JP2008232918A

JP2008232918A - ガス検知装置

Info

Publication number: JP2008232918A
Application number: JP2007074920A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hara; 毅原; Yusuke Nagashima; 裕介永嶋
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】検知したガスの測定濃度を直感的に認識できる。
【解決手段】ガス検知装置は、ガスの赤外線吸収特性を利用して光学的にガスを検知し、この検知したガスの測定濃度を表示する表示部７を備える。表示部７は、レベル範囲が複数段階に等分割された目盛りによってガスの測定濃度を段階的にレベル表示する測定濃度レベルメータ７ｂ１を有する。利用者は、測定濃度レベルメータ７ｂ１の段階的なレベル表示により測定濃度を直感的に認識する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば都市ガスや化学プラント等の配管の劣化等に伴うガス漏洩を検出する際に用いられ、ガスの赤外線吸収特性を利用して光学的にガスを検知するガス検知装置に関する。

例えばメタン、二酸化炭素、アセチレン、アンモニア等の気体には、分子の回転や構成原子間の振動等に応じて特定波長の光を吸収する吸収帯があることが既に知られている。この吸収帯を利用したガス検知装置では、所定距離（この距離によって測定光路長が確定される）隔てて光源部と受光部とを配置し、光源部の半導体レーザにより周波数変調されたレーザ光を測定対象ガスを含む雰囲気中に通し、その透過光を受光部の光検出器で受光してガスを検知し、このときの出力信号から測定対象ガスのガス濃度を測定している。また、下記特許文献１に開示されるように、上述した光源部と受光部を共通の筐体に収容して携帯できるように構成したガス検知装置も知られている。なお、光源部と受光部は同じ位置に配置されていても測定光を反射光として受光できれば測定光路長は確保される。

ここで、受光部の出力信号から検出される変調周波数の基本波位相敏感検波信号（以下、１ｆ信号と略称する）には、強度変調に起因する大きなオフセットが生じる。このため、特に微小なガス濃度を高感度で測定するには、１ｆ信号に比べてオフセットのかなり小さい２倍波位相敏感検波信号（以下、２ｆ信号と略称する）が用いられる。

実際にガス濃度を測定するにあたっては、測定ガス吸収線に合わせた波長の測定光が測定ガス雰囲気中を通ると、被測定ガスにより測定光が吸収され、ガス濃度光路長積に応じた強度で変調周波数の２倍の周波数の強度変化（２ｆ信号成分Ｉ_2f）による２ｆ信号が生成される。そして、この２ｆ信号の強度変化と元の変調周波数である１ｆ信号の強度変化（１ｆ信号成分Ｉ_1f）の比率Ｉ_2f／Ｉ_1fの値は、ガス濃度光路長積に比例するので、この値に係数をかければガス濃度になる。

ところで、この種の従来のガス検知装置として、測定したガス濃度を多数桁で数値表示する表示部を備えたものが知られている。これにより、利用者は、表示部の数値表示を見てガス濃度の値をリアルタイムで把握していた。
特開２００５−１０６５２１号公報

しかしながら、上述した表示部を備えた従来のガス検知装置では、数百ミリ秒という短い周期で逐次書き換わる多数桁（例えば４桁）のガス濃度の数値表示を直接目で追って確認していたため、ガス濃度を直感的に把握することができず、利用者にとって使いづらいという問題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、検知したガスの測定濃度を直感的に認識することができるガス検知装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載されたガス検知装置は、ガスの赤外線吸収特性を利用して光学的にガスを検知し、該検知したガスの測定濃度を表示する表示部７を備えたガス検知装置１であって、
前記表示部は、レベル範囲が複数段階に等分割された目盛りによって前記ガスの測定濃度を段階的にレベル表示する測定濃度レベルメータ７ｂ１を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載されたガス検知装置は、請求項１のガス検知装置において、
アラームレベルを設定する設定部５を備え、
前記表示部７には、前記測定濃度レベルメータ７ｂ１の目盛りの所定段階のレベル位置に前記設定部で設定されたアラームレベルを示すアラームレベル指標７ｂ２が固定表示され、
前記測定濃度レベルメータは、前記アラームレベル指標が固定表示された位置の目盛りの上限レベルを前記アラームレベルとして前記目盛りのレベル範囲が均等割付されることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載されたガス検知装置は、請求項２のガス検知装置において、
前記測定濃度レベルメータ７ｂ１は、前記アラームレベルを超えたか否かに応じて識別表示することを特徴とする。

本発明の請求項４に記載されたガス検知装置は、請求項２又は３のガス検知装置において、
前記表示部７は、前記測定濃度レベルメータ７ｂ１とともに前記アラームレベルを数値表示することを特徴とする。

