JP2002365217A

JP2002365217A - 赤外線式ガス検知装置およびその制御方法

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Publication number: JP2002365217A
Application number: JP2001175597A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Kogure; 晋祐小▲暮▼; Takanori Tsukahara; 孝典塚原
Original assignee: Riken Keiki KK
Current assignee: Riken Keiki KK
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2002-12-18
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: JP4669630B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い信頼性のあるガス検知を行うことのでき
る赤外線式ガス検知装置および赤外線式ガス検知装置の
有するガス検知における信頼性を十分に発揮させること
ができる制御方法を提供すること。【解決手段】赤外線式ガス検知装置は、赤外線を照射
する光源と、ステッピングモータにより駆動される光チ
ョッパと、この光チョッパを介して光源から周期的に供
給される赤外線を、被検知ガスが導入されるガスセルを
介して受光する赤外センサとを有してなり、光チョッパ
の回転周期を監視することにより、ステッピングモータ
の回転異常を検出する回転異常検知手段を有する。赤外
線式ガス検知装置の制御方法は、前記回転異常検知手段
によってステッピングモータの回転異常が検知されたと
きに、当該ステッピングモータを一時的に停止状態とし
た後に再起動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線式ガス検知
装置および赤外線式ガス検知装置の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガ
ス、メタンガス、ブタンガス、プロパンガス、麻酔ガ
ス、二酸化硫黄ガス、フロンガスなどのガスを検知し、
その検知したガスの濃度が予め定められた一定の濃度以
上である場合に警報を発するよう構成されたガス検知装
置の一種として、赤外線がガスによって吸収され、その
吸収量がガスの濃度と比例関係にあることを利用するこ
とによってガス濃度を測定する赤外線式ガス検知装置が
知られている。

【０００３】このような赤外線式ガス検知装置において
は、検知対象のガスである被検知ガスが導入されるガス
セルと、当該ガスセルの一端側に設けられた赤外線を発
生する光源と、当該ガスセルの他端側に設けられた赤外
センサと、この赤外センサとガスセルとの間に設けら
れ、ステッピングモータにより回転駆動される光チョッ
パとを有する検知部を備えている。この検知部における
赤外センサは、光チョッパの回転周期に伴って赤外線が
供給される周期（以下、「赤外線の周期」ともいう。）
を周期成分とする検知部信号を出力する。

【０００４】このガス検知装置によれば、例えば被検知
ガスが存在しない状態における検知部信号（以下、「基
準検知部信号」ともいう。）の振幅（以下、「基準振
幅」ともいう。）を基準とし、ガス検知動作中に得られ
る検知部信号の振幅の減少割合に基づいて被検知ガスの
濃度が算出されることによって濃度信号が得られ、この
濃度信号が定められた一定のレベル以上の濃度を示した
場合にガス検知信号が発せられる。

【０００５】しかしながら、ガス検知装置が備えられた
雰囲気において被検知ガスが一定の濃度以上で存在しな
い状態であっても、ステッピングモータが、例えば劣化
することなどにより回転異常を生じることによって最終
的にその回転を停止した場合には、得られる検知部信号
の振幅が減少することとなるため、ガス検知信号が発せ
られてしまう、という問題点がある。しかも、ステッピ
ングモータは、回転異常が生じた場合にも、駆動のため
に消費する電流および電圧が正常の回転状態と変わらな
いため、電流や電圧からは回転異常を検出することがで
きない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
事情に基づいて研なされたものであって、その目的は、
高い信頼性のあるガス検知を行うことのできる赤外線式
ガス検知装置を提供することにある。また、他の目的
は、赤外線式ガス検知装置の有するガス検知における信
頼性を十分に発揮させることができる制御方法を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の赤外線式ガス検
知装置は、赤外線を照射する光源と、ステッピングモー
タにより駆動される光チョッパと、この光チョッパを介
して光源から周期的に供給される赤外線を、被検知ガス
が導入されるガスセルを介して受光する赤外センサとを
有してなり、前記光チョッパの回転周期を監視すること
により、前記ステッピングモータの回転異常を検出する
回転異常検知手段を有することを特徴とする。

【０００８】本発明の赤外線式ガス検知装置の制御方法
は、赤外線を照射する光源と、ステッピングモータによ
り駆動される光チョッパと、この光チョッパを介して光
源から周期的に供給される赤外線を、被検知ガスが導入
されるガスセルを介して受光する赤外センサとを有する
と共に当該光チョッパの回転周期を監視することによ
り、当該ステッピングモータの回転異常を検出する回転
異常検知手段を有する赤外線式ガス検知装置を制御する
方法であって、前記回転異常検知手段によってステッピ
ングモータの回転異常が検知されたときに、当該ステッ
ピングモータを一時的に停止状態とした後に再起動させ
ることを特徴とする。

