JP2012093220A - 鏡面冷却式センサ - Google Patents

Abstract

【課題】メインコントローラとサブコントローラの価格と性能をバランスさせ、製品コストを安くする。
【解決手段】熱伝導体１７（センサボディ１３、冷却ブロック１５、冷却板１６）の一端に鏡面冷却用の熱電冷却素子（第１の熱電冷却素子）２を取り付ける。熱伝導体１７の他端に補助冷却器として冷却能力の大きい熱電冷却素子（第２の熱電冷却素子）１８を取り付ける。第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御はメインコントローラ２４で行い、第２の熱電冷却素子１８への供給電流の制御はサブコントローラ２５で行う。この構成において、メインコントローラ２４は高性能・高価格のコントローラとし、サブコントローラ２５は低性能・低価格のコントローラとする。具体的には、メインコントローラ２４は、サブコントローラ２５よりもＡ／Ｄ変換精度が高く、制御周期が短いものとする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、一方の面が低温側、他方の面が高温側とされる熱電冷却素子を用いて冷却される鏡面の上に生じる結露や結霜を検出する鏡面冷却式センサに関するものである。

従来より、湿度測定法として、被測定気体の温度を低下させ、その被測定気体に含まれる水蒸気の一部を結露させたときの温度を測定することにより露点を検出する露点検出法が知られている。例えば、寒剤、冷凍機、電子冷却器などを用いて鏡を冷却し、この冷却した鏡の鏡面上の反射光の強度の変化を検出し、反射光の強度が平衡状態になった時の鏡面の温度を測定することによって、被測定気体中の水分の露点を検出する鏡面冷却式露点計が用いられている。

この鏡面冷却式露点計には、利用する反射光の種類によって、２つのタイプがある。１つは、正反射光を利用する正反射光検出方式（例えば、特許文献１参照）、もう１つは、散乱光を利用する散乱光検出方式（例えば、特許文献２参照）である。

〔正反射光検出方式〕
図１３に正反射光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計におけるセンサ部の構成を示す。このセンサ部１０１は、被測定気体が流入されるチャンバ１と、このチャンバ１の底部に設けられた熱電冷却素子（ペルチェ素子）２を備えている。熱電冷却素子２の冷却面２−１には鏡３が取り付けられており、熱電冷却素子２の加熱面２−２にはヒートパイプ４を介して放熱部材５が取り付けられている。すなわち、ヒートパイプ４の一端４−１が熱電冷却素子２の加熱面２−２に取り付けられており、熱電冷却素子２から離されたヒートパイプ４の他端４−２に放熱部材５が取り付けられている。

また、熱電冷却素子２とヒートパイプ４の一端４−１にはその周囲を覆うように断熱部材６が設けられており、鏡３の上面（鏡面）３−１には温度検出素子７が取り付けられている。また、チャンバ１の上部に、鏡３の鏡面３−１に対して斜めに光を照射する発光素子８と、この発光素子８から鏡面３−１に対して照射された光の正反射光を受光する受光素子９とが設けられている。また、熱電冷却素子２へのリード線１０が断熱部材６を貫通して設けられている。

このセンサ部１０１において、チャンバ１内には、不図示の主配管から分岐された分岐管路を介して、被測定気体が流入される。これにより、チャンバ１内の鏡面３−１が、被測定気体に晒される。鏡面３−１に結露が生じていなければ、発光素子８から照射された光はそのほゞ全量が正反射し、受光素子９で受光される。したがって、鏡面３−１に結露が生じていない場合、受光素子９で受光される反射光の強度は大きい。

熱電冷却素子２への電流を増大し、熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度を下げて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気が鏡面３−１に結露し、その水の分子に発光素子８から照射した光の一部が吸収されたり、乱反射したりする。これにより、受光素子９で受光される反射光（正反射光）の強度が減少する。この鏡面３−１における正反射光の変化を検出することにより、鏡面３−１上の状態の変化、すなわち鏡面３−１上に水分（水滴）が付着したことを知ることができる。さらに、この時の鏡面３−１の温度を温度検出素子７で測定することにより、被測定気体中の水分の露点を知ることができる。

〔散乱光検出方式〕
図１４に散乱光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計におけるセンサ部の構成を示す。このセンサ部１０２は、正反射光検出方式を採用したセンサ部１０１とほゞ同構成であるが、受光素子９の取り付け位置が異なっている。このセンサ部１０２において、受光素子９は、発光素子８から鏡面３−１に対して照射された光の正反射光を受光する位置ではなく、散乱光を受光する位置に設けられている。

このセンサ部１０２において、チャンバ１内には、不図示の主配管から分岐された分岐管路を介して、被測定気体が流入される。これにより、チャンバ１内の鏡面３−１が、被測定気体に晒される。鏡面３−１に結露が生じていなければ、発光素子８から照射された光はそのほゞ全量が正反射し、受光素子９での受光量は極微量である。したがって、鏡面３−１に結露が生じていない場合、受光素子９で受光される反射光の強度は小さい。

熱電冷却素子２への電流を増大し、熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度を下げて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気が鏡面３−１に結露し、その水の分子に発光素子８から照射した光の一部が吸収されたり、乱反射したりする。これにより、受光素子９で受光される乱反射された光（散乱光）の強度が増大する。この鏡面３−１における散乱光の変化を検出することにより、鏡面３−１上の状態の変化、すなわち鏡面３−１上に水分（水滴）が付着したことを知ることができる。さらに、この時の鏡面３−１の温度を温度検出素子７で測定することにより、被測定気体中の水分の露点を知ることができる。

なお、上述した露点計においては、鏡面３−１に生じる結露（露点）を検出する例で説明したが、同様の構成によって鏡面３−１に生じる結霜（霜点）を検出することも可能である。

この種の鏡面冷却式露点計において、露点の測定下限は、鏡面の温度を何度まで冷却することができるかによって決まる。このため、図１３や図１４に示したセンサ部１０１，１０２では、熱電冷却素子２の冷却面２−１をさらに冷却することができるように、熱電冷却素子２の加熱面２−２にヒートパイプ４の一端４−１を取り付け、熱電冷却素子２から離されたヒートパイプ４の他端４−２に放熱部材５を取り付けている。これにより、加熱面２−２に生じた熱がヒートパイプ４の一端４−１から他端４−２へと移動し、放熱部材５を通して放熱される。しかし、放熱部材５を設けただけでは、露点の測定下限をそれほど低くすることはできない。

