JP5187674B2 - Sensor head for gas detection - Google Patents

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Description

本発明は、検知の遅れを短縮させるガス検知用センサヘッドに関する。   The present invention relates to a gas detection sensor head that reduces detection delay.

従来より、雰囲気中に存在する各種ガスの濃度を赤外吸収等のガス吸光現象を利用して検知することが行われている。ガス検知を行う対象雰囲気の場所から遠隔な場所で検知装置が動作できるように、光源光及びガス透過光は検知装置から対象雰囲気の場所まで光ファイバで伝送され、対象雰囲気の場所にはガス吸光現象を生じさせたい一定距離間のみ光の空間伝播を行うガス検知用センサヘッド(以下、単にセンサヘッドと呼ぶ)が設置される。   Conventionally, the concentration of various gases present in the atmosphere has been detected using a gas absorption phenomenon such as infrared absorption. The light source light and the gas transmitted light are transmitted from the detection device to the target atmosphere location via an optical fiber so that the detection device can operate at a location remote from the target atmosphere location where gas detection is performed. A gas detection sensor head (hereinafter simply referred to as a sensor head) is installed that performs spatial light propagation only for a certain distance where a phenomenon is desired.

図7に示されるように、従来のセンサヘッド71は、光伝播用空間72の周囲を囲む内殻73と、内殻73の光伝播用空間72を挟んで対向する位置に配置された光入射部74及び光出射部75と、内殻73に配置されたガス流入口76と、内殻73の外周を覆う防塵防水用フィルタ79と、防塵防水用フィルタ79の端部を閉じて光出射部75の光ファイバを収容する図示しないエンドキャップを備える。   As shown in FIG. 7, the conventional sensor head 71 is configured such that the inner shell 73 that surrounds the light propagation space 72 and the light incident disposed at a position facing each other across the light propagation space 72 of the inner shell 73. Portion 74 and light emitting portion 75, gas inlet 76 disposed in inner shell 73, dustproof waterproof filter 79 covering the outer periphery of inner shell 73, and end portion of dustproof waterproof filter 79 is closed and light emitting portion An end cap (not shown) that accommodates 75 optical fibers is provided.

一般に、センサヘッド71は、内殻73が円筒状に形成され、光入射部74及び光出射部75が内殻73の両端に配置され、光入射部74から光出射部75に向けて空間伝播する光の光軸が内殻73の中心軸と平行になる。図示例では、光入射部74及び光出射部75が内殻73の両端の中心、すなわち円筒状の内殻73の中心軸上に配置される。よって、該中心軸に光軸が一致する。   In general, in the sensor head 71, the inner shell 73 is formed in a cylindrical shape, the light incident portion 74 and the light emitting portion 75 are disposed at both ends of the inner shell 73, and spatial propagation from the light incident portion 74 toward the light emitting portion 75. The optical axis of the transmitted light is parallel to the central axis of the inner shell 73. In the illustrated example, the light incident portion 74 and the light emitting portion 75 are arranged on the centers of both ends of the inner shell 73, that is, on the central axis of the cylindrical inner shell 73. Therefore, the optical axis coincides with the central axis.

一方、ガス流入口76は内殻73の側面に配置される。ガス流入口76は内殻73の反対側側面にも対向して配置される。ガスは、対象雰囲気であるセンサヘッド71の外部からガス流入口76を通って光伝播用空間72へと流入する。   On the other hand, the gas inlet 76 is disposed on the side surface of the inner shell 73. The gas inlet 76 is also disposed opposite to the opposite side surface of the inner shell 73. The gas flows into the light propagation space 72 through the gas inlet 76 from the outside of the sensor head 71 that is the target atmosphere.

防塵防水用フィルタ79は、対象雰囲気からガス流入口76までの間で、塵埃、水分を除去するためのものである。防塵防水用フィルタ79は、ガスを透過させ、塵埃、水分は透過させないフィルタ材料で構成される。防塵防水用フィルタ79は、長期信頼性を保つように配慮されている。   The dustproof and waterproof filter 79 is for removing dust and moisture between the target atmosphere and the gas inlet 76. The dustproof and waterproof filter 79 is made of a filter material that allows gas to pass therethrough and does not allow dust and moisture to pass therethrough. The dustproof and waterproof filter 79 is designed to maintain long-term reliability.

