JP2008145292A

JP2008145292A - 赤外線式ガス検知器

Info

Publication number: JP2008145292A
Application number: JP2006333336A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Kogure; 晋祐小▲暮▼; Masahide Kitamura; 正英北村; Kenzo Sasaki; 謙三佐々木; Hiroaki Sugiyama; 浩昭杉山
Original assignee: Riken Keiki KK
Current assignee: Riken Keiki KK
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-11
Also published as: JP4928244B2

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、複数のガス検知条件に対応することのできる赤外線式ガス検知器を提供すること。
【解決手段】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備え、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ハウジングを備え、ガス導入空間内には、赤外線光源および赤外センサ素子が平板状基板の同一面上に固定された状態で配設されており、ガス導入空間を囲繞するハウジングの内部に、赤外線光源からの赤外線を反射することによって赤外センサ素子に入射させるための反射鏡が設けられており、反射鏡が、反射鏡を装着させるめに形成された複数の反射鏡被装着部のうちの選択されたいずれかに装着されることによって配設されていることを特徴とする。
【選択図】図３

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或る種のものは、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つとして、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鏡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。）。

しかしながら、赤外線式ガス検知器においては、ガス検知を行うために必要とされる赤外線の光路長が、例えば検知対象ガスの種類、検知濃度範囲などのガス検知条件によって異なるため、ガス検知条件に応じた光路長を有する赤外線光路が必要とされるため、複数の異なるガス検知条件の各々に対応する赤外線式ガス検知器を提供するためには、赤外線式ガス検知器毎に専用の構成部材を個別に用意しなくてはならない、という問題がある。

特開平９−１８４８０３号公報

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、その目的は、十分に小型のものとして構成することができると共に、複数のガス検知条件に対応することのできる赤外線式ガス検知器を提供することにある。

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備え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ハウジングを備え、当該ガス導入空間内には、赤外線光源および赤外センサ素子が平板状基板の同一面上に固定された状態で配設されており、
当該ガス導入空間を囲繞するハウジングの内部に、赤外線光源からの赤外線を反射することによって赤外センサ素子に入射させるための反射鏡が設けられており、当該反射鏡が、反射鏡を装着させるために形成された複数の反射鏡被装着部のうちの選択されたいずれかに装着されることによって配設されていることを特徴とする。

本発明の赤外線式ガス検知器においては、ハウジング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、センサ装置のハウジングの内部に反射鏡を装着するための反射鏡被装着部が複数形成されており、反射鏡の装着個数および装着位置を選択することができることから、赤外線光路の光路長を変更することができ、その結果、反射鏡の装着個数および装着位置を変更することのみにより、ガス検知条件毎に専用の構成部材を個別に必要とすることなく、複数のガス検知条件の各々に応じてガス検知に必要な十分な大きさの光路長を有する赤外線光路を形成することができるため、共通の構成部材を用いながらその反射構造を変更することによって複数のガス検知条件に対応することができ、その上、赤外線光源および赤外センサ素子が平板状基板の同一面上にまとめて配設されているので、センサ装置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。
従って、反射鏡の使用個数および反射鏡の配置位置を変更することのみによって複数のガス検知条件の各々に応じて反射構造、すなわち赤外線光源から放射された赤外線が赤外センサ素子に至るまでの光路系を形成することができることから、センサ装置を、反射鏡以外の構成部材についても、共通の構成部材を用いて構成することができ、その上、センサ装置を構成するハウジングも共通のものであることから当該センサ装置に係る周辺接続部材をも共通化することができるため、共通の構成部材を用いながら異なるガス検知条件の赤外線式ガス検知器を容易に提供することができる。

また、反射鏡が複数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有する赤外線光路を、ガス導入空間を効率的に利用した状態で形成することができることから、赤外線式ガス検知器の小型化を容易に図ることができる。

更に、ハウジングが円筒形態であることにより、反射鏡による赤外線光路の設計がしやすく、センサ装置を小型のものとして構成することができることから、赤外線式ガス検知器の小型化を容易に図ることができる。

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、ハウジングの軸方向に平行な断面を反射鏡が装着されていない状態で概略的に示す横断面図であり、図２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り、図３は、図１に示すセンサ装置におけるハウジングの内部を拡大し、反射鏡が装着された状態を示す説明用断面図である。
このセンサ装置１０は、全体が円筒形態であって、例えばＳＵＳよりなる、その内表面が赤外線吸収性、例えば黒色のハウジング１１を備えてなり、このハウジング１１の内部空間は、例えば、当該ハウジング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。

ハウジング１１の内部には、ハウジング１１の中心軸Ｃに対して径方向に偏位した位置において（図３参照）、平板状の回路基板２１が仕切り板１２を気密に貫通してハウジング１１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の外縁の一部はハウジング１１の内表面に対接状態とされており、ハウジング１１の仕切り板１２によって区画された内部空間における一端側（図１において左端側）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のハウジング１１の中心軸Ｃを臨む一面（図３において上面）上には、ハウジング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であってその天面にセンサ面２３Ａを有する赤外センサ素子２３とが、例えばハウジング１１の径方向に並んだ位置に固定された状態で配設されて実装されている。

