JP2000500237A

JP2000500237A - ガスセンサー

Info

Publication number: JP2000500237A
Application number: JP9518778A
Authority: JP
Inventors: マーチン，ハンス，ゲーラン，エバルド
Original assignee: マーチン，ハンス，ゲーラン，エバルド
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1996-11-11
Publication date: 2000-01-11
Also published as: EP0873505B1; CA2236039A1; CA2236039C; ATE427479T1; SE510549C2; SE9504020D0; US6016203A; EP0873505A1; SE9504020L; JP2007256281A; DE69637891D1; AU7659296A; WO1997018460A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、ブロック５０の形状を有する空洞２内に封入されたガス試料を測定できるように設計されたガスセンサー１を含んでいる。空洞２の壁または壁区画は、高い光反射特性を有している。前記空洞は、入射光線を発する装置５１と、流出光線を受光する装置５２とを有している。前記空洞２は、対向する表面区画５５ａ，５６ａ，５７ａを有し、該表面区画５５ａ，５６ａ，５７ａは、入射光線６０が、一平面（ｘ- ｚ平面）内で全く、または著しくは反射せずに、前記空洞２を横切って鏡の凹面５５ａへ透過するように、設計かつ調整されている。さらに前記鏡の凹面は、前記一平面に対して直角に配向されている。前記光線は、前記空洞２を横切って、鏡面の平面内を他方の表面区画５６ａ，５７ａへ反射され、それによって、反射光線束が、存在する光線を受光する前記装置５２へ向かう前に、測定路が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】ガスセンサー技術分野本発明は、ガスセルおよび／またはガスセンサーに関するものである。ガスセルとは、ガス試料が入れられた空洞を意味し、該ガス試料に光線束または光線を透過させることによって、ガスの組成および濃度を、透過光線のスペクトルの変化や、空洞の外部または空洞が形成されているユニットの外部に配置した光源および／または光検出器を介して、分析することができる。前記ユニットが、光源、光検出器、ガス組成および／またはガス濃度の評価用回路のいずれか、またはすべてを内蔵し得る場合は、そのユニットをガスセンサーと呼ぶ。簡単化のため、以下の説明および請求の範囲では、双方の型式に対しガスセンサーという表現を用いる。特に、本発明は、空洞内に封入されたガス試料の測定が可能であるように設計されたガスセンサーに関するものである。本発明によれば、該ガスセンサーは、ガスセルとして機能する空洞を有するブロックを含んでいる。光に関しては、空洞の壁または複数壁区画は、高い反射特性を有している。前記空洞は、入射光線または光のための開口または区画等の手段と、光線または光を、空洞内で１回以上反射した後、空洞内で受光するための、または空洞から放出するための開口または区画等の手段とを有している。特に、本発明が提供するガスセンサーは、次のようなシステムの一部である。すなわち、ガスおよび／またはガス試料内のガスの一部を、該ガス自体および／または試料内で該ガスの占める割合（濃度）に関して、存在する光のスペクトルに現れる吸収スペクトルを利用することによって分析するシステムである。本発明および本発明の特徴をよりよく理解するためには、直接反射する光線束または光線と、間接反射する光線束または光線という用語を使用する必要がある。直接反射する光線束または光線とは、光線束と向き合った鏡面に反射する以外は、空洞を仕切る平行な表面区画に反射することなく、空洞内を通過する光線束を意味する。前記鏡面は、光線束を同一平面内で、異なる方向に反射させる。間接反射する光線束または光線とは、空洞を仕切る表面区画の鏡構造体に１回以上反射しながら空洞を通過する光線束を意味する。背景技術前述の種類のガスセンサーには、種々異なる実施態様が存在する。