JP2006275641A - 分光式ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が簡易で、小型化が容易な分光式ガスセンサを提供する。
【解決手段】 赤外線を発生する赤外線光源と、光強度を電気信号に変換する受光素子と、検出ガスを含む大気を介して赤外線光源の光を受光素子に導く導光管と、を有する分光式ガスセンサであって、検出ガスの光吸収波長に隣接する特定波長域の赤外線を吸収する特定波長光吸収部を受光素子の前面に有してなり、前記特定波長光吸収部は、導光管を塞ぐように導光管と一体成形してなるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、特定の種類の検出ガスを選択的に高感度で検出することのできる分光式ガスセンサに関するものである。

従来から、赤外光源から照射される赤外線の吸収を測定することによる分光式ガスセンサが使用されている。この分光式ガスセンサでは、赤外光源から照射される広範囲の波長の赤外線に対して、検出ガスによって吸収される赤外線は、特定の比較的狭い範囲の波長域である。このために、検出感度を向上させるために、前記特定の波長域に隣接する波長域を吸収する狭帯域フィルタを受光素子の前側に配設していることが多い。しかしながら、要求される波長の吸収領域の狭帯域フィルタを製造することは、通常は容易ではない。このために、狭帯域フィルタの製造価格が高くなり、結果的に分光式ガスセンサのコストアップにつながる場合も多かった。

比較的低価格の狭帯域フィルタを製造する方法として、フィルタのセル内部に所定の波長吸収領域を封入したものを狭帯域フィルタとして用いることが、特許文献１〜４に開示されている。
再公表ＷＯ０１／０２７５９６号公報 特開平６−２１３８１１号公報 特開平７−１９０９３１号公報 特開２００１−３５６０９３号公報

特許文献１〜４に記載されている分光式ガスセンサでは、赤外線光源から照射された赤外線は、検出ガスを含む大気を介して赤外線光源の光を受光素子に導く導光管を通過した後、狭帯域フィルタを通過して受光素子に入射する構造になっている。ここで、導光管を塞ぐ端部とは別に狭帯域フィルタが設けられている。このために、構造がやや複雑となり、小型化が容易でないという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、構造が簡易で、小型化が容易な分光式ガスセンサを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の分光式ガスセンサは、赤外線を発生する赤外線光源と、光強度を電気信号に変換する受光素子と、検出ガスを含む大気を介して赤外線光源の光を受光素子に導く導光管と、を有する分光式ガスセンサであって、検出ガスの光吸収波長に隣接する特定波長域の赤外線を吸収する特定波長光吸収部を受光素子の前面に有してなり、前記特定波長光吸収部は、導光管を塞ぐように導光管と一体成形してなるものであることを特徴としている。

本発明の分光式ガスセンサは、特定波長光吸収部は、導光管を塞ぐように導光管と一体成形してなるものであるので、構造が簡易で、小型化が容易となる。

（実施形態１）
本実施形態の分光式ガスセンサについて図１〜３に基づいて説明する。本実施形態の分光式ガスセンサは、図１に示すように、赤外線を照射する赤外線光源１と、検出ガスを含む大気を介して赤外線光源の光を受光素子に導く導光管２と、検出ガスの光吸収波長に隣接する特定波長域の赤外線を吸収する特定波長光吸収部５と、広範囲の吸収波長分布を有する広域帯フィルタ８と、光強度を電気信号に変換する受光素子９と、を具備している。導光管２は、金属管又は金属薄膜を内側に被覆したガラス管であり、検知ガスが流入するガス流入部３を赤外線光源１側に備え、検出ガスが流出するガス流出部４を受光素子９側に備えている。特定波長光吸収部５は、妨害ガス７を封入してヒータ６を内蔵するセルを備えて、導光管２を塞ぐように導光管２と一体成形されていている。

赤外線光源１から照射される赤外線の光強度スペクトルは、図２のＡに示すように、波長分布が広範囲となっている。そして、この赤外線は、導光管２の内部を反射しながら進行して、導光管２中で、検出ガスと接することにより、図２のＣに示す吸収スペクトルの波長が吸収されることになる。一方、特定波長光吸収部５は、セル内部にある妨害ガス７をヒータ６で加熱することにより、妨害ガス７となる物質が室温では固体や液体であっても、ガスとして使用することができる。このため、特定波長光吸収部５では、図２のＢに示す分布の波長が吸収されることになる。したがって、特定波長光吸収部５を通過した赤外線は、図２のＢ及びＣの波長スペクトルが吸収されることになる。さらに、広域フィルタ８は、図２のＤに示す透過率を有しているので、赤外線は、この波長分布が吸収されることになる。なお、このような広帯域のフィルタは検出ガスが異なっても、１種類のものを兼用することが可能であり、汎用フィルタとして製造できるので、コストを安くすることができる。この結果として、受光素子９に入射される赤外線は、検出ガスの吸収波長に隣接する範囲の波長のものが除去されていることになり、検出ガスの吸収波長について良好な感度で、検知することができる。つまり、検出ガスの光吸収波長に隣接する特定波長域の赤外線を吸収する妨害ガスが、導光管３内部に存在した場合であっても、目的とする検出ガスを妨害ガスの影響を受けることなく、測定することができる。

