular cooling type dew point meter of the present invention includes a clouding detection device, a cooling means for cooling the elliptic spherical reflector, a temperature sensor for measuring the temperature of the elliptic spherical reflector, and a reflection received by the light receiving means. Detecting means for detecting dew condensation generated on the elliptical spherical reflector or the back surface thereof based on the intensity of light, and using the temperature measured by the temperature sensor when the dew condensation is detected as a dew point temperature of the gas to be measured; It is characterized by having.

本発明によれば、鏡面又はこの鏡面の裏面が被測定気体に晒される楕円球面反射鏡を設け、投光手段をその出射面が楕円球面反射鏡の一方の焦点に位置するように配設することにより、光学部の構成が簡単で、厳密な光軸調整も不要な曇り検出装置および鏡面冷却式露点計を実現することができる。   According to the present invention, the mirror surface or the ellipsoidal reflecting mirror whose back surface is exposed to the gas to be measured is provided, and the light projecting means is disposed so that the exit surface is located at one focal point of the ellipsoidal reflecting mirror. As a result, it is possible to realize a fog detection device and a mirror-cooled dew point meter that have a simple optical configuration and that do not require strict optical axis adjustment.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1(A)は本発明の第1の実施の形態に係る鏡面冷却式露点計の光学部の側断面図、図1(B)は図1(A)のA−A線断面図、図1(C)は図1(A)のB−B線断面図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A is a side sectional view of an optical part of a specular cooling type dew point meter according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line AA in FIG. 1 (C) is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1 (A).

本実施の形態の鏡面冷却式露点計は、正反射光検出方式を採用したものである。この鏡面冷却式露点計の光学部は、レーザ光を出射するレーザダイオード1と、レーザ光を受光して電気信号に変換するフォトダイオード2と、被測定気体が流入する容器の底面部を構成する底面部材3と、容器の上面部を構成する上面部材4と、容器の側面部を構成する側面部材5と、レーザダイオード1を上面部材4に固定するホルダ6と、フォトダイオード2を上面部材4に固定するホルダ7と、底面部材3と接するように設けられた熱伝導用の銅製ブロック8と、銅製ブロック8に埋め込まれた例えば白金による薄膜測温抵抗体からなる温度センサ9と、冷却面が銅製ブロック8と接するように設けられた冷却手段となるペルチェ素子10と、ペルチェ素子10の加熱面と接するように設けられた放熱用ヒートシンク11とを有する。レーザダイオード1は投光手段を構成し、フォトダイオード2は受光手段を構成している。   The mirror-cooled dew point meter of the present embodiment employs a regular reflection light detection method. The optical part of this mirror-cooled dew point meter constitutes a laser diode 1 that emits laser light, a photodiode 2 that receives the laser light and converts it into an electrical signal, and a bottom part of the container into which the gas to be measured flows. The bottom member 3, the top member 4 constituting the top surface part of the container, the side member 5 constituting the side part of the container, the holder 6 for fixing the laser diode 1 to the top member 4, and the photodiode 2 as the top member 4 A heat transfer copper block 8 provided in contact with the bottom member 3, a temperature sensor 9 made of a thin film resistance temperature detector made of, for example, platinum embedded in the copper block 8, and a cooling surface Has a Peltier element 10 serving as a cooling means provided so as to be in contact with the copper block 8, and a heat dissipation heat sink 11 provided so as to be in contact with the heating surface of the Peltier element 10.The laser diode 1 constitutes light projecting means, and the photodiode 2 constitutes light receiving means.

底面部材3には、レーザダイオード1及びフォトダイオード2が配置される容器上面に対して凹状の楕円球面反射鏡12が形成されている。底面部材3及び楕円球面反射鏡12は、熱伝導性の良好な材料、例えば金属であることが好ましい。
側面部材5は、底面部材3上に所定の距離を隔てて上面部材4を固定する。また、側面部材5には、容器の入口となる通気孔13と、容器の出口となる通気孔14とが形成されている。
The bottom surface member 3 is formed with a concave ellipsoidal reflecting mirror 12 with respect to the upper surface of the container on which the laser diode 1 and the photodiode 2 are arranged. The bottom member 3 and the elliptical spherical reflecting mirror 12 are preferably made of a material having good thermal conductivity, for example, a metal.
The side member 5 fixes the top member 4 on the bottom member 3 with a predetermined distance. Further, the side member 5 is formed with a vent hole 13 serving as an inlet of the container and a vent hole 14 serving as an outlet of the container.