それらの種類のガスセンサーには、ガスセルとして機能し、光線を通過させ得る空洞または空間が備えられている。発光装置と受光装置（受光器）とがガスセルと協働する。受光器は、存在する光線束または光線の光スペクトル内の吸収流線の評価ができるように構成されている。空洞内には、ガスセル内の発光装置と受光器との間に光路（light path）が存在する。該光路を、以下で測定路または光学測定路と呼ぶ。光学で使用する場合、「幾何学的経路」、「光学通路(optical path)」という用語も時々使用される。幾何学的経路とは幾何学的距離であり、光学通路とは、幾何学的距離に光線が通過する媒体の屈折率を乗じたものである。屈折率が１であるいわゆる「標準空気」の場合には、光学通路が幾何学的経路に等しい。「測定路」および「光学測定路」なる用語は、ここでは同義語として用いる。なぜなら、用意されるガス濃度は極めて低く、その屈折率は極めて１に近いからである。例えば流体の測定の場合、屈折率がかなり１から離れていても、前記用語は同義語として用いる。なぜなら、使用技術は均質の媒体内での光の反射に基づき、異なる屈折率を有する異なる媒体を通過する光の透過率に基づくものではないからである。このため、屈折率の変化を補償する必要がない。しかし、当業者には、発光装置および／または受光装置がガスセル内の媒体とは屈折率の異なる光学媒体内に配置される場合、どのような処置が必要か明らかだろう。また、ガスセルを有するガスセンサー内のガスの種類、ガス混合物、ガス濃度のいずれか、またはすべての綿密な分析は、次のような関係に基づくことも知られている。すなわち、濃度が低い場合、また所与のガスに対する吸収スペクトルがあまり明瞭でない場合、正確な答えを得るためには、ガス試料を透過する光線束は、長い測定距離を必要とするということである。現在のところ、複数光線束を発生させ、所定回数反射させた後に検出し、受光し、光線束に対する吸収スペクトルを分析する現行の技術を利用する大抵の実際の使用例には、約０．１ｍの測定路が要求される。ガスセンサーは、複数の光反射内面を有する長い穴形状の管から成っている。該光反射内面により、管は光の通路又は導路として機能することができ、それにより、複数光線束が、光源から、管内に密封されたガス試料を透過して検出器に至る測定路が形成される。米国特許第５，１６３，３３２号明細書はガス分析に使用され得るガスセンサーを示し及び記載している。ガスセンサーはパイプが光チャンネル又は光導体として機能することを許す内部光反射面を備えた長い、穴形状パイプを有しており、それにより、光源から検出器へ及びパイプ中に封入されたガスサンプルを通って光線束を搬送するための測定通路を作っている。光源からの複数光線束は、複数対向表面で間接反射するように、言い換えると、あらゆる方向へ間接反射するように、構成されている。光導体内での全方向への反射とは、複数の発散光線束を有する単一光線束に統合された複数光線を、光反射特性を有する内面を備えた管内へ入射可能な場合、中心線、すなわちｚ軸と角度をなす光線束は、ｘ- ｚ平面とｙ- ｚ平面のいずれの平面内でも反射することをいう。さらに、管の壁区画内のいくつかの開口は、フィルタを装備して示されている。該フィルタを介してガス試料は自由に管を出入できる。ガスセンサーまたはガスセルの寸法を縮小する試みがなされる一方で、長い測定路が得られるようにする試みが種々なされてきた。以下で、背景技術の説明例としていくつかの刊行物を挙げておく。米国特許第５，３４０，９８６号明細書には、拡散型のガスセンサーが示されている。このガスセンサーの場合、トランスミッタと受光器とを管の一端に配置し、鏡を管の他端に配置し、さらに管内側に光反射特性を与えることによって、ガスセルの所要長さを目標測定路より半分だけ短縮できる。この方法では、単一の直接反射光線束と複数の間接反射光線が得られる。米国特許第５，０６０，５０８号明細書により公知のガスセルでは、小さい外側寸法を有するブロック内に、外側寸法に比して長い測定路が形成されている。ブロックには、前方および後方を向いた、相互に接続されたいくつかの通路区分が設けてある。これらの接続された通路区分の壁部は、光線束を、全方向に間接反射させることで伝送するために、高反射性物質で被覆され、その結果、光導路として機能する通路が形成されている。管を取り巻く区域内のガスは、いくつかの小通路により光導路内へ拡散される。