JP2000046737A - ガス濃度測定装置及びガス濃度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構造で、かつ単一の装置でありなが
ら、被測定ガスが高濃度であっても、低濃度であっても
測定することができるガス濃度測定装置を提供する。 【解決手段】 本発明のガス濃度測定装置１０は、平行
平面鏡１３により、光源１２から供給された光線を第１
反射光線ａ’１、第２反射光線ａ’２及び第３反射光線
ａ’３の３つに分離すると共に、このうちの一つの反射
光線ａ’３が標準ガス室１５ａのみを通過し、他の反射
光線ａ’１，ａ’２が被測定ガス室１５ｂを通過し得る
ように設けている。従って、２つの合成光線ｈ’１，
ｈ’２を生成して２つの干渉縞を生じさせることがで
き、被測定ガスが高濃度の場合には一方の干渉縞から濃
度を特定し、低濃度の場合には他方の干渉縞から濃度を
特定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は干渉計型のガス濃度
測定装置及びガス濃度測定方法に関し、特に、高濃度の
被測定ガスと低濃度の被測定ガスを一つの装置で測定す
ることができるガス濃度測定装置及びガス濃度測定方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】干渉計型のガス濃度測定装置としては、
図４に示すようなものが一般に知られている。すなわ
ち、光源１００と、光源１００からの光線を表面での反
射光線ｒと裏面での反射光線ｓとに分離し、入射方向に
対して略直交する方向に反射させる平行平面鏡１０１
と、この平行平面鏡１０１に対して略４５度の角度で対
面するように、かつ２つの反射光線の通過経路中に配置
される測定用チャンバー１０２と、測定用チャンバー１
０２の後方に配置され、測定用チャンバー１０２を通過
した光線を略１８０度反射させて再度測定用チャンバー
１０２を通過させるプリズム１０３とを有して構成され
ている。

【０００３】より具体的には、測定用チャンバー１０２
は、２つの光学ガラス１０２ａ，１０２ｂに挟まれてい
ると共に、略平行に配置された３つの室を有し、両側の
室が標準ガス室１０２ｃ，１０２ｄとして機能し、中央
の室が被測定ガス室１０２ｅとして機能する構成であ
り、さらに、被測定ガス室１０２ｅには、被測定ガス導
出入口１０２ｆが設けられている。

【０００４】また、図４の例では、平行平面鏡１０１の
表面で反射された一方の反射光線ｒは、まず一方の標準
ガス室１０２ｃを通過し、プリズム１０３により反射さ
れて他方の標準ガス室１０２ｄを通過する。また、平行
平面鏡１０１の裏面で反射された他方の反射光線ｓは、
被測定ガス室１０２ｅを通過してプリズム１０３で反射
され再度被測定ガス室１０２ｅを通過する。この２つの
通過光は、次に、平行平面鏡１０１で反射され合成され
る。このため、２つの通過光は、平行平面鏡１０１の表
面で干渉を起こし、干渉縞を作る。また、被測定ガス室
１０２ｅを通過した反射光線ｓは、ガス濃度に比例して
遅れて平行平面鏡１０１の表面に到達するため、干渉縞
はガス濃度に比例して移動する。

【０００５】そして、受光素子１０４を用いる場合は、
この移動量を合成光線ｔの強度Ｉとして捉え、この強度
Ｉからガス濃度を検知している。このとき２つの通過光
の実効光路差ｄＬは、測定用チャンバー１０２の２つの
光学ガラス１０２ａ，１０２ｂ間の距離をＬ、標準ガス
及び被測定ガスの屈折率をそれぞれεｐ，εｑとする
と、 ｄＬ＝２Ｌ（εｐ−εｑ） で求められる。

