JP2003014619A - ガス分析計用光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、赤外線や光線によるガ
ス分析計（ＮＤＩＲ）用の光源に係り、詳しくは、サン
プルガスが供給されるセルに対して光をパルス的に照射
するためのガス分析計用光源であって、可動部分を必要
とすることなくパルス光を照射できるようにする技術を
提供する。 【解決手段】 サンプルガスが供給されるセル３
１に対して光をパルス的に照射するためのガス分析計用
光源において、交流電源Ｐに接続された一次巻線６と、
発熱体１に接続された二次巻線５とを有した変圧器ｈを
設け、発光手段１で生じた熱を放散させる放熱手段Ｂを
設ける。放熱手段Ｂは、一対の端子部５ｔ，５ｔに、発
熱体１の一対の電極部１ａ，１ａが夫々対応する状態で
直接に接続された二次巻線５で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線や光線によ
るガス分析計（ＮＤＩＲ）用の光源に係り、詳しくは、
サンプルガスが供給されるセルに対して光をパルス的に
照射するためのガス分析計用光源であって、可動部分を
必要とすることなくパルス光を照射できるようにする技
術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来は、特開平８−５５４５号公報等に
おいて示されたように、チョッパとチョッパモータ（チ
ョッパ駆動用モータ）とを用いてパルス的に光を制御す
ることにより、所望の断続された光が得られるように構
成したものが多かった。ここで用いられるガス分析計用
の光源としては、コイル状の発熱体を用いた構造のもの
が多かった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チョッ
パ駆動式では、温度ドリフトし易いというコイル式発熱
体の問題点が回避される点は良いが、チョッパ及びチョ
ッパモータによる可動部分が光路（光源と検出器との
間）に挿入される構造となり、光のロスやその空間にお
ける大気の変化が分析計の指示に影響を及ぼし、正確な
ガス分析が行い難くなる等の不都合を招き易い点で改善
の余地が残されていた。そこで、光源自体を断続光にす
ることが考えられるが、コイル状発熱体は、その応答速
度が比較的遅いとか、供給される電源が直流であるとき
はには安定して作動するが、電源が交流であるときには
不安定になるとともに、要求される光の断続速度（例え
ば２０Ｈｚ）を得ることができないといった不利な点が
ある。

【０００４】本発明の目的は、光路での悪影響を生じさ
せる原因である可動部分の存在が省略できるとともに、
電源が交流であっても安定してパルス的に発光作動でき
るガス分析計用光源を提供する点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の構成は、サン
プルガスが供給されるセルに対して光をパルス的に照射
するためのガス分析計用光源において、光源用電源に導
通接続自在な一次巻線と、発光手段に導通接続自在な二
次巻線とを有した変圧器を設けるとともに、発光手段で
生じた熱を放散させる放熱手段を設けてあることを特徴
とする。

【０００６】請求項１の構成によれば、光源用電源に導
通接続された一次巻線と、発光手段が導通接続された二
次巻線とで変圧器を構成してあるから、一次巻線の巻数
と二次巻線の巻数との比を適宜に設定することにより、
交流電源による誘導電流によって発光手段を直接ＯＮ−
ＯＦＦさせること、及びそのＯＮ−ＯＦＦの単位時間当
たりの回数を調節設定することが自在に行えるようにな
る。これにより、所望の光の断続速度を実現するパルス
光を自在に得ることが可能となる。

【０００７】そして、発光手段で生じた熱を放散させる
放熱手段を二次巻線に設けてあるから、発光手段の熱が
素早く二次巻線に熱伝導して放熱されるので、発光手段
の過熱を抑制又は防止でき、光量の応答速度が速い光源
を得ることができる。つまり、チョッパやチョッパモー
タ等の可動部分が存在しないので、光路（光源と検出器
間）での影響のない光源［ベンチ用光源］を提供するこ
とができる。