そして、ハウジング１１の一端側空間の内部における、回路基板２１の赤外線光源２２および赤外センサ素子２３が実装されている一面が面する領域には、反射鏡２７が設けられており（図３参照）、この反射鏡２７は、当該反射鏡２７を装着させるために形成された複数（図の例においては４個）の反射鏡被装着部のうちの選択されたいずれかに装着されることによって配設されている。
この図の例においては、赤外線式ガス検知器は、必要とされる赤外線光路長の異なる３つのガス検知条件に対応することのできるものである。
図３には、説明の都合上、形成されているすべての反射鏡被装着部に反射鏡が装着された状態が示されており、これらの４個の反射鏡２７の各々を、図３において左側から順に「反射鏡２７Ａ〜２７Ｄ」とすると、第１のガス検知条件に対しては、１個の反射鏡２７が、反射鏡２７Ｃに係る反射鏡被装着部に装着され、すなわち反射鏡２７Ｃのみが配設され、これにより、実線矢印で示されている赤外線光路Ｌ１が形成される。また、第２のガス検知条件に対しては、１個の反射鏡２７が、反射鏡２７Ｂに係る反射鏡被装着部に装着され、すなわち反射鏡２７Ｂのみが配設され、これにより、破線矢印で示されている赤外線光路Ｌ２が形成される。また、第３のガス検知条件に対しては、２個の反射鏡２７が、各々、反射鏡２７Ａおよび反射鏡２７Ｄに係る反射鏡被装着部に装着され、すなわち反射鏡２７Ａおよび反射鏡２７Ｄが配設され、これにより、一点鎖線矢印で示されている赤外線光路Ｌ３が形成される。

反射鏡２７は、全体形状が板状の凹面鏡または平面鏡であって、反射鏡本体の一表面に反射面２８が形成されており、ハウジング１１の軸方向（図１において左右方向）に伸びるよう、反射鏡被装着部において固定されている。
ここに、反射鏡２７は、反射鏡本体が例えばアルミニウムなどの赤外域で高い反射率を示す材質よりなり、必要に応じて表面処理された一表面によって反射面２８が構成されてなるもの、または、反射鏡本体が例えば樹脂よりなり、その一表面に例えばアルミニウム蒸着膜、金蒸着膜、金メッキなどの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反射面２８が構成されてなるものである。
この図の例においては、反射鏡２７は、円弧状の断面を有し、ハウジング１１における一端側空間を囲繞する領域の軸方向（図１において左右方向）の長さに適合した全長を有し、内表面に反射面２８が形成されてなるものである。

反射鏡被装着部は、ハウジング１１の一端側空間を囲繞する、例えばハウジング１１の側面、仕切り板１２および回路基板２１などの部材に設けられ、例えば反射鏡２７に形成された装着部に適合する形状を有するものである。
具体的には、例えば反射鏡２７の装着部が凸状のものである場合には、反射鏡被装着部は、反射鏡２７の装着部の外径に適合した孔径の凹状形態を有し、この反射鏡被装着部に反射鏡２７の装着部を嵌合することによって当該反射鏡２７を装着するものである。また、例えば反射鏡２７の装着部が凹状のものである場合には、反射鏡被装着部は、反射鏡２７の装着部の孔径に適合した外径の凸状形態を有し、この反射鏡被装着部に反射鏡２７の装着部を嵌合することによって当該反射鏡２７を装着するもの、または反射鏡２７の装着部の孔径と同一の孔径の凹状形態を有し、この反射鏡被装着部と反射鏡２７の装着部とに螺子を螺合することによって当該反射鏡２７を螺設によって装着するものである。
この図の例においては、図４に示すように、反射鏡被装着部は、仕切り板１２に設けられており、この仕切り板１２に形成された、反射鏡２７の仕切り板１２側に位置する一端部に設けられた２個の円筒状の突起２９、２９よりなる装着部の突起２９、２９の各々形状に適合する孔径の２個の孔３０、３０よりなるものであり、当該孔３０、３０よりなる反射鏡被装着部に反射鏡２７の突起２９、２９よりなる装着部を嵌合し、この嵌合部分を、例えば熱溶着や半田付けなどによって固体することにより、反射鏡２７が反射鏡被装着部において装着されている。

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。
この赤外線光源２２には、必要に応じて、例えば光出射開口２５Ａが形成されており、この光出射開口２５Ａに向かう方向以外の方向に放射される赤外線を遮光する構成を有し、当該赤外線光源２２から放射される赤外線が一方向のみの放射されるよう制御するための光放射方向制御部材２５（図１〜図３においてその形状が破線にて示されている。）が設けらる。
ここに、光放射方向制御部材２５の内表面には、例えばアルミニウム蒸着膜、金蒸着膜、金メッキなどの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ていることが好ましい。
この図の例においては、特に第３のガス検知条件に係る赤外線光路Ｌ３を形成する場合に、光放射方向制御部材２５を設けることが好ましい。