従来のセンサヘッド71は、防塵防水用フィルタ79や内殻73の寸法が、防塵防水用フィルタ79と内殻73との取り付け易さ、あるいは対象雰囲気への設置し易さを考慮して決められている。   In the conventional sensor head 71, the size of the dustproof / waterproof filter 79 and the inner shell 73 is determined in consideration of the ease of attachment of the dustproof / waterproof filter 79 and the inner shell 73 or the ease of installation in the target atmosphere. ing.

特開平5−256769号公報JP-A-5-256769 特開2005−61992号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-61992

図7に示した従来のセンサヘッド71は、対象雰囲気のガスが光伝播用空間72の中心にある光軸に到達する速度が遅い(時間がかかる)という問題がある。例えば、燃料ガスを生産・配給する設備において、その設備の周辺にセンサヘッド71を設置して設備からのガス漏れを監視しようとする場合、対象雰囲気から光軸にガスが到達する速度が遅いと、ガス濃度の変化を迅速に知ることができない。   The conventional sensor head 71 shown in FIG. 7 has a problem that the speed at which the gas in the target atmosphere reaches the optical axis at the center of the light propagation space 72 is slow (it takes time). For example, in a facility that produces and distributes fuel gas, when the sensor head 71 is installed around the facility to monitor gas leakage from the facility, the rate at which the gas reaches the optical axis from the target atmosphere is slow. The gas concentration change cannot be known quickly.

JIS M 7626 定置形可燃性ガス検知警報器には、検知の遅れとその試験方法について規定しており、検知の遅れは30秒以内でなければならない。   The JIS M 7626 stationary flammable gas detection alarm specifies the detection delay and its test method, and the detection delay must be within 30 seconds.

この要求に応ずるべく、ガス濃度の変化を迅速に検知するには、対象雰囲気から光軸にガスが到達する速度を速くする必要がある。   In order to meet this requirement, in order to quickly detect a change in gas concentration, it is necessary to increase the speed at which the gas reaches the optical axis from the target atmosphere.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、検知の遅れを短縮させるガス検知用センサヘッドを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas detection sensor head that solves the above-described problems and shortens the detection delay.

上記目的を達成するために本発明は、光伝播用空間の周囲を囲む内殻と、該内殻の上記光伝播用空間を挟んで対向する位置に配置された光入射部及び光出射部と、上記内殻に配置されたガス流入口と、上記内殻の外周を覆う防塵防水用フィルタと、該防塵防水用フィルタの端部を閉じて上記光出射部の光ファイバを収容するエンドキャップとを備え、上記ガス流入口が一方向に長く他の方向に短い形状に形成されていると共に上記光入射部と上記光出射部を結ぶ光軸の両側に対向配置されており、上記防塵防水用フィルタの外径は20〜40mmであり、上記内殻と上記防塵防水用フィルタとの隙間は0.4〜0.6mmであり、上記防塵防水用フィルタの外周の面積をAとし、上記防塵防水用フィルタ及びエンドキャップ内の容積をVとしたとき、比V/Aが0.71以下であり、上記光伝播用空間が上記ガス流入口の短軸よりも小さいガス検知用センサヘッドである。 In order to achieve the above object, the present invention includes an inner shell that surrounds a light propagation space, and a light incident portion and a light emission portion that are disposed at positions opposed to each other across the light propagation space of the inner shell. A gas inlet disposed in the inner shell, a dustproof waterproof filter that covers the outer periphery of the inner shell, and an end cap that closes the end of the dustproof waterproof filter and accommodates the optical fiber of the light emitting portion. The gas inlet is formed in a shape that is long in one direction and short in the other direction, and is disposed opposite to both sides of the optical axis that connects the light incident part and the light emitting part. The outer diameter of the filter is 20 to 40 mm, the gap between the inner shell and the dustproof and waterproof filter is 0.4 to 0.6 mm, the area of the outer periphery of the dustproof and waterproof filter is A, and the dustproof and waterproof Filter and end cap volume is V When the ratio V / A is 0.71 der less is, the light propagation space is small gas detection sensor head than the minor axis of the gas inlet.

