JP2007256243A - 赤外線式ガス検知器 - Google Patents

Abstract

【課題】 十分に小型のものとして構成することができると共に、所期のガス検知を高い信頼性をもって行うことのできる新規構成の赤外線式ガス検知器を提供すること。
【解決手段】 赤外線光源からの赤外線を反射して赤外センサ素子に入射させる反射型のセンサ装置を具備した赤外線式ガス検知器であって、前記センサ装置は、内部に被検ガスが導入されるガス導入空間を有する装置本体を備え、当該ガス導入空間内に、赤外線光源および赤外センサ素子が配設されて、構成されており、ガス導入空間を区画する装置本体の内面には反射面が形成されており、赤外線光源からの赤外線が装置本体の反射面によって反射されて赤外センサ素子に入射される構成とされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、赤外線式ガス検知器に関する。

現在、例えば二酸化炭素ガスの濃度を非分散型赤外線吸収法を利用して検知する赤外線式ガス検知器としては、種々の構成のものが提案されている。
このような赤外線式ガス検知器のある種のものは、細長い形態を有する、被検ガスが導入されるガス導入空間を形成するガスセルを備えてなり、このガスセル内における両端位置に、赤外線光源と赤外センサ素子とが互いに対向して配置された構成とされている。
このような構成の赤外線式ガス検知器においては、赤外線光源より放射される赤外線が例えば光チョッパなどによって周期的に赤外センサ素子に供給されることにより持続的な出力信号が得られ、被検ガスの導入によって赤外センサ素子に受光される赤外線光量が低下することによる出力信号の振幅の減少割合に応じて、二酸化炭素ガスの濃度が算出される。

一般に、非分散型赤外線吸収法を利用した赤外線式ガス検知器に対する要請の一として、ガス検知器全体を十分に小型のものとして構成することがある。そして、赤外線式ガス検知器を小型のものとして構成する場合には、感度の低下を防止するために、赤外線光源から赤外センサ素子に至る光路長を十分に確保することが必要とされる。

このような要請に対して、赤外線光源からの赤外線を反射ミラーなどの反射部材によって反射して赤外センサ素子に入射させる構成の、いわゆる「反射型」の赤外線式ガス検知器が提案されており、反射構造を採用することによって、目的とするガス検知を行うために必要とされる十分な大きさの光路長を確保することができる、とされている（例えば特許文献１参照）。

特開平９−１８４８０３号公報

しかしながら、十分な大きさの光路長を確保するために、単に反射部材を利用して反射構造を採用するだけでは、例えば光学系の調整が困難であるばかりか、部品点数が増加することに伴って十分な小型化を図ることができない、という問題が生ずる。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、十分に小型のものとして構成することができると共に、所期のガス検知を高い信頼性をもって行うことのできる新規構成の赤外線式ガス検知器を提供することを目的とする。

本発明の赤外線式ガス検知器は、赤外線光源からの赤外線を反射して赤外センサ素子に入射させる反射型のセンサ装置を具備した赤外線式ガス検知器であって、
前記センサ装置は、内部に被検ガスが導入されるガス導入空間を有する装置本体を備え、当該ガス導入空間内に、赤外線光源および赤外センサ素子が配設されて、構成されており、
ガス導入空間を区画する装置本体の内面には反射面が形成されており、赤外線光源からの赤外線が装置本体の反射面によって反射されて赤外センサ素子に入射されることを特徴とする。

また、本発明の赤外線式ガス検知器においては、装置本体の内部空間が仕切り板によって気密に区画され、当該仕切り板を気密に貫通して伸びるよう回路基板が配設されており、当該回路基板には、装置本体内の一方の空間内に位置される領域に赤外線光源および赤外センサ素子が支持されていると共に、装置本体内の他方の空間内に位置される領域にガス検知に必要な電気回路が形成されており、
装置本体における他方の空間内に樹脂材料が充填されて気密に封止された構成とすることができる。

本発明の赤外線式ガス検知器においては、装置本体が円筒形態であることが好ましい。

本発明の赤外線式ガス検知器によれば、装置本体の内面に反射面（以下、「内面反射面」という。）が形成されており、当該内面反射面との関係において、赤外線光源および赤外センサ素子が適正な位置に設けられていることにより、ガス検知に必要な十分な大きさの光路長を確保することができるので、所期のガス検知を高い信頼性をもって行うことができ、しかも、装置本体の内面反射面を利用した反射構造が採用されていることにより、従来のものであれば必要とされる反射ミラー等が不要となって部品点数の減少化を図ることができる結果、当該センサ装置を備えた赤外線式ガス検知器全体の小型化を図ることができると共に、煩雑な光学調整作業が不要であることから、所期のガス検知器を有利に作製することができる。

また、赤外線光源および赤外センサ素子の配置領域と電気回路形成領域が同一の回路基板上に形成されてコンパクトにまとめられているので、センサ装置を確実に小型のものとして構成することができると共に、装置本体の内部空間が仕切り板によって気密に区画され、装置本体内の他方の空間内に樹脂材料が充填されて気密に封止された構造とされていることにより、センサ装置を高い気密性（シール性）を有するものとして構成することができるので、例えばダクト内に挿入して使用することもできる。

