JP2021067632A

JP2021067632A - 包装袋内のガス濃度測定装置

Info

Publication number: JP2021067632A
Application number: JP2019195095A
Authority: JP
Inventors: 雅志大島; Masashi Oshima
Original assignee: General Packer Co Ltd
Current assignee: General Packer Co Ltd
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2039-10-28
Also published as: JP7357918B2

Abstract

【課題】レーザー光の光路長を長く伸ばすと共に当該光路長が一定になるようにして、測定精度を向上させたガス濃度測定装置を提供する。【解決手段】特定波長のレーザー光を、ガス置換されて密封された包装袋Ｂに透過させて、当該包装袋の透過前後で変化する特定波長の吸収スペクトルに基づいて包装袋の内部に残留している特定ガスのガス濃度を測定するようにしたレーザー式ガス濃度計を有するガス濃度測定装置１０であって、レーザー光を射出するレーザー発生部１１と、レーザー光を受光するレーザー受光部１２と、レーザー光が反射可能な反射面３０，３１を有し、レーザー発生部から射出され、包装袋Ｂを透過するレーザー光が、反射面３０，３１で複数回反射した後にレーザー受光部に入射するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス置換されて密封された包装袋内に残存する特定ガスのガス濃度を測定するガス濃度測定装置に関するものである。

従来、包装工程において、被包装物の保存期間又は賞味期間を縮めるおそれのある特定の酸化原因ガスを含んだ包装袋内の空気を除去して、不活性ガス、たとえば窒素、二酸化炭素等にガス置換してから密封するガス置換包装が行われている。これによって、包装袋内部の酸化原因ガスは除去され、被包装物、特に食品は、長期の保存期間、賞味期間を確保することができる。
そして、ガス置換包装後の検査工程において、酸化原因ガス、特に酸素の濃度が既定値以下であるかどうか検査が行われている。
しかしながら、現在主流である酸素濃度の測定方法は、サンプルとして任意に選択した包装袋に注射針を刺し、包装袋内から吸引した少量のガスの組成を検査する抜き取り検査である。当該抜き取り検査では、注射痕が形成された包装袋は廃棄しなければならない。また、検査精度を上げるためにサンプル数を増やすと検査時間が長くなり、増加する廃棄量によって経済的、時間的損失が増大する不都合があった。

これに対し、本願出願人は、包装袋を損傷することなく内部の特定ガスの濃度を測定可能なガス濃度測定装置を開発した。
特開２０１０−１０７１９７に開示されている包装袋のガス濃度測定装置１は、図７に示すように、発信器を有するレーザー発生部２と、当該レーザー発生部２に連接し、レーザー光が射出される主ヘッド３、並びに受信器を有するレーザー受光部４と、当該レーザ受光部４に連接し、レーザー光が入射される副ヘッド５とからなる。相対的に接近及び離隔自在に設けられた主ヘッド３と副ヘッド５は、、一対のグリップ６，６に把持された検査対象の包装袋Ｂを挟んで、主ヘッド３に対して副ヘッド５が正対するように配置されている。これによって、主ヘッド３から副ヘッド５へ最短距離でレーザー光が包装袋を透過することができ、包装袋内に残留している酸素等の特定ガスの濃度を測定する際に、包装袋の全数について当該包装袋を一切損傷することなく迅速に測定することができるようになった。

特開２０１０−１０７１９７号公報

しかしながら、上記のガス濃度測定装置１は、包装袋Ｂに対してレーザー光を透過させるとき、包装袋Ｂ内に封じられる気体の量が多少変化しても光路長の変化が小さくなるように主ヘッド３と副ヘッド５を正対させて、光路長を一定にしている。これが、測定対象の包装袋Ｂ内の気体の状態を検査するために十分な光路長を確保することの妨げとなり、上記のガス濃度測定装置１は、測定対象である特定ガスのガス濃度について測定誤差が生じやすい状態であった。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、レーザー光の光路長を長く伸ばすと共に当該光路長が一定になるようにして、測定精度を向上させたガス濃度測定装置を提供することである。