これに対し、特許文献３に示されている光学式露点計では、鏡面を多段ペルチェによって冷却するようにしている。すなわち、熱電冷却素子を何段も積み重ねることによって、鏡面の冷却能力を向上させている。この多段ペルチェを図１３や図１４に示したセンサ部１０１，１０２に採用すれば、低露点（例えば、−５０℃ＤＰ以下）の測定が可能となる。

また、特許文献４に示されているガス中の微量水分量測定装置では、鏡面をヘリウム冷凍機や液体窒素源により冷却するようにしている。すなわち、熱電冷却素子を用いて鏡面を冷却するのではなく、ヘリウムや液体窒素などの冷媒を用いて鏡面を冷却するようにしている。この冷却方式を冷媒式と呼ぶ。この冷媒式の冷却方式を図１３や図１４に示したセンサ部１０１，１０２に採用すれば、熱電冷却素子２を省略し、ヒートパイプ４や放熱部材５の代わりに冷媒式の冷却器を設けるようにして、低露点（例えば、−５０℃ＤＰ以下）の測定が可能となる。

しかしながら、多段ペルチェを用いる方式とした場合、鏡面周りの熱容量が大きくなり、応答性が悪化する。また、鏡面周りのサイズが大きくなり、センサが大型化する、というような問題がある。

また、冷媒式の冷却器を用いる方式とした場合、冷媒のための配管やチラー（冷却装置）が必要で、装置が複雑化、大型化し、冷媒が漏れる可能性もある。また、鏡面のメンテナンス時などに鏡面周りを常温に戻す際、冷媒の熱容量が大きいため時間がかかる、というような問題がある。

そこで、本出願人は、熱伝導体の一端に鏡面冷却用の熱電冷却素子（第１の熱電冷却素子）を取り付ける一方、熱伝導体の他端に補助冷却器として冷却能力の大きい熱電冷却素子（第２の熱電冷却素子）を取り付けることを考えている。

このような構成とすると、第１の熱電冷却素子として、冷却能力が比較的小さい小型の素子（冷却スピードの速いペルチェ）を用いることができるため、応答性が犠牲になることがなく、鏡面周りのサイズの大型化も避けることができる。なお、この構成では、第１の熱電冷却素子への供給電流の制御をメインコントローラで行い、第２の熱電冷却素子への供給電流の制御をサブコントローラで行う。

特開昭６１−７５２３５号公報 特公平０７−１０４３０４号公報 特開平０５−０９９８４６号公報 特公平０７−１０４３０４号公報

しかしながら、補助冷却器（サブクーラ）として第２の熱電冷却素子を設ける方式とした場合、鏡面上での結露の生成スピードは非常に速く、また鏡面温度や鏡面からの反射光の光量は高精度に測定する必要がある。その一方で、サブクーラの制御は、熱容量が大きいため制御スピードが遅く、また、サブクーラ温度の検出はあまり精度を必要としない。ここで、第１の熱電冷却素子への供給電流の制御を行うメインコントローラと、第２の熱電冷却素子への供給電流の制御を行うサブコントローラとを、同じグレードのコントローラを使用すると、結露制御には性能が足らなかったり、サブクーラ制御には高性能すぎたりして、価格と性能のバランスが悪く、製品コストが高くなるという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、メインコントローラとサブコントローラの価格と性能をバランスさせ、製品コストを安くすることが可能な鏡面冷却式センサを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係る鏡面冷却式センサは、被測定気体に晒される鏡面と、鏡面の裏面側に低温側の面が取り付けられた第１の熱電冷却素子と、鏡面に対して光を照射する投光手段と、投光手段から鏡面に対して照射された光の反射光を受光する受光手段と、第１の熱電冷却素子の高温側の面にその一端が取り付けられた熱伝導体と、熱伝導体の他端に低温側の面が取り付けられた第２の熱電冷却素子と、第２の熱電冷却素子の低温側の面の温度をサブクーラ温度として検出する温度検出手段と、受光手段が受光する反射光の光量をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて第１の熱電冷却素子へ供給する電流を所定の制御周期で制御する第１の制御手段と、温度検出手段が検出するサブクーラ温度をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて第２の熱電冷却素子へ供給する電流を所定の制御周期で制御する第２の制御手段とを備え、第１の制御手段におけるＡ／Ｄ変換の精度は、第２の制御手段におけるＡ／Ｄ変換の精度よりも高く、第１の制御手段における制御周期は、第２の制御手段における制御周期よりも短周期とされていることを特徴とする。

この発明によれば、第１の熱電冷却素子の高温側の面が熱伝導体を介して、第２の熱電冷却素子によって冷却される。すなわち、本発明では、第２の熱電冷却素子が補助冷却器（サブクーラ）の役割を果たし、第１の熱電冷却素子の高温側の面を冷却する。そして、第１の制御手段（メインコントローラ）が鏡面に対して照射された光の反射光の光量をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて第１の熱電冷却素子へ供給する電流を所定の制御周期で制御する。また、第２の制御手段（サブコントローラ）がサブクーラ温度をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて第２の熱電冷却素子へ供給する電流を所定の制御周期で制御する。本発明では、この第１の制御手段と第２の制御手段とを設けた構成において、第１の制御手段におけるＡ／Ｄ変換の精度を第２の制御手段におけるＡ／Ｄ変換の精度よりも高くし、第１の制御手段における制御周期を第２の制御手段における制御周期よりも短周期とする。すなわち、第１の制御手段（メインコントローラ）として高性能・高価格のコントローラを用い、第２の制御手段（サブコントローラ）として低性能・低価格のコントローラを用いる。

本発明によれば、第１の制御手段におけるＡ／Ｄ変換の精度を第２の制御手段におけるＡ／Ｄ変換の精度よりも高くし、第１の制御手段における制御周期を第２の制御手段における制御周期よりも短周期とするようにしたので、第１の制御手段（メインコントローラ）として高性能・高価格のコントローラを用い、第２の制御手段（サブコントローラ）として低性能・低価格のコントローラを用いるようにして、メインコントローラとサブコントローラの価格と性能をバランスさせ、製品コストを安くすることが可能となる。