本発明に係るガス検知装置によれば、従来のように、所定周期（例えば数百ミリ秒周期）で書き換わる数値表示によるガス濃度値を読み取らなくても、測定濃度レベルメータを見るだけで検知したガスの測定濃度を直感的に把握することができる。

また、アラームレベルを設定部から任意に設定可能とし、測定濃度レベルメータ上のアラームレベルを示すアラームレベル指標の位置を固定表示し、このアラームレベル指標が固定表示された位置の目盛りの上限レベルをアラームレベルとして目盛りのレベル範囲を均等割付する構成とすれば、アラームレベルを変更した場合でも、アラームレベル指標を基準として、アラームレベルに対する測定濃度を直感的に把握することができる。

さらに、測定濃度レベルメータによって測定光のガス濃度を段階的にレベル表示する際、測定光のガス濃度がアラームレベル以下か以上かによって識別表示する構成とすれば、測定濃度レベルメータから測定濃度がアラームレベルを超えているか否かを容易に識別することができる。

また、設定部から設定されたアラームレベルをアラームレベル数値表示エリアに表示する構成とすれば、現在設定されているアラームレベルを数値として容易に認識することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。図１は本発明に係るガス検知装置のブロック構成図、図２は本発明に係るガス検知装置の表示部の一例を示す図、図３（ａ），（ｂ）は本発明に係るガス検知装置において、測定濃度値がアラームレベル以下の場合とアラームレベル以上の場合の表示部の表示例を示す図である。

本発明に係るガス検知装置は、例えば都市ガスや化学プラント等のガス配管の劣化等に伴うガス漏洩を検出する際に用いられ、ガスによるレーザ光の吸収を利用して光学的にガスを検知し、検知したガスの測定濃度を表示する機能を有する。

このため、本例のガス検知装置１は、利用者が携帯して操作が可能な大きさの筐体（不図示）に対し、図１に示すような出射部２、受光部３、電気変換部４、設定部５、制御部６、表示部７を内部に収容して概略構成される。

出射部２は、所定ガス特有の吸収線に合致した波長（検知対象となるガスの吸収線波長）のレーザ光を測定光として、制御部６の制御により、検知対象の測定雰囲気（例えばガス配管等の反射物）に出射している。この出射部２は、例えば前述した特許文献１（特開２００５−１０６５２１号公報）にも開示されるような周知の半導体レーザモジュールで構成される。その構成について説明すると、半導体レーザモジュールは、複数対の電極を有する箱型のバタフライ型ケース本体を基部とし、このケース本体の一面に貫通穴が形成され、貫通穴にガラス等の出射窓が設けられている。そして、半導体レーザモジュルは、発振波長が測定波長に制御されて周波数変調されたレーザ光を前後両面から発光し、前方の面から出射されるレーザ光を測定光とし、後方の面から出射されるレーザ光を参照光とする半導体レーザ、測定光を平行光にコリメートするコリメートレンズ、半導体レーザへの反射光の戻りを抑圧する光アイソレータ、半導体レーザの温度を制御するペルチェ素子（温度制御素子）、波長安定化用ガスが封入されたガスセル、参照光を受光検出するフォトダイオード（受光器）、半導体レーザの温度を検出するサーミスタ（温度計測素子）がケース本体内に収容され、各光学部品間の光軸調整がなされて気密封止される。

受光部３は、出射部２からの測定光の出射に伴い測定雰囲気から反射されて不図示の集光レンズによって集光される反射測定光を受光し、受光した反射測定光による測定光信号を電気変換部４に出力している。

電気変換部４は、プリアンプで構成され、受光部３で検出する１ｆ信号と２ｆ信号とが測定対象ガス濃度範囲で同等の検出レベルになるように、増幅度が１ｆ信号、２ｆ信号それぞれ最適な増幅度に設定されている。この電気変換部４は、受光部３から検出出力される測定光信号の受光電流を受光電圧に変換し、さらに設定された増幅度で増幅して制御部６に出力している。

設定部５は、不図示の筐体に設けられて利用者が直接操作する操作キーや操作ボタン（表示部７に表示されるソフトキーも含む）等で構成され、測定雰囲気のガス検知の開始や停止の指示入力、警報を出力するアラームレベルの設定、後述する測定濃度レベルメータ７ｂ１のアラームレベル以上及びアラームレベル以下の表示領域の表示色の設定、後述する測定濃度レベルメータ７ｂ１のアラームレベル以上及びアラームレベル以下の表示領域の点滅表示の有無設定、後述するアラームレベルメータ７ｂ３の表示色の設定等を行っており、これら指示入力や設定情報を制御部６に入力している。