この公知のガスセルでは、ガスセルが、２個のブロック半部を互いに対向配置することで形成されている。これらのブロック半部は、プラスチックで注型でき、比較的安価に製造可能である。ＥＰ−Ａ１−０６４７８４５号明細書の内容も、その点で背景技術の一部である。本発明で明らかにされる特徴を考える上で、Ｊ．Ｕ．ホワイトによるＪｏｕｎａｌｏｆＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ誌３２巻２８５頁（１９４２年）の記載により、吸収セルが知られており、既に製造されていることに言及しておかねばならない。そこに図示され、説明されているセルは、３個の球状凹面鏡から成り、これら凹面鏡のそれぞれが、等しい曲率半径を有し、目標光学測定路を形成するように配置されている。該セルは、ガスセンサー内の直接反射光線束用の拡張測定路を得るために開発された。前記刊行物に記載された原理を適用することによって、長さ１０ｍを超える光学測定路を有するガスセンサーを開発できた。この例により、複数の鏡を、通常は０．３ｍ〜３ｍ離隔して配置し、光線の発散角が極めて僅かになるように調節することが知られている。さらに、発生せしめられる光線は、間接並行反射によって干渉されてはならない。その代わり、該光線は、鏡間で直接反射せねばならない。米国特許第４，７５６，６２２号明細書には、ガス内に波長吸収用の長い測定路を得るためには、他のどんな措置がとられたかが記載されている。例えば、そこには、光線束が限界量のガス内を極めて多数回、例えば約数千回通過し得ると説明されている。光線束は、光学的閉ループ内へ導入され、該ループ内でガス試料内を循環することができる。次いで、ガス試料内を予め決められた回数だけ循環した後、光線束は偏光導体（polarizing wave conductor）を介して光学的閉ループから偏向せしめられる。反射率が０．９９８ほどの値であり、１００回の反射後、光の強度は、もとの明度の８０％にすぎない。３００回反射後は、もとの明度の約５０％にすぎない。本発明の開示技術的課題前述のように、背景技術の場合、弱い吸収傾向を示すガスの場合には、光線がガス内に通じている比較的長い光学的測定路を通過した後でなければ、ガスを分析できず、かつまた／もしくは、分析されるガスが明らかな吸収傾向を示す場合には、極めて低い濃度で、通常はｐｐｍ単位またはそれ以下で検出されねばならず、したがって、長い測定路が要求されるため、簡単な手段でガスセルを小型化し得るようにする技術的課題が当然考慮され、他方、同時に単数および／または複数の適応かつ選択された測定路を得なければならない。別の技術的課題は、安価な量産可能のユニットとして開発できるガスセルおよび／またはガスセンサーを得ることである。さらに別の技術的課題は、ｐｐｍ域の低濃度の検出により有毒ガス（例えば一酸化炭素、オゾン、窒素酸化物、その他）の信頼のおける分析ができるように、容易に調節可能のガスセンサーを得ることである。さらに別の技術的課題は、火気検出器として機能し得る安価なガスセンサー、それも低濃度の二酸化炭素および一酸化炭素を効率的かつ正確に分析できるようにしたガスセンサーを得ることにある。さらに別の技術的課題は、次のようなガスセルまたはガスセンサーを得るために取るべき措置を実現できるようにすることである。すなわち、第１平面（例えばｚ- ｘ平面）内の発散光線束すらも、間接的な（または少なくとも明らかに間接的な）反射なしに、直接に鏡の凹曲面へ透過できる一方、第２平面（例えばｙ - z平面）内の発散光線束は、平行に構成された鏡面の間を、例えば光導路内を間接反射するガスセルまたはガスセンサーである。さらに別の技術的課題は、前記課題の１つ以上を効果的に解決できたガスセンサーの場合に、光検出器がレンズまたは凹面鏡から、高い強度の直接反射収束光線束を受光でき、それにより、弱い吸収パターンおよび／または低濃度のガスの分析を改善できる条件をそなえ得るようにすることである。さらに別の技術的課題は、簡単な手段で次のような条件が得られるようにすることである。すなわち、光検出器が、直接および間接反射された光線束を評価して、間接反射光線束には、直接反射光線束より長い測定路を割り当て得るような条件である。