請求項１に記載のガス濃度測定装置は、特定波長のレーザー光を、ガス置換されて密封された包装袋に透過させて、前記包装袋の透過前後で変化する特定波長の吸収スペクトルに基づいて前記包装袋の内部に残留している特定ガスのガス濃度を測定するようにしたレーザー式ガス濃度計を有するガス濃度測定装置であって、
前記レーザー光を射出するレーザー光発生部を内蔵する第１ハウジングと、前記レーザー光を受光するレーザー受光部を内蔵する第２ハウジングと、
前記包装袋を挟んで互いに平行に対向した第１反射面及び第２反射面と、
前記第１反射面に設けられ、前記レーザー光を射出する第１窓部と、前記第２反射面に設けられ前記レーザー光が入射する第２窓部とを備え、
前記第１窓部から射出されたレーザー光が、前記第１反射面と前記第２反射面との間で複数回反射した後、前記第２窓部に入射するようにしたことを特徴とする。

請求項２に記載のガス濃度測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記第１窓部と前記第２窓部には、それぞれサファイヤガラスが嵌め込まれていることを特徴とする。

請求項３に記載のガス濃度測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングの内部が、前記特定ガスを除去した状態であることを特徴とする。

請求項４に記載のガス濃度測定装置は、請求項３に記載の発明において、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングの内部が、略真空状態であることを特徴とする。

請求項５に記載のガス濃度測定装置は、請求項３に記載の発明において、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングの内部が、窒素ガスで満たされていることを特徴とする。

請求項６に記載のガス濃度測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記第１反射面と前記第２反射面の間で反射する前記レーザー光の反射回数が、偶数回であって、好ましくは２回又は４回であることを特徴とする。

請求項７に記載のガス濃度測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記レーザー光が前記反射面へ入射する入射角度が、５度〜８５度であることを特徴とする。

請求項８に記載のガス濃度測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記第１反射面と前記第２反射面を、相対的に接離隔自在に設け、
前記第１反射面と前記第２反射面が前記包装袋を挟持したとき、
前記第１窓部及び前記第１反射面、並びに前記第２窓部及び前記第２反射面が、前記包装袋に密着するようにしたことを特徴とする。

本発明に係るガス濃度測定装置によれば、レーザー発生部から射出されたレーザー光が包装袋を透過するとき、反射面で複数回反射した後にレーザー受光部に入射するようにした。これによって、レーザー光の光路長を伸ばすことができるので、ガス濃度を測定するときの測定精度を向上させることができる。
また好ましくは、反射面が包装袋を挟んで互いに平行に対向する第１反射面と第２反射面からなるように構成し、第１反射面と第２反射面との間でレーザー光を複数回、すなわち少なくとも２回は反射させるようにした。これによって、レーザー発生部とレーザー受光部とを同一側に配置してレーザー光を奇数回、少なくとも１回反射させるよりも一回多く偶数回反射させることができるので、より一層光路長を延長することができる。

第１実施例に係るガス濃度測定装置の構成の概略を示す平面図である。第１実施例に係るガス濃度測定装置の構成の概略を示すブロック図である。第１実施例に係るガス濃度測定装置に関する測定方法の原理を説明する説明図である。第１実施例に係るガス濃度測定装置の第１反射パターンの構成の概略を示す横断面図である。第１実施例に係るガス濃度測定装置の第２反射パターンの構成の概略を示す縦断面図である。第１実施例に係るガス濃度測定装置の第３反射パターンの構成の概略を示す斜視図である。従来のガス濃度測定装置の構成の概略を示す平面図である。

本発明に係るガス濃度測定装置の実施例を、添付した図面にしたがって説明する。
図１は本実施例に係るガス濃度測定装置の構成の概略を示す平面図であり、図２は当該ガス濃度測定装置の構成の概略を示すブロック図である。