レーザダイオード1は、ホルダ6によって上面部材4に固定され、フォトダイオード2は、ホルダ7によって上面部材4に固定される。このとき、レーザダイオード1は、その出射面が楕円球面反射鏡12の一方の焦点f1に位置するように固定され、フォトダイオード2は、その入射面が楕円球面反射鏡12の他方の焦点f2に位置するように固定される。レーザダイオード1は、電線11を介して後述するレーザドライバと接続され、フォトダイオード2は、電線12を介して後述する反射光強度検出部と接続される。   The laser diode 1 is fixed to the upper surface member 4 by the holder 6, and the photodiode 2 is fixed to the upper surface member 4 by the holder 7. At this time, the laser diode 1 is fixed so that its emission surface is located at one focal point f1 of the elliptical spherical reflecting mirror 12, and the photodiode 2 has its incident surface at the other focal point f2 of the elliptical spherical reflecting mirror 12. It is fixed to be positioned. The laser diode 1 is connected to a laser driver described later via an electric wire 11, and the photodiode 2 is connected to a reflected light intensity detection unit described later via an electric wire 12.

図2は本実施の形態の鏡面冷却式露点計の検知部の構成を示すブロック図である。鏡面冷却式露点計の検知部20は、レーザドライバ21と、反射光強度検出部22と、冷却制御部23と、露点検出部24と、表示部25とを有する。
次に、図1、図2を用いて本実施の形態の鏡面冷却式露点計の動作を説明する。被測定気体は、通気孔13から容器内に流入し、図1(A)の矢印15の方向に流れ、通気孔14から容器外に流出する。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the detection unit of the mirror-cooled dew point meter of the present embodiment. The detection unit 20 of the mirror-cooled dew point meter includes a laser driver 21, a reflected light intensity detection unit 22, a cooling control unit 23, a dew point detection unit 24, and a display unit 25.
Next, the operation of the mirror-cooled dew point meter according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The gas to be measured flows into the container through the vent hole 13, flows in the direction of the arrow 15 in FIG. 1A, and flows out of the container from the vent hole.

レーザドライバ21は、レーザ光をレーザダイオード1から出射させる。レーザダイオード1から出射したレーザ光は、容器内の被測定気体雰囲気中を通過して楕円球面反射鏡12によって反射され、再び被測定気体雰囲気中を通過してフォトダイオード2に入射する。
フォトダイオード2は、受光した反射光を電気信号に変換する。
The laser driver 21 emits laser light from the laser diode 1. The laser light emitted from the laser diode 1 passes through the measurement gas atmosphere in the container, is reflected by the ellipsoidal reflecting mirror 12, passes through the measurement gas atmosphere again, and enters the photodiode 2.
The photodiode 2 converts the received reflected light into an electrical signal.

反射光強度検出部22は、フォトダイオード2の出力電流を電圧に変換して増幅し、増幅後の信号から反射光の強度を求め、この反射光の強度を所定の閾値と比較する。
楕円球面反射鏡12は被測定気体に晒されており、楕円球面反射鏡12に結露が生じていなければ、レーザダイオード1から照射された光はそのほぼ全量が正反射し、フォトダイオード2で受光される。したがって、楕円球面反射鏡12に結露が生じていない場合、フォトダイオード2で受光される反射光の強度は大きく、予め定められた閾値以下となることはない。
The reflected light intensity detector 22 converts the output current of the photodiode 2 into a voltage and amplifies it, obtains the intensity of the reflected light from the amplified signal, and compares the intensity of the reflected light with a predetermined threshold value.
The elliptical spherical reflecting mirror 12 is exposed to the gas to be measured. If no condensation occurs on the elliptical spherical reflecting mirror 12, almost all of the light emitted from the laser diode 1 is regularly reflected and received by the photodiode 2. Is done. Therefore, when no condensation occurs on the elliptical spherical reflecting mirror 12, the intensity of the reflected light received by the photodiode 2 is large and never falls below a predetermined threshold.