制御部６は、ガス検知に関わる処理を統括制御するもので、発光制御部６ａ、濃度演算部６ｂ、表示制御部６ｃを備えている。

発光制御部６ａは、設定部５からの指示入力に基づき、出射部２からの測定光の出射を制御している。濃度演算部６ｂは、電気変換部４で増幅された測定光信号を信号処理して１ｆ信号と２ｆ信号とを位相敏感検波し、この位相敏感検波された２ｆ信号の強度変化（２ｆ信号成分Ｉ_2f）と１ｆ信号の強度変化（１ｆ信号成分Ｉ_1f）との比率Ｉ_2f／Ｉ_1fの値に所定の係数を掛け合わせて測定光のガス濃度（測定濃度）を演算している。

表示制御部６ｃは、設定部５からの設定情報に基づき、アラームレベルに関する表示、濃度演算部６ｂの演算によって得られる測定光のガス濃度（測定濃度）に関する表示を数百ミリ秒周期（例えば５００ミリ秒周期）で逐次書き換えて行うべく表示部７の表示を制御している。

表示部７は、表示制御部６ｃの制御により、アラームレベルに関する表示、測定光のガス濃度（測定濃度）に関する表示を含む各種表示を行っている。この表示部７の表示エリアは、図２に示すように、測定濃度数値表示エリア７ａと、測定濃度レベルメータ表示エリア７ｂと、アラームレベル数値表示エリア７ｃとからなる。

図２において、測定濃度数値表示エリア７ａは、表示部７の表示エリアの左下部に位置し、濃度演算部６ｂの演算によって得られる測定光のガス濃度（測定濃度）を数値表示している。

図２において、測定濃度レベルメータ表示エリア７ｂは、表示部７の表示エリアの右側上下部に位置し、測定濃度レベルメータ７ｂ１と、アラームレベル指標７ｂ２と、アラームレベルメータ７ｂ３とを表示している。

測定濃度レベルメータ７ｂ１は、濃度演算部６ｂの演算によって得られる測定光のガス濃度（測定濃度）を、レベル範囲が複数段階に等分割された目盛りからなる表示領域の点灯や点滅によって段階的にレベル表示している。図２の測定濃度レベルメータ７ｂ１は、表示部７の表示画面上の上下方向にレベル範囲が３０段階に等分割された矩形状の目盛りによって表示領域が形成されている。そして、測定濃度レベルメータ７ｂ１の各目盛りは、その上下方向の幅がレベル範囲を示しており、アラームレベル指標７ｂ２が位置する目盛りの上限レベルをアラームレベルとし、各目盛りは自動で均等割付されている。具体的には、図２において、アラームレベル指標７ｂ２が位置する測定濃度レベルメータ７ｂ１の２５段階の目盛りの上限レベルをアラームレベル１０００ｐｐｍ・ｍとすると、測定濃度レベルメータ７ｂ１の各目盛りのレベル範囲は４０ｐｐｍ・ｍとなる。

なお、測定濃度レベルメータ７ｂ１の目盛りについては、数百ミリ秒周期の書き換えによる僅かな数値変化で表示が変化しない程度に表示領域を複数段階に等分割するのが好ましい。

アラームレベル指標７ｂ２は、設定部５から設定されたアラームレベルを測定濃度レベルメータ７ｂ１の目盛りの所定段階の位置に固定表示するもので、測定濃度レベルメータ７ｂ１の目盛りの所定段階の位置に並設された三角形の指標からなる。図２の例では、測定濃度レベルメータ７ｂ１の目盛りの２５段階の位置にアラームレベル指標７ｂ２を固定表示している。

アラームレベルメータ７ｂ３は、測定濃度レベルメータ７ｂ１に並設され、測定濃度レベルメータ７ｂ１に合わせてアラームレベルを表示している。図２に示すアラームレベルメータ７ｂ３は、アラームレベル指標７ｂ２が位置する測定濃度レベルメータ７ｂ１の目盛りの２５段階の位置まで測定濃度レベルメータ７ｂ１の目盛りと同一に等分割され、測定濃度レベルメータ７ｂ１の表示領域よりも小さい幅の矩形状の目盛りからなる表示領域の点灯によってアラームレベルを表示している。図２の例では、アラームレベル指標７ｂ２が位置する測定濃度レベルメータ７ｂ１の目盛りの２５段階の上限レベル位置をアラームレベルとして全ての表示領域を常時点灯（例えば青色点灯）している。なお、このアラームレベルメータ７ｂ３は、図２の表示方法に限られるものでなく、例えば測定濃度レベルメータ７ｂ１の目盛りに一致させてもよい。また、このアラームレベルメータ７ｂ３は、必要不可欠な構成ではなく、削除した構成とすることもできる。