【０００９】本発明の赤外線式ガス検知装置の制御方法
においては、ステッピングモータの再起動は、通常の動
作時における回転速度より低い回転速度で行われること
が好ましい。

【００１０】

【作用】本発明の赤外線式ガス検知装置によれば、回転
異常検知手段が設けられており、被検知ガスを検知する
機能とは別に赤外センサに赤外線が供給される周期の大
きさからステッピングモータの回転異常を検出する機能
を有するため、ステッピングモータの回転異常に起因し
てガス検知信号が発せられることを防止することがで
き、これにより、高い信頼性のあるガス検知を行うこと
ができる。

【００１１】また、本発明の赤外線式ガス検知装置の制
御方法によれば、回転異常検知手段が設けられた赤外線
式ガス検知装置において、回転異常検知手段によってス
テッピングモータの回転異常が検出されたときには、ス
テッピングモータを一時的に停止させて再起動させるこ
とにより、恒久的なステッピングモータの回転異常を確
実に識別することができるため、当該赤外線式ガス検知
装置の有するガス検知における信頼性を十分に発揮させ
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。図１は、本発明の赤外線式ガス検知
装置を示す説明用図である。この赤外線式ガス検知装置
は、例えば二酸化炭素ガスなどの赤外線吸収性能を有す
るガスを検知対象のガス（被検知ガス）とする赤外線式
ガス検知装置であって、被検知ガスを導入するためのガ
ス導入口１１Ａおよびガス排出口１１Ｂを有するガスセ
ル１１と、当該ガスセル１１の一端側（図１において左
端側）に設けられた赤外線を発生する光源１２と、ガス
セル１１の他端側（図１において右端側）に設けられ、
光源１２から放射される赤外線をガスセル１１を介して
受光する赤外センサ１３と、ガスセル１１と赤外センサ
１３との間に設けられた、例えば半円形状のセクタ１５
Ａがステッピングモータ１５Ｂによって回転駆動される
光チョッパ１５とを有する検知部を備えている。この図
において、１６は、被検知ガスが吸収する赤外線に対し
てのみ高い透過率を有するバンドパスフィルターであ
る。

【００１３】赤外センサ１３は、赤外線が供給される周
期（赤外線の周期）を周期成分とする検知部信号を出力
するものである。この赤外センサ１３には、図２に示す
ように、増幅回路２４が接続されており、この増幅回路
２４には、検知部信号に基づいて濃度信号を発信する機
能を有する、例えば平滑回路などを含むガス濃度変換回
路２５が接続されている。

【００１４】そして、ガス濃度変換回路２５は、マイク
ロコンピュータ２７に接続されている。マイクロコンピ
ュータ２７は、例えばガス濃度変換回路２５から発信さ
れる濃度信号などの種々の信号に基づいて、各構成部に
適宜の指令信号を発信する機能を有する。このマイクロ
コンピュータ２７には、検知された被検知ガス濃度を示
すための濃度表示手段２８、被検知ガス濃度が一定のレ
ベル以上の濃度を示したときにガス検知信号を発するガ
ス警報接点出力端子３１などが接続されている。図２に
おいて、２９は故障警報接点出力端子であり、３２は外
部出力端子である。

【００１５】このような赤外線式ガス検知装置には、光
チョッパ１５の回転周期を監視することにより、前記ス
テッピングモータ１５Ｂの回転異常を検出する回転異常
検知手段が設けられている。

【００１６】この回転異常検知手段は、増幅回路２４に
接続され、例えば矩形波変換回路を含み、検知部信号の
周期成分のみを取り出すことによって得られる、例えば
矩形波による信号（以下、単に「回転周期信号」とい
う。）を発信する回転異常検知回路３０と、例えばマイ
クロコンピュータ２７に備えられた、回転周期信号に基
づいてステッピングモータ１５Ｂの回転異常を検出し、
各構成部に適宜の指令信号を発信する機能部とにより構
成されている。