前述の種類のガスセルおよび／またはガスセンサーの場合、さらに別の技術的課題は、ブロック内に形成される空洞内に対向光反射表面区画を、ｘ- ｚ平面内で調節かつ構成することの重要性を認識することにあり、該調節および構成によって、光線が、反射なしに（または明らかな反射なしに）前記ｘ- ｚ平面内で前記空洞を横切ることができ、その後で、該光線が、選択された測定路を通過するまでに、予め定めた回数だけ鏡の対向凹曲面に直接反射し、該直接反射光線が、空洞内で受光されるか、存在する光線束または光線用の前記開口を通過するようにし得ることにある。前述の種類のガスセンサーおよび／またはガスセルを小型化する場合の別の技術的課題は、通常は平面的かつ並行な２つの反射面を有する空洞、それも互いに閉じられ、かつ対向し、光線と平行方向の空洞を構成して、ｙ- ｚ平面内の光線が、数回間接反射した後に、これら発散光線束が鏡の凹曲面に達するようにすることの重要性を認識し得ることである。さらに別の技術的課題は、ｘ- ｙ平面内の表面区画の少なくとも一部を格子形状に構成することに関連する利点と好機を実現し得ることにある。さらに別の技術的課題は、ガスセンサーおよび／またはガスセルが、ブロックの形状の場合、簡単な手段で、コンパクトディスクの製造に利用する原理を適用することによって形成できるようにすることの重要性を認識し得ることにある。さらに別の技術的課題は、前記対向凹曲面区画を、ホワイト式鏡の原理にしたがって配置することの重要性と、それに関連する利点とを認識し得ることにある。量産に関係する別の技術的課題は、次の条件を得ることにある。すなわち、対向する凹曲面区画と一方の平らな面とが、ブロック区画内に形成され、他方、前記一方の平らな面と対向する他方の平らな面がディスク形状に構成され、最後に、ブロック区画とディスクとが、公知技術を用いて互いに固定できるような条件である。さらに別の技術的課題は、対向凹曲面区画と２つの平らな面とを金で被覆できるようし、かつまた入射光が赤外線の周波数域内から選択できるようにすることの重要性と、そのことに関連する前提条件を認識し得ることにある。さらに別の技術的課題は、ポンプを介して吸排し空洞に流通させ得るガス試料、または空洞内へ拡散させ得るガス試料を使用できるガスセンサーおよび／またはガスセルを得ることにある。さらに別の技術的課題は、ガスセルと設計された空洞とのために、ガス試料を、光線束用に形成された測定路と測定用に要求される光反射面との向こう側に位置する穴を介して空洞に出入させ得るような条件を得ることである。別の技術的課題は、所定寸法を有する前記空洞内の、いくつかの選択された測定路の１つで一定の測定が可能になるようにすることである。最後に、測定路を一定数のセグメントに分配できるようにし、かつ測定の結果を参考測定値として利用することができるようにする前提条件を実現する技術的課題を考えねばならない。解決策１つ以上の前記技術的課題を解決するために、本発明は、ブロック形状の空洞に封入されたガス試料の測定が可能なガスセンサーおよび／またはガスセルの従来の設計に基づいている。従来の設計では、空洞の壁または壁区画が、光線に対して高い反射特性を有し、前記空洞が、入射光線用の開口等の手段と、直接反射光線および間接反射光線を空洞内外で受光するさいに光線が通過する開口等の手段と含んでいる。前記光線は、反射して前記空洞を横切るように構成され、かつ反射した光線は空洞内で受光されるか、存在する光線用の前記開口を通過するようにされる。この種のガスセンサーの場合に、本発明によれば、前記空洞が対向する表面区画を有しており、該表面区画は、入射光線が、反射することなく、少なくとも明らかな反射なしに、一平面内を通過し、前記空洞を横切り、前記平面に対し直角の鏡凹曲面へ向かうことができるように、互いに接近して組み合わせ配置されている。さらに、本発明の好適実施例によれば、前記空洞は、２つの光線反射面によって形成され、該反射面は、互いに接近配置され、２つの平行平面をなして互いに向かい合っている。さらに、前記対向表面区画の形状は、僅かに湾曲している。さらに、表面区画の少なくとも一部は、格子形状となるように加工される。また、入射光線を狭い周波数域のランプによって発生させ、存在する光線を吸収スペクトル分析用の電気回路および／または電子回路を備えた光検出器によって受光するようにすることが可能である。ブロック形状にガスセンサーおよび／またはガスセルを構成することによって、それらの原理をコンパクトディスクの製造に応用することができる。