本実施例に係るガス濃度測定装置１０は、図１に示すように、包装袋Ｂの内部に残留している特定ガスのガス濃度を測定するように構成されている。当該ガス濃度測定装置１０は、出荷前に包装袋Ｂを検査する検査場に配置されたり、また、包装に係る各種工程を有するロータリー式或いはピロー式等の包装機の検査工程を担うように、当該包装機に組み込まれている。本実施例においては、それらを踏まえて、ガス濃度測定装置１０に絞って説明する。
残留している特定ガスとは、たとえば、酸素ガス（Ｏ_２）である。大気雰囲気下で行われる包装機の包装工程では、被包装物を充填したとき、包装袋内部に大気も充填される。大気に含まれている酸素ガスをはじめとした酸化原因ガスは、被包装物、特に食品類を酸化させて劣化させる原因となる。そのため、包装機には、被包装物を包装袋に充填する包装工程の後に、当該包装袋から大気を抜気して、不活性ガス、たとえば、窒素ガス（Ｎ_２）、二酸化炭素ガス（ＣＯ_２）へ置き換えるガス置換（ガスパージ）工程が設けられている。
その後、ガス置換された包装袋内部の酸素ガスのガス濃度を測定して、当該酸素ガスのガス濃度が基準値以下に収まっているかどうか検査するための装置が、本実施例に係るガス濃度測定装置１０である。酸素ガスのガス濃度を測定したとき、ガス濃度が基準値以下に収まっている場合は、正常にガス置換が行われ、包装袋内部は不活性ガスが充満しているので、被包装物の酸化を防止することができ、保存期間や賞味期間を延ばすことができる。対して、ガス濃度が基準値を超えている場合は、不良品と判断されて、たとえば、包装機の包装工程から排出されるように構成されている。

本実施例に係るガス濃度測定装置１０は、図１に示すように、レーザー光を射出するレーザー発生部１１と、レーザー光を受光するレーザー受光部１２とを備えたレーザー式ガス濃度計と、レーザー光を反射する反射面を有している。さらに、測定対象の包装袋は、袋口両端を一対のグリップ６，６で把持されている。

レーザー式ガス濃度計は、波長可変半導体レーザー吸収分光法によって特定ガスを分析可能に形成されている。
ここで、波長可変半導体レーザー吸収分光法（ＴｕｎａｂｌｅＤｉｏｄｅＬａｓｅｒＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＴＤＬＡＳ）とは、半導体レーザー素子から出力されたレーザー光に係る所定の入射光強度と、測定対象となる特定ガス含んだ気体を封じたセルを透過して、当該特定ガスに吸収された透過後のレーザー光に係る透過光強度とから透過率を求めて、透過率に基づくレーザー光の吸光度からガス濃度を測定する方法である。
特定ガスを含めて気体はそれぞれ固有の吸収波長帯を有し、当該吸収波長帯にはより強く光を吸収する波長に係る吸収線が複数本含まれていることが知られている。ＴＤＬＡＳは、出力するレーザー光の近赤外領域の波長を、測定対象となる特定ガスの複数本の吸収線のうち、一本の吸収線に係る特定波長に合致するように変調し、増幅するように構成されている。そして、セルの透過前後で変化する特定波長の吸収スペクトルに基づいてレーザー光の吸光度を求めてガス濃度を測定している。なお、本実施例において測定対象ガスは酸素ガスであって、当該測定対象ガスを封じるセルは包装袋である。

レーザー発生部１１は、図２に示すように、レーザー光源１３と、当該光源から射出するレーザー光の波長を特定の波長に設定し、所定の光強度に調整する制御部１４とを有している。
レーザー光源１３は、波長が可変可能なダイオードからなる半導体レーザー素子を備え、近赤外領域のレーザー光を出力可能に形成されている。
制御部１４は、半導体レーザー素子から出力されるレーザー光の波長を測定対象の特定ガス固有の特定波長に調整して、レーザー光が所定の入射光強度で射出されるように増幅する制御を行うように形成されている。
ここで、本実施例に係るレーザー式ガス濃度計が測定する特定ガスは、酸素ガスである。当該酸素ガス固有の吸収波長帯は７６０ｎｍ帯であり、当該吸収波長帯に含まれる複数の吸収線のうち、一の吸収線に係る特定波長がレーザー光の出力波長として選択される。