【００１７】このような構成を有する赤外線式ガス検知
装置によれば、ガス検知動作中においては、光源１２か
ら赤外線が放射されると共に、マイクロコンピュータ２
７からモータ駆動信号が発信されることによって光チョ
ッパ１５のステッピングモータ１５Ｂが駆動され、セク
タ１５Ａが半円の中心点を回転中心として回転すること
により、光源１２から放射された赤外線は、ガスセル１
１内を通過し、バンドパスフィルタ１６を介して赤外セ
ンサ１３に照射されるが、この赤外線の光路上を光チョ
ッパ１５のセクタ１５Ａが通過するときには赤外線の一
部または全部が遮断される。従って、赤外センサ１３に
は、光チョッパ１５の回転周期に伴って赤外線が周期的
に供給される。

【００１８】そして、赤外センサ１３からは検知部信号
が出力され、この検知部信号は増幅回路２４によって増
幅された後、ガス濃度変換回路２５に入力する。このガ
ス濃度変換回路２５においては、通常、被検知ガスが存
在しない状態における検知部信号（基準検知部信号）の
振幅（基準振幅）を基準とし、ガス検知動作中に得られ
る検知部信号の振幅の増減の変化割合に基づき濃度信号
を発信する。

【００１９】この濃度信号は、被検知ガスによって吸収
される赤外線量が当該被検知ガスの濃度と比例関係にあ
ることを利用し、ガスセル１１内に導入された被検知ガ
スが赤外線を吸収することによって減少する赤外センサ
１３へ入射する赤外線の減少割合に基づいて算出される
被検知ガスの濃度を示す信号である。

【００２０】ここに、図３（イ）に具体的な検知部信号
を示し、同図（ロ）に当該検知部信号に基づいて発信さ
れる濃度信号を示す。図３（イ）においては、（ｉ）で
示す範囲には、基準検知部信号が示されているが、（ｉ
ｉ）で示す範囲には、被検知ガスが存在している状態に
おいて得られる、基準検知部信号の振幅Ｈ１より小さい
振幅を有する検知部信号が示されている。図３（ロ）に
おいては、検知部信号の振幅が減少するに従って濃度信
号のレベルが大きくなることが示されている。

【００２１】このようにして得られる濃度信号が一定の
レベルである危険濃度レベルを超えた場合には、例えば
マイクロコンピュータ２７からの指令信号に基づいてガ
ス警報接点出力端子３１からガス検知信号が発せられ
る。

【００２２】このようなガス検知動作中においては、回
転異常検知手段は、常に光チョッパ１５の回転周期を監
視しており、増幅回路２４によって増幅された検知部信
号が回転異常検知回路３０に入力されると、当該回転異
常検知回路３０は、検知信号の周期成分を取り出して回
転周期信号を発信する。そして、基準検知部信号に基づ
く回転周期信号の周期幅（以下、「基準周期幅」ともい
う。）を基準とし、ガス検知動作中に得られる回転周期
信号の周期幅が、例えば１．２８倍以上となった場合に
は、マイクロコンピュータ２７からのモータ駆動信号の
発信が停止され、これにより、ステッピングモータ１５
Ｂが一時的に停止状態とされた後、再びマイクロコンピ
ュータ２７からモータ駆動信号が発信されることによっ
て当該ステッピングモータ１５Ｂは、ガス検知動作中に
おける回転速度より低い回転速度で再起動される。

【００２３】ここに、図４（イ）に具体的な検知部信号
を示し、同図（ロ）に当該検知部信号に基づいて発信さ
れる回転周期信号を示し、同図（ハ）に当該検知部信号
に基づいて発信される濃度信号を示す。図４（イ）にお
いては、（ｉ）で示す範囲には、基準検知部信号が示さ
れているが、（ｉｉ）で示す範囲には、ステッピングモ
ータ１５Ｂに回転異常が生じ、最終的に停止した状態に
おいて得られる検知部信号が示されている。図４（ロ）
においては、（ｉｉ）で示す範囲には、（ｉ）で示す範
囲に係る基準検知部信号に基づく回転周期信号の周期幅
Ｔ１より大きい周期幅を有する回転周期信号が示されて
いる。図４（ハ）においては、ステッピングモータ１５
Ｂに回転異常が生じると、光チョッパ１５の回転周期が
大きくなるに従って検知部信号の振幅が増加することか
らレベルが小さくなり、次いで停止に至ることからレベ
ルが次第に大きくなる濃度信号が示されている。

【００２４】そして、ステッピングモータ１５Ｂが再起
動した後、通常の回転速度となった場合に回転周期信号
の周期幅が、基準周期幅の例えば１．２８倍以上となる
場合には、マイクロコンピュータ２７によってステッピ
ングモータ１５Ｂの回転状態が異常であることが検出さ
れる。