【０００６】そして、この光路差ｄＬと合成光線ｔの強
度Ｉとの間には、該合成光線ｔの波長をλとすると、図
５のような関係にある。従って、強度Ｉを測定すること
により光路差ｄＬと屈折率εｑを知ることができ、これ
によって被測定ガスの濃度が求められる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５か
ら明らかなように、光路差ｄＬが大きいと、同じ光線強
度Ｉに対し、２つ以上の光路差の値が対応し、光路差ｄ
Ｌを特定することができない。このため、光路差ｄＬの
範囲ｒは、図５においてリニアな出力が得られる範囲、
すなわち、光の波長λの約８分の１程度以下に選定する
必要がある。従って、測定濃度範囲を広くするために
は、測定用チャンバー１０２の２つの光学ガラス１０２
ａ，１０２ｂ間の距離Ｌを小さくしなければならない。
その一方、測定ガス濃度が低濃度の場合には、測定用チ
ャンバー１０２の２つの光学ガラス１０２ａ，１０２ｂ
間の距離Ｌが小さすぎては、上記式より、正確な濃度を
求めることができない。このため、従来、測定ガスの正
しい濃度を知るためには、高濃度用（測定濃度範囲の広
いもの）と低濃度用の測定装置の両方を必要としてい
た。また、測定用チャンバーの長さの短い高濃度用のも
のは、一般に製作が困難であると共に、コストも高い。

【０００８】一方、実公昭５１−３８７９９号公報に示
されているように、１つのケーシング内に長さの異なる
２つの測定用チャンバーを配設し、高濃度、低濃度のい
ずれにも対応できるものもある。しかしながら、これ
は、測定用チャンバーのそれぞれに対応して平行平面
鏡、光源等を必要とするものであり、実質的には２つの
装置を１つケーシング内に納めただけ、すなわち、見か
け上、単一の装置という形態をとっているに過ぎないも
のである。従って、ケーシング内の構造が複雑であるば
かりか、装置も大型にならざるを得ないという問題があ
る。

【０００９】本発明は上記した点に鑑みなされたもので
あり、簡易な構造で、かつ単一の装置でありながら、被
測定ガスが高濃度であっても、低濃度であっても測定す
ることができるガス濃度測定装置を提供することを課題
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者が鋭意検討した結果、光源からの光を平行
平面鏡により３つの反射光線に分離すれば、被測定ガス
が高濃度でも低濃度でも、１つの装置で正確に測定でき
ることを見いだし、本発明を完成するに至った。すなわ
ち、請求項１記載の本発明のガス濃度測定装置は、標準
ガス室と被測定ガス室とに区分された測定用チャンバー
と、光源からの光線を分離して標準ガス室と被測定ガス
室に供給し得る第１の平行平面鏡と、標準ガス室と被測
定ガス室を通過した光線を合成し、干渉縞を生じさせる
第２の平行平面鏡とを有する干渉計型のガス濃度測定装
置において、前記第１の平行平面鏡が、光源からの光線
を、表面で反射して測定用チャンバーに入射する第１反
射光線と裏面で反射して測定用チャンバーに入射する第
２反射光線とに分離可能であると共に、該裏面で反射し
た後表面を通過せずに該表面で再反射した光線を、再度
裏面で反射させてから測定用チャンバーに第３反射光線
として入射させることができる大きさを有し、前記第２
の平行平面鏡が、第１反射光線と第２反射光線とを合成
して第１の干渉縞を生じさせることができると共に、第
２反射光線と第３反射光線とを合成して第２の干渉縞を
生じさせることができる大きさを有し、前記第１反射光
線、第２反射光線及び第３反射光線のうちの一つの反射
光線が標準ガス室のみを通過し、他の反射光線が被測定
ガス室を通過し得るように設けられていることを特徴と
する。請求項２記載の本発明のガス濃度測定装置は、請
求項１記載のガス濃度測定装置であって、前記第１及び
第２の平行平面鏡に代えて、該第１及び第２の平行平面
鏡の機能を兼用する一の平行平面鏡が、測定用チャンバ
ーの一方側に配設され、測定用チャンバーの他方側に直
角反射プリズムが配設されていることを特徴とする。請
求項３記載の本発明のガス濃度測定装置は、請求項１又
は２記載のガス濃度測定装置であって、前記測定用チャ
ンバーが、被測定ガス室を通過する２つの光線の通過距
離に差が生じるような形状に形成されていることを特徴
とする。請求項４記載の本発明のガス濃度測定装置は、
請求項３記載のガス濃度測定装置であって、前記測定用
チャンバーにおける被測定ガス室の縦断面形状が、台形
状であることを特徴とする。請求項５記載の本発明のガ
ス濃度測定装置は、請求項４記載のガス濃度測定装置で
あって、前記測定用チャンバーの被測定ガス室と標準ガ
ス室とを合わせた縦断面形状が、台形状であることを特
徴とする。請求項６記載の本発明のガス濃度測定装置
は、請求項１又は２記載のガス濃度測定装置であって、
前記測定用チャンバーが、直列に配置される一方、それ
ぞれに被測定ガス室と標準ガス室とを有すると共に、直
列に配置しても被測定ガス室相互は直列の位置関係とな
らないように設けられた長さの異なる２つのチャンバー
から構成され、前記第１反射光線と第３反射光線のうち
のいずれか一方の反射光線が、２つのチャンバーのうち
のいずれか一方の被測定ガス室を通過し、他方の反射光
線が他方の被測定ガス室を通過すると共に、前記第２反
射光線がいずれのチャンバーにおいても標準ガス室を通
過するように設けられていることを特徴とする。請求項
７記載の本発明のガス濃度測定方法は、被測定ガスが充
填される被測定ガス室と標準ガスが充填される標準ガス
室とを備えた測定用チャンバーに対し、光源からの光線
を平行平面鏡で反射させることにより分離して入射させ
た後、分離された反射光線を再度合成して干渉縞を生じ
させることにより被測定ガスの濃度を測定するガス濃度
測定方法において、前記平行平面鏡により３つの反射光
線に分離し、２つの干渉縞を生じさせ、被測定ガスが高
濃度の場合には一方の干渉縞に基づいてガス濃度を測定
し、被測定ガスが低濃度の場合には他方の干渉縞に基づ
いてガス濃度を測定することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施の形態に
基づき本発明をさらに詳細に説明する。図１は、本発明
の第１の実施の形態にかかるガス濃度測定装置１を示す
概念図であり、光源２、第１の平行平面鏡３、第２の平
行平面鏡４、測定用チャンバー５、受光素子６等を有し
て構成されている。なお、これらの部材は、全て図示し
ないケーシング内に収容されていると共に、炭坑などで
用いるものの場合には、防爆対策も施されている。