レーザー発生部１１は、第１ハウジング１５に内蔵されている。当該第１ハウジング１５は第１窓部１６を有している。第１窓部１６には、近赤外領域の光を通しやすいサファイヤガラスが嵌め込まれている。そして、レーザー発生部１１は、第１窓部１６を通じて第１ハウジング１５からレーザー光を射出するように形成されている。

第１ハウジング１５内は特定ガス、本実施例においては酸素ガスを除去するために、真空化またはガス置換（ガスパージ）をすることができるように形成されている。そのため、第１ハウジング１５内を真空で維持したり、或いは窒素ガス、又は二酸化炭素或いはこれらに類する不活性ガス類で満たすことができる。
これによって、レーザー光源１３から第１窓部１６を通じて射出するまでの間に、第１ハウジング１５内でレーザ光が特定ガスに吸収されることを防止することができるので、ガス濃度測定の精度を向上させることができる。

レーザー受光部１２は、図２に示すように、包装袋を透過したレーザー光を受光する受光センサ２０と、当該受光センサ２０からの受光信号に基づいて、ガス濃度を測定する測定部２１とを有している。
受光センサ２０は、包装袋を透過したレーザー光の透過光強度を電気的な透過光信号に変換する素子、たとえば、フォトダイオードからなる。これによって、包装袋を透過したレーザー光の透過光強度を電気的に処理することができる。
測定部２１は、透過光強度に係る透過光信号と、レーザー発生部１１から出力されたレーザー光の入射光強度に係る入射光信号に基づいて透過率を計算し、当該透過率に基づいてレーザー光の特定ガスによる吸光度を求め、当該吸光度に基づいて包装袋内の特定ガスの濃度を測定するように形成されている。

レーザー受光部１２は、第２ハウジング２２に内蔵されている。第２ハウジング２２は第２窓部２３を有している。第２窓部２３には、第１窓部１６と同様に、近赤外領域の光を通しやすいサファイヤガラスが嵌め込まれている。
これによって、レーザー受光部１２は、第２窓部２３を通じて包装袋を透過したレーザー光を受光するように形成されている。
第２ハウジング２２内もまた、第１ハウジングと同様に、真空化又は、ガス置換可能に形成されている。そのため、第２窓部２３を通じて入射されたレーザー光を受光センサ２０が受光するまでの間に、第２ハウジング２２内でレーザ光が特定ガスに吸収されることを防止することができるので、ガス濃度測定の精度を向上させることができる。

このように、レーザー式ガス濃度計は、図１及び図２に示すように、レーザー発生部１１から第１窓部１６を通じてレーザー光を射出し、当該レーザー光を測定対象の包装袋Ｂに透過させて、第２窓部２３を通じてレーザー受光部１２で包装袋Ｂを透過したレーザー光を受光するように構成されている。
そして、当該レーザー式ガス濃度計を有するガス濃度測定装置１０は、第１窓部１６から射出されたレーザー光を第２窓部２３へ入射させる間に、反射面で少なくとも一回、好ましくは複数回反射させるように構成されている。

反射面は、所定の位置に第１窓部１６が設けられた第１反射面３０と、所定の位置に第２窓部２３が設けられた第２反射面３１とからなり、第１反射面３０と第２反射面３１は、互いに平行に対向するように設けられている。反射面３０，３１は、たとえば、鏡面、又は鏡面状に磨き上げられた金属、或いは所定の基材に鏡面状の膜体を貼り付けものからなり、レーザー光を反射可能に形成されている。

第１反射面３０と第２反射面３１は、相対的に接離自在に形成され、図１に示すように、第１反射面３０と第２反射面３１との間に包装袋Ｂを挟持可能に形成されている。そのため、第１反射面３０と第２反射面３１で包装袋Ｂを挟持したとき、包装袋Ｂに第１反射面３０と第２反射面３１を密着させることができる。
さらに、包装袋Ｂに対する第１窓部１６と第２窓部２３の位置を定めることによって、第１反射面３０と第２反射面３１で包装袋Ｂを挟持したとき、包装袋Ｂに第１窓部１６と第２窓部２３も密着させることができる。
これによって、レーザー光を第１窓部１６から射出して、第２反射面３１、第１反射面３０と反射させて、第２窓部２３へ入射させるとき、大気に含まれている特定ガスの影響を最小限に抑えることができ、より高精度に特定ガスの濃度を測定することができる。