【０００８】請求項２の構成は、請求項１の構成におい
て、二次巻線を、一次巻線を囲繞する巻回部と一対の端
子部とを有した金属塊から構成するとともに、放熱手段
は、一対の端子部に、発光手段の一対の電極部が夫々対
応する状態で直接に接続された二次巻線で構成されてい
ることを特徴とするものである。

【０００９】請求項２の構成によれば、二次コイルを、
一次コイルを囲繞する状態で配置された金属塊で構成し
てあるから、一次コイルと二次コイルとが同心状に集約
配置されて変圧器が、即ち光源がコンパクト化されるよ
うになるとともに、この二次巻線自体が熱容量がおおき
く、放熱手段を兼ねるようになるので、他に専用の放熱
手段が不要となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】先ず最初に、赤外線ガス分析計に
ついて概略説明する。図１２に示すように、赤外線ガス
分析計３０は、光源Ａの前方に、分析用のサンプルガス
を通過供給される試料セル３１、バンドパスフィルタ３
２，３２、検出器３３，３３をこの順で配置して構成さ
れている。

【００１１】試料セル３１には、入口３１ａよりサンプ
ルガスを連続的に導入し、出口３１ｂから排出するよう
構成され、光源Ａから照射された赤外光が試料セル３１
を通過する。バンドパスフィルタ３２は、一定の波長帯
域を通過させ、他の波長帯域はカットするものであり、
一方が比較側波長帯域用に、他方が測定成分波長帯域用
として機能する。検出器３３は、一方が比較側検出素子
に、他方が測定成分側検出素子に構成され、夫々がプリ
アンプ３４で出力信号を増幅するようになっている。

【００１２】次に、前述の赤外線ガス分析計３０に用い
られている光源Ａについて、以下に詳細に説明する。 −第１実施形態− 図１、図２に第１実施形態による光源の構造が、図３に
光源の電気回路図が夫々示されている。本発明による光
源Ａは、変圧器ｈの二次側（出力側）に発光手段である
発熱体１を直接に導通接続したものであり、一次巻線の
巻数である一次巻数ｎ１と、二次巻線の巻数である二次
巻数ｎ２との適宜設定等により、発熱体１の発光動作を
所定の状態に制御するものである。

【００１３】光源Ａは、上コア３ａ下コア３ｂとで成る
横倒し「日」字形のコア３と、該コア３の中央コア部分
３ｓに巻回される状態の一次コイル４と、銅等のブロッ
ク又は銅等の鋳物（又は銅板の複数積層物）で構成され
た二次コイル２とを有した変圧器ｈが基本構成であり、
二次巻線５の両端子部５ｔ，５ｔに、発熱体１の両電極
部１ａ，１ａを溶接等によって一体的に導通固定してあ
る。

【００１４】二次コイル２は、矩形ブロック状（塊状）
の銅材に、円筒形の刳り抜き部ｋと、これに続いて外部
に向けて貫通する溝部ｍとを形成したような、平面視で
略二股形状を呈するものであり、刳り抜き部ｋが、一次
コイル４を非接触状態で内嵌する巻回部５ａに、かつ、
溝部ｍの両側の部分が前述の一対の端子部５ｔ，５ｔに
夫々相当する構造である。つまり、極太のリード線を約
１回巻いたようなものであり、巻線としての巻回数、即
ち前述の二次巻数ｎ２が約１回（ｎ２≒１）となる導体
の塊である。

【００１５】一次コイル４は、交流電源Ｐに接続される
一次巻線６と、電圧検出用として電圧計１０が導通接続
された三次巻線７とを、絶縁体８を介して筒長手方向に
隣合わせてコイル枠である筒部材９に巻付けて構成され
ている。三次巻線７の巻数を一次巻数ｎ１と同じにすれ
ば、電源Ｐの電圧をチェックすることができ、次巻数ｎ
２と同じにすれば、発熱体１の端子電圧をチェックする
ことができる。