上記ガス流入口の長軸が上記光入射部と上記光出射部を結ぶ光軸と平行であってもよい。The major axis of the gas inlet may be parallel to the optical axis connecting the light incident part and the light emitting part.

上記内殻が筒状であり、上記光入射部及び光出射部が該内殻の両端面に配置され、上記ガス流入口が該内殻の側面に配置されていてもよい。 The inner shell may be cylindrical , the light incident portion and the light emitting portion may be disposed on both end faces of the inner shell, and the gas inlet may be disposed on a side surface of the inner shell.

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。   The present invention exhibits the following excellent effects.

(1)検知の遅れを短縮させるさせることができる。   (1) The detection delay can be shortened.

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1に示されるように、本発明に係るガス検知用センサヘッド1は、光伝播用空間2の周囲を囲む内殻3と、該内殻3の上記光伝播用空間2を挟んで対向する位置に配置された光入射部4及び光出射部5と、上記内殻3に複数配置されたガス流入口6と、上記内殻の外周を覆う防塵防水用フィルタ9と、該防塵防水用フィルタ9の端部を閉じて上記光出射部の光ファイバを収容するエンドキャップ(図示せず)とを備え、上記防塵防水用フィルタ9の外径は20〜40mmであり、上記内殻3と上記防塵防水用フィルタ9との隙間は0.4〜0.6mmであり、上記防塵防水用フィルタ9の外周の面積をAとし、上記防塵防水用フィルタ9及びエンドキャップ内の容積をVとしたとき、比V/Aが0.71以下であるものである。   As shown in FIG. 1, a gas detection sensor head 1 according to the present invention opposes an inner shell 3 surrounding a light propagation space 2 with the light propagation space 2 of the inner shell 3 interposed therebetween. A light incident part 4 and a light emission part 5 arranged at positions, a plurality of gas inlets 6 arranged in the inner shell 3, a dustproof waterproof filter 9 covering the outer periphery of the inner shell, and the dustproof waterproof filter 9 and an end cap (not shown) for accommodating the optical fiber of the light emitting portion, and the outer diameter of the dustproof and waterproof filter 9 is 20 to 40 mm. When the clearance between the dustproof and waterproof filter 9 is 0.4 to 0.6 mm, the area of the outer periphery of the dustproof and waterproof filter 9 is A, and the volume in the dustproof and waterproof filter 9 and the end cap is V The ratio V / A is 0.71 or less.

内殻3は円筒、角筒(多角筒)等の筒状にするのが好ましく、本実施形態では、内殻3は円筒状にしている。内殻3は、所定の肉厚を有する材料(本実施形態ではSUS)を所定の外径を有する円筒状に形成したものである。   The inner shell 3 is preferably formed into a cylindrical shape such as a cylinder or a rectangular tube (polygonal cylinder). In the present embodiment, the inner shell 3 is formed into a cylindrical shape. The inner shell 3 is formed by forming a material having a predetermined thickness (SUS in the present embodiment) into a cylindrical shape having a predetermined outer diameter.

光入射4部及び光出射部5は、互いに対向していれば内殻3のどこに配置してもよいが、本実施形態では、内殻3が円筒状で、その両端面が互いに平行であるので、光入射4部及び光出射部5は内殻3の両端面に配置している。特にここでは、光入射部4及び光出射部5が内殻3の両端面の中心に配置され、内殻3の中心軸上に光軸が一致する。   The light incident portion 4 and the light emitting portion 5 may be disposed anywhere on the inner shell 3 as long as they face each other. However, in this embodiment, the inner shell 3 is cylindrical and both end surfaces thereof are parallel to each other. Therefore, the light incident part 4 and the light emitting part 5 are arranged on both end faces of the inner shell 3. In particular, here, the light incident part 4 and the light emitting part 5 are arranged at the centers of both end faces of the inner shell 3, and the optical axes coincide with the central axis of the inner shell 3.