第１窓部１６と第２窓部２３の位置は、レーザー光を第１窓部１６から射出して第２窓部２３へ入射させる間に第１反射面３０と第２反射面３１で反射可能となるように配置すれば良く、第１窓部１６と第２窓部２３間の距離と、第１窓部１６から射出されるレーザ光が第２反射面３０へ入射するときの所定の入射角度との関係によって、第１反射面３０と第２反射面３１との間でレーザー光を所定の偶数回反射させて、第２窓部２３へ入射させるように制御することができる。

レーザ光を第１窓部１６から射出され第２反射面２４へ入射させるとき、当該レーザー光の入射角度θは、たとえば、図４に示すように、５度から８５度の間で任意に設定することができ、さらに第１反射面３０と第２反射面３１間の距離に基づいて光路長の計算を容易に行うことができる３０度又は６０度、或いは４５度が好ましい。入射角度が５度以下の場合、第１窓部１６と第２窓部２３が正対している従来の場合と光路長の差が大きくならないうえ、レーザー光が、複数回反射している包装袋Ｂ内の一点でガス濃度を測定することとなるので、包装袋Ｂ内部にガスの偏りがあった場合、誤差が生じやすくなるおそれがある。一方、入射角度が８５度以上の場合、包装袋Ｂを透過するレーザー光が特定ガスに吸収されるよりも散乱される割合が大きくなり、ガス濃度の測定で誤差が生じやすくなるおそれがある。

また、第１反射面３０と第２反射面３１との間を反射させる反射回数は、第１窓部１６と第２窓部２３を対向配置していることから、偶数回反射するように構成されている。ここで、反射回数は特定ガスに対するレーザー光の吸収と散乱の関係から２回若しくは４回が好ましい。６回以上反射させると、光路長を長くすることができるが、レーザー光の減衰率が大きくなるため、レーザー受光部に高感度な受光センサを設けなければならない。そのため、コストが増大するおそれがある。

ここで、波長可変半導体レーザー吸収分光法（ＴＤＬＡＳ）は、ランバート・ベールの法則に基づいてガス濃度を測定するものである。ランバート・ベールの法則とは、図３に示すように、入射光強度をＩ_０、包装袋Ｂを透過した透過光強度をＩｔ、入射光に対する透過光の透過率をＴとして、光路長をＬ、ガス濃度をＣとすると，特定波長の吸収スペクトルで射出されたレーザー光の吸光度Ａとの間に、数式１が成立する関係である。ここでεは測定対象となる所定のガスがレーザー光を吸収する固有の吸収係数である。

第１反射面３０と第２反射面３１との間の距離とレーザー光を反射させる反射回数から光路長Ｌを容易に求めることができることから、入射光に対する透過光の透過率Ｔ、または包装袋内で特定ガスに吸収されたレーザー光の特定波長に係る吸収スペクトルの吸光度Ａを得ることが出来れば、ガス濃度Ｃを求めることができる。
ここで、特定ガスは包装袋Ｂに密封されているから、ガス濃度Ｃを定量測定する場合、入射光に対する透過光の透過率Ｔ又は吸収スペクトルの吸光度Ａが大きく変化するように、すなわち、吸光度Ａに比例する光路長Ｌを長くするとガス濃度の検知感度を向上させることができる。このように検知感度を向上させることによって、たとえば数ｐｐｍレベルのガス濃度まで検知できるように検知可能範囲を広げた場合、数％レベルのガス濃度の測定は容易に行うことができ、その測定精度を大きく向上させることができる。
したがって、以下に例示するように、第１反射面３０上に設ける第１窓部１６と、第２反射面３１上に設ける第２窓部２３の位置を定めて、第１反射面３０と第２反射面３１との間でレーザー光を複数回反射させることによって、光路長を長くすることによって、測定精度を向上させることができる。