【００１６】本構造による光源Ａでは、発熱体１がブロ
ック状（導体塊状）の二次巻線５にダイレクトに接続さ
れているので、発熱体１からの熱伝導（放熱）が速やか
に行われ、速い応答（速い光量の変化）が得られる利点
がある。即ち、塊状の二次巻線５が、その熱容量が大き
いことより放熱手段Ｂとして機能できるからからであ
り、この光源（変圧器ｈ部分を含む）Ａを、例えば１０
０ＫＨｚの交流電源Ｐでドライブし、２０Ｈｚで変調
（ＳＩＮ波変調や矩形波変調等）するとき、従来におけ
るチョッパやチョッパモータといった可動部が存在しな
いようにしながら、安定した２０Ｈｚのパルス光を得る
ことができる。

【００１７】−第２実施形態− 図４、図５に示すように、二次コイル１２を、２箇所の
巻回部１２ａ，１２ｂと一対の端子部１２ｔ，１２ｔを
有した平面視で長さの長い略二股状の二次巻線１５を形
成するブロック（金属塊）として構成し、電源用の一次
コイル１４を第１巻回部１２ａに、かつ、電圧計１０用
の三次コイル１５を第２巻回部１２ｂに夫々非接触状態
で内嵌する構造とした光源Ａでも良い。

【００１８】この場合は、一次コイル１４用の第１コア
１３と、三次コイル１５用の第２コア１１とが必要であ
り、一次コイル１４と二次コイル１２（第１巻回部１２
ａ）とで変圧器ｈが構成され、三次コイル１５用と二次
コイル１２（第２巻回部１２ｂ）とで変流器ｒが構成さ
れる。この構造では、刳り抜き部ｋと溝部ｍとは２箇所
ずつ形成される。

【００１９】変流器ｒを追加することにより、発熱体１
に流れる電流を検出することができるので、発熱体１に
流れる電流を制御（例えば定電流制御）することができ
る。尚、一次コイル１４と三次コイル１５との位置を互
いに交換して、変流器ｒ部分が発熱体１側に配置される
構造でも良い。

【００２０】−第３実施形態− 変圧器ｈを用いて電圧制御を行う手段としては、前述し
た図３や図５に示す構造のものが一般的であるが、図６
に示すように、三次巻線（電圧検出巻線）１６が形成さ
れた変流器ｒと電圧計１０とを使って電圧検出する構成
と、整流されて直流化された一次巻線６側に、コンデン
サ３６、制御器３７、半導体スイッチング素子（例え
ば、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、バイボーラトランジスタ、ＳＩ
Ｔ等）３８を配して構成された図示の結線とを備えて電
圧制御するようにした回路でも良い。

【００２１】〔別実施形態〕 《１》 発熱体１のブロック状二次巻線５への直接の固
定接続手段としては、図７（イ）に示すように、Ｕ字型
の発熱体１７を両端子部５ｔ、５ｔに形成された穴部１
８，１８に差し込む構造や、図７（ロ）に示すように、
Ｃ字型の発熱体１９を両端子部５ｔ、５ｔに形成された
凹入溝２０，２０に差し込む構造、或いは、図７（ハ）
に示すように、コイル状の発熱体２１を溶接等によって
両端子部５ｔ、５ｔに接続した構造のものでも良い。コ
イル状発熱体２１の場合には、固定接続後に不要部分を
切断して除去するようにしても良い

【００２２】《２》 図８（イ）に示すように、ブロッ
ク状二次巻線５の背面５ｃや、横側面５ｄに冷却フィン
（放熱手段Ｂの一例）２２，２３を取付けて、放熱作用
を強化するようにした光源Ａや、図８（ロ）に示すよう
に、冷却フィン部（放熱手段Ｂの一例）２４が一体形成
された二次巻線２５を用いた光源Ａでも良い。