図２において、アラームレベル数値表示エリア７ｃは、表示部７の表示エリアの左上部に位置し、測定濃度数値表示エリア７ａの上部に並設され、設定部５で設定されたアラームレベルを数値表示している。例えば設定部５からアラームレベルが１０００ｐｐｍ・ｍに設定された場合には、図３に示すように、アラームレベル数値表示エリア７ｃに「アラームレベル１０００ｐｐｍ・ｍ」と表示される。

そして、上記構成によるガス検知装置１では、濃度演算部６ｂが演算した測定光のガス濃度が設定部５から設定されたアラームレベル以下のとき、具体的にアラームレベルが１０００ｐｐｍ・ｍで、測定光のガス濃度が３７９ｐｐｍ・ｍのときには、表示制御部６ｃの制御により、図３（ａ）に示すような表示が一斉になされる。すなわち、アラームレベル数値表示エリア７ｃには、「アラームレベル１０００ｐｐｍ・ｍ」と表示され、アラームレベルが数値表示される。また、測定濃度数値表示エリア７ａには、「ＬＡＳＥＲ３７９ｐｐｍ・ｍ」と表示され、現時点の測定光のガス濃度が数値表示される。さらに、測定濃度レベルメータ表示エリア７ｂには、測定濃度レベルメータ７ｂ１の各段階の目盛りの表示領域のレベル範囲を４０ｐｐｍ・ｍとして、目盛りの１０段階までの表示領域が青色点灯し、現時点の測定光のガス濃度がレベル表示される。

これに対し、濃度演算部６ｂが演算した測定光のガス濃度が設定部５から設定されたアラームレベル以上のとき、具体的にアラームレベルが１０００ｐｐｍ・ｍで、測定光のガス濃度が１０８０ｐｐｍ・ｍのときには、表示制御部６ｃの制御により、図３（ｂ）に示すような表示が一斉になされる。すなわち、アラームレベル数値表示エリア７ｃには、「アラームレベル１０００ｐｐｍ・ｍ」と表示され、アラームレベルが数値表示される。また、測定濃度数値表示エリア７ａには、「ＬＡＳＥＲ１０８０ｐｐｍ・ｍ」と表示され、現時点の測定光のガス濃度が数値表示される。さらに、測定濃度レベルメータ表示エリア７ｂには、測定濃度レベルメータ７ｂ１の各段階の目盛りの表示領域のレベル範囲を４０ｐｐｍ・ｍとして、アラームレベルまでの１段階から２５段階までの目盛りの表示領域が青色点灯し、アラームレベルを超える２６，２７段階の目盛りの表示領域が赤色点灯し、現時点の測定光のガス濃度がレベル表示される。

なお、上記説明では、測定光のガス濃度がアラームレベルを超えたときに、測定濃度レベルメータ７ｂ１のアラームレベルを超えた部分の目盛りの表示領域を赤色点灯しているが、これに限定されるものではない。測定濃度レベルメータ７ｂ１は、測定光のガス濃度がアラームレベルを超えたか否かが識別可能な表示であれば良く、例えば測定光のガス濃度がアラームレベルを超えたときに、設定部５からの設定情報に基づく表示制御部６ｃの制御により、アラームレベルを超えた目盛りの表示領域のみ又は全ての目盛りの表示領域を点滅表示したり、全ての目盛りの表示領域を赤色点灯することもできる。

また、測定濃度レベルメータ７ｂ１は、アラームレベル以下の表示色と、アラームレベル以上の表示色とを同系色とした場合、両者が判別しにくいため、アラームレベル以下の目盛りの表示領域を青色表示し、アラームレベル以上の目盛りの表示領域を赤色表示しているが、これらの表示色の組み合わせに限定されるものではない。この測定濃度レベルメータ７ｂ１は、アラームレベル以上の表示色として警告を促す色を選択し、アラームレベル以下の目盛りの表示色との判別が可能な対称色を選択するのが好ましく、上記表示色の組み合わせ以外に、例えばアラームレベル以上の目盛りの表示領域を橙色表示し、アラームレベル以下の目盛りの表示領域を緑色表示することもできる。すなわち、測定濃度レベルメータ７ｂ１は、目盛りの表示色の違いや点灯・点滅の違い、さらにはこれらの組み合わせにより、測定光のガス濃度がアラームレベルを超えたか否かを識別表示する。