【００２５】以下に、図５のチャート図により、実用に
好適とされる回転異常検出手段の動作を説明する。

【００２６】回転異常検知手段により、回転周期信号の
周期幅が、例えば通常の１．２８倍以上となる回転異常
が確認されると、例えば５秒の間の第１の特定期間内に
再び回転異常が確認されるかを監視する第１の特別監視
が行われる。この第１の特別監視により回転異常が検知
されなかった場合には、引き続きガス検知動作が遂行さ
れるが、第１の特定期間内に回転異常が確認された場合
には、マイクロコンピュータ２７からのモータ駆動信号
の発信が停止され、これにより、ステッピングモータ１
５Ｂが、一時的に停止状態とされる。この例において
は、マイクロコンピュータ２７からモータ駆動信号の発
信が停止されると同時に、当該マイクロコンピュータ２
７からは、各構成部にも回転異常に基づく適宜の指令信
号を発信されるため、ステッピングモータ１５Ｂが停止
状態である間には、例えば濃度表示手段２８による被検
知ガスの濃度表示が停止される。

【００２７】そして、ステッピングモータ１５Ｂが停止
してから、例えば１秒間経過後に、マイクロコンピュー
タ２７からモータ駆動信号を発信することにより、当該
ステッピングモータ１５Ｂを再起動する。

【００２８】このステッピングモータ１５Ｂの再起動
は、例えば１秒間の再起動に係る起動初期（以下、「再
起動初期」ともいう。）には、特別監視を含むガス検知
業務における回転速度に比して、例えば０．２倍の低い
回転速度で行われる。この例においては、ステッピング
モータ１５Ｂの回転速度は、ガス検知業務においては
６．４Ｈｚであり、再起動初期においては１．２８Ｈｚ
である。

【００２９】その後、ステッピングモータ１５Ｂを通常
の回転速度に戻し、例えば５秒の間の第２の特定期間内
に回転異常が確認されるかを監視する第２の特別監視が
行われる。この第２の特別監視により、回転異常が確認
されなかった場合には、引き続きガス検知業務が遂行さ
れるが、第２の特定期間内に回転異常が確認された場合
には、マイクロコンピュータ２７からのモータ駆動信号
の発信が停止されてステッピングモータ１５Ｂが停止さ
れる。この例においては、マイクロコンピュータ２７か
らモータ駆動信号の発信が停止されると同時に、当該マ
イクロコンピュータ２７からは、各構成部にも回転異常
に基づく適宜の指令信号を発信されるため、例えば濃度
表示手段２８による被検知ガスの濃度表示が停止され、
赤外線式ガス検知装置が停止される。

【００３０】以上のような構成の赤外線式ガス検知装置
によれば、被検知ガスを検知する機能に係るガス濃度変
換回路２５とは別にして、検知部信号の処理に係る回路
に、回転異常検知回路３０を接続することによって回転
異常検知手段が設けられており、当該回転異常検知手段
が赤外センサ１３から出力される検知部信号の周期成分
に基づいて光チョッパ１５の回転周期を監視して赤外線
の周期の大きさを認識することにより、例えば使用寿命
から生じるステッピングモータ１５Ｂの回転異常を確実
に検出することができるため、図４（ハ）に示すよう
に、ステッピングモータ１５Ｂの回転異常が生じた場合
に得られる濃度信号のレベルが、図３（ロ）に示したガ
ス検知がなされた場合に得られる信号のレベルと同様に
次第に大きくなるものであっても、ステッピングモータ
１５Ｂの回転異常の発生に起因してガス検知信号が発せ
られることを防止することができ、これにより、高い信
頼性のあるガス検知を行うことができる。

【００３１】本発明の赤外線式ガス検知装置の制御方法
によれば、上記の赤外線式ガス検知装置において、回転
異常検知手段によってステッピングモータ１５Ｂの回転
異常が検出されたときには、当該ステッピングモータ１
５Ｂを一時的に停止させて再起動させることにより、例
えば使用寿命から生じる恒久的なステッピングモータ１
５Ｂの回転異常を確実に識別することができるため、当
該赤外線式ガス検知装置の有するガス検知における信頼
性を十分に発揮させることができる。

【００３２】また、ステッピングモータ１５Ｂは、起動
時に定常回転時よりも大きな駆動力を必要とするが、こ
の再起動に係る起動初期に、ステッピングモータ１５Ｂ
の回転速度を低くすることによってトルクを大きくする
ことができるため、再起動を容易にすることができる。