【００２３】《３》 図９に示すように、図１と図２に
示すブロック状二次巻線５における溝部ｍをエポキシ樹
脂剤ｅで充填して埋めるとともに、先端に透明なセル窓
２７が気密状に装備された筒部材２８を、二次巻線５の
前面５ｚに気密状に貼着等によって取付けた構造の光源
Ａでも良い。筒部材２８は、ガラスやセラミック等で形
成するとともに、発熱体１を有した筒部材２８の内部空
間を、必要であればパージしても良い。尚、３５は前面
５ｚに形成された筒部材２８の嵌め込み溝である。

【００２４】《４》 図１０に示すように、二次巻線２
６を、巻回部２６ａと一対の端子部２６ｔ，２６ｔとを
有するように、銅板を屈曲形成して構成しても良く、こ
の場合には、Ｕ字状の発熱体１７をハンダ付けによって
端子部２６ｔ，２６ｔに固定接続する。

【００２５】《５》 図１１に示すように、断面矩形形
状で極太の金属塊リード線２９を屈曲形成して、巻数が
２回以上に設定された放熱手段Ｂを兼ねた二次コイル２
を用いて光源Ａとする構造も可能である。

【００２６】《６》 例えば、発光手段１に、熱伝導性
の良いアルミ合金のヒートパイプ等を介して冷却器を接
続することで放熱手段Ｂを構成するとか、発光手段１の
熱を放熱させる送風ファンで放熱手段Ｂとすることも可
能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
ガス分析計用光源では、変圧器の二次巻線に直接発光手
段を接続させるとともに、二次巻線に放熱手段を設ける
ことにより、チョッパ等の可動部分を用いることなく、
交流電源によって発光手段を直接に、かつ、所望の断続
速度で、しかも安定的にドライブさせることができると
ともに、光量の応答速度が速く、発光体と検出器間での
光路における大気に悪影響を及ぼすことが無い極めて有
用なものとして提供することができた。

【００２８】請求項２に記載のガス分析計用光源では、
二次巻線が放熱手段を兼ねた状態で一次コイルと二次コ
イルとが同心状に集約配置されるようになり、コンパク
ト化と合理化とが促進されるようにしながら、請求項１
の構成による前記効果を奏することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態による光源の構造を示す分解斜視
図

【図２】第１実施形態による光源の正面図

【図３】図２に示す光源の電気回路図

【図４】第２実施形態による光源の構造を示す分解斜視
図

【図５】図４に示す光源の電気回路図

【図６】第２実施形態による光源の電気回路図

【図７】（イ）、（ロ）、（ハ）共に、発熱体の別固定
構造を示す要部の斜視図

【図８】（イ）、（ロ）共に放熱手段の別構造を示す斜
視図

【図９】発熱体をセル窓で覆う構造を示す斜視図

【図１０】二次巻線の別構造を示す斜視図

【図１１】二次巻線のその他の別構造を示し、（イ）は
正面図、（ロ）は平面図

【図１２】赤外線分析計の概略構造をブロック図

【符号の説明】

１ 発光手段 １ａ 電極部 ５ 二次巻線 ５ａ 巻回部 ５ｔ 端子部 ６ 一次巻線 ３１ セル Ｐ 電源 Ｂ 放熱手段 ｈ 変圧器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サンプルガスが供給されるセルに対して
   光をパルス的に照射するためのガス分析計用光源であっ
   て、 光源用電源に導通接続自在な一次巻線と、発光手段に導
   通接続自在な二次巻線とを有した変圧器を設けるととも
   に、前記発光手段で生じた熱を放散させる放熱手段を設
   けてあるガス分析計用光源。
2. 【請求項２】 前記二次巻線を、前記一次巻線を囲繞す
   る巻回部と一対の端子部とを有した金属塊から構成する
   とともに、前記放熱手段は、前記一対の端子部に、前記
   発光手段の一対の電極部が夫々対応する状態で直接に接
   続された前記二次巻線で構成されている請求項１に記載
   のガス分析計用光源。