【００１２】光源２としては、従来用いられている発光
ダイオード等が利用されるが、必要に応じて光源２の前
面には、集光レンズ（図示せず）を配設することもでき
る。この場合、さらに、光源２と第１の平行平面鏡３と
の間の適宜位置に細いスリットを有する部材（図示せ
ず）を配置し、このスリットを通過させる構成とするこ
ともできる。

【００１３】第１の平行平面鏡３は、光源２から供給さ
れた光線ａを略直交する方向に反射供給するために配設
され、光源２からの光線ａに対して略４５度傾斜させて
配置される。その結果、第１の平行平面鏡３と、後述の
測定用チャンバー５の前面に配置される光学ガラス５ｄ
とは、略４５度の角度で対面する位置関係となる。第１
の平行平面鏡３はまた、光源２からの光線ａを、表面で
反射させた第１反射光線ａ１と裏面で反射させた第２反
射光線ａ２とに分離し得るだけでなく、第２反射光線ａ
２となって測定用チャンバー５に入射せずに、表面で再
反射された光線を、再度裏面で反射させて、第３反射光
線ａ３として分離することができるだけの大きさを有し
ている。つまり、第１の平行平面鏡３は、光源２からの
光線ａを従来のように２つの反射光線に分離し得るだけ
の大きさを有しているのではなく、３つの反射光線に分
離し得る大きさを有している。

【００１４】一方、第２の平行平面鏡４は、後述の測定
用チャンバー５を挟んで上記第１の平行平面鏡３と平行
に配設される。第２の平行平面鏡４は、上記した第１反
射光線ａ１と第２反射光線ａ２とを合成して第１合成光
線ｈ１とし、第１の干渉縞を生じさせ、第２反射光線ａ
２と第３反射光線ａ３とを合成して第２合成光線ｈ２と
し、第２の干渉縞を生じさせることができる大きさを有
している。つまり、従来のように、分離した２つの反射
光線を合成して１つの合成光線を得るだけの大きさを有
しているのではなく、分離した３つの反射光線を合成し
て２つの合成光線を得ることができる大きさを有してい
る。

