JP2009186272A - 赤外線式炭酸ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線センサを用いた赤外線式炭酸ガス検出装置における赤外線センサの温度が安定した温度になるまでの時間を短縮する。
【解決手段】赤外線光源１６は、駆動回路１９を介して制御コンピュータＣの通電制御を受ける。赤外線光源１６に通電が行われると、赤外線光源１６は、赤外線を放射する。赤外線光源１６から放射された赤外線のうち、ガス導入筒１３内のガスに吸収されずにバンドパスフィルタ１８を透過した赤外線は、サーモパイル型赤外線センサ１７に受光される。制御コンピュータＣは、通常の点滅信号Ｅｏの供給による通常放射時の点滅放射とは異なるように、予熱用信号Ｅ１１の供給によって赤外線光源１６から赤外線を放射させてサーモパイル型赤外線センサ１７を予熱する予熱制御を行なった後に、通常の点滅制御へ移行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線を放射する赤外線光源と、前記赤外線光源から放射された赤外線を受光して電気信号を出力する赤外線センサとを備えた赤外線式炭酸ガス検出装置に関する。

炭酸ガスを検出するための赤外線式炭酸ガス検出装置では、赤外線光源と赤外線センサとの間の投受光路に被検査ガスが導入される。被検査ガス中に炭酸ガスが含まれていれば、この炭酸ガスが赤外線を吸収することによって赤外線センサに受光される赤外線量が低下し、赤外線センサから出力される出力信号のレベルが低下する。炭酸ガスによる赤外線吸収量と炭酸ガス濃度とは比例関係にあり、この比例関係を利用して炭酸ガス濃度が検出される。

炭酸ガスの検出に好適な焦電型赤外線センサを用いたガス検出装置は、例えば特許文献１，２に開示されている。焦電型赤外線センサを用いた場合には、焦電型赤外線センサから持続的な出力信号を得るには赤外線光源を点滅させる必要がある。
特開２００４−１９８３０１号公報 特開２００７−２５５９６９号公報

自動車に搭載される空調装置には冷媒として炭酸ガスを用いるものがある。空調装置から炭酸ガスが漏れ出て自動車の車室内に侵入した場合には、この侵入した炭酸ガスを速やかに検出することが望ましい。そのためには、赤外線式炭酸ガス検出装置を作動させた場合には、この作動後にできるだけ早く炭酸ガス濃度を精度良く検出できる状態にあることが望ましい。

赤外線センサの一種である焦電型赤外線センサは、焦電体に赤外線を照射すると、焦電効果により電荷が発生し、この電荷により焦電体に発生する電圧を測定して赤外線を検出する。焦電型赤外線センサでは、焦電体自身の温度が変化すると、赤外線が照射されなくとも焦電効果により電圧が発生する。そのため、焦電型赤外線センサでは、焦電型赤外線センサの温度（つまり、焦電体の温度）が安定した温度にならないと、正確な炭酸ガス検出を行なうことができないという事情がある。赤外線光源を点滅させて赤外線を点滅放射すれば、焦電型赤外線センサの温度が上昇し、いずれは安定した温度になる。しかし、赤外線光源を点滅させる方式では、焦電型赤外線センサの温度を安定した温度まで上昇させるためには時間が掛かる。又、サーモパイル型赤外線センサでも同様の問題が発生する。

本発明は、赤外線センサを用いた赤外線式炭酸ガス検出装置における赤外線センサの温度が安定した温度になるまでの時間を短縮することを目的とする。

本発明は、赤外線を放射する赤外線光源と、前記赤外線光源から放射された赤外線を受光して電気信号を出力する赤外線センサとを備えた赤外線式炭酸ガス検出装置を対象とし、請求項１の発明では、前記赤外線センサを予熱する予熱手段が設けられており、前記予熱手段による予熱は、前記赤外線光源における赤外線の通常放射による昇温速度よりも速い昇温速度をもたらすものであり、前記赤外線センサは、前記赤外線光源が点灯開始される直前に、又は点灯開始と共に、前記予熱手段によって予熱される。

赤外線センサが予熱手段によって昇温されるため、赤外線センサの温度が安定した温度になるまでに掛かる時間は、本発明の予熱手段がない場合に比べて短縮する。
好適な例では、前記予熱手段は、前記赤外線光源と、前記赤外線光源における赤外線放射を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、通常放射時の点滅放射とは異なるように前記赤外線光源から赤外線を放射させて前記赤外線センサを予熱する予熱制御を行なった後に、通常の点滅制御へ移行する。