第１窓部１６の位置と第２窓部２３の位置は、たとえば、図４に示した第１反射パターンから図６に示した第３反射パターンのように配置し、それに伴うレーザー光の光跡もまた次のように例示することができる。
なお、本実施例に係るガス濃度測定装置の第１窓部１６と第２窓部２３の配置と反射回数は以下の例示に限定されるものではなく、本実施例に係るガス濃度測定装置が測定する包装袋の大きさ、厚み、レーザー光の透過しやすさ等に応じて最適な透過率、吸光度を得るために任意に設定することができる。

図４は、ガス濃度測定装置１０の第１反射面３０と第２反射面３１の横断面図である。第１反射パターンは、図４に示すように、第１反射面３０と第２反射面３１とを平面視したとき、第１窓部１６と第２窓部２３が同一平面上で、第１窓部１６に対して第２窓部２３が対角に配置されているパターンである。
第１反射パターンは、第１窓部１６から射出されるレーザー光を第２反射面３１に対して３０度の入射角で反射させている。その後、平行に相対する第１反射面３０と第２反射面３１との間で、図４に示すように４回反射して第２窓部２３へ入射するように形成されている。ここで、図７に示した従来の主ヘッド３と副ヘッド５が正対している場合の光路長を１０ｍｍ、すなわち第１反射面と第２反射面との間の距離を１０ｍｍとすると、図４に示した光路長は従来例に対しておよそ６倍となる約５７．８ｍｍまで伸ばすことができる。

図５は、ガス濃度測定装置１０の第１反射面３０と第２反射面３１の縦断面図である。第２反射パターンは、図５に示すように、第１反射面３０と第２反射面３１の縦断面を側面視したとき、第１窓部１６に対して第２窓部２３が下方へ対角に配置されているパターンである。
第２反射パターンは、第１窓部１６から射出されるレーザー光を第２反射面３１に対して４５度の入射角で反射させている。その後、平行に相対する第１反射面３０と第２反射面３１との間で、図５に示すように４回反射して第２窓部２３へ入射するように形成されている。ここで、図５に示した従来の主ヘッド３と副ヘッド５が正対している場合の光路長を１０ｍｍ、すなわち第１反射面３０と第２反射面との間の距離を１０ｍｍとすると、図５に示した光路長は従来例に対しておよそ７倍となる７０．７ｍｍまで伸ばすことができる。

図６は、ガス濃度測定装置１０の第１反射面３０と第２反射面を俯瞰した斜視図である。図６に示す第３反射パターンは、頂点に第１窓部１６と第２窓部２３を含む直方体を想定したとき、第１窓部１６に対して第２窓部２３が包装袋Ｂを挟んで下方へ対角に配置されているパターンである。
ここで、図６に示すように、レーザー光を４回反射させた場合、たとえば、第３反射パターンについて想定した上記の直方体について、高さと幅が５０ｍｍで、第１反射面と第２反射面との距離、すなわち奥行きが１０ｍｍの直方体としたとき、たとえば、第１窓部と第２窓部の間には、１辺が１０ｍｍの立方体が階段状に５つ連接して配置されていることとなる。このとき、当該立方体の対角線に沿ってレーザー光を射出した場合、当該対角線の長さは１０√３となるから、第１窓部から第１反射面と第２反射面との間で４回反射して第２窓部へ入射されるレーザー光の光路長は、図７に示した従来の主ヘッド３と副ヘッド５が正対している場合の光路長を１０ｍｍ、すなわち、第１反射面３０と第２反射面３１との間の距離を１０ｍｍとすると、図６に示した光路長は従来例に対して５×１０√３となるから、およそ８．６倍の約８６．６ｍｍとなる。