【００１５】測定用チャンバー５は、上記した第１の平
行平面鏡３と第２の平行平面鏡４との間に配設され、標
準ガス室５ａと被測定ガス室５ｂとが隔壁５ｃを隔て
て、図上、上下に形成されている。測定用チャンバー５
は、上記した３つの反射光線ａ１，ａ２，ａ３のうちの
いずれか１つの反射光線が、標準ガス室５ａのみを通過
し、他の２つの反射光線が被測定ガス室５ｂを通過し得
るように設けられていればよい。本実施の形態では、図
１に示したように、測定用チャンバー５を、その縦断面
（垂直方向断面）形状が台形となるように形成し、第３
反射光線ａ３が標準ガス室５ａを通過し、第１及び第２
反射光線ａ１，ａ２が被測定ガス室５ｂを通過し得るよ
うに設けている。但し、台形といっても、第１の平行平
面鏡３に対面する端面に配設される光学ガラス５ｄが、
第１の平行平面鏡３と略４５度の角度で対面するよう
に、すなわち、標準ガス室５ａの底辺及び被測定ガス室
５ｂの上辺に対して直角となるように設けられる一方、
標準ガス室５ａの底辺より被測定ガス室５ｂの上辺が短
くなるように形成された形状である。従って、第２の平
行平面鏡４に対面する端面に配設される光学ガラス５ｅ
は、被測定ガス室５ｂの上辺に対応する位置から標準ガ
ス室５ａの底辺に対応する位置に向かうに従って広がる
ように傾斜して設けられることになる。もちろん、光学
ガラス５ｄ，５ｅの傾斜が逆の関係となる台形とするこ
とも可能である。なお、図示しないが、標準ガス室５ａ
と被測定ガス室５ｂのそれぞれには、各ガスを導入する
ための導入孔が設けられている。

【００１６】本実施の形態にかかるガス濃度測定装置１
によれば、光源２から供給された光線ａは、上記したよ
うに、第１の平行平面鏡３で反射されてａ１〜ａ３の３
つの反射光線に分離されると共に、第１反射光線ａ１と
第２反射光線ａ２は被測定ガス室５ｂを通過し、第３反
射光線ａ３は標準ガス室５ａを通過する。そして、第２
の平行平面鏡４で反射されて、第１反射光線ａ１と第２
反射光線ａ２とにより、第１合成光線ｈ１が生じ、第１
反射光線ａ１と第２反射光線ａ２との実効光路差ｄＬに
より第１の干渉縞が生じる。

【００１７】すなわち、第１反射光線ａ１の被測定ガス
室５ｂ内の通過距離をＬとすると、第２反射光線ａ２の
被測定ガス室５ｂ内の通過距離はＬ＋ΔＬとなる。従っ
て、共通するＬ分を差し引くと、第２反射光線ａ２はΔ
Ｌ分長く被測定ガス室ａ２を通過する。一方、ケーシン
グ内における測定用チャンバー５外の雰囲気は、標準ガ
ス室５ａとほぼ同じ雰囲気であるため、第１反射光線ａ
１はΔＬ分長く標準ガス雰囲気を通過するとみなせる。
従って、両者の実効光路差ｄＬは、標準ガス雰囲気中の
光の屈折率をεｐ、被測定ガス雰囲気中の光の屈折率を
εｑとすると、ｄＬ＝ΔＬ（εｐ−εｑ）で示される。

【００１８】第１合成光線ｈ１の強度Ｉと光路差ｄＬと
の間には、図５に示したような関係があることより、受
光素子６によって強度Ｉを測定すれば、ｄＬが求まり、
かつ上記式から被測定ガスの屈折率εｑが求められ、該
屈折率εｑから被測定ガスの濃度が求まることは従来と
同様である。しかしながら、本実施の形態によれば、上
記式より、ΔＬがきわめて小さく、ｄＬの値も小さいこ
とから、光線強度Ｉに対応するｄＬの値が１つに特定で
きる。つまり、本実施の形態によれば、被測定ガス室５
ａの実際の大きさは低濃度ガスの測定に使用するのに十
分な大きさを有しているにも拘わらず、比較対象となる
第１反射光線ａ１と第２反射光線ａ２との間において実
効光路差を生じさせる実質的な被測定ガス雰囲気の通過
距離はΔＬである。従って、従来、高濃度までカバーす
る広範囲の濃度を測定するための長さの短い測定用チャ
ンバーは、上記したように、製作することが困難でまた
高コストであったが、本実施の形態によれば、低濃度ガ
スの測定に使用するのに十分な大きさでありながら、実
質的には長さの短い測定用チャンバーを提供することが
できる。しかも、第２の平行平面鏡４に対面する端面に
配設される光学ガラス５ｅの傾斜角度の調整により、Δ
Ｌの長さ調整が可能であり、０〜１００％の範囲の濃度
設定が可能である。