冷却制御部23は、反射光強度検出部22による反射光強度と閾値との比較の結果、反射光の強度が閾値を上回っている場合、ペルチェ素子10に供給する電流を増大させる。これにより、ペルチェ素子10の冷却面の温度が下がっていく。
ペルチェ素子10の冷却面の温度、すなわち楕円球面反射鏡12の温度が下がっていくと、被測定気体に含まれる水蒸気が楕円球面反射鏡12に結露し、レーザダイオード1から照射された光の一部が乱反射する。これにより、フォトダイオード2に入射する反射光の強度が低下し、閾値以下となる。このように反射光の強度を閾値と比較することで、楕円球面反射鏡12に生じた結露を検出することができる。
The cooling control unit 23 increases the current supplied to the Peltier element 10 when the intensity of the reflected light exceeds the threshold value as a result of the comparison between the reflected light intensity by the reflected light intensity detection unit 22 and the threshold value. As a result, the temperature of the cooling surface of the Peltier element 10 decreases.
When the temperature of the cooling surface of the Peltier element 10, that is, the temperature of the elliptical spherical reflector 12 decreases, water vapor contained in the gas to be measured is condensed on the elliptical spherical reflector 12, and one of the light irradiated from the laser diode 1 Part is irregularly reflected. Thereby, the intensity | strength of the reflected light which injects into the photodiode 2 falls, and becomes below a threshold value. By comparing the intensity of the reflected light with the threshold value in this way, it is possible to detect the dew condensation that has occurred on the elliptical spherical reflecting mirror 12.

冷却制御部23は、反射光の強度が閾値以下となった場合、ペルチェ素子10に供給する電流を減少させる。これにより、ペルチェ素子10の冷却面の温度の低下が抑えられ、結露の発生が抑制される。この結露の抑制により、フォトダイオード2に入射する反射光の強度が大きくなり、閾値を上回ると、冷却制御部23は、ペルチェ素子10に供給する電流を増大させる。このように、ペルチェ素子10に供給する電流の増減を繰り返すことによって、フォトダイオード2に入射する反射光の強度が閾値とほぼ等しくなるように、ペルチェ素子10の冷却面の温度が調整される。   The cooling control unit 23 reduces the current supplied to the Peltier element 10 when the intensity of the reflected light becomes equal to or less than the threshold value. Thereby, the fall of the temperature of the cooling surface of the Peltier element 10 is suppressed, and generation | occurrence | production of dew condensation is suppressed. By suppressing the dew condensation, the intensity of the reflected light incident on the photodiode 2 increases and exceeds the threshold value, and the cooling control unit 23 increases the current supplied to the Peltier element 10. As described above, by repeatedly increasing and decreasing the current supplied to the Peltier element 10, the temperature of the cooling surface of the Peltier element 10 is adjusted so that the intensity of the reflected light incident on the photodiode 2 becomes substantially equal to the threshold value.

露点検出部24は、この調整された温度、すなわち反射光の強度が閾値を中心とする所定の範囲内にあるときに温度センサ9によって測定された温度を、楕円球面反射鏡12に生じた結露が平衡状態に達した温度(露点温度)とする。この露点温度の値は、表示部25に表される。   The dew point detection unit 24 uses the adjusted temperature, that is, the temperature measured by the temperature sensor 9 when the intensity of the reflected light is within a predetermined range centered on the threshold value, to cause the condensation on the elliptic spherical reflector 12 to occur. Is the temperature (dew point temperature) at which has reached an equilibrium state. The value of the dew point temperature is displayed on the display unit 25.

以上のような鏡面冷却式露点計では、レーザダイオード1の位置や角度がばらついても、幾何学的にレーザダイオード1への戻り光は発生せず、レーザダイオード1から発せられた光は全てもう1つの焦点に配置されたフォトダイオード2に集まる。したがって、受光感度を向上させるためにコリメート光を用いる必要がなく、戻り光ノイズを防止するために光学部品に所定角度の傾斜をつける必要もなくなるので、レーザダイオード1及びフォトダイオード2の光軸を厳密に調整する必要がない。   In the mirror-cooled dew point meter as described above, even if the position and angle of the laser diode 1 vary, no geometrically returning light to the laser diode 1 is generated, and all the light emitted from the laser diode 1 is already present. It gathers in the photodiode 2 arranged at one focal point. Therefore, it is not necessary to use collimated light in order to improve the light receiving sensitivity, and it is not necessary to incline the optical component at a predetermined angle in order to prevent return light noise, so that the optical axes of the laser diode 1 and the photodiode 2 can be changed. There is no need to adjust strictly.