赤外線光源自体を予熱手段の一部として利用する構成は、専用の予熱手段を用いる場合に比べてコスト的に有利である。
好適な例では、前記予熱制御は、前記赤外線光源が点灯開始される時に、前記通常の点滅制御における点灯時間幅よりも長い時間幅で前記赤外線光源を連続点灯させる制御である。

赤外線光源を連続点灯させるので、赤外線センサの温度が安定した温度になるまでに掛かる時間は、赤外線光源を点滅させる場合に比べて短縮する。
好適な例では、前記予熱制御は、前記赤外線光源が点灯開始される時に、通常の点滅放射時の電圧よりも高い電圧を前記赤外線光源に印加して点滅させる制御である。

赤外線光源が点滅する状態においても、赤外線光源に印加される電圧が通常放射時の点滅放射の場合の電圧よりも高いため、予熱制御時における光量が通常放射時に比べて増す。そのため、赤外線センサの温度が安定した温度になるまでに掛かる時間は、通常放射時に比べて短縮する。

好適な例では、前記赤外線センサの周囲温度を検出する温度センサが設けられており、前記制御手段は、前記温度センサによって得られた温度検出情報に応じて、前記予熱制御の期間を特定する。

赤外線センサの周囲温度に応じた最短の予熱時間の設定が可能である。

本発明は、赤外線センサを用いた赤外線式炭酸ガス検出装置における赤外線センサの温度が安定した温度になるまでの時間を短縮できるという優れた効果を奏する。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に基づいて説明する。
図１（ａ）は、炭酸ガスを検出するための赤外線式炭酸ガス検出装置１１を示す。赤外線式炭酸ガス検出装置１１を構成する投受光器１２は、ガス導入筒１３と、ガス導入筒１３の一端に連結された第１取り付け蓋１４と、ガス導入筒１３の他端に連結された第２取り付け蓋１５とを備えている。ガス導入筒１３には複数のガス導入孔１３１が設けられており、被検査対象のガスがガス導入孔１３１からガス導入筒１３内へ導入される。

第１取り付け蓋１４の内端には赤外線光源１６が取り付けられており、第２取り付け蓋１５の内端にはサーモパイル型赤外線センサ１７が取り付けられている。第２取り付け蓋１５にはバンドパスフィルタ１８が取り付けられており、赤外線光源１６とサーモパイル型赤外線センサ１７とは、バンドパスフィルタ１８を挟んで対向している。バンドパスフィルタ１８は、赤外線に対してのみ高い透過率を有する。

赤外線光源１６は、駆動回路１９を介して制御コンピュータＣの通電制御を受ける。赤外線光源１６に通電が行われると、赤外線光源１６は、赤外線を放射する。ガス導入筒１３内のガスに炭酸ガスが含まれていれば、赤外線光源１６から放射された赤外線の一部は、ガス導入筒１３内で炭酸ガスに吸収される。赤外線光源１６から放射された赤外線のうち、ガス導入筒１３内のガスに吸収されずにバンドパスフィルタ１８を透過した赤外線は、サーモパイル型赤外線センサ１７に受光される。

サーモパイル型赤外線センサ１７は、増幅回路２０を介して制御コンピュータＣに信号接続されている。増幅回路２０は、サーモパイル型赤外線センサ１７から出力された電気信号（電圧）を増幅して制御コンピュータＣに出力する。制御コンピュータＣは、サーモパイル型赤外線センサ１７から出力された電気信号に基づいて、炭酸ガス濃度を把握する。

制御コンピュータＣにはメインスイッチ２１が信号接続されている。メインスイッチ２１は、イグニッションキー２２のＯＮ操作に基づいてＯＮし、メインスイッチ２１がＯＮすることによって作動開始信号が制御コンピュータＣに送られる。制御コンピュータＣは、作動開始信号の入力に基づいて、駆動回路１９から駆動信号を出力させる。

図１（ｂ）のグラフにおける波形Ｅ１は、作動開始信号の入力に基づいて、駆動回路１９から出力される駆動信号（電圧）を示す。時間αは、作動開始信号が制御コンピュータＣに送られた時点を表し、赤外線光源１６は、時間αに点灯開始される。波形Ｅ１の一部である波形Ｅｏは、赤外線光源１６を点滅させる点滅信号を表す。点滅信号Ｅｏは、炭酸ガス検出用に出力される通常の信号である。各点滅信号Ｅｏの時間幅ｔｏ（出力期間）は一定であり、隣り合う点滅信号Ｅｏの時間間隔は一定である。