【００１９】ΔＬが十分短いことより、上記のように、
合成光線ｈ１の強度から、高濃度までカバーした濃度測
定が可能であるが、被測定ガスが低濃度の場合には、正
確な測定ができなくなる。従って、被測定ガスが低濃度
の場合には、合成光線ｈ２によって生じた第２の干渉縞
から濃度を測定する。すなわち、合成光線ｈ２は、被測
定ガス室５ｂを通過した第２反射光線ａ２と標準ガス室
５ａを通過した第３反射光線ａ３が、第２の平行平面鏡
４で反射されて生じ、第２反射光線ａ２と第３反射光線
ａ３との実効光路差ｄＬにより第２の干渉縞が生じる。

【００２０】すなわち、第２反射光線ａ２の被測定ガス
室５ｂ内の通過距離をＬ＋ΔＬとすると、第３反射光線
ａ３の標準ガス室５ａ内の通過距離はＬ＋２ΔＬとな
り、測定用チャンバー５内の通過距離は、第３反射光線
ａ３のほうがΔＬ分長くなる。但し、ケーシング内にお
ける測定用チャンバー５外の雰囲気は、標準ガス室５ａ
とほぼ同じ雰囲気であるため、実効光路差ｄＬの算出に
当たっては、第３反射光線ａ３の標準ガス室５ａの通過
距離からΔＬ分差し引いて比較することができる。従っ
て、第２反射光線ａ２と第３反射光線ａ３の実効光路差
ｄＬは、ｄＬ＝（Ｌ＋ΔＬ）・（εｐ−εｑ）で示され
る。

【００２１】そして、上記と同様にして第２合成光線ｈ
２の強度Ｉを測定することにより、被測定ガスの屈折率
εｑが求められ、該屈折率εｑから被測定ガスの濃度が
求められるが、この際には、被測定ガス室５ｂの長さを
全て利用しているため、低濃度ガスの濃度を正確に測定
することができる。

【００２２】次に、本発明の第２の実施の形態にかかる
ガス濃度測定装置１０を図２に基づき説明する。本実施
の形態においては、第１の実施の形態における第１の平
行平面鏡３と同じ位置に、該第１の平行平面鏡３と第２
の平行平面鏡４の機能を兼用する平行平面鏡１３を１つ
配設し、測定用チャンバー１５を挟んで、直角反射プリ
ズム１７を対峙させている。また、この平行平面鏡１３
は、光源１２からの光線ａ’を３つの反射光線に分離し
得ると共に、直角反射プリズム１７に反射された３つの
反射光線を２つの合成光線として合成し得る大きさを有
している。その他の構成は、上記した第１の実施の形態
で示したものと同様である。

【００２３】従って、本実施の形態にかかるガス濃度測
定装置１０によれば、光源１２からの光線ａ’は、平行
平面鏡１３で反射されて、第１反射光線ａ’１、第２反
射光線ａ’２、第３反射光線ａ’３に分離され、測定用
チャンバー１５に入射される。このうち、第１反射光線
ａ’１と第２反射光線ａ’２は、被測定ガス室１５ｂに
入射され、第３反射光線ａ’３は標準ガス室１５ａに入
射される。各反射光線ａ’１〜ａ’３が測定用チャンバ
ー１５を通過すると、直角反射プリズム１７の一方の斜
面１７ａで直角方向に反射された後、さらに他方の斜面
１７ｂで直角方向に反射されるため、各反射光線ａ’１
〜ａ’３は、再度測定用チャンバー１５に入射する。な
お、測定用チャンバー１５は、このとき、全ての反射光
線ａ’１〜ａ’３が標準ガス室１５ａに入射されるよう
に、すなわち、被測定ガス室１５ｂについては、平行平
面鏡１３で反射された第１反射光線ａ’１と第２反射光
線ａ’２が直角反射プリズム１７方向に向かうときのみ
通過するように設けられている。