本発明に係る鏡面冷却式センサの一実施の形態を示す鏡面冷却式露点計の概略構成図である。 この鏡面冷却式露点計におけるサブコントローラ側での動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計における鏡面に対して照射されるパルス光および鏡面から受光される反射パルス光を示す図である。 この鏡面冷却式露点計におけるサブクーラおよび第１の熱電冷却素子の冷却曲線（特性Ｉ，II）を示す図である。 この鏡面冷却式露点計におけるメインコントローラ側でのサブクーラ起動時の動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計におけるメインコントローラ側での定期的に行われる異常監視の動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計におけるメインコントローラ側での露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチＯＦＦ時の鏡面の状態の正常／異常の判断動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計に鏡面状態の確認スイッチを設けるようにした場合のメインコントローラ側での鏡面の状態の正常／異常の判断動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計に鏡面状態の確認スイッチを設けるようにした場合のメインコントローラ側での鏡面の状態の正常／異常の判断動作の変形例を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計において鏡面状態の正常／異常の判断を定期的に行うようにした場合のメインコントローラ側での動作を示すフローチャートである。 この鏡面冷却式露点計において鏡面状態の正常／異常の判断を鏡面温度の変化が生じなくなったことを確認して行うようにした場合のメインコントローラ側での動作を示すフローチャートである。 サンプリングチャンバ内に検出部を位置させるようにしてサンプリングチャンバにセンサ部を取り付けるようにした例を示す図である。 正反射光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計におけるセンサ部の構成を示す図である。 散乱光検出方式を採用した従来の鏡面冷却式露点計におけるセンサ部の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１はこの発明に係る鏡面冷却式センサの一実施の形態を示す鏡面冷却式露点計の概略構成図である。この鏡面冷却式露点計２０１はセンサ部２０１Ａとコントロール部２０１Ｂとを有している。

〔センサ部〕
センサ部２０１Ａにおいて、１１は鏡であり、その表面１１−１が鏡面とされている。鏡１１は、例えばシリコンチップとされており、鏡１１の裏面１１−２側に第１の熱電冷却素子（ペルチェ素子）２の冷却面２−１が取り付けられている。また、鏡１１と第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１との間には、例えば白金による第１の温度センサ１２が設けられている。第１の温度センサ１２は鏡１１の裏面１１−２の温度を鏡面温度ｔＰｐｖとして検出する。

また、第１の熱電冷却素子２は、その加熱面２−２を底面として、センサボディ１３の先端部１３ａの傾斜面１３ｂに取り付けられている。傾斜面１３ｂはセンサボディ１３の中心軸に対して３０゜〜４５゜の傾斜角とされている。したがって、第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１に第１の温度センサ１２を挟んで取り付けられた鏡１１の鏡面１１−１もセンサボディ１３の中心軸に対して３０゜〜４５゜の角度で傾けられている。

センサボディ１３の先端部１３ａにつながる後端部１３ｃは円柱状とされている。この後端部１３ｃには、その先端面を鏡面１１−１に対向させて、投受光一体型の光ファイバ１４が保持されている。投受光一体型の光ファイバ１４の投光軸および受光軸はセンサボディ１３の中心軸と平行とされている。なお、この例では、後端部１３ｃから鏡面１１−１に向かって突き出ている投受光一体型の光ファイバ１４の光ファイバ１４−１，１４−２のうち、１４−１を投光側の光ファイバ、１４−２を受光側の光ファイバとしている。

センサボディ１３の後端部１３ｃの後部には冷却ブロック１５が接合されている。また、冷却ブロック１５の後部には、冷却板１６が接合されている。センサボディ１３、冷却ブロック１５、冷却板１６はいずれも熱伝導性の部材とされており、このセンサボディ１３と冷却ブロック１５と冷却板１６とによって熱伝導体１７が構成されている。

冷却板１５の後部には第２の熱電冷却素子（ペルチェ素子）１８が設けられている。第２の熱電冷却素子１８は、その冷却面１８−１を冷却板１５側として、熱伝導体１７に取り付けられている。すなわち、熱伝導体１７の一端に第１の熱電冷却素子２の加熱面２−２が取り付けられ、熱伝導体１７の他端に第２の熱電冷却素子１８の冷却面１８−１が取り付けられている。本実施の形態において、第２の熱電冷却素子１８の冷却能力は、そのサイズを比較しても分かるように、第１の熱電冷却素子２の冷却能力よりも遙かに大きいものとされている。

第２の熱電冷却素子１８の加熱面１８−２にはヒートシンク１９が放熱体として接合されている。ヒートシンク１９には多数の放熱フィン１９ａが形成されている。このヒートシンク１９も熱伝導体１７と同様、熱伝導性の部材とされている。また、ヒートシンク１９の後方には冷却ファン２０が設けられており、冷却板１６には第２の温度センサ２１が設けられている。第２の温度センサ２１は、第２の熱電冷却素子１８の冷却面１８−１の温度をサブクーラ温度ｔＳｐｖとして検出する。

本実施の形態では、冷却板１６と第２の熱電冷却素子１８とヒートシンク１９と冷却ファン２０とを合わせた構成を補助冷却器（サブクーラ）と呼ぶが、補助冷却器（サブクーラ）の主要構成は第２の熱電冷却素子１８であり、第２の熱電冷却素子１８単体を補助冷却器（サブクーラ）と呼んでもよい。ここでは、冷却板１６と第２の熱電冷却素子１８とヒートシンク１９と冷却ファン２０とを合わせた構成をサブクーラＳＣとする。

また、センサ部２０１Ａには、光電変換器２２が設けられている。光電変換器２２は、コントロール部２０１Ｂからの電気信号を光信号に変換して投光側の光ファイバ１４−１へ与えたり、受光側の光ファイバ１４−２からの光信号を電気信号に変換してコントロール部２０１Ｂへ与えたりする。光電変換器２２とコントロール部２０１Ｂとの接続関係については後述する。また、センサ部２０１Ａに対しては、冷却ファン２０が吸い込む外気の温度をｔｏｕｔとして検出する外気温度センサ２３が設けられている。外気温度センサ２３が検出する外気温度ｔｏｕｔはコントロール部２０１Ｂへ送られる。

〔コントロール部〕
コントロール部２０１Ｂには、メインコントローラ２４と、サブコントローラ２５と、電源２６と、電源スイッチ２７と、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８と、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９と、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０とが設けられている。

メインコントローラ２４は、ＣＰＵ２４−１と、第１のＡ／Ｄ変換器２４−２と、第２のＡ／Ｄ変換器２４−３と、表示部２４−４と、ＲＡＭ２４−５と、ＲＯＭ２４−６とを備えている。ＣＰＵ２４−１は、外部からの各種入力情報を得て、ＲＡＭ２４−５にアクセスしながら、ＲＯＭ２４−６に格納されたプログラムに従って動作する。ＲＯＭ２４−６には、本実施の形態特有のプログラムとして、露点計測表示プログラムが格納されている。