光入射部4及び光出射部5は、光ファイバ7の先端にレンズ8を設け、そのレンズ8を内殻3の端面外部から光伝播用空間2へ貫通させたものである。レンズ8は、光の干渉を防止するために斜めに研磨される。光出射部5の光ファイバ7は、エンドキャップに囲まれた空間内でループ状に折り返して光入射部4の光ファイバ7と並べて配線される。   The light incident part 4 and the light emitting part 5 are provided with a lens 8 at the tip of an optical fiber 7 and the lens 8 is penetrated from the outer end face of the inner shell 3 to the light propagation space 2. The lens 8 is polished obliquely to prevent light interference. The optical fiber 7 of the light emitting portion 5 is folded in a loop shape within the space surrounded by the end caps and wired side by side with the optical fiber 7 of the light incident portion 4.

ガス流入口6は、内殻3のどこに配置してもよいが、本実施形態では、対象雰囲気から内殻3の光伝播用空間2へと流入されるガスが光軸に対して直角に流れるよう、ガス流入口6を内殻3の側面とその反対側の側面に対向配置している。ガス流入口6からその反対側のガス流入口6へとガスが光軸に対して直角に流れることでガスが流れ易くなり、対象雰囲気から光伝播用空間2にガスが流入される時間を短縮することができる。   The gas inlet 6 may be disposed anywhere on the inner shell 3, but in this embodiment, gas flowing from the target atmosphere into the light propagation space 2 of the inner shell 3 flows at right angles to the optical axis. Thus, the gas inlet 6 is disposed so as to face the side surface of the inner shell 3 and the side surface on the opposite side. The gas flows easily from the gas inlet 6 to the gas inlet 6 on the opposite side to the optical axis, thereby facilitating the gas flow and shortening the time for the gas to flow into the light propagation space 2 from the target atmosphere. can do.

本実施形態では、ガス流入口6を楕円、長円、長方形、扁平な六角形など、一方向に長く他の方向に短い形状にしている。長い方の開口径を長軸、短い方の開口径を短軸と呼ぶことにする。図示したものでは、ガス流入口6は、二辺が長軸に平行であり別の二辺が短軸に平行である扁平な八角形に形成されている。   In the present embodiment, the gas inlet 6 has a shape that is long in one direction and short in the other direction, such as an ellipse, an ellipse, a rectangle, and a flat hexagon. The longer opening diameter is called the major axis, and the shorter opening diameter is called the minor axis. In the illustrated example, the gas inlet 6 is formed in a flat octagon having two sides parallel to the major axis and another two sides parallel to the minor axis.

本実施形態では、ガス流入口6は、内殻3の周方向に短軸を向け、内殻3の軸方向に長軸を向けている。よって、ガス流入口6の長軸が光入射部4と光出射部5を結ぶ光軸と平行である。   In the present embodiment, the gas inlet 6 has a short axis directed in the circumferential direction of the inner shell 3 and a long axis directed in the axial direction of the inner shell 3. Therefore, the major axis of the gas inlet 6 is parallel to the optical axis connecting the light incident part 4 and the light emitting part 5.

また、本実施形態では、複数のガス流入口6の長軸が同一直線上になるよう、ガス流入口6が一列に整列配置されている。   In the present embodiment, the gas inlets 6 are arranged in a line so that the long axes of the plurality of gas inlets 6 are on the same straight line.

防塵防水用フィルタ9は、塵埃、水分を除去するためのものであり、例えば、焼結金属フィルタで構成される。防塵防水用フィルタ9は、所定の肉厚を有するフィルタ材料を所定の内径を有する円筒状に形成し、両端のフランジ(図示せず)をエンドキャップ及び後述する光ファイバ収容部に固定したものである。   The dustproof / waterproof filter 9 is for removing dust and moisture, and is composed of, for example, a sintered metal filter. The dustproof / waterproof filter 9 is formed by forming a filter material having a predetermined thickness into a cylindrical shape having a predetermined inner diameter, and fixing flanges (not shown) at both ends to an end cap and an optical fiber housing portion described later. is there.