【００２４】測定用チャンバー１５を直角反射プリズム
１７側から平行平面鏡１３側に向かって通過した第１反
射光線ａ’１と第２反射光線ａ’２は、平行平面鏡１３
で反射されて、第１の干渉縞を生じさせる第１合成光線
ｈ’１となる。また、第２反射光線ａ’２のうち、平行
平面鏡１３の裏面で反射された光線は、さらに平行平面
鏡１３の表面と裏面で反射されて第３反射光線ａ’３と
合成され、第２の干渉縞を生じさせる第２合成光線ｈ’
２となる。

【００２５】第１合成光線ｈ’１を生じさせる第１反射
光線ａ’１と第２反射光線ａ’２との実効光路差ｄＬ
は、標準ガスの光の屈折率をεｐ、被測定ガスの光の屈
折率をεｑ、第１反射光線ａ’１の被測定ガス室１５ｂ
の通過距離をＬ、被測定ガス室１５ｂ又は標準ガス室１
５ａを通過する隣接する各反射光線間の通過距離の差を
ΔＬとすると、 ｄＬ＝｛Ｌ・εｑ＋（Ｌ＋５ΔＬ）εｐ｝−｛（Ｌ＋Δ
Ｌ）εｑ＋（Ｌ＋４ΔＬ）εｐ｝＝ΔＬ（εｐ−εｑ） となる。従って、上記第１の実施の形態と同様に、受光
素子１６によって測定される第１合成光線ｈ’１の光線
強度Ｉから、高濃度も含めた広範囲にわたる濃度を求め
ることができる。

【００２６】一方、第２合成光線ｈ’２を生じさせる第
２反射光線ａ’２と第３反射光線ａ’３との実効光路差
ｄＬは、 ｄＬ＝｛（Ｌ＋２ΔＬ）εｐ＋（Ｌ＋３ΔＬ）εｐ｝−
｛（Ｌ＋ΔＬ）εｑ＋（Ｌ＋４ΔＬ）εｐ｝＝（Ｌ＋Δ
Ｌ）・（εｐ−εｑ） となる。従って、上記第１の実施の形態と同様に、受光
素子１６によって測定される第２合成光線ｈ’２の光線
強度Ｉから、低濃度の被測定ガスを正確に測定すること
ができる。

【００２７】次に、本発明の第３の実施の形態にかかる
ガス濃度測定装置２０を図３に基づき説明する。本実施
の形態において、光源２２、平行平面鏡２３、直角反射
プリズム２７の構成は上記第２の実施の形態と全く同様
である。これに対し、測定用チャンバー２５は、長さの
短い第１のチャンバー２５１と長さの長い第２のチャン
バー２５２とが平行平面鏡２３と直角反射プリズム２７
との間に直列に配置されている。なお、各チャンバー２
５１と２５２の形状は、上記各実施の形態と異なり、縦
断面形状が方形となるように形成されており、各チャン
バー２５１，２５２の各端面に配設される光学ガラス
は、各チャンバー２５１，２５２の上辺及び底辺に対し
て直角な位置関係となるように設けられている。

【００２８】また、いずれのチャンバー２５１，２５２
も、標準ガス室２５１ａ，２５２ａと被測定ガス室２５
１ｂ，２５２ｂを備えている一方、被測定ガス室２５１
ｂ，２５２ｂ相互が直列の位置関係とならないように設
けられている。具体的には、第１のチャンバー２５１
は、３室に分割され、その中央部を被測定ガス室２５１
ｂとし、両側の室を標準ガス室２５１ａとしている。第
２のチャンバー２５２も同じく３室に分割されている
が、中央の室を標準ガス室２５２ａとし、両側の室を被
測定ガス室２５２ｂとしている。また、第２のチャンバ
ー２５２の標準ガス室２５２ａの図３における上下方向
の幅は、第１のチャンバー２５１の被測定ガス室２５１
ｂの上下方向の幅よりも広くなるように形成されてい
る。このような関係とすることで、第２反射光線ａ”２
がいずれのチャンバー２５１，２５２においても標準ガ
ス室２５１ａ，２５２ａを通過することができる。