なお、メインコントローラ２４において、第１のＡ／Ｄ変換器２４−２は、光電変換器２２からの電気信号に変換された受光側の光ファイバ１４−２からの光信号（信号Ｓ４）をデジタル信号に変換してＣＰＵ２４−１へ与える。また、第２のＡ／Ｄ変換器２４−３は、第１の温度センサ１２からの鏡面温度ｔＰｐｖ（信号Ｓ２）をデジタル信号に変換して表示部２４−４およびＣＰＵ２４−１へ与える。表示部２４−４は第１の温度センサ１２からのデジタル信号に変換された鏡面温度ｔＰｐｖを表示する。

サブコントローラ２５は、ＣＰＵ２５−１と、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２と、第２のＡ／Ｄ変換器２５−３と、ＲＡＭ２５−４と、ＲＯＭ２５−５とを備えている。ＣＰＵ２５−１は、外部からの各種入力情報を得て、ＲＡＭ２５−４にアクセスしながら、ＲＯＭ２５−５に格納されたプログラムに従って動作する。ＲＯＭ２５−５には、本実施の形態特有のプログラムとして、サブクーラ制御プログラムが格納されている。

なお、サブコントローラ２５において、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２は、第２の温度センサ２１からのサブクーラ温度ｔＳｐｖ（信号Ｓ６）をデジタル信号に変換してＣＰＵ２５−１へ与える。また、第２のＡ／Ｄ変換器２５−３は、外気温度センサ２３からの外気温度ｔｏｕｔ（信号Ｓ８）をデジタル信号に変換してＣＰＵ２５−１へ与える。また、ＣＰＵ２５−１には、メインコントローラ２４における第２のＡ／Ｄ変換器２４−３を介して、第１の温度センサ１２からの鏡面温度ｔＰｐｖが与えられる。

〔センサ部のダクトへの取り付け〕
この鏡面冷却式露点計２０１において、例えばダクト内を流れる被測定気体中の水分の露点を検出する場合、第１の熱電冷却素子２や鏡面１１−１，投光側の光ファイバ１４−１，受光側の光ファイバ１４−２などを含む検出部ＤＴを被測定気体中に位置させるようにして、センサ部２０１Ａをダクトに取り付ける。この際、第２の熱電冷却素子１８を含むサブクーラＳＣはダクトの外に位置させる。

〔サブクーラ低温／高温／連動の切替設定〕
本実施の形態では、サブクーラＳＣに対して、「低温（例えば、−５℃固定）」で動作させるのか、「高温（例えば、２５℃固定）」で動作させるのか、「連動（鏡面温度＋α）」で動作させるのかについて、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を用いてその動作モードを選択的に設定することが可能である。

〔動作モードを「低温」としての露点計測〕
今、センサ部２０１Ａをダクトに取り付けた状態において、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「低温」に設定して、露点計測を開始するものとする。なお、この場合、電源スイッチ２７は既にＯＮとされており、メインコントローラ２４およびサブコントローラ２５には電源が供給された状態にあるものとする。

露点計測を開始させる場合、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを共にＯＮとする。なお、先に、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９をＯＮとし、ある程度時間が経った後に露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＮとするようにしてもよいが、ここでは露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを同時にＯＮとするものとする。

メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされると、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の現在の設定状態と合わせて、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨をサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１に知らせる。

〔サブコントローラ側での動作〕
サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４からサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨の知らせを受けると（図２：ステップＳ１０１のＹＥＳ）、冷却ファン２０の運転を開始する（ステップＳ１０２、信号Ｓ５）。なお、電源スイッチ２７がＯＮとされたときに冷却ファン２０の運転を開始するように構成してもよい。

また、サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４から知らされるサブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の現在の設定状態をチェックする（ステップＳ１０３）。この場合、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の設定状態は「低温」とされているので、ステップ１０６を経てステップＳ１０７へ進み、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを低温（例えば、−５℃）とする。

そして、第２の温度センサ２１からのサブクーラ温度ｔＳｐｖを取り込み（ステップＳ１１２、信号Ｓ６）、サブクーラ温度ｔＳｐｖと設定目標温度Ｔｓｐとが一致するように、第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する（ステップＳ１１３、信号Ｓ７）。

〔メインコントローラ側での動作〕
一方、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８がＯＮとされると、光電変換器２２へ信号Ｓ３を送り、投光側の光ファイバ１４−１の先端面より、鏡面１１−１に対して所定の周期で光を照射させる（図３（ａ）参照）。なお、電源スイッチ２７がＯＮされると投光側の光ファイバ１４−１の先端面より光を照射させるように光電変換器２２を構成してもよい。

鏡面１１−１は被測定気体に晒されており、鏡面１１−１に結露が生じていなければ、投光側の光ファイバ１４−１の先端から照射された光はそのほゞ全量が正反射し、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される鏡面１１−１からの反射光（散乱光）の量は極微量である。したがって、鏡面１１−１に結露が生じていない場合、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の強度は小さい。受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光は、光電変換器２２によって電気信号に変換され、メインコントローラ２４の第１のＡ／Ｄ変換器２４−２へ送られ、デジタル信号に変換されてＣＰＵ２４−１に取り込まれる。

ＣＰＵ２４−１は、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の上限値と下限値との差を反射光の強度として求める。この場合、反射光の強度はほゞ零であり、予め定められている閾値（結露判定用の設定値）に達していないので、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への電流を増大させる（信号Ｓ１）。これにより、第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度が下げられて行く。

第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度、すなわち鏡面１１−１の温度を下げて行くと、被測定気体に含まれる水蒸気が鏡面１１−１に結露し、その水の分子に投光側の光ファイバ１４−１の先端から照射された光の一部が吸収されたり、乱反射したりする。これにより、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される鏡面１１−１からの反射光（散乱光）の強度が増大する。

ここで、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の強度が閾値を超えると、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への電流を減少させる。これにより、第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度の低下が抑えられ、結露の発生が抑制される。この結露の抑制により、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の強度が小さくなり、閾値を下回ると、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への電流を増大させる。

この動作の繰り返しによって、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される反射光の強度が閾値とほゞ等しくなるように、第１の熱電冷却素子２の冷却面２−１の温度が調整される。この調整された温度、すなわち鏡面１１−１に生じた結露が平衡状態に達した温度（露点温度）が、露点温度として表示部２４−４に表示される。

この露点の検出動作において、第１の熱電冷却素子２の加熱面２−２は熱伝導体１７を介して、第２の熱電冷却素子１８を含むサブクーラＳＣによって冷却される。図４に特性ＩとしてサブクーラＳＣの冷却曲線を示し、特性IIとして第１の熱電冷却素子２の冷却曲線を示す。また、参考として、サブクーラＳＣを用いず、鏡面冷却用の熱電冷却素子を大型の多段ペルチェとした場合の冷却曲線を特性IIIとして示す。