波形Ｅ１の一部である波形Ｅ１１の時間幅ｔ１（出力期間）は、点滅信号Ｅｏの時間幅ｔｏよりも長く、波形Ｅ１１は、サーモパイル型赤外線センサ１７を予熱するための予熱用信号である。予熱用信号Ｅ１１の時間幅ｔ１（予熱期間）は、ガス導入筒１３内の温度が安定した温度になるまでに要する時間（例えば１分）として設定される。

制御コンピュータＣは、通常放射時の点滅放射とは異なるように赤外線光源１６から赤外線を放射させてサーモパイル型赤外線センサ１７を予熱する予熱制御を行なった後に、通常の点滅制御へ移行する。制御コンピュータＣは、赤外線光源１６における赤外線放射を制御する制御手段であり、制御コンピュータＣ及び赤外線光源１６は、サーモパイル型赤外線センサ１７を予熱する予熱手段を構成する。

図１（ｂ）のグラフにおける波形Ｔ１は、波形Ｅ１で示す駆動信号の供給に伴うサーモパイル型赤外線センサ１７の温度変化の一例を示す。波形Ｔ１の一部である平坦部Ｔ１１は、安定した温度を示す。サーモパイル型赤外線センサ１７の温度が安定すると、炭酸ガスを精度良く検出することができる。

図１（ｃ）のグラフにおける波形Ｅ２は、最初から点滅信号Ｅｏのみを出力する従来例を示す。図１（ｃ）のグラフにおける波形Ｔ２は、波形Ｅ２で示す駆動信号の供給に伴うサーモパイル型赤外線センサ１７の温度変化の一例を示す。波形Ｔ２の一部である平坦部Ｔ２１は、安定した温度を示し、平坦部Ｔ２１，Ｔ１１で示す安定した温度は同じである。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）予熱用信号Ｅ１１の供給によるガス導入筒１３内の昇温速度は、間欠的な点滅信号Ｅｏのみの供給による赤外線光源１６の点滅（炭酸ガス検出用の通常の点滅）による昇温速度よりも速い。つまり、予熱用信号Ｅ１１の供給によってサーモパイル型赤外線センサ１７の温度が安定した温度になるまでに掛かる時間は、予熱用信号Ｅ１１を供給しない従来の場合に比べて短縮する。

（２）通常放射時の点滅放射は、通常放射時の点滅放射における点灯時間ｔｏ（点滅信号Ｅｏの時間幅）よりも長い時間ｔ１にわたって赤外線光源１６を予め連続点灯させた後に行われる。赤外線光源１６自体を予熱手段の一部として利用する構成は、専用の予熱手段を用いる場合に比べてコスト的に有利である。

（３）サーモパイル型赤外線センサ１７の温度が安定した温度になるまでに掛かる時間が予熱用信号Ｅ１１を供給しない従来の場合に比べて短縮する本実施形態では、冷媒として炭酸ガスを用いた空調装置から冷媒（炭酸ガス）が漏れ出て自動車の車室内に侵入している場合にも、この侵入している炭酸ガスを速やかに検出することができる。

次に、図２の第２の実施形態を示す。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
ガス導入筒１３には温度検出器２３が取り付けられている。温度検出器２３は、ガス導入筒１３内の温度を検出する。温度検出器２３によって得られた温度情報は、制御コンピュータＣに送られる。制御コンピュータＣは、温度検出器２３から送られた温度情報に基づいて、予熱用信号の時間幅ｔ１〔図１（ｂ）参照〕を制御する。つまり、制御コンピュータＣは、ガス導入筒１３内の温度の高さに応じて、予熱用信号の時間幅ｔ１の長さを特定する。例えば、ガス導入筒１３内の温度が高い場合には、時間幅ｔ１は短くされ、ガス導入筒１３内の温度が低い場合には、時間幅ｔ１は長くされる。

第２の実施形態では、ガス導入筒１３内の温度（つまりサーモパイル型赤外線センサ１７の周囲温度）の高低に応じて適切な予熱用信号の時間幅ｔ１の設定、つまり周囲温度に応じた最短の時間幅ｔ１（予熱期間）の設定が可能である。

次に、図３の第３の実施形態を示す。第３の実施形態における装置構成は、第１の実施形態と同じであるが、第１の実施形態の駆動回路１９に相当する駆動回路は、電圧変更可能である。