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、ハウジング１１の仕切り板１２によって区画された内部空間における他端側（図１において右端側）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。

ハウジング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、ハウジング１１の中心軸Ｃに直交する断面において、ハウジング１１の内表面および回路基板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から複数の反射鏡２７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、ハウジング１１の他端側空間が当該空間内に例えば樹脂材料４０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。
ハウジング１１は、例えば内径が２０ｍｍ、外径が２３ｍｍ、肉厚が１．５ｍｍ、全長が２０ｍｍのものであり、回路基板２１の、ハウジング１１の中心軸Ｃに対する径方向偏位量ｄが約６ｍｍ、ガス導入空間Ｓの内容積の大きさが約２０００ｍｍ³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）が例えば約７ｍｍである。そして、第１のガス検知条件に係る赤外線光路Ｌ１の光路長が例えば約９ｍｍ、第２のガス検知条件に係る赤外線光路Ｌ２の光路長が例えば２２．６ｍｍ、第３のガス検知条件に係る赤外線光路Ｌ３の光路長が例えば２９．５ｍｍである。

上記のような構成のセンサ装置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反射鏡２７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、この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のハウジング１１の内部に反射鏡２７を装着するための反射鏡被装着部が複数形成されており、これらの複数の反射鏡被装着部を選択的に用いる、具体的には、反射鏡２７の装着個数および装着位置を選択することができることから、赤外線光路の光路長を変更することができ、その結果、反射鏡２７の装着個数および装着位置を変更することのみにより、例えば検知対象ガスの種類、検知濃度範囲などの異なるガス検知条件毎に専用の構成部材を個別に必要とすることなく、第１のガス検知条件、第２のガス検知条件および第３のガス検知条件の各々に応じてガス検知に必要な十分な大きさの光路長を有する赤外線光路（具体的には赤外線光路Ｌ１〜Ｌ３）を形成することができることから、これらのガス検知条件の各々に、共通の構成部材を用いながら赤外線光源２２から放射された赤外線が赤外センサ素子２３に至るまでの光路系を変更することによって対応することができ、その上、赤外線光源２２および赤外センサ素子２３が同一の回路基板２１の同一面上に配設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。
従って、反射鏡２７の使用個数および反射鏡の配置位置を変更すること、必要に応じて光放射方向制御部材２５を設けることによって第１のガス検知条件、第２のガス検知条件および第３のガス検知条件の各々に応じて赤外線光路の光路系を形成することができるため、センサ装置１０を、反射鏡２７以外の構成部材（例えば、ハウジング１１、仕切り板１２、シール部材１３、閉塞部材１５、円板素子１６、回路基板２１、赤外線光源２２、赤外センサ素子２３など）についても、共通の構成部材を用いて構成することができ、その上、センサ装置１０を構成するハウジング１１も共通のものであることから当該センサ装置１０に係る周辺接続部材をも共通化することができるため、共通の構成部材を用いながら異なる３つのガス検知条件の各々に対応する３種類の赤外線式ガス検知器を容易に提供することができる。

また、赤外線光源２２および赤外センサ素子２３が同一の回路基板２１の同一面上に形成されていると共に、当該回路基板２１がハウジング１１の軸方向に沿って伸びるよう配設されて当該ハウジング１１の中心軸Ｃに平行な状態とされていることにより、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をハウジング１１内に配設することによって赤外線光源２２および赤外センサ素子２３を所期の位置に固定することができるので、赤外線式ガス検知器を容易に製造することができる。

また、ハウジング１１が円筒形態であることにより、反射鏡２７による赤外線光路の設計がしやすく、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ことから、赤外線式ガス検知器の小型化を容易に図ることができる。

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、ハウジングの形状は、ハウジングの内部に複数の反射鏡被装着部を形成することができ、これらの反射鏡被装着部によって反射鏡を配設することのできるものであればよく、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。

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、ハウジングの軸方向に平行な断面を反射鏡が装着されていない状態で概略的に示す横断面図である。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。図１に示すセンサ装置におけるハウジングの内部を拡大し、反射鏡が装着された状態を示す説明用断面図である。図１に示すセンサ装置における仕切り板に設けられた反射鏡被装着部の構成を示す説明図である。

符号の説明

１０センサ装置
１１ハウジング
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
２３Ａセンサ面
２５光放射方向制御部材
２５Ａ光出射開口
２７、２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ反射鏡
２８反射面
２９突起
３０孔
４０樹脂材料
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３赤外線光路
Ｓガス導入空間

Claims

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備え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ハウジングを備え、当該ガス導入空間内には、赤外線光源および赤外センサ素子が平板状基板の同一面上に固定された状態で配設されており、
当該ガス導入空間を囲繞するハウジングの内部に、赤外線光源からの赤外線を反射することによって赤外センサ素子に入射させるための反射鏡が設けられており、当該反射鏡が、反射鏡を装着させるために形成された複数の反射鏡被装着部のうちの選択されたいずれかに装着されることによって配設されていることを特徴とする赤外線式ガス検知器。
ハウジングが円筒形態であ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。