さらに、装置本体が円筒形態であることにより、赤外線光源および赤外センサ素子が所定の位置関係で実装された回路基板を装置本体内に配設することによって装置本体の内面反射面に対する赤外線光源および赤外センサ素子の位置関係が適正な状態に固定されるので、上記効果を一層確実に得ることができる。

図１は、本発明の赤外線式ガス検知器のガス検知部を構成するセンサ装置の一構成例における、装置本体の中心軸を含む軸方向に平行な断面を概略的に示す横断面図であり、図２は、図１に示すＡ−Ａ断面を示す縦断面図、図３は、図１に示すセンサ装置を軸方向から見たときの、センサ装置の構成を示す一端側側面図である。
このセンサ装置１０は、例えばステンレス鋼などの金属製の、全体が円筒形態の装置本体１１を備えてなり、この装置本体１１の内部空間は、例えば、当該装置本体１１の中心軸（筒軸）Ｃに直交するよう設けられた円板状の仕切り板１２によって気密に区画されている。１３は、例えばＯリングよりなるシール部材である。

装置本体１０の内部には、装置本体１０の中心軸に対して径方向に偏位した位置において（図２参照）、実質的に平坦な回路基板２１が仕切り板１２を気密に貫通して装置本体１０の軸方向に沿って伸びるよう配設されている。
回路基板２１の外縁の一部は装置本体１１の内面に対接状態とされており、装置本体１１の一端側空間が当該回路基板２１によって区画されている。

回路基板２１の一面上には、装置本体１１の一端側空間内に位置される領域において、点滅型の赤外線光源２２と、例えば背の低い円柱状の赤外センサ素子２３とが例えば装置本体１１の径方向に並んだ位置に実装されている。
装置本体１１の一端側空間の内面における、回路基板２１に対向する領域には、内面反射面１１Ａが形成されており、赤外線光源２２から放射される赤外線（図２において、一点鎖線で示す。）が内面反射面１１Ａによって反射されて赤外センサ素子２３に入射されるよう、装置本体１１における内面反射面１１Ａとの関係において、赤外線光源２２および赤外センサ素子２３が特定の位置関係を満足する状態で固定されている。ここに、内面反射面１１Ａは、例えば赤外域で高い反射率を示す材質よりなる反射膜が形成されることにより構成されている。

赤外線光源２２は、例えばコイルフィラメントを備えたランプよりなり、例えば１Ｈｚの周期で、すなわち０．５秒間点灯された後０．５秒間消灯状態とされるよう、点滅駆動される。
赤外センサ素子２３は、例えば検知対象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（図示せず）を備えている。

また、回路基板２１には、装置本体１１の他端側空間内に位置される領域に、例えば電源回路、光源駆動回路、センサ回路およびマイコン回路などのガス検知に必要なすべての電気回路が形成されている。

装置本体１１の一端側開口は、円板状の閉塞部材１５によって閉塞されている。この閉塞部材１５は、装置本体１１の中心軸Ｃに直交する断面において、装置本体１１の内面および回路基板２１によって囲まれた領域内に位置されるよう形成されたガス導入用開口部１５Ａが例えば焼結金属よりなる円板素子１６によって塞がれてなるものであり、これにより、被検ガスが導入されるガス導入空間Ｓが形成されている。
従って、このセンサ装置１０においては、赤外線光源２２、赤外センサ素子２３がガス導入空間Ｓ内に配置された状態とされており、赤外線光源２２から内面反射面１１Ａを介して赤外センサ素子２３に至る赤外線光路がガス導入空間Ｓ内に形成されている。

また、このセンサ装置１０においては、装置本体１１の他端側空間が当該空間内に例えば樹脂材料３０が充填されて気密に封止されている。

以下、本発明に係るセンサ装置１０の一構成例を示す。
装置本体１１は、例えば内径が２０ｍｍ、外径が２２ｍｍ、肉厚が１ｍｍのものであり、回路基板２１の、装置本体１０の中心軸Ｃに対する径方向偏位量ｄが３ｍｍ、ガス導入空間Ｓの内容積の大きさが約３ｃｃである。
赤外線光源２２は、例えば定格電圧値が５Ｖ、定格電流値が０．１１５Ａ、ランプ高さが６．２ｍｍのランプであり、赤外センサ素子２３は、例えば高さが４．８ｍｍ、外径がφ９．２ｍｍであるものであり、赤外線光源２２と赤外センサ素子２３との離間距離（中心間距離Ｌ）が例えば７ｍｍ、赤外線光路の光路長が例えば約２０ｍｍである。

上記構成のセンサ装置１０をガス検知部として備えた赤外線式ガス検知器においては、赤外線光源２２が所定の周期で点滅駆動されてこの赤外線光源２２から放射された赤外線が装置本体１１の内面反射面１１Ａによって赤外センサ素子２３に入射される一方で、被検ガスが例えば自然拡散によりガス導入空間Ｓ内に導入される。そして、被検ガス中に含まれる検知対象ガスによる赤外線の吸収に伴う赤外線光量の減衰の程度に応じて、検知対象ガスの濃度が検出される。