【００３３】本発明においては、種々の変更を加えるこ
とができる。例えば赤外線式ガス検知装置においては、
回転異常検知手段は、赤外線式ガス検知装置自体を大型
化することがなく、しかも容易に設けることができるこ
とから、検知部信号に基づいてステッピングモータの回
転異常を検出する構成を有することが好ましいが、これ
に限定されるものではない。

【００３４】光チョッパのセクタは、ステッピングモー
タによって駆動され、光源から放射される赤外線を断続
的かつ周期的に赤外センサ供給することができるもので
あれば、例えばその全体が複数のフィンよりなる形状を
有するものであってもよい。

【００３５】また、赤外線式ガス検知装置の制御方法に
おいては、第２の特別監視により回転異常が確認される
ことによってステッピングモータ１５Ｂが停止された後
に、当該ステッピングモータを再起動させてもよい。こ
れにより、例えば使用寿命によって生じる恒久的な回転
異常のみを確実に検出することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の赤外線式ガス検知装置によれ
ば、回転異常検知手段が設けられており、被検知ガスを
検知する機能とは別に赤外センサに赤外線が供給される
周期の大きさからステッピングモータの回転異常を検出
する機能を有するため、ステッピングモータの回転異常
に起因してガス検知信号が発せられることを防止するこ
とができ、これにより、高い信頼性のあるガス検知を行
うことができる。

【００３７】本発明の赤外線式ガス検知装置の制御方法
によれば、回転異常検知手段が設けられた赤外線式ガス
検知装置において、回転異常検知手段によってステッピ
ングモータの回転異常が検出されたときには、ステッピ
ングモータを一時的に停止させて再起動させることによ
り、恒久的なステッピングモータの回転異常を確実に識
別することができるため、当該赤外線式ガス検知装置の
有するガス検知における信頼性を十分に発揮させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の赤外線式ガス検知装置を示す説明用図
である。

【図２】図１の赤外線式ガス検知装置の赤外センサ接続
された検知部信号の処理に係る回路の説明用ブロック図
である。

【図３】ガス検知時の具体的な検知部信号の例と、当該
検知部信号に基づいて発信される濃度信号を示す説明図
である。

【図４】ステッピングモータの回転異常時の具体的な検
知部信号の例と、当該検知部信号に基づいて発信される
回転周期信号と、当該検知部信号に基づいて発信される
濃度信号を示す説明図である。

【図５】回転異常検出手段の動作を示す説明用チャート
図である。

【符号の説明】

１１ガスセル１１Ａガス導入口１１Ｂガス排出口１２光源１３赤外センサ１５光チョッパ１５Ａセクタ１５Ｂステッピングモータ１６バンドパスフィルター２４増幅回路２５ガス濃度変換回路２７マイクロコンピュータ２８濃度表示手段２９故障警報接点出力端子３０回転異常検知回路３１ガス警報接点出力端子３２外部出力端子

フロントページの続きＦターム(参考） 2G059 AA01 BB01 CC04 EE01 GG00 GG07 HH01 JJ02 JJ24 KK01 MM05 PP02 PP03 PP04 5C087 AA02 AA03 AA09 AA24 AA25 BB12 BB21 BB32 BB74 DD14 EE05 EE06 EE15 FF01 FF02 FF17 FF19 FF23 GG11 GG18 GG67 GG80

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線を照射する光源と、ステッピング
モータにより駆動される光チョッパと、この光チョッパ
を介して光源から周期的に供給される赤外線を、被検知
ガスが導入されるガスセルを介して受光する赤外センサ
とを有してなり、前記光チョッパの回転周期を監視することにより、前記
ステッピングモータの回転異常を検出する回転異常検知
手段を有することを特徴とする赤外線式ガス検知装置。
【請求項２】赤外線を照射する光源と、ステッピング
モータにより駆動される光チョッパと、この光チョッパ
を介して光源から周期的に供給される赤外線を、被検知
ガスが導入されるガスセルを介して受光する赤外センサ
とを有すると共に当該光チョッパの回転周期を監視する
ことにより、当該ステッピングモータの回転異常を検出
する回転異常検知手段を有する赤外線式ガス検知装置を
制御する方法であって、前記回転異常検知手段によってステッピングモータの回
転異常が検知されたときに、当該ステッピングモータを
一時的に停止状態とした後に再起動させることを特徴と
する赤外線式ガス検知装置の制御方法。
【請求項３】ステッピングモータの再起動は、通常の
動作時における回転速度より低い回転速度で行われるこ
とを特徴とする請求項２に記載の赤外線式ガス検知装置
の制御方法。