つまり、本実施の形態では、レンズなどの光学部品を用いる必要がなく、またレーザダイオード1の光軸の傾き(図1のα,α’)を厳密に調整する必要がなく、フォトダイオード2の光軸の傾き(図1のβ)を厳密に調整する必要もなくなる。また、レーザダイオード1とフォトダイオード2の光軸の精度が一般機械加工精度レベルであれば、レーザダイオード1とフォトダイオード2の光軸方向の位置ずれ(図1のd1,d2)が多少あっても問題がない。
また、本実施の形態では、楕円球面反射鏡12の面積が広いため、楕円球面反射鏡12へのごみの付着などによるノイズに対しての耐性が良い。
That is, in this embodiment, it is not necessary to use an optical component such as a lens, and it is not necessary to strictly adjust the inclination of the optical axis of the laser diode 1 (α, α ′ in FIG. 1). It is not necessary to strictly adjust the inclination of the optical axis (β in FIG. 1). Further, if the accuracy of the optical axes of the laser diode 1 and the photodiode 2 is a general machining accuracy level, there is a slight displacement (d1, d2 in FIG. 1) of the laser diode 1 and the photodiode 2 in the optical axis direction. There is no problem.
In the present embodiment, since the elliptical spherical reflecting mirror 12 has a large area, it has good resistance to noise caused by dust adhering to the elliptical spherical reflecting mirror 12.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図3(A)は本発明の第2の実施の形態に係る鏡面冷却式露点計の光学部の側断面図、図3(B)は図3(A)のA−A線断面図、図3(C)は図3(A)のB−B線断面図であり、図1(A)〜図1(C)と同一の構成には同一の符号を付してある。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3A is a side sectional view of an optical part of a mirror-cooled dew point meter according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a sectional view taken along line AA in FIG. 3 (C) is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3 (A), and the same components as those in FIGS. 1 (A) to 1 (C) are denoted by the same reference numerals.

本実施の形態の鏡面冷却式露点計は、散乱光検出方式を採用したものであり、フォトダイオード2aの位置が第1の実施の形態とは異なる。フォトダイオード2aは、その入射面が楕円球面反射鏡12の焦点f2と異なる位置、好ましくは焦点f2の近傍の位置(楕円球面反射鏡12からの散乱光を受光する位置)に固定されている。   The mirror-cooled dew point meter of the present embodiment employs a scattered light detection method, and the position of the photodiode 2a is different from that of the first embodiment. The incident surface of the photodiode 2a is fixed at a position different from the focal point f2 of the elliptical spherical reflecting mirror 12, preferably at a position near the focal point f2 (a position for receiving scattered light from the elliptical spherical reflecting mirror 12).

本実施の形態の鏡面冷却式露点計の検知部20の基本構成は第1の実施の形態と同様であるので、図2の符号を用いて本実施の形態の動作を説明する。
楕円球面反射鏡12に結露が生じていなければ、レーザダイオード1から照射された光はそのほぼ全量が正反射し、フォトダイオード2aでの受光量は極微量である。したがって、楕円球面反射鏡12に結露が生じていない場合、フォトダイオード2aで受光される反射光の強度は小さく、予め定められた閾値以上となることはない。
Since the basic configuration of the detection unit 20 of the mirror-cooled dew point meter of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, the operation of the present embodiment will be described using the reference numerals in FIG.
If condensation does not occur in the elliptical spherical reflecting mirror 12, almost all of the light emitted from the laser diode 1 is regularly reflected, and the amount of light received by the photodiode 2a is extremely small. Therefore, when no condensation occurs on the elliptical spherical reflecting mirror 12, the intensity of the reflected light received by the photodiode 2a is small and never exceeds a predetermined threshold.

第1の実施の形態と同様に、反射光強度検出部22は、フォトダイオード2の出力から反射光の強度を求め、この反射光の強度を所定の閾値と比較する。なお、本実施の形態における比較用の閾値は、散乱光を検出するためのものであるから、第1の実施の形態のように正反射光の強度低下を検出するための閾値とは異なることは言うまでもない。   Similar to the first embodiment, the reflected light intensity detector 22 determines the intensity of the reflected light from the output of the photodiode 2 and compares the intensity of the reflected light with a predetermined threshold. Note that the comparison threshold value in the present embodiment is for detecting scattered light, and therefore is different from the threshold value for detecting a decrease in the intensity of specularly reflected light as in the first embodiment. Needless to say.