特性IIと特性IIIとを比較して分かるように、鏡面冷却用の熱電冷却素子を大型の多段ペルチェとした場合には、鏡面周りの熱容量が大きくなるので、応答性が悪化する。これに対して、サブクーラＳＣを用いた場合には、鏡面周りの熱容量を小さなままとすることができるので、応答性が悪化することがない。

このようにして、本実施の形態では、サブクーラＳＣを用いることによって、第１の熱電冷却素子２として冷却能力が比較的小さい小型の素子（冷却スピードの速いペルチェ）を用いることができている。このため、応答性が犠牲になることがなく、鏡面周りのサイズの大型化も避けられる。また、サブクーラＳＣにペルチェ式の冷却器を採用していることから、冷媒式の冷却器や配管が不要であり、装置が複雑化せず、小型となる。また、冷媒漏れの心配もない。

〔動作モードを「連動」としての露点計測〕
次に、センサ部２０１Ａをダクトに取り付けた状態において、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「連動」に設定して、露点計測を開始する場合について説明する。この場合も、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを同時にＯＮとするものとする。

メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされると、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の現在の設定状態と合わせて、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨をサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１に知らせる。

〔サブコントローラ側での動作〕
サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４からサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨の知らせを受けると（図２：ステップＳ１０１のＹＥＳ）、冷却ファン２０の運転を開始する（ステップＳ１０２）。

また、サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４から知らされるサブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の現在の設定状態をチェックする（ステップＳ１０３）。この場合、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０の設定状態は「連動」とされているので、第１の温度センサ１２からの鏡面温度ｔＰｐｖを取得し（ステップＳ１０４）、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを鏡面温度ｔＰｐｖ＋αとする（ステップＳ１０５）。

そして、外気温度センサ２３からの外気温度ｔｏｕｔを取り込み（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０５で定めた設定目標温度Ｔｓｐと外気温度ｔｏｕｔとを比較する（ステップＳ１１０）。ここで、設定目標温度Ｔｓｐが外気温度ｔｏｕｔ以下であれば（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、第２の温度センサ２１からのサブクーラ温度ｔＳｐｖを取り込み（ステップＳ１１２）、サブクーラ温度ｔＳｐｖと設定目標温度Ｔｓｐとが一致するように、第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する（ステップＳ１１３）。

これに対し、設定目標温度Ｔｓｐが外気温度ｔｏｕｔよりも高い場合には（ステップＳ１１０のＮＯ）、設定目標温度Ｔｓｐを外気温度ｔｏｕｔとし（ステップＳ１１１）、すなわち設定目標温度Ｔｓｐの上限値を外気温度ｔｏｕｔで規制し、サブクーラ温度ｔＳｐｖと設定目標温度Ｔｓｐとが一致するように、第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する（ステップＳ１１２、Ｓ１１３）。

〔メインコントローラ側での動作〕
メインコントローラ２４側での動作は、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「低温」に設定した場合と同じであるので、ここでの説明は省略する。

サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「低温」に設定した場合、すなわちサブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを低温（例えば、−５℃）に固定するものとした場合、その固定された設定目標温度Ｔｓｐよりも高い露点は測定することができない。また、測定範囲の上限付近の露点を測定する際でも、設定目標温度Ｔｓｐが固定であるので、多くのエネルギーを消費してしまう。

これに対して、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「連動」に設定すると、すなわちサブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを鏡面温度ｔＰｐｖ＋αとすると、鏡面温度ｔＰｐｖが上昇すると設定目標温度Ｔｓｐも上昇することになるので、周囲温度と同じ温度まで露点計測を行うことが可能となる。また、設定目標温度Ｔｓｐは、常に鏡面温度ｔＰｐｖ＋αで変動しているため、消費されるエネルギーも必要最小限となる。

〔鏡面のメンテナンス(１)〕
例えば、動作モードを「低温」としての露点計測中、鏡面１１−１のメンテナンスを行いたいものとする。この場合、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＦＦとし、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「高温」に設定する。

すると、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２による鏡面１１−１の冷却動作を中断すると共に、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０が「高温」に設定された旨をサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１に知らせる。

サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、メインコントローラ２４からサブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０が「高温」に設定された旨の知らせを受けると、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを高温（例えば、２５℃）とする（図２：ステップＳ１０６，Ｓ１０８）。

そして、第２の温度センサ２１からのサブクーラ温度ｔＳｐｖを取り込み（ステップＳ１１２）、サブクーラ温度ｔＳｐｖと設定目標温度Ｔｓｐとが一致するように、第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する（ステップＳ１１３）。この場合、設定目標温度Ｔｓｐがサブクーラ温度ｔＳｐｖよりも高いので、第２の熱電冷却素子１８へは逆電流がかけられる。これにより、サブクーラＳＣが加熱器として利用され、鏡面周りが短時間で常温に戻される。

〔鏡面のメンテナンス(２)〕
例えば、動作モードを「連動」としての露点計測中、鏡面１１−１のメンテナンスを行いたいものとする。この場合、動作モードを「低温」としての露点計測中と同様にして、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＦＦとし、サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ３０を「高温」に設定するようにしてもよいが、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＦＦとするだけとしてもよい。

露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８がＯＦＦにされると、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２による鏡面１１−１の冷却動作を中断する。この場合、サブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１は、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを鏡面温度ｔＰｐｖ＋αとする制御を続ける。これにより、鏡面１１−１の冷却動作の中断による温度の上昇に伴って、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐも上昇して行く。

このようにして、動作モードを「連動」としての露点計測中でれば、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８をＯＦＦとするのみで、サブクーラの設定目標温度Ｔｓｐを高温に切り替えることなく、自動的に鏡面周りを常温に戻すようにすることができる。

〔メインコントローラおよびサブコントローラの性能〕
本実施の形態において、鏡面１１−１上での結露の生成スピードは非常に速く、また鏡面温度ｔＰｐｖや鏡面からの反射光の光量は高精度に測定する必要がある。その一方で、サブクーラＳＣの制御は、熱容量が大きいため制御スピードが遅く、また、サブクーラ温度ｔＳｐｖの検出はあまり精度を必要としない。