さらに、本発明の枠内で、ホワイト式鏡の原理にしたがって、対向する表面区画の位置決めが可能である。特に、本発明では、対向する複数表面区画と一方の平らな面とが、ブロックの一区画の形状を有し、前記一方の平らな面に対向する他方の平らな面がディスクの形状を有している。本発明では、前記対向する複数表面区画と、前記対向する２個の平らな面とが、金または他の、光を高度に反射する材料で被覆されている。入射光線の周波数は、赤外線域内で選択されている。本発明によれば、ガスセンサーは、ポンプを介して、ガス試料を空洞内外へ吸排することができ、あるいはまた、ガスセンサーはガス試料を空洞内へ拡散することができる。効果本発明の有意義な特性を有するガスセンサーを特徴づけている主な利点は、一方で、ガスセンサーおよび／またはガスセルの外側寸法を小型化できる条件が造出できた点であり、他方、同時に、長い適当な測定路を得る条件が造出できた点である。さらに該測定路の、安価に量産可能な構成により、測定成績の点で許容できる程度に高い精度が得られ、このことは、少なくとも１つの平面内での反射損失を低減することにより、かつまた光検出器へ向かって反射光線束を発散できるようにしたことにより達せられた。本発明によるガスセンサーの主要な特徴は、請求項１の特徴部分に記載の通りである。図面の簡単な説明本発明にとって重要な特性を有するガスセルおよびガスセンサーの現時点で好適ないくつかの実施例を、以下で添付図面につき詳説する。図面：図１は、光線を収束し受光器へ反射する鏡の凹面へ発散光線を放射する発光器を示した図。図２は、格子分光計の従来の設計の一例を示した図。図３は、格子分光計を内蔵したガスセルの一実施例の平面図。図４は、発光器と受光器とが互いに隣接配置された別の実施例の平面図。図５は、ホワイト式鏡の原理を適用した一実施例の平面図。図６は、異なるガスの吸収特性を示した図。提案実施例の説明図１は、ガスセンサーの図である。該ガスセンサーは、凹状に湾曲した鏡３を有するガスセル２から成り、該鏡は、部分円形状に湾曲し、ｘ−ｙ平面内に配置され、鏡面３ａを有している。ガスセンサー１は、また公知の設計の発光器４と受光器５とを有している。受光器５は、受光した光線束の吸収スペクトルを分析するために、装置（図示せず）に公知の形式で接続される。ガスセル２の縦の寸法（ｘ- ｙ平面）は、極めて小さく、選択された発光器４と受光器５とに適応するようになっている。現在の技術では、縦の高さは、事実上０．１〜０．５ｍｍにすることができる。図１に見られるように、発光器４は、発散光線を発するように設計されている。発散角“ａ”は４０°と仮定する。真の発散角は、選択した発光器に応じてさまざまであり、したがって変更可能である。しかし、本発明の原理は、鏡面形状および／または受光器位置の変更により、平行光線または収束光線を用いて、適用できる。これらの実施例ついて、ここでは詳説しないが、当業者には、それぞれ関連部分が変更された共通の実施例であることが分かるであろう。本発明の基本原理は、ｘ- ｚ平面内に配向されている光線部分が、図示の側面２ｃ，２ｄおよび／または、ｘ- ｚ平面内の平らな面２ａ，２ｂに反射することなしに、鏡の凸面３ａへ当たり、該凸面で直接反射し光検出器５に収束する、というものである。ｘ- ｙ平面内に配向される発散光線部分は、上下の平らな面２ａ，２ｂに反復的に間接反射することにより、ｘ- ｙ平面内に位置する平らな鏡面に当たり、ｘ - ｙ平面内に位置する鏡の凸面に当たることができる。このように、図１は、空洞を仕切る分散側面２ｃ，２ｄが、光の反射面でもあり、発散光線束の間接反射に役立つことを示しており、該発散光線束は、ｘ- ｚ平面内の側面２ｃ，２ｄの角度を僅かに上回る角度で発散する。本発明の基本は、発光器４からｘ- ｚ平面で発散される光線束が、ｘ- ｚ平面では反射されず、その代わりに、反射による実際の損失無しに鏡面３ａで間接反射され、受光器５に収束され、受光された光線束が受光器で増幅できる点にある。空洞２は、鏡面３ａと、２つの平らな鏡面２ａ，２ｂ（図には下方の鏡面２ａが示され、上方の鏡面２ｂは、図面を簡略にするため省略してある）と、分散鏡面２ｃ，２ｄとによって仕切られている。鏡３の鏡面３ａの曲率半径は、発光器４と受光器５との中間に位置する中心３Ｃと共に選択されている。当業者には、鏡面３ａが、発光器４と受光器５とに２つの焦点を有するいくぶん楕円形の形状を有する場合に、光の交換が改善されることが理解されよう。