冷却制御部23は、反射光強度検出部22による反射光強度と閾値との比較の結果、反射光の強度が閾値を下回っている場合、ペルチェ素子10に供給する電流を増大させる。
これにより、楕円球面反射鏡12の温度が下がっていくと、被測定気体に含まれる水蒸気が楕円球面反射鏡12に結露し、レーザダイオード1から照射された光の一部が乱反射し、フォトダイオード2aに入射する反射光の強度が増大して、閾値以上となる。
The cooling controller 23 increases the current supplied to the Peltier element 10 when the intensity of the reflected light is below the threshold as a result of the comparison between the reflected light intensity by the reflected light intensity detector 22 and the threshold.
As a result, when the temperature of the elliptical spherical reflecting mirror 12 decreases, water vapor contained in the gas to be measured is condensed on the elliptical spherical reflecting mirror 12, and a part of the light emitted from the laser diode 1 is irregularly reflected. The intensity of the reflected light incident on 2a increases and becomes equal to or greater than the threshold value.

冷却制御部23は、反射光の強度が閾値以上となった場合、ペルチェ素子10に供給する電流を減少させる。これにより、結露の発生が抑制され、フォトダイオード2aに入射する反射光の強度が小さくなる。反射光の強度が閾値を下回ると、冷却制御部23は、ペルチェ素子10に供給する電流を増大させる。このように、ペルチェ素子10に供給する電流の増減を繰り返すことによって、フォトダイオード2に入射する反射光の強度が閾値とほぼ等しくなるように、ペルチェ素子10の冷却面の温度が調整される。   The cooling control unit 23 reduces the current supplied to the Peltier element 10 when the intensity of the reflected light becomes equal to or greater than the threshold value. Thereby, the occurrence of condensation is suppressed, and the intensity of the reflected light incident on the photodiode 2a is reduced. When the intensity of the reflected light falls below the threshold value, the cooling control unit 23 increases the current supplied to the Peltier element 10. As described above, by repeatedly increasing and decreasing the current supplied to the Peltier element 10, the temperature of the cooling surface of the Peltier element 10 is adjusted so that the intensity of the reflected light incident on the photodiode 2 becomes substantially equal to the threshold value.

露点検出部24は、この調整された温度、すなわち反射光の強度が閾値を中心とする所定の範囲内にあるときに温度センサ9によって測定された温度を、楕円球面反射鏡12に生じた結露が平衡状態に達した温度(露点温度)とする。この露点温度の値は、表示部25に表される。
こうして、本実施の形態によれば、散乱光検出方式の鏡面冷却式露点計において、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
The dew point detection unit 24 uses the adjusted temperature, that is, the temperature measured by the temperature sensor 9 when the intensity of the reflected light is within a predetermined range centered on the threshold value, to cause the condensation on the elliptic spherical reflector 12 to occur. Is the temperature (dew point temperature) at which has reached an equilibrium state. The value of the dew point temperature is displayed on the display unit 25.
Thus, according to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained in the mirror-cooled dew point meter of the scattered light detection method.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図4(A)は本発明の第3の実施の形態に係る鏡面冷却式露点計の光学部の側断面図、図4(B)は図4(A)のA−A線断面図、図4(C)は図4(A)のB−B線断面図であり、図1(A)〜図1(C)と同一の構成には同一の符号を付してある。図4(A)〜図4(C)において、30,31は光ファイバ、32,33はホルダである。光ファイバ30と図示しないレーザダイオードとは、投光手段を構成し、光ファイバ31と図示しないフォトダイオードとは、受光手段を構成している。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4A is a side sectional view of an optical part of a mirror-cooled dew point meter according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a sectional view taken along line AA in FIG. 4 (C) is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 4 (A), and the same components as those in FIGS. 1 (A) to 1 (C) are denoted by the same reference numerals. 4A to 4C, 30 and 31 are optical fibers, and 32 and 33 are holders. The optical fiber 30 and a laser diode (not shown) constitute a light projecting means, and the optical fiber 31 and a photodiode (not shown) constitute a light receiving means.

本実施の形態の鏡面冷却式露点計では、レーザダイオードから発せられた光を光ファイバ30によって光学部に導き、楕円球面反射鏡12からの反射光を光ファイバ31によってフォトダイオードに導くようにしている。光ファイバ30は、ホルダ32によって上面部材4に固定され、光ファイバ31は、ホルダ33によって上面部材4に固定される。このとき、光ファイバ30は、その出射面が楕円球面反射鏡12の一方の焦点f1に位置するように固定され、光ファイバ31は、その入射面が楕円球面反射鏡12の他方の焦点f2に位置するように固定される。   In the mirror-cooled dew point meter of this embodiment, the light emitted from the laser diode is guided to the optical unit by the optical fiber 30 and the reflected light from the elliptic spherical reflector 12 is guided to the photodiode by the optical fiber 31. Yes. The optical fiber 30 is fixed to the upper surface member 4 by a holder 32, and the optical fiber 31 is fixed to the upper surface member 4 by a holder 33. At this time, the optical fiber 30 is fixed so that its exit surface is located at one focal point f1 of the elliptical spherical reflecting mirror 12, and the optical fiber 31 has its incident surface at the other focal point f2 of the elliptical spherical reflecting mirror 12. It is fixed to be positioned.