そこで、本実施の形態では、メインコントローラ２４は、高速制御と高精度測定が必要であるので、高性能・高価格コントローラを用い、サブコントローラ２５は、制御性能・計測精度はあまり必要としないので、低性能・低価格のコントローラを用いるようにして、メインコントローラ２４とサブコントローラ２５のコストと性能をバランスさせ、製品コストを安くしている。

この点について、さらに具体的に述べる。メインコントローラ２４は、受光側の光ファイバ１４−２が受光する反射光の光量をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて第１の熱電冷却素子２へ供給する電流を所定の制御周期で制御する。また、第１の温度センサ１２が検出する鏡面温度ｔＰｐｖをＡ／Ｄ変換し、その刻々の鏡面温度ｔＰｐｖを表示する。そして、鏡面１１−１に生じた結露が平衡状態に達した時の温度を露点温度として表示する。一方、サブコントローラ２５は、第２の温度センサ２１が検出するサブクーラ温度ｔＳｐｖをＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて第２の熱電冷却素子１８へ供給する電流を所定の制御周期で制御する。

メインコントローラ２４において、受光側の光ファイバ１４−２が受光する反射光の光量のＡ／Ｄ変換は第１のＡ／Ｄ変換器２４−２で行われ、そのＡ／Ｄ変換値に基づく第１の熱電冷却素子２への供給電流の所定の制御周期での制御はＣＰＵ２４−１で行われる。また、第１の温度センサ１２が検出する鏡面温度ｔＰｐｖのＡ／Ｄ変換は第２のＡ／Ｄ変換器２４−３で行われる。一方、サブコントローラ２５において、第２の温度センサ２１が検出するサブクーラ温度ｔＳｐｖのＡ／Ｄ変換は第１のＡ／Ｄ変換器２５−２で行われ、そのＡ／Ｄ変換値に基づく第２の熱電冷却素子１８への供給電流の所定の制御周期での制御はＣＰＵ２５−１で行われる。

ここで、メインコントローラ２４とサブコントローラ２５のコストと性能をバランスさせるために、メインコントローラ２４における第１のＡ／Ｄ変換器２４−２や第２のＡ／Ｄ変換器２４−３のＡ／Ｄ変換の精度は、サブコントローラ２５における第１のＡ／Ｄ変換器２５−２のＡ／Ｄ変換の精度よりも高くされている。また、メインコントローラ２４における第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御周期は、サブコントローラ２５における第２の熱電冷却素子１８への供給電流の制御周期よりも短周期とされている。

なお、サブコントローラ２５において、第２のＡ／Ｄ変換器２４−３のＡ／Ｄ変換の精度は、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２と同程度とされている。この例では、説明上、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２と第２のＡ／Ｄ変換器２５−３とを別々に設けるものとしたが、第１のＡ／Ｄ変換器２５−２と第２のＡ／Ｄ変換器２５−３とを１つとし、その１つのＡ／Ｄ変換器を時分割で用いるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、メインコントローラ２４に第２のＡ／Ｄ変換器２４−３および表示部２４−４を設けているが、第２のＡ／Ｄ変換器２４−３および表示部２４−４はメインコントローラ２４から切り離して設けられる場合もある。また、鏡面温度ｔＰｐｖを上位の装置へ送り、その上位の装置の表示部で表示させるというようなことも考えられる。

また、本実施の形態において、メインコントローラ２４からの第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御周期はサブコントローラ２５からの第２の熱電冷却素子１８への供給電流の制御周期よりも短周期とされているが、メインコントローラ２４からの第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を比例制御、サブコントローラ２５からの第２の熱電冷却素子１８への供給電流の制御をＯＮ／ＯＦＦ制御とするようにしてもよい。

すなわち、結露を平衡状態に制御するメインコントローラ２４は、高速で緻密な制御を必要とするので比例制御を採用し、サブクーラの温度を制御するサブコントローラ２５は、比較的アバウトな制御でよいので、制御性能が高くなく低価格で実現可能なＯＮ／ＯＦＦ制御を採用するというように、その制御方式を異ならせるようにしてもよい。勿論、メインコントローラ２４／サブコントローラ２５ともに、その供給電流の制御を比例制御で行うようにしてもよい。

〔メインコントローラを経由してのサブコントローラの起動／停止〕
次に、メインコントローラ２４を経由してのサブコントローラ２５の起動／停止時のメインコントローラ２４での動作について説明する。

〔(１)光電変換器の入出力チェック〕
メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされると（図５：ステップＳ２０１のＹＥＳ）、光電変換器２２の入出力チェックを行う（ステップＳ２０２）。すなわち、光電変換器２２からの入力として光電変換器２２からの信号Ｓ４のレベルをチェックし、光電変換器２２への出力としてＣＰＵ２４−１からの光電変換器２２への信号Ｓ３のレベルをチェックする。

ここで、光電変換器２２からの信号Ｓ４のレベルが正常範囲になかったり、光電変換器２２への信号Ｓ３のレベルが正常範囲になかったり、信号Ｓ４（Ｓ３）のレベルに対する信号Ｓ３（Ｓ４）のレベルが予測される範囲から外れているような場合、異常と判断する（ステップＳ２０３のＹＥＳ）。

なお、この例では、光電変換器２２の入出力チェックを行うようにしたが、光電変換器２２の入力チェックのみを行うようにしてもよく、光電変換器２２の出力チェックのみを行うようにしてもよい。

〔（２）制御出力のチェック〕
光電変換器２２の入出力が正常であれば（ステップＳ２０３のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、制御出力をチェックする（ステップＳ２０４）。すなわち、メインコントローラ２４からの制御出力として、第１の熱電冷却素子２への信号Ｓ１のレベルをチェックする。ここで、第１の熱電冷却素子２への信号Ｓ１のレベルが正常範囲になかった場合、異常と判断する（ステップＳ２０５のＹＥＳ）。

〔（３）温度センサ入力のチェック〕
メインコントローラ２４からの制御出力が正常であれば（ステップＳ２０５のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、温度センサ入力をチェックする（ステップＳ２０６）。すなわち、温度センサ入力として、第１の温度センサ１２からの信号Ｓ２のレベルをチェックする。ここで、第１の温度センサ１２からの信号Ｓ２のレベルが正常範囲になかった場合、異常と判断する（ステップＳ２０７のＹＥＳ）。

〔(４)メインコントローラの自己チェック〕
温度センサ入力が正常であれば（ステップＳ２０７のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、メインコントローラ２４の自己チェックを行う（ステップＳ２０８）。すなわち、メインコントローラ２４について、予め定められた各種パラメータのチェックなどを行う。ここで、１つでも問題があれば、異常と判断する（ステップＳ２０９のＹＥＳ）。