上記の構成を有するガス濃度測定装置１０は、次に示すように包装袋内の特定ガスのガス濃度を測定する。そのガス濃度測定方法を添付した図面にしたがって説明する。

ガス濃度測定方法は、図１及び図２に示すように、まずガス濃度測定装置１０の第１反射面３０と第２反射面３１の間に、測定対象の包装袋Ｂが配置される。そして、図４から図６に例示したように、ガス濃度測定装置１０の第１反射面３０と第２反射面３１が包装袋Ｂを挟持する。これによって、第１窓部１６と第１反射面３０、及び第２窓部２３と第２反射面３１を包装袋Ｂへ密着させることができる。さらに、この反射面３０，３１が包装袋Ｂを挟持するとき、たとえば、包装機に設けた検査工程であれば、図１に示すように、包装袋Ｂの袋口近傍を左右からクリップ６，６で引張しているので、包装袋Ｂ表面のしわを伸ばして、第１反射面３０と第２反射面３１へより一層密着させることができる。
これによって、第１反射面３０と第２反射面３１との距離を一定にすることができるので、レーザー光の光路長を一定にすることができる。また、包装袋Ｂを挟持するとき、当該包装袋Ｂを第１反射面３０と第２反射面３１が押圧するため、包装袋Ｂに密封した窒素等の不活性ガスが漏れているか否かを検査することができる。さらには、包装袋Ｂを密着させるため、第１窓部１６、第２窓部２３や第１反射面３０、第２反射面３１と包装袋Ｂの境界における大気の影響を除去することができ、測定精度を上げることができる。

包装袋Ｂが第１反射面３０と第２反射面３１に挟持された後、続いてレーザー発生部１１から第１窓部１６を通じてレーザー光が射出される。レーザー光は第２反射面３１に対して、たとえば、図４から図６に示したように、所定の入射角度で入射され、第２反射面３１で反射する。その後、レーザー光は、第１反射面３０、続いて第２反射面３１、さらに第１反射面３０と順に反射してから、第２窓部２３を通じてレーザー受光部１２で受光される。

そして、レーザー受光部１２の受光センサ２０は、包装袋Ｂを透過したレーザー光を電子的な透過光信号へ変換する。当該透過光信号は、測定部２１へ出力される。
測定部２１は、上記の透過光信号と、レーザー発生部１１が射出したレーザー光を電子的に変換した入射光信号を取得し、透過光信号と入射光信号を比較して、レーザー光の包装袋に対する透過率Ｔを測定する。そして、当該透過率Ｔに基づいて、包装袋Ｂ内の特定ガスに吸収されたレーザー光の特定波長の吸収スペクトルの吸光度Ａが計算され、当該吸光度Ａに基づいて包装袋内の特定ガスのガス濃度Ｃが測定される。
これによって、ガス濃度測定装置１０は、包装袋Ｂ内部の特定ガスのガス濃度Ｃを測定することができる。

なお、本実施例において、反射面を第１反射面３０と第２反射面３１の二面からなるように構成したがこれに限定されるものではない。たとえば、一枚の反射面に対してレーザー光を反射させることによってもまた光路長を延ばすことができる。この場合には、レーザー発生部１１とレーザー受光部１２を、同一の側に並べて設置することができるので、たとえば、ロータリー式包装機のように包装に係る各種工程を担う装置をスペースが限られた包装機上にレイアウトする場合に効果がある。さらに、本実施例と同様に第１反射面３０と第２反射面３１を設けた場合であっても、たとえば、第１反射面３０に第１窓部１６と第２窓部２３を設けた場合、レーザー発生部１１から第１窓部１６を通じて射出したレーザー光は、奇数回の反射で第２窓部２３を通じてレーザー受光部１２へ入射させることができる。この場合であっても本実施例と同様に光路長を長くすることができるので測定精度を向上させることができる。

また、本実施例において、レーザー光が射出される第１窓部１６と、レーザー光が入射する第２窓部２３を例示したが、これに限定されるものではない。
たとえば、レーザー発生部１１から射出されるレーザー光を光ファイバーで分光して、第１反射面３０に設けた二つ以上の窓部から射出し、射出された複数本のレーザー光が互いに触れて干渉しないように第１反射面３０と第２反射面３１との間で複数回反射させてから、第２反射面３１に設けた二つ以上の窓部に入射させる多点測定を行っても良い。この場合には、包装袋Ｂ内の複数か所を同時に測定することができるので、平均を取って補正等を行うことによって、測定精度を向上させることができる。