第1の実施の形態と同様に、被測定気体は、通気孔13から容器内に流入し、図4(A)の矢印15の方向に流れ、通気孔14から容器外に流出する。
レーザダイオードから発せられた光は、光ファイバ30によって光学部に導かれ、光ファイバ30から出射したレーザ光は、容器内の被測定気体雰囲気中を通過して楕円球面反射鏡12によって反射され、再び被測定気体雰囲気中を通過して光ファイバ31に入射する。光ファイバ31は、楕円球面反射鏡12からの反射光をフォトダイオードに導く。
As in the first embodiment, the gas to be measured flows into the container from the vent hole 13, flows in the direction of the arrow 15 in FIG. 4A, and flows out of the container from the vent hole 14.
The light emitted from the laser diode is guided to the optical unit by the optical fiber 30, and the laser light emitted from the optical fiber 30 passes through the atmosphere of the gas to be measured in the container and is reflected by the elliptic spherical reflector 12. The light again passes through the measured gas atmosphere and enters the optical fiber 31. The optical fiber 31 guides the reflected light from the elliptic spherical reflector 12 to the photodiode.

レーザダイオードは、図2のレーザドライバ21と接続され、フォトダイオードは、反射光強度検出部22と接続されている。検知部20の構成と動作は、第1の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施の形態を第2の実施の形態に適用してもよいことは言うまでもない。
The laser diode is connected to the laser driver 21 in FIG. 2, and the photodiode is connected to the reflected light intensity detector 22. The configuration and operation of the detection unit 20 are the same as those in the first embodiment. Thus, also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
Needless to say, this embodiment may be applied to the second embodiment.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図5は本発明の第4の実施の形態に係る鏡面冷却式露点計の光学部の断面図であり、図1(A)〜図1(C)と同様の構成には同一の符号を付してある。図5において、40は楕円プリズム、42,43は光ファイバである。光ファイバ42と図示しないレーザダイオードとは、投光手段を構成し、光ファイバ43と図示しないフォトダイオードとは、受光手段を構成している。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view of an optical part of a mirror-cooled dew point meter according to the fourth embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same components as those in FIGS. 1 (A) to 1 (C). It is. In FIG. 5, 40 is an elliptic prism, and 42 and 43 are optical fibers. The optical fiber 42 and a laser diode (not shown) constitute a light projecting means, and the optical fiber 43 and a photodiode (not shown) constitute a light receiving means.

本実施の形態の鏡面冷却式露点計では、第1の実施の形態で説明した銅製ブロック8の上に楕円プリズム40を配置している。この楕円プリズム40の楕円球状の内壁面が楕円球面反射鏡41として機能することになる。
すなわち、レーザダイオードから発せられた光を光ファイバ42によって光学部に導き、楕円プリズム40の底面から光を照射し、楕円球面反射鏡41で全反射した光を光ファイバ43で受光してフォトダイオードに導く。光ファイバ42は、その出射面が楕円球面反射鏡41の一方の焦点f1に位置するように固定され、光ファイバ43は、その入射面が楕円球面反射鏡41の他方の焦点f2に位置するように固定される。
In the mirror-cooled dew point meter of the present embodiment, the elliptic prism 40 is arranged on the copper block 8 described in the first embodiment. The elliptic spherical inner wall surface of the elliptic prism 40 functions as the elliptic spherical reflector 41.
That is, the light emitted from the laser diode is guided to the optical unit by the optical fiber 42, the light is irradiated from the bottom surface of the elliptic prism 40, and the light totally reflected by the elliptic spherical reflector 41 is received by the optical fiber 43 to receive the photodiode. Lead to. The optical fiber 42 is fixed so that its exit surface is located at one focal point f1 of the elliptical spherical reflector 41, and the optical fiber 43 is such that its incident surface is located at the other focal point f2 of the elliptical spherical reflector 41. Fixed to.