鏡面３ａがｙ軸方向に回路５の入力窓より長い場合には、受光器５の回路内での光の強度を増すことができなければならない。鏡面３ａは、ｘ- ｙ平面内でいくぶん凹状にすることもできる。通常、光線束の円錐角“ａ”は２０°を超える値から６０°未満の値であり、例えば３０°〜５０°で、通常は４０°である。図２から分かるように、光線束“Ａ”を、格子面６ａを有する鏡または鏡部分に向けることができ、それにより、反射光線束Ａ′およびＡ″が入射光線束Ａと異なる波長を有する限りにおいて、格子分光計が得られる。図３〜図５には、本発明と関係する諸特性を有する、異なる設計のガスセルまたはガスセンサーが平面図で示してある。この選択された平面図法では、直接反射される光線束および光線しか扱えない。いずれの実施例の厚さも、ｙ軸方向で制限されている。図３に示した実施例は、空洞２の形状を有するガスセルを備えたガスセンサー１０である。空洞２は垂直方向寸法（ｙ軸方向）が制限され、水平方向寸法（ｘ - ｚ平面）は極めて大である。鏡面１３ａと鏡面１４ａとは、相対角度を有している。鏡１３の鏡面１３ａは、点１３ｃを中心とする半径の部分円形状を有している。鏡１４の鏡面１４ａも、部分円形状を有している。半径の中心は図示されていないが、鏡面１３ａの半径を僅かに超える半径を有している。発散光線が、開口１５内の発散光線光源（図示せず）から入口１５を介して空洞２内へ向けられると、全鏡面１３ａが照明され、光線束が平行に格子面１６ａへ向かって反射され、格子面１６ａから収束面１４aへ回折される。収束面１４ａは、収束された波長部分を開口２０ａ，２０ｂ,...，２０ｆを介して反射する。これら各開口は、選択された波長域に適合しており、波長が吸収されるか否かには無関係である。空洞が複数受光器を含む場合、それらは、開口２０ａ，２０ｂ,...２０ｆと等しい位置に配置される。図４に示した別の実施例では、発光器４が発散光線を鏡２５に当て、該鏡の鏡面２５ａが、中心２５ｃを有する円形の線分状に湾曲している。反射した光線束は、平らな鏡面２６ａに当たって反射し、平らな鏡面２７ａに当たる。鏡面２７ａは、逆に光線束を鏡面２５ａへ反射し、光線束は受光器５に収束される。明らかに、図１、図３、図４に示した異なる実施例は、空洞２内の光用の、長さの異なる直接および間接の測定路を有している。分析対象のガスは、光用の区域外部の穴または開口から導入される。それらの穴または開口を正確にどこに設けるかは、個別的に答えを出さねばならない。図示の実施例では、符号３０、３１で出口または穴外部が示されている。図５は、ホワイト式鏡の原理を示した一実施例である。ガスセンサー１は、空洞２に封入されたガス試料を測定可能にされている。ガスセンサー１は、ブロック５０の形状を有している。空洞２の各壁または壁部は、高い光反射特性を有している。前記空洞２は、この実施例の場合、入射発散光線用の開口である手段５１と、収束光線が放出される開口５２である手段５２とを有している。本発明にとって重要な点は、ブロック５０内の前記空洞２が、鏡に関係する対向する表面区画、例えば表面区画５５ａ，５６ａ，５７ａを含んでいなければならない点である。この場合、これらの表面区画は、入射光線６０が予め定めた回数だけ、ｘ- ｚ平面内での直接反射無しだが、ｘ- ｙ平面内では間接反射して、ｘ- ｚ平面内で前記空洞内を横切り、それによって、小型化されたにもかかわらず、所定測定路が得られ、反射収束光線６１が放出される光用前記開口５２を通過する前に、前記所定測定路を通過する。また、本発明にとって重要な点は、空洞２が、２つの平らな反射面によって形成され、該反射面が、互いに接近配置され、互いに向き合い、ｘ- ｚ平面内で平行に配置されている点である。一方の反射面は、ブロック５０内で符号２ａで示されている。他方の反射面２ｂは、ディスク形状を有している（図示せず）。前記反射面２ａ，２ｂは、相互にきわめて接近配置されており、双方の間隔は、発光器４用の熱光線(thermal light)域のための横断面寸法に合わせて調節される。実際には、この間隔は、光源の表面と等しくすべきであり、光源の表面は、光検出器の表面と等しい値またはそれ以上の値である。さらに、図５に示した本発明の実施例では、前記の対向表面区画５５ａ，５６ａ，５７ａは、いくぶん湾曲した円形状をなしている。