ここで、一例として、測定する検出ガスをメタンとすると、特定波長光吸収部５に内蔵する妨害ガスとしては、アルコールを使用することが有功となる。メタンとアルコールの吸光度スペクトルは、それぞれ図３のＥ、Ｆに示すように両者は隣接している。したがって、アルコールを用いることにより、メタンの検出感度を高めることができる。なお、アルコール吸収スペクトルが類似しているとプロパンガスも、妨害ガスとして有用となる。

本実施形態の分光式ガスセンサは、赤外線を発生する赤外線光源と、光強度を電気信号に変換する受光素子と、検出ガスを含む大気を介して赤外線光源の光を受光素子に導く導光管と、を有する分光式ガスセンサであって、検出ガスの光吸収波長に隣接する特定波長域の赤外線を吸収する特定波長光吸収部を受光素子の前面に有してなり、前記特定波長光吸収部は、導光管を塞ぐように導光管と一体成形してなるものであるので、構造が簡易で、小型化が容易な分光式ガスセンサを提供することができる。

また、特定波長光吸収部は、アルコール又はプロパンガスを封入したセルを有するものであるので、メタンのような検出ガスについて、良好な感度で検出することができる。

さらに、特定波長光吸収部にヒータを内蔵するものであるので、アルコールのような室温で液体となるものであっても、ガスを発生して妨害ガスとして使用することができる。

また、特定波長光吸収部の近傍に広帯域フィルタを配設しているので、安価なものを使用することで、検出感度を向上することができる。

（実施形態２）
本実施形態の分光式ガスセンサについて図４に基づいて説明する。この分光式ガスセンサの構成は、実施形態１のものと構成及び動作は略同じである。図４に示すように、特定波長光吸収部５の構造が異なっているので、この部分について説明する。この特定波長光吸収部５は、図４に示すように、受光素子側がレンズ部１１として、凸面状に成形されていて、内部のセルに妨害ガス７（たとえば、プロパンガス）が封入されている。このために、導光管２を通過した赤外線１２は、特定波長光吸収部５を通過した後に、絞られて受光素子９に集光する。

本実施形態の分光式ガスセンサは、特定波長光吸収部の受光素子側の面は、レンズ状に成形してなるものであるので、別途レンズを用いることなく、特定波長光吸収部を通過した赤外線を受光素子に集光させることができる。このために、低価格で高感度な分光式ガスセンサを提供することができる。

（実施形態３）
本実施形態の分光式ガスセンサについて図５に基づいて説明する。この分光式ガスセンサの構成は、実施形態１のものと構成及び動作は略同じである。図５に示すように、特定波長光吸収部５の構造が異なっているので、この部分について説明する。この特定波長光吸収部５の表面には、図５に示すように、ポリエチレンのような炭化系ポリマーの膜１０が被覆されている。

本実施形態の分光式ガスセンサは、特定波長光吸収部が、炭化系ポリマーを備えるものであるので、ヒータや気体封入用のセルを用いることなく、特定波長光吸収部を製造することができる。このために、より低価格な分光式ガスセンサを提供することができる。

実施形態１の分光式ガスセンサの断面図である。 実施形態１の赤外線吸収の波長分布を示す図である。 実施形態１の赤外線吸収の波長分布を示す図である。 実施形態２の特定波長光吸収部と受光素子の断面である。 実施形態３の分光式ガスセンサの断面図である。

符号の説明

１ 赤外線光源
２ 導光管
３ ガス流入部
４ ガス流出部
５ 特定波長光吸収部
６ ヒータ
７ 妨害ガス
８ 広帯域フィルタ
９ 受光素子
１０ 炭化系ポリマー
１１ セル
１２ レンズ部
１３ 赤外線
Ａ 照射赤外線の波長分布
Ｂ 特定波長光吸収部の吸収波長分布
Ｃ 広域フィルタの吸収波長分布
Ｄ 検出ガスの吸収波長分布
Ｅ メタンガスの吸収波長分布
Ｆ アルコールの吸収波長分布

Claims (6)

1. 赤外線を発生する赤外線光源と、光強度を電気信号に変換する受光素子と、検出ガスを含む大気を介して赤外線光源の光を受光素子に導く導光管と、を有する分光式ガスセンサであって、
   検出ガスの光吸収波長に隣接する特定波長域の赤外線を吸収する特定波長光吸収部を受光素子の前面に有してなり、前記特定波長光吸収部は、導光管を塞ぐように導光管と一体成形してなるものであることを特徴とする分光式ガスセンサ。
2. 前記特定波長光吸収部の受光素子側の面は、レンズ状に成形してなるものであることを特徴とする請求項１に記載の分光式ガスセンサ。
3. 前記特定波長光吸収部は、アルコール又はプロパンガスを封入したセルを有するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分光式ガスセンサ。
4. 前記特定波長光吸収部にヒータを内蔵するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の分光式ガスセンサ。
5. 前記特定波長光吸収部は、炭化系ポリマーを備えるものであることを特徴とする請求項１記載の分光式ガスセンサ。
6. 前記特定波長光吸収部の近傍に広帯域フィルタを配設していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の分光式ガスセンサ。
   
   

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