【００２９】但し、本実施の形態においては、長さの異
なる２つのチャンバー２５１，２５２を用い、第１反射
光線ａ”１又は第３反射光線ａ”３のいずれかが、一方
のチャンバーの被測定ガス室を通過すると共に、他方が
他方のチャンバーの被測定ガス室を通過し、第２反射光
線ａ”２がいずれのチャンバーにおいても標準ガス室を
通過するように設けられていればよく、第１のチャンバ
ー２５１と第２のチャンバー２５２の配設位置は図３に
示したものと逆であってもよいし、標準ガス室と被測定
ガス室の区分の仕方も図３に示したものに限定されるわ
けではない。

【００３０】本実施の形態によれば、光源２２からの光
線ａ”は平行平面鏡２３で３つに分離されるが、このう
ち第１反射光線ａ”１は、第１のチャンバー２５１の標
準ガス室２５１ａを通過した後、第２のチャンバー２５
２の被測定ガス室２５２ｂを通過して、直角反射プリズ
ム２７で反射された後、再度、第２のチャンバー２５２
の被測定ガス室２５２ｂと第１のチャンバー２５１の標
準ガス室２５１ａを通過し、平行平面鏡２３に至る。一
方、第２反射光線ａ”２は、いずれのチャンバー２５
１，２５２においても、標準ガス室２５１ａ，２５２ａ
のみを通過して平行平面鏡２３に至り、第１反射光線
ａ”１と合成される。そして、この合成光線ｈ”２が干
渉縞を生じるが、第１反射光線ａ”１が長さの長い第２
のチャンバー２５２の被測定ガス室２５２ｂを通過して
いるため、被測定ガスが低濃度の場合に、該合成光線
ｈ”２の光線強度Ｉを受光素子２６で測定することで正
確に濃度測定を行うことができる。

【００３１】一方、第３反射光線ａ”３は、第１のチャ
ンバー２５１の被測定ガス室２５１ｂを通過した後、第
２のチャンバー２５２の標準ガス室２５２ａを通過し、
直角反射プリズム２７で反射された後、再び、第２のチ
ャンバー２５２の標準ガス室２５２ａと第１のチャンバ
ー２５１の被測定ガス室２５１ｂを通過し、平行平面鏡
２３で反射されることにより第２の反射光線ａ”２と合
成されて、合成光線ｈ”１となり干渉縞を生じる。この
際、第３反射光線ａ”３は、長さの短い第１のチャンバ
ー２５１の被測定ガス室２５１ｂを通過しているため、
広範囲の濃度を測定することができ、被測定ガスが高濃
度の場合には、該合成光線ｈ”１の光線強度Ｉを受光素
子２６で測定することで濃度測定することができる。

【００３２】なお、本実施の形態における第１反射光線
ａ”１と第２反射光線ａ”２との実効光路差ｄＬ及び第
２反射光線ａ”２と第３反射光線ａ”３との実効光路差
ｄＬを算出する式は、従来の技術で説明したものと同様
であるため、ここでは割愛する。

【００３３】本実施の形態によれば、高濃度用、低濃度
用と、長さの異なる２つのチャンバーを用いる必要があ
り、特に、高濃度用のチャンバーとして長さの短いもの
を作製しなければならない点で上記第１及び第２の実施
の形態と比較して不利であるが、光源や平行平面鏡が１
つでありながら、２つの干渉縞を生じさせることができ
る点において従来のものと比較すれば、簡易な構造とす
ることができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明のガス濃度測定装置は、平行平面
鏡により、光源から供給された光線を第１反射光線、第
２反射光線及び第３反射光線の３つに分離すると共に、
このうちの一つの反射光線が標準ガス室のみを通過し、
他の反射光線が被測定ガス室を通過し得るように設けて
いるため、２つの合成光線を生成して２つの干渉縞を生
じさせることができ、被測定ガスが高濃度の場合には一
方の干渉縞から濃度を特定し、低濃度の場合には他方の
干渉縞から濃度を特定できる構成である。従って、簡易
な構造で、かつ単一の装置でありながら、被測定ガスが
高濃度であっても、低濃度であっても測定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるガス濃度測定装置の第１の実施
の形態を示す構成図である。