表面区画５７ａの、すべてではなくとも、一部は、格子状となるように加工され、それによってブロック５０内の内部格子分光計が得られる。しかし、受光器５が、この種の格子分光計を構成するか、含むかすることができない理由は存在しない。本発明では、また入射光線６０が、狭い周波数域のランプ形式を有する発光器４から発せられる。存在する光線６１は、吸収スペクトル分析用の回路１０を有する光検出器５が受け取り、吸収スペクトルは、ユニット１１内で処理され、公知の方法を用いて、ケーブル１２を介してディスプレーに表示される。本発明が強く提案する点は、ブロック５０を、コンパクトディスクの製造に用いられる原理によって設計し、０．３ｍｍ程度の厚さを有するようにすることである。図５に示した実施例では、前記の対向表面区画５５ａ，５６ａ，５７ａは、ホワイト式鏡の原理にしたがって配置されている。図５に示したように、対向表面区画５５ａ，５６ａ，５７ａと、平らな反射面２ａとは、ブロック５０の外部に形成され、平らな対向反射面２ｂはディスクとして形成されている。前記の対向表面区画と、前記２つの平らな反射面とは、金で被覆されている。入射光線６０は、赤外線の周波数域内で選択する。前記ガス試料は、空洞２内へ穴３０、３１を介して導入される。ガス試料は、ポンプ（図示せず）を介して、または空洞２内で拡散させることで導入することができる。図５に示した実施例では、また、鏡５５の鏡面５５ａが、鏡５６の鏡面５６ａ内に円の中心５５ｃを有しており、かつまた発散光線６０が、鏡面５５ａから直接反射され、鏡面５６ａ上の点６０′に収束する。点６０′は、発散して、鏡５７の鏡面５７ａへ投影され、収束されて鏡面５６ａへ点６１として直接反射される。焦点５７ｃからの点６１の間隔は、焦点５７ｃからの点６０′の間隔と等しいが、位置は反対側である。点６１は、次いで鏡面５５ａへ直接反射され、再び、収束されて鏡面５６ａ上の点６２として現れる。次いで、点６２が、発散されて鏡面５７ａへ直接反射され、鏡面５７ａは、光線束５６１を直接反射し、光検出器５へ収束させる。以上の説明から分かるように、鏡面５６ａは、各点６０′、６１、６２に関係する特性のみを有するように分解することも容易に可能である。その場合には、これらの点６０′、６１、６２の間の区域は、ガスの出入口３０、３１として役立てられよう。図６は、異なる波長での、異なるガスの既知の吸収傾向と、特定波長域内での、特定のガスの吸収傾向とを示した図である。本発明の枠内で、発光器と受光器とを収納するための穴を有する安価なガスセルは、好ましくはプラスチック材料で製造することが可能である。ガスセルの製造にセラミック材料を使用する場合は、その同じ材料を、ガスセンサー用の所要電子回路の形成にも使用できよう。特に留意すべき点は、受光器５が異なる測定路で光線束を受け取ることができ、例えば、直接反射光線束による中央位置のイメージ５６０′、隣接イメージ５６１、５６１′および５６２、５６２′等々を、中央位置のイメージ５６０′からの間隔に応じて増大する測定路で受け取ることができるので、空洞２の同じ設計を用いて、どのような所定測定路を選択することも可能になる点である。測定路は、入射光の発散角が増すことによって増大する。発散角は、例えば４５°〜６０°である。数種のガスの受光スペクトルを分析する場合、参考として、吸収なしに波長に対する光の強度も分析し、それによって、使用ランプの変化を補償することが重要である。分析された光の強度は次式で表すことができる：Ｉ＝Ｉｏ・ｅ^-s・c・l この式においてＩｏ＝吸収前の強度ｓ＝吸収横断面ｃ＝濃度ｌ＝光学的測定路の長さ、である。提案した実施例、特に図５の実施例では、選択した波長の場合の光の強度を、予め定めた第１測定路が与えられれば、例えば点５６０′で、また、予め定めた第２測定路が与えられれば、例えば点５６２で、分析することができ、それにより、計算によって値“ｃ”が、値Ｉｏを考慮することなしに、決定できる。このように、同一波長を異なる測定路で使用可能であり、それによって基準値が確定される一方、同じ光学特性を有する同じ光学フィルタが使用される。言うまでもなく、本発明は、既述の実施例に限定されるものではない。添付請求の範囲で限定された本発明の枠内で、種々の変更態様が可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９６年１２月３日（１９９６．