而して、上記赤外線式ガス検知器によれば、ガス検知部を構成するセンサ装置１０が、装置本体１１の内面に形成された内面反射面１１Ａとの関係において、赤外線光源２２および赤外センサ素子２３が回路基板２１上の適正な位置に設けられて特定の位置関係を満足する状態で固定されてなるものであることにより、ガス検知に必要な十分な大きさの光路長を確保することができるので、所期のガス検知を高い信頼性をもって行うことができ、しかも、装置本体１１の内面反射面１１Ａを利用した反射構造が採用されていることにより、従来のものであれば必要とされる反射ミラー等が不要となって部品点数の減少化を図ることができることに加え、赤外線光源２２および赤外センサ素子２３の配置領域と電気回路の形成領域が仕切り板１２によって気密に区画された状態で同一の基板上に形成されてコンパクトにまとめられているので、センサ装置１０を小型のものとして構成することができる結果、当該センサ装置１０を備えた赤外線式ガス検知器全体の小型化を図ることができると共に、煩雑な光学系の調整作業が不要であることから、所期の赤外線式ガス検知器を有利に作製することができる。

また、装置本体１１が円筒形態であることにより、赤外線光源２２および赤外センサ素子２３が所定の位置関係で実装された回路基板２１を装置本体１１内に配設することによって装置本体１１の内面反射面１１Ａに対する赤外線光源２２および赤外センサ素子２３の位置関係が適正な状態に固定されるので、上記効果を一層確実に得ることができる。

さらに、ガス導入空間Ｓを区画する壁の一部に例えば焼結金属製の円板素子１６が用いられていることにより、焼結金属それ自体の作用によって消炎機能または火炎伝播阻止性能が得られると共に、ガス導入空間Ｓと仕切り板１２によって気密に隔離された他端側空間内に電気回路が形成され、さらに、当該他端側空間が樹脂充填によって封止された構造とされていることにより、センサ装置１０を信頼性の高い防爆性を有するものとして構成することができるので、当該センサ装置を備えた赤外線式ガス検知器それ自体が着火源となることがなく、高い安全性を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、装置本体の形状は、装置本体の内面反射面を利用した反射構造を形成することができさえすれば円筒形態に限定されない。
また、本発明の赤外線式ガス検知器に係る検知対象ガスは、赤外線吸収特性を有するものであれば特に限定されるものではなく、赤外線光路の光路長の大きさやその他の具体的な構成は、検知対象ガスの種類に応じて適宜に変更することができる。
さらに、センサ装置それ自体に高い気密性が要求されない場合には、仕切り板が設けられた構成とされている必要はない。

以上のように、本発明の赤外線式ガス検知器は、基本的には、十分に小型のものとして構成されたものでありながら、ガス検知に必要な十分な大きさの光路長を確保することができるものであり、しかも、装置本体の内面反射面との関係において、赤外線光源および赤外センサ素子が所定の位置関係を満足する状態で回路基板に固定されているので、例えば振動等がガス検知部に加えられた場合であっても、赤外線光源、赤外センサ素子および装置本体の内面反射面の三者の位置関係が変わることがないので、所期のガス検知を高い信頼性をもって行うことができると共に、ガス検知器の設置場所等の使用上の制約を緩和することができる。

本発明の赤外線式ガス検知器のガス検知部を構成するセンサ装置の一構成例における、装置本体の中心軸を含む軸方向に平行な断面を概略的に示す横断面図である。 図１に示すＡ−Ａ断面を示す縦断面図である。 図１に示すセンサ装置を軸方向から見たときの、センサ装置の構成を示す一端側側面図である。

符号の説明

１０ センサ装置
１１ 装置本体
１１Ａ 内面反射面
１２ 仕切り板
１３ シール部材
１５ 閉塞部材
１５Ａ ガス導入用開口部
１６ 円板素子
２１ 回路基板
２２ 赤外線光源
２３ 赤外センサ素子
Ｓ ガス導入空間
３０ 樹脂材料

Claims (3)

1. 赤外線光源からの赤外線を反射して赤外センサ素子に入射させる反射型のセンサ装置を具備した赤外線式ガス検知器であって、
   前記センサ装置は、内部に被検ガスが導入されるガス導入空間を有する装置本体を備え、当該ガス導入空間内に、赤外線光源および赤外センサ素子が配設されて、構成されており、
   ガス導入空間を区画する装置本体の内面には反射面が形成されており、赤外線光源からの赤外線が装置本体の反射面によって反射されて赤外センサ素子に入射されることを特徴とする赤外線式ガス検知器。
2. 装置本体の内部空間が仕切り板によって気密に区画され、当該仕切り板を気密に貫通して伸びるよう回路基板が配設されており、当該回路基板には、装置本体内の一方の空間内に位置される領域に赤外線光源および赤外センサ素子が支持されていると共に、装置本体内の他方の空間内に位置される領域にガス検知に必要な電気回路が形成されており、
   装置本体における他方の空間内に樹脂材料が充填されて気密に封止されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線式ガス検知器。
3. 装置本体が円筒形態であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線式ガス検知器。