〔(５)サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェック〕
メインコントローラの自己チェックが正常であれば（ステップＳ２０９のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェックを行う（ステップＳ２１０）。すなわち、サブコントローラ２５から冷却ファン２０への信号Ｓ５のラインについて、実際に結線されているか否かをチェックする。

本実施の形態では、設計上、サブコントローラ２５から冷却ファン２０への信号Ｓ５のラインが信号Ｓ１〜Ｓ４とともに中継ケーブルＪ１に収容されており、信号Ｓ６，Ｓ７のラインは中継ケーブルＪ２に収容されている。このために、中継ケーブルＪ１をセンサ部２０１に接続せずに、サブコントローラ２５を起動すると、第２の熱電冷却素子１８の冷却動作は始まるが、冷却ファン２０が回転しないという問題が生じる。そこで、サブコントローラ２５から冷却ファン２０への信号Ｓ５のラインについて、実際に結線されているか否かをチェックし、結線されていない場合に異常と判断する（ステップＳ２１１のＹＥＳ）。

なお、サブコントローラ２５から冷却ファン２０への信号Ｓ５のラインの結線の有無のチェックは、中継ケーブルＪ１をセンサ部２０１Ａに接続した時、例えば信号Ｓ３のラインとの間でショートされるピンＰ１からの戻り信号Ｓ９を結線チェック信号として、ＣＰＵ２４−１内で判断するようにする。

サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェックが正常であれば（ステップＳ２１１のＮＯ）、ＣＰＵ２４−１は、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＮとされた旨の知らせをサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１へ送り、サブコントローラ２５を起動させる（ステップＳ２１２）。

ＣＰＵ２４−１は、ステップＳ２０３，Ｓ２０５，Ｓ２０７，Ｓ２０９，Ｓ２１１の何れか１つでも異常と判断されると、サブコントローラ２５の起動は行わずに（ステップＳ２１３）、すなわちサブコントローラ２５の起動を阻止し、表示部２４−４においてアラーム表示を行う（ステップＳ２１４）。

また、ＣＰＵ２４−１は、サブコントローラ２５の動作中、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＦＦとされると（ステップＳ２１５のＹＥＳ）、サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９がＯＦＦとされた旨の知らせを無条件でサブコントローラ２５のＣＰＵ２５−１へ送り、サブコントローラ２５を停止させる（ステップＳ２１６）。

〔異常監視〕
メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、サブコントローラ２５の動作中も異常監視として、上述した「(１)光電変換器の入出力チェック」、「（２）制御出力のチェック」、「（３）温度センサ入力のチェック」、(４)メインコントローラの自己チェック」、「(５)サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェック」を定期的に繰り返す。図６にこの場合のフローチャートを示す。このフローチャートの処理は割り込み処理によって繰り返し行われる。

この異常監視において、ＣＰＵ２４−１は、１つでも異常と判断されると、すなわちステップＳ３０２，Ｓ３０４，Ｓ３０６，Ｓ３０８，Ｓ３１０の何れか１つでも異常と判断されると、サブコントローラ２５の動作を停止させて（ステップＳ３１１）、表示部２４−４においてアラーム表示を行う（ステップＳ３１２）。

なお、図５や図６に示したフローチャートでは、「(１)光電変換器の入出力チェック」、「（２）制御出力のチェック」、「（３）温度センサ入力のチェック」、(４)メインコントローラの自己チェック」、「(５)サブコントローラと冷却ファンとの間の結線の有無のチェック」を順にチェックして行くようにしたが、そのチェックして行く順番は自由であり、またこれら異常のチェック項目の何れか１つを行うようにしてもよい。また、異常のチェック項目は、これらに限られるものでもない。また、異常が回復した場合、それまで停止させていたサブコントローラ２５の動作を自動的に復旧させるようにしてもよい。

〔受光量基準範囲を用いての鏡面の状態の正常／異常判断〕
メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８がＯＦＦとされると（図７：ステップＳ４０１のＹＥＳ）、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を中断し、露点計測を停止する（ステップＳ４０２）。

そして、所定時間の経過を待って（ステップＳ４０３のＹＥＳ）、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される鏡面１１−１からの反射光の光量（受光量）Ｒｐｖを求める（ステップＳ４０４）。

そして、この求めた受光量Ｒｐｖが予め定められている受光量基準範囲に入っているか否かをチェックし（ステップＳ４０５）、受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲から外れていた場合（ステップＳ４０５のＮＯ）、表示部２４−４においてアラーム表示を行う（ステップＳ４０６）。

すなわち、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御の中断後（ステップＳ４０２）、所定時間の経過を待つことによって（ステップＳ４０３）、鏡面１１−１に結露が生じていない状態を作り出し、この時の鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖを求め（ステップＳ４０４）、この受光量Ｒｐｖが正常であると認められる受光量基準範囲に入っていなければ（ステップＳ４０５のＮＯ）、鏡面の汚れや検出系の劣化など異常が生じているものと判断し、警報を発する（ステップＳ４０６）。本実施の形態において、鏡面の状態の異常とは、鏡面の汚れ以外にも検出系の劣化なども含むものである。

なお、この例では、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８がＯＦＦとされた場合について説明したが、鏡面状態の確認スイッチを独立して設け、この鏡面状態の確認スイッチがＯＮとされた場合に、鏡面の状態の正常／異常の判断が行われるようにしてもよい。

図８に鏡面状態の確認スイッチを設けるようにした場合のフローチャートを示す。鏡面状態の確認スイッチ（図示せず）がＯＮとされると（ステップＳ５０１のＹＥＳ）、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を中断し、露点計測を休止する（ステップＳ５０２）。

そして、所定時間の経過を待って（ステップＳ５０３のＹＥＳ）、受光側の光ファイバ１４−２を介して受光される鏡面１１−１からの反射光の光量（受光量）Ｒｐｖを求める（ステップＳ５０４）。

そして、この求めた受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲から外れていた場合（ステップＳ５０５のＮＯ）、アラーム表示を行い（ステップＳ５０６）、露点計測を停止する（ステップＳ５０７）。

受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲に入っていた場合（ステップＳ５０５のＹＥＳ）、ＣＰＵ２４−１は、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御の中断を解除し、露点計測を再開する（ステップＳ５０８）。

なお、図９に示すように、受光量Ｒｐｖが受光量基準範囲から外れていた場合（ステップＳ５０５のＮＯ）、アラーム表示を行う一方（ステップＳ５０６）、露点計測を再開させるようにしてもよい（ステップＳ５０８）。