１２．３）【補正内容】【図５】【図６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．ガスセンサーであって、空洞（２）内に封入されたガス試料を測定可能に設計され、ブロック形状を有し、高い光反射特性を有する空洞壁または空洞壁区画を備え、前記空洞（２）が入射光線（６０）を発生させる装置（５１）を含み、また前記ガスセンサーでは、前記光線が前記空洞（２）を横切って反射するように構成され、それにより、存在する光線を受光する装置（５２）に反射光線束が達する前に通過する光学的測定路が形成されるガスセンサーにおいて、前記空洞（２）が対向する面部分（２ａ，２ｂ）を有しており、入射光線（６０）が、反射せずに、または著しくは反射せずに、前記空洞（２）を横切って一平面内を鏡の凹面（５５ａ，５６ａ，５７ａ）へ透過するように、前記面部分（２ａ，２ｂ）が設計かつ調整されており、さらに前記鏡の凹面が、前記一平面に対して直角に配向され、前記反射光線束が、存在する光線を受光する装置（５２）に収束することを特徴とするガスセンサー。２．空洞（２）が２個の光反射面（２ａ，２ｂ）で形成され、該光反射面が互いに近接配置され、平行の２平面内で対向していることを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。３．前記対向する光反射面（２ａ，２ｂ）の形状が、いくぶん湾曲していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたガスセンサー。４．表面区画の少なくとも一部が格子形状となるように加工されていることを特徴とする請求項３に記載されたガスセンサー。５．入射光線（６０）が、狭い周波数域を有する発光器によって発生せしめられることを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。６．前記存在する光線が、流れ吸収スペクトル分析回路を有する光検出器によって受光されることを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。７．前記ブロックが、コンパクトディスクの製造に用いられる原理により形成されることを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。８．前記対向する表面区画（５５、５６、５７）が、ホワイト式鏡の原理に従って配向されていることを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。９．前記両対向表面区画と一方の平らな面（２ａ）とが、ブロックに形成され、他方、対向する平らな面（２ｂ）がディスクに形成されることを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。１０．前記両対向表面区画と前記２つの平らな面とが金で被覆され、また入射光線（６０）の周波数が赤外線用の周波数域内で選択されていることを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。１１．前記ガス試料が、ポンプを介して空洞（２）に吸排されるようにされていることを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。１２．前記ガス試料が、空洞（２）内へ拡散するようにされていることを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。１３．空洞（２）内の反射光線が収束および発散することを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。１４．前記空洞が、プラスチック製またはシリコン製のディスク内に形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。１５．受光器（５）が、いくつかの利用可能な測定長で、所定波長の光線束を受光するように設計されていることを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。１６．異なる測定長に対して、同一波長で評価でき、それにより基準値が確定されることを特徴とする請求項１に記載されたガスセンサー。