被測定気体は、楕円プリズム40の上を図5の矢印15の方向に流れる。楕円プリズム40をペルチェ素子10で冷却し、楕円プリズム40の楕円球状の外面に結露が生じると、楕円球面反射鏡41からの反射光の強度が低下する。
レーザダイオードは、図2のレーザドライバ21と接続され、フォトダイオードは、反射光強度検出部22と接続されている。検知部20の構成と動作は、第1の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお、光ファイバ43の入射面の位置を楕円球面反射鏡41の焦点f2からずらし、本実施の形態を散乱光検出方式に適用してもよいことは言うまでもない。
The gas to be measured flows on the elliptic prism 40 in the direction of the arrow 15 in FIG. When the elliptic prism 40 is cooled by the Peltier element 10 and dew condensation occurs on the elliptic spherical outer surface of the elliptic prism 40, the intensity of the reflected light from the elliptic spherical reflector 41 decreases.
The laser diode is connected to the laser driver 21 in FIG. 2, and the photodiode is connected to the reflected light intensity detector 22. The configuration and operation of the detection unit 20 are the same as those in the first embodiment. Thus, also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
Needless to say, the position of the incident surface of the optical fiber 43 may be shifted from the focal point f2 of the elliptical spherical reflector 41, and this embodiment may be applied to the scattered light detection method.

また、第1〜第4の実施の形態では、鏡面冷却式露点計について説明したが、本発明を曇り検出装置に適用することも可能である。この場合、銅製ブロック8と温度センサ9とペルチェ素子10と放熱用ヒートシンク11は不要であり、楕円球面反射鏡12,41は対象となるウィンドウガラスなどに形成される。被測定気体に相当するものは第1〜第3の実施の形態の場合、例えば内気であり、楕円球面反射鏡12の裏面が外気に晒される。また、第4の実施の形態の場合、楕円プリズム40の楕円球状の外面が外気に晒される。正反射光検出方式の場合、楕円球面反射鏡12,41が曇ると、フォトダイオード2に入射する反射光の強度が低下し、閾値以下となるので、反射光強度検出部22は、楕円球面反射鏡12,41の曇りを検出することができる。また、散乱光検出方式の場合、楕円球面反射鏡12,41が曇ると、フォトダイオード2aに入射する反射光の強度が増大し、閾値以上となるので、反射光強度検出部22は、楕円球面反射鏡12,41の曇りを検出することができる。   Moreover, although the 1st-4th embodiment demonstrated the mirror surface cooling type dew point meter, it is also possible to apply this invention to a fog detection apparatus. In this case, the copper block 8, the temperature sensor 9, the Peltier element 10, and the heat sink 11 for heat dissipation are unnecessary, and the elliptical spherical reflectors 12 and 41 are formed on the target window glass or the like. In the case of the first to third embodiments, the air corresponding to the gas to be measured is, for example, the inside air, and the back surface of the elliptical spherical reflecting mirror 12 is exposed to the outside air. In the case of the fourth embodiment, the oval outer surface of the elliptic prism 40 is exposed to the outside air. In the case of the specular reflection light detection method, when the elliptical spherical reflectors 12 and 41 are clouded, the intensity of the reflected light incident on the photodiode 2 is reduced to be equal to or lower than the threshold value. Cloudiness of the mirrors 12 and 41 can be detected. In the case of the scattered light detection method, when the elliptical spherical reflecting mirrors 12 and 41 are clouded, the intensity of the reflected light incident on the photodiode 2a increases and exceeds the threshold value. Cloudiness of the reflecting mirrors 12 and 41 can be detected.

また、第1〜第4の実施の形態では、光源としてレーザダイオードを使用しているが、通常のLEDを使用することも可能である。   In the first to fourth embodiments, a laser diode is used as a light source, but a normal LED can also be used.

本発明は、曇り検出装置や鏡面冷却式露点計に適用することができる。   The present invention can be applied to a fog detection device and a mirror-cooled dew point meter.

本発明の第1の実施の形態に係る鏡面冷却式露点計の光学部の断面図である。It is sectional drawing of the optical part of the specular cooling type dew point meter which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る鏡面冷却式露点計の検知部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the detection part of the specular cooling dew point meter which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る鏡面冷却式露点計の光学部の断面図である。It is sectional drawing of the optical part of the mirror surface cooling-type dew point meter which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る鏡面冷却式露点計の光学部の断面図である。It is sectional drawing of the optical part of the mirror surface cooling type dew point meter which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る鏡面冷却式露点計の光学部の断面図である。It is sectional drawing of the optical part of the mirror surface cooling type dew point meter which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 正反射光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the conventional mirror surface cooling-type dew point meter which employ | adopted the regular reflection light detection system. 散乱光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the conventional mirror surface cooling type dew point meter which employ | adopted the scattered light detection system.