本実施例に係るガス濃度測定装置１０によれば、第１反射面３０と第２反射面３１で包装袋を挟持して、第１窓部１６と第１反射面３０、並びに第２窓部２３と第２反射面３１が包装袋Ｂに密着するようにした。
これによって、包装袋Ｂの厚みがバラバラであっても、当該包装袋Ｂを挟持する第１反射面３０と第２反射面３１との距離を一定にしたり、また当該距離を測定することで容易に光路長Ｌを決定することができる。光路長Ｌがわかれば、入射光に対する透過光の透過率Ｔを測定することによって、測定対象の特定ガスに固有の吸収波長帯に含まれた複数の吸収線のうち、一の吸収線に係る特定波長に合致するよう変調したレーザー光の吸収スペクトルの吸光度Ａを求めることができ、当該吸光度Ａに基づいて、包装袋内の特定ガスのガス濃度Ｃを容易に求めることができる。
また、第１窓部１６を設けた第１反射面３０、第２窓部２３を設けた第２反射面３１が包装袋Ｂに密着するように構成したことによって、第１窓部１６、及び第２窓部２４と、包装袋Ｂとの間の大気を押し出して測定することができるので、大気中に含まれている特定ガスによる誤差を極めて小さくすることができ、測定精度を向上させることができる。

１０…ガス濃度測定装置、１１…レーザー発生部、１２…レーザー受光部、
１３…レーザー光源、１４…制御部、１５…第１ハウジング、１６…第１窓部、
２０…受光センサ、２１…測定部、２２…第２ハウジング、２３…第２窓部、
３０…第１反射面、３１…第２反射面、
１…従来のガス濃度測定装置、２…従来のレーザー発生部、３…主ヘッド、４…従来のレーザー受光部、５…副ヘッド、６…グリップ、
Ｂ…包装袋。

Claims

特定波長のレーザー光を、ガス置換されて密封された包装袋に透過させて、前記包装袋の透過前後で変化する特定波長の吸収スペクトルに基づいて前記包装袋の内部に残留している特定ガスのガス濃度を測定するようにしたレーザー式ガス濃度計を有するガス濃度測定装置であって、
前記レーザー光を射出するレーザー光発生部を内蔵する第１ハウジングと、前記レーザー光を受光するレーザー受光部を内蔵する第２ハウジングと、
前記包装袋を挟んで互いに平行に対向した第１反射面及び第２反射面と、
前記第１反射面に設けられ、前記レーザー光を射出する第１窓部と、前記第２反射面に設けられ前記レーザー光が入射する第２窓部とを備え、
前記第１窓部から射出されたレーザー光が、前記第１反射面と前記第２反射面との間で複数回反射した後、前記第２窓部に入射するようにしたことを特徴とするガス濃度測定装置。
前記第１窓部と前記第２窓部には、それぞれサファイヤガラスが嵌め込まれていることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度測定装置。
前記第１ハウジングと前記第２ハウジングの内部が、前記特定ガスを除去した状態であることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度測定装置。
前記第１ハウジングと前記第２ハウジングの内部が、略真空状態であることを特徴とする請求項３に記載のガス濃度測定装置。
前記第１ハウジングと前記第２ハウジングの内部が、窒素ガスで満たされていることを特徴とする請求項３に記載のガス濃度測定装置。
前記第１反射面と前記第２反射面の間で反射する前記レーザー光の反射回数が、偶数回であって、好ましくは２回又は４回であることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度測定装置。
前記レーザー光が前記反射面へ入射する入射角度が、５度〜８５度であることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度測定装置。
前記第１反射面と前記第２反射面を、相対的に接離隔自在に設け、
前記第１反射面と前記第２反射面が前記包装袋を挟持したとき、
前記第１窓部及び前記第１反射面、並びに前記第２窓部及び前記第２反射面が、前記包装袋に密着するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のガス濃度測定装置。