また、この鏡面状態の確認中、サブクーラＳＣの運転を停止するようにしてもよいが、この例ではチェック時間を最短にするために、鏡面状態の確認中はサブクーラＳＣの運転を継続するものとする。

また、図１０に示すように、メインコントローラ２４のＣＰＵ２４−１の定期的な割り込み処理動作として、図８に示したステップＳ５０２〜Ｓ５０８に対応するステップＳ６０１〜Ｓ６０７の処理動作を繰り返させるようにしてもよい。この場合も、ステップＳ６０５においてアラーム表示をさせた後、図に点線で示したようにステップＳ６０７へ進み、露点計測を再開させるようにしてもよい。

また、図７〜図１０に示したフローチャートでは、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を中断した後、所定時間経過後の鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖを求めるようにしたが、第１の熱電冷却素子２への供給電流の制御を中断した後、第１の温度センサ１２からの鏡面温度ｔＰｐｖの変化をチェックし、鏡面温度ｔＰｐｖの変化が生じなくなった時の鏡面１１−１からの反射光の受光量Ｒｐｖを求めるようにしてもよい。

図１１にこの場合のフローチャートを例示する。このフローチャートは図１０に対応するフローチャートであり、ステップＳ６０２−１において鏡面温度ｔＰｐｖの変化をチェックし、ステップＳ６０２−２において鏡面温度ｔＰｐｖの変化が生じなくなった時点を判断する。なお、鏡面温度ｔＰｐｖの変化が生じなくなった時点は、鏡面温度ｔＰｐｖの変化する割合が所定値を下回ったタイミングとして判断する。

なお、上述した実施の形態では、鏡面１１−１に生じる結露（露点）を検出するようにしているが、同様の構成によって鏡面１１−１に生じる結霜（霜点）を検出することもできる。すなわち、鏡面１１−１に生じる結霜の増減がなくなる平衡状態になるように第１の熱電冷却素子２への供給電流を制御することによって、鏡面１１−１に生じる結霜（霜点）を検出することも可能である。

また、上述した実施の形態では、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを別個に設けるようにしたが、露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２８とサブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２９とを１つのスイッチで構成するようにしてもよい。この場合、露点計測のＯＮとサブクーラの制御のＯＮが同時に行われ、露点計測のＯＦＦとサブクーラの制御のＯＦＦが同時に行われるものとなる。

また、上述した実施の形態では、第１の熱電冷却素子２を１段のペルチェとしているが、２段のペルチェとするなどしてもよい。すなわち、鏡面回りのサイズや応答性に余裕があれば、多段のペルチェとサブクーラとを組み合わせた構成としても構わない。

また、上述した実施の形態では、センサ部２０１Ａをダクトに取り付けるようにしたが、図１２に示すように、被測定気体が引き込まれるサンプリングチャンバ３１内に検出部ＤＴを位置させるように、サンプリングチャンバ３１に断熱材３２を介してセンサ部２０１Ａを取り付けるようにしてもよい。

本発明の鏡面冷却式センサは、熱電冷却素子（ペルチェ素子）によるサブクーラを用いた鏡面冷却式センサとして、鏡の鏡面上に生じる結露や結霜を検出する露点計などに利用することが可能である。

２０１…鏡面冷却式露点計、２０１Ａ…センサ部、２０１Ｂ…コントロール部、２…第１の熱電冷却素子（ペルチェ素子）、２−１…冷却面、２−２…加熱面、１１…鏡、１１−１…表面（鏡面）、１１−２…裏面、１２…第１の温度センサ、１３…センサボディ、１３ａ…先端部、１３ｂ…傾斜面、１３ｃ…後端部、１４…投受光一体型の光ファイバ、１４−１…投光側の光ファイバ、１４−２…受光側の光ファイバ、１５…冷却ブロック、１６…冷却板、１７…熱伝導体、１８…第２の熱電冷却素子（ペルチェ素子）、１８−１…冷却面、１８−２…加熱面、１９…ヒートシンク、１９ａ…放熱フィン、２０…冷却ファン、２１…第２の温度センサ、２２…光電変換器、２３…外気温度センサ、ＤＴ…検出部、ＳＣ…サブクーラ、２４…メインコントローラ、２４−１…ＣＰＵ、２４−２…第１のＡ／Ｄ変換器、２４−３…第２のＡ／Ｄ変換器、２４−４…表示部、２４−５…ＲＡＭ、２４−６…ＲＯＭ、２５…サブコントローラ、２５−１…ＣＰＵ、２５−２…第１のＡ／Ｄ変換器、２５−３…第２のＡ／Ｄ変換器、２５−４…ＲＡＭ、２５−５…ＲＯＭ、２６…電源、２７…電源スイッチ、２８…露点計測ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、２９…サブクーラ制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、３０…サブクーラ低温／高温／連動切替セレクタスイッチ、Ｊ１，Ｊ２…中継ケーブル、Ｐ１…ピン、３１…サンプリングチャンバ、３２…断熱材。

Claims (2)

1. 被測定気体に晒される鏡面と、
   前記鏡面の裏面側に低温側の面が取り付けられた第１の熱電冷却素子と、
   前記鏡面に対して光を照射する投光手段と、
   前記投光手段から前記鏡面に対して照射された光の反射光を受光する受光手段と、
   前記第１の熱電冷却素子の高温側の面にその一端が取り付けられた熱伝導体と、
   前記熱伝導体の他端に低温側の面が取り付けられた第２の熱電冷却素子と、
   前記第２の熱電冷却素子の低温側の面の温度をサブクーラ温度として検出する温度検出手段と、
   前記受光手段が受光する反射光の光量をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて前記第１の熱電冷却素子へ供給する電流を所定の制御周期で制御する第１の制御手段と、
   前記温度検出手段が検出するサブクーラ温度をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて前記第２の熱電冷却素子へ供給する電流を所定の制御周期で制御する第２の制御手段とを備え、
   前記第１の制御手段におけるＡ／Ｄ変換の精度は、前記第２の制御手段におけるＡ／Ｄ変換の精度よりも高く、
   前記第１の制御手段における制御周期は、前記第２の制御手段における制御周期よりも短周期とされている
   ことを特徴とする鏡面冷却式センサ。
2. 請求項１に記載された鏡面冷却式センサにおいて、
   前記第１の制御手段は、前記第１の熱電冷却素子へ供給する電流を比例制御し、
   前記第２の制御手段は、前記第２の熱電冷却素子へ供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する
   ことを特徴とする鏡面冷却式センサ。

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