符号の説明Explanation of symbols

1…レーザダイオード、2,2a…フォトダイオード、3…底面部材、4…上面部材、5…側面部材、6,7,32,33…ホルダ、8…銅製ブロック、9…温度センサ、10…ペルチェ素子、11…放熱用ヒートシンク、12,41…楕円球面反射鏡、13,14…通気孔、20…検知部、21…レーザドライバ、22…反射光強度検出部、23…冷却制御部、24…露点検出部、25…表示部、30,31,42,43…光ファイバ、40…楕円プリズム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser diode, 2, 2a ... Photodiode, 3 ... Bottom member, 4 ... Top surface member, 5 ... Side member, 6, 7, 32, 33 ... Holder, 8 ... Copper block, 9 ... Temperature sensor, 10 ... Peltier Element, 11 ... Heat sink for heat dissipation, 12, 41 ... Elliptical spherical reflector, 13, 14 ... Vent, 20 ... Detector, 21 ... Laser driver, 22 ... Reflected light intensity detector, 23 ... Cooling controller, 24 ... Dew point detection unit, 25 ... display unit, 30, 31, 42, 43 ... optical fiber, 40 ... elliptical prism.

Claims (5)

鏡面又はこの鏡面の裏面が被測定気体に晒される楕円球面反射鏡と、
前記楕円球面反射鏡に対して光を照射する投光手段と、
前記楕円球面反射鏡からの反射光を受光して電気信号に変換する受光手段とを有し、
前記投光手段は、その出射面が前記楕円球面反射鏡の一方の焦点に位置するように配設されることを特徴とする曇り検出装置。
An ellipsoidal reflecting mirror whose mirror surface or the back surface of this mirror surface is exposed to the gas to be measured;
A light projecting means for irradiating the elliptical spherical reflector with light;
Light receiving means for receiving reflected light from the elliptic spherical reflector and converting it into an electrical signal;
The fog detecting device is characterized in that the light projecting means is disposed so that an exit surface thereof is positioned at one focal point of the elliptic spherical reflector.
請求項1記載の曇り検出装置において、
前記受光手段は、その入射面が前記楕円球面反射鏡の他方の焦点に位置するように配設されることを特徴とする曇り検出装置。
The fog detection device according to claim 1,
The fog detecting device, wherein the light receiving means is disposed such that an incident surface thereof is positioned at the other focal point of the elliptical spherical reflecting mirror.
請求項1記載の曇り検出装置において、
前記受光手段は、その入射面が前記楕円球面反射鏡の他方の焦点の近傍に位置するように配設されることを特徴とする曇り検出装置。
The fog detection device according to claim 1,
The fog detecting device, wherein the light receiving means is disposed so that an incident surface thereof is positioned in the vicinity of the other focal point of the elliptical spherical reflecting mirror.
請求項1記載の曇り検出装置において、
楕円プリズムの楕円球状の内壁面を前記楕円球面反射鏡とすることを特徴とする曇り検出装置。
The fog detection device according to claim 1,
A fog detecting device, wherein an elliptic spherical inner wall surface of the elliptic prism is the elliptic spherical reflector.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の曇り検出装置と、
前記楕円球面反射鏡を冷却する冷却手段と、
前記楕円球面反射鏡の温度を測定する温度センサと、
前記受光手段が受光する反射光の強度に基づいて前記楕円球面反射鏡又はその裏面に生じた結露を検出し、この結露を検出したときに前記温度センサによって測定された温度を被測定気体の露点温度とする検知手段とを有することを特徴とする鏡面冷却式露点計。
The cloudiness detection device according to any one of claims 1 to 4,
Cooling means for cooling the elliptical spherical reflector;
A temperature sensor for measuring the temperature of the elliptical spherical reflector;
Based on the intensity of the reflected light received by the light receiving means, the dew condensation generated on the elliptical spherical reflector or the back surface thereof is detected, and the temperature measured by the temperature sensor when the dew condensation is detected is determined as the dew point of the gas to be measured. A mirror-cooled dew point meter, characterized by having a detecting means for temperature.
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