このように、本例のガス検知装置１では、レベル範囲が複数段階に等分割された測定濃度レベルメータ７ｂ１によって測定光のガス濃度を段階的にレベル表示している。これにより、利用者は、数百ミリ秒周期（例えば５００ミリ秒周期）で逐次書き換わる測定光のガス濃度の数値を目で追って直接読み取らなくても、測定濃度レベルメータ７ｂ１を見るだけで測定光のガス濃度を直感的に把握することができる。

また、アラームレベルは、利用者によって設定部５から任意に設定することができる。その際、測定濃度レベルメータ７ｂ１上のアラームレベルを示すアラームレベル指標７ｂ２の位置が固定表示され、このアラームレベル指標７ｂ２が固定表示された位置の目盛りの上限レベルをアラームレベルとして全ての目盛りのレベル範囲が均等割付され、測定光のガス濃度が測定濃度レベルメータ７ｂ１に段階的にレベル表示される。これにより、利用者は、アラームレベルを変更した場合でも、アラームレベル指標７ｂ２を基準として、アラームレベルに対する測定光のガス濃度を直感的に把握することができる。

さらに、測定濃度レベルメータ７ｂ１によって測定光のガス濃度を段階的にレベル表示する際、測定光のガス濃度がアラームレベル以下か以上かによって識別表示している。これにより、利用者は、測定濃度レベルメータ７ｂ１の表示状態（表示色の違いや点灯・点滅表示の違いなど）から測定光のガス濃度がアラームレベルを超えているか否かを容易に識別することができる。

また、アラームレベル数値表示エリア７ｂ１には、設定部５から設定されたアラームレベルが数値表示される。これにより、利用者は、現在設定されているアラームレベルを数値として容易に認識することができる。

ところで、本例のガス検知装置１は、少なくとも測定濃度レベルメータ表示エリア７ｂを表示する形態であれば良く、図２や図３の表示形態のみに限定されるものではない。測定濃度レベルメータ表示エリア７ｂを含め、測定濃度数値表示エリア７ａとアラームレベル数値表示エリア７ｃとを組み合わせ、その配置を含めて適宜表示する形態を採用することができる。

また、図２や図３に示すアラームレベルメータ７ｂ３は、アラームレベル指標７ｂ２の位置までの全ての目盛りの表示領域を点灯する構成としているが、アラームレベル指標７ｂ２が位置する目盛りの表示領域を１００％とし、表示制御部６ｃの制御により、例えばアラームレベルに対して所定比率（１０％、２０％、５０％など）を示す目盛りの表示領域のみを点灯表示させるようにしても良い。

本発明に係るガス検知装置のブロック構成図である。本発明に係るガス検知装置の表示部の一例を示す図である。（ａ）本発明に係るガス検知装置において、測定濃度値がアラームレベル以下の場合の表示部の表示例を示す図である。（ｂ）本発明に係るガス検知装置において、測定濃度値がアラームレベル以上の場合の表示部の表示例を示す図である。

符号の説明

１ガス検知装置
２出射部
３受光部
４電気変換部
５設定部
６制御部
６ａ発光制御部
６ｂ濃度演算部
６ｃ表示制御部
７表示部
７ａ測定濃度数値表示エリア
７ｂ測定濃度レベルメータ表示エリア
７ｂ１測定濃度レベルメータ
７ｂ２アラームレベル指標
７ｂ３アラームレベルメータ
７ｃアラームレベル数値表示エリア

Claims

ガスの赤外線吸収特性を利用して光学的にガスを検知し、該検知したガスの測定濃度を表示する表示部（７）を備えたガス検知装置（１）であって、
前記表示部は、レベル範囲が複数段階に等分割された目盛りによって前記ガスの測定濃度を段階的にレベル表示する測定濃度レベルメータ（７ｂ１）を備えたことを特徴とするガス検知装置。
アラームレベルを設定する設定部（５）を備え、
前記表示部（７）には、前記測定濃度レベルメータ（７ｂ１）の目盛りの所定段階のレベル位置に前記設定部で設定されたアラームレベルを示すアラームレベル指標（７ｂ２）が固定表示され、
前記測定濃度レベルメータは、前記アラームレベル指標が固定表示された位置の目盛りの上限レベルを前記アラームレベルとして前記目盛りのレベル範囲が均等割付されることを特徴とする請求項１記載のガス検知装置。
前記測定濃度レベルメータ（７ｂ１）は、前記アラームレベルを超えたか否かに応じて識別表示することを特徴とする請求項２記載のガス検知装置。
前記表示部（７）は、前記測定濃度レベルメータ（７ｂ１）とともに前記アラームレベルを数値表示することを特徴とする請求項２又は３記載のガス検知装置。