【図２】本発明にかかるガス濃度測定装置の第２の実施
の形態を示す構成図である。

【図３】本発明にかかるガス濃度測定装置の第３の実施
の形態を示す構成図である。

【図４】従来のガス濃度測定装置を示す構成図である。

【図５】実効光路差と光線強度との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１，１０，２０ ガス濃度測定装置 ２，１２，２２ 光源 ３ 第１の平行平面鏡 ４ 第２の平行平面鏡 １３ 平行平面鏡 ２３ 平行平面鏡 ５，１５，２５ 測定用チャンバー ６，１６，２６ 受光素子 １７，２７ 直角反射プリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北名 清光 北海道札幌市白石区平和通り２丁目北９− 23 北海道東科計器株式会社内 (72)発明者 児玉 法明 北海道札幌市白石区平和通り２丁目北９− 23 北海道東科計器株式会社内 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB01 DD11 EE09 FF08 GG02 JJ11 JJ12 JJ13 KK10 MM05 PP10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 標準ガス室と被測定ガス室とに区分され
   た測定用チャンバーと、 光源からの光線を分離して標準ガス室と被測定ガス室に
   供給し得る第１の平行平面鏡と、 標準ガス室と被測定ガス室を通過した光線を合成し、干
   渉縞を生じさせる第２の平行平面鏡とを有する干渉計型
   のガス濃度測定装置において、 前記第１の平行平面鏡が、光源からの光線を、表面で反
   射して測定用チャンバーに入射する第１反射光線と裏面
   で反射して測定用チャンバーに入射する第２反射光線と
   に分離可能であると共に、該裏面で反射した後表面を通
   過せずに該表面で再反射した光線を、再度裏面で反射さ
   せてから測定用チャンバーに第３反射光線として入射さ
   せることができる大きさを有し、 前記第２の平行平面鏡が、第１反射光線と第２反射光線
   とを合成して第１の干渉縞を生じさせることができると
   共に、第２反射光線と第３反射光線とを合成して第２の
   干渉縞を生じさせることができる大きさを有し、 前記第１反射光線、第２反射光線及び第３反射光線のう
   ちの一つの反射光線が標準ガス室のみを通過し、他の反
   射光線が被測定ガス室を通過し得るように設けられてい
   ることを特徴とするガス濃度測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のガス濃度測定装置であっ
   て、前記第１及び第２の平行平面鏡に代えて、該第１及
   び第２の平行平面鏡の機能を兼用する一の平行平面鏡
   が、測定用チャンバーの一方側に配設され、測定用チャ
   ンバーの他方側に直角反射プリズムが配設されているこ
   とを特徴とするガス濃度測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のガス濃度測定装置
   であって、前記測定用チャンバーが、被測定ガス室を通
   過する２つの光線の通過距離に差が生じるような形状に
   形成されていることを特徴とするガス濃度測定装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のガス濃度測定装置であっ
   て、前記測定用チャンバーにおける被測定ガス室の縦断
   面形状が、台形状であることを特徴とするガス濃度測定
   装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のガス濃度測定装置であっ
   て、前記測定用チャンバーの被測定ガス室と標準ガス室
   とを合わせた縦断面形状が、台形状であることを特徴と
   するガス濃度測定装置。
6. 【請求項６】 請求項１又は２記載のガス濃度測定装置
   であって、前記測定用チャンバーが、直列に配置される
   一方、それぞれに被測定ガス室と標準ガス室とを有する
   と共に、直列に配置しても被測定ガス室相互は直列の位
   置関係とならないように設けられた長さの異なる２つの
   チャンバーから構成され、前記第１反射光線と第３反射
   光線のうちのいずれか一方の反射光線が、２つのチャン
   バーのうちのいずれか一方の被測定ガス室を通過し、他
   方の反射光線が他方の被測定ガス室を通過すると共に、
   前記第２反射光線がいずれのチャンバーにおいても標準
   ガス室を通過するように設けられていることを特徴とす
   るガス濃度測定装置。
7. 【請求項７】 被測定ガスが充填される被測定ガス室と
   標準ガスが充填される標準ガス室とを備えた測定用チャ
   ンバーに対し、光源からの光線を平行平面鏡で反射させ
   ることにより分離して入射させた後、分離された反射光
   線を再度合成して干渉縞を生じさせることにより被測定
   ガスの濃度を測定するガス濃度測定方法において、 前記平行平面鏡により３つの反射光線に分離し、２つの
   干渉縞を生じさせ、被測定ガスが高濃度の場合には一方
   の干渉縞に基づいてガス濃度を測定し、被測定ガスが低
   濃度の場合には他方の干渉縞に基づいてガス濃度を測定
   することを特徴とするガス濃度測定方法。