グラフにおける波形Ｅ３は、予熱用点滅信号Ｅ３１と、炭酸ガス検出用の通常の点滅信号Ｅｏとからなり、予熱用点滅信号Ｅ３１の時間幅は、通常の点滅信号Ｅｏの時間幅ｔｏと同じであるが、予熱用点滅信号Ｅ３１の電圧は、通常の点滅信号Ｅｏの電圧よりも高い。波形Ｔ３は、波形Ｅ３で示す駆動信号の供給に伴うサーモパイル型赤外線センサ１７の温度変化の一例を示す。通常の点滅信号Ｅｏの電圧よりも高い電圧の予熱用点滅信号Ｅ３１の供給（通常の点滅信号Ｅｏの電圧よりも高い電圧を赤外線光源１６に印加）によってサーモパイル型赤外線センサ１７の温度が安定した温度になるまでに掛かる時間は、通常の点滅信号Ｅｏのみを供給する場合に比べて短縮する。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
○予熱のために赤外線光源１６へ供給される予熱用信号として、通常の点滅信号Ｅｏの電圧よりも高い電圧、かつ通常の点滅信号Ｅｏの時間幅ｔ１よりも長い時間幅の予熱用信号を用いてもよい。

○サーモパイル型赤外線センサ１７を専用のヒータで予熱したり、排気ガスの熱を利用してサーモパイル型赤外線センサ１７を予熱してもよい。この場合、専用のヒータあるいは排気ガスの熱を利用した予熱は、赤外線光源１６を点滅開始させる前から行なってもよいし、赤外線光源１６の点滅開始と同時に行なうようにしてもよい。

○第２の実施形態における温度検出器２３の代わりに、室温検出器を用いてもよい。
○赤外線光源を常に連続点灯させ、赤外線光源から連続放射された赤外線を間欠的に遮ってサーモパイル型赤外線センサに受光させるようにした赤外線式炭酸ガス検出装置に本発明を適用してもよい。この場合、赤外線光源から連続放射された赤外線を予熱期間の間は遮らないようにすればよい。

第１の実施形態を示し、（ａ）は、赤外線式炭酸ガス検出装置を示す側断面図。（ｂ）は、本発明の予熱を行なった場合のサーモパイル型赤外線センサ１７の温度変化を示すグラフ。（ｃ）は、本発明の予熱を行なわない場合のサーモパイル型赤外線センサ１７の温度変化を示すグラフ。 第２の実施形態を示す側断面図。 第３の実施形態を示すグラフ。

符号の説明

１１…赤外線式炭酸ガス検出装置。１６…予熱手段を構成する赤外線光源。１７…サーモパイル型赤外線センサ。Ｃ…予熱手段を構成する制御コンピュータ。ｔｏ，ｔ１…時間幅。

Claims (5)

1. 赤外線を放射する赤外線光源と、前記赤外線光源から放射された赤外線を受光して電気信号を出力する赤外線センサとを備えた赤外線式炭酸ガス検出装置において、
   前記赤外線センサを予熱する予熱手段が設けられており、前記予熱手段による予熱は、前記赤外線光源における赤外線の通常放射による昇温速度よりも速い昇温速度をもたらすものであり、前記赤外線センサは、前記赤外線光源が点灯開始される直前に、又は点灯開始と共に、前記予熱手段によって予熱される赤外線式炭酸ガス検出装置。
2. 前記赤外線光源における赤外線の通常放射は、点滅放射であり、前記予熱手段は、前記赤外線光源と、前記赤外線光源における赤外線放射を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、通常放射時の点滅放射とは異なるように前記赤外線光源から赤外線を放射させて前記赤外線センサを予熱する予熱制御を行なった後に、通常の点滅制御へ移行する請求項１に記載の赤外線式炭酸ガス検出装置。
3. 前記予熱制御は、前記赤外線光源が点灯開始される時に、前記通常の点滅制御における点灯時間幅よりも長い時間幅で前記赤外線光源を連続点灯させる制御である請求項２に記載の赤外線式炭酸ガス検出装置。
4. 前記予熱制御は、前記赤外線光源が点灯開始される時に、通常の点滅放射時の電圧よりも高い電圧を前記赤外線光源に印加して点滅させる制御である請求項２に記載の赤外線式炭酸ガス検出装置。
5. 前記赤外線センサの周囲温度を検出する温度センサが設けられており、前記制御手段は、前記温度センサによって得られた温度検出情報に応じて、前記予熱制御の期間を特定する請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の赤外線式炭酸ガス検出装置。

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