図2に示されるように、ガス検知用センサヘッド1の一端は、光入射部4の光ファイバ7に連結する光コネクタと光ファイバ7の余長を収容した光ファイバ収容部26に取り付けられる。ガス検知用センサヘッド1の他端にはエンドキャップ27が取り付けられる。
エンドキャップ27は、内殻3に囲まれた光伝播用空間2に連通する空間を有し、先端が閉じているものである。ガス検知用センサヘッド1の光出射部5の光ファイバ7は、エンドキャップ27内でループ状に折り返して内殻3の外側を通して光ファイバ収容部26内に戻り、光コネクタに連結される。光ファイバケーブル24は、光源部及びガス濃度検出部と光ファイバ収容部26を接続する。
As shown in FIG. 2, one end of the gas detection sensor head 1 is attached to an optical connector 26 that accommodates an optical connector connected to the optical fiber 7 of the light incident portion 4 and an extra length of the optical fiber 7. An end cap 27 is attached to the other end of the gas detection sensor head 1.
The end cap 27 has a space communicating with the light propagation space 2 surrounded by the inner shell 3 and has a closed end. The optical fiber 7 of the light emitting portion 5 of the gas detection sensor head 1 is looped back in the end cap 27 and returns to the optical fiber housing portion 26 through the outside of the inner shell 3 and is connected to the optical connector. The optical fiber cable 24 connects the light source unit, the gas concentration detection unit, and the optical fiber housing unit 26.

図3に示されるように、ガス濃度検出装置31は、ガス検知用センサヘッド1に光源光を提供する光源部32と、ガス検知用センサヘッド1の透過光を受光してガス濃度を検出するガス濃度検出部33とを備える。   As shown in FIG. 3, the gas concentration detection device 31 detects the gas concentration by receiving the light source unit 32 that provides the light source light to the gas detection sensor head 1 and the light transmitted through the gas detection sensor head 1. And a gas concentration detector 33.

光源部32は、変調中心波長の掃引幅及び掃引周期を規定する三角波を発生する三角波発生器321、その三角波に基づいてバイアス電圧を出力するバイアス電源322、交流成分を遮断するインダクタ323、変調周波数及び振幅を規定する正弦波電圧を発生する発振器324、直流成分を遮断するコンデンサ325、正弦波を2倍周する倍周器326、バイアス電圧と正弦波電圧が重畳して印加されるレーザ発光素子327、レーザ発光素子327を加熱・冷却するペルチェ素子328、ペルチェ素子を駆動してレーザ発光素子327の温度を制御する温度制御電源329を備える。   The light source unit 32 includes a triangular wave generator 321 that generates a triangular wave that defines the sweep width and sweep period of the modulation center wavelength, a bias power source 322 that outputs a bias voltage based on the triangular wave, an inductor 323 that cuts off an AC component, and a modulation frequency. An oscillator 324 that generates a sine wave voltage that defines an amplitude, a capacitor 325 that cuts off a direct current component, a frequency multiplier 326 that doubles the sine wave, and a laser light emitting element to which a bias voltage and a sine wave voltage are applied in a superimposed manner 327, a Peltier element 328 for heating and cooling the laser light emitting element 327, and a temperature control power source 329 for driving the Peltier element to control the temperature of the laser light emitting element 327.

ガス濃度検出部33は、ガス検知用センサヘッド1からの透過光を受光する受光素子331、その受光信号について発振器の信号Aと倍周器の信号Bにより位相敏感検波を行う位相検波回路332、検波した信号を時系列として記憶する信号記憶部333、その時系列を演算処理することにより、ガス濃度を計算する信号処理部334を備える。   The gas concentration detection unit 33 includes a light receiving element 331 that receives the transmitted light from the gas detection sensor head 1, a phase detection circuit 332 that performs phase sensitive detection on the received light signal based on the signal A of the oscillator and the signal B of the multiplier, A signal storage unit 333 that stores the detected signal as a time series, and a signal processing unit 334 that calculates a gas concentration by performing arithmetic processing on the time series are provided.

ガス濃度検出システム31において、ガス検知用センサヘッド1は、光源部32からガス濃度検出部33に至る光ファイバ7に、直列あるいは並列に任意の個数挿入して、多点計測に使用することができる。   In the gas concentration detection system 31, the gas detection sensor head 1 can be used for multipoint measurement by inserting an arbitrary number in series or in parallel into the optical fiber 7 extending from the light source unit 32 to the gas concentration detection unit 33. it can.

ガス濃度検出システム31におけるガス濃度検出の方法は周知慣用の技術であるから説明は省く。   Since the gas concentration detection method in the gas concentration detection system 31 is a well-known and commonly used technique, a description thereof will be omitted.

ガス濃度検出システム31は、光による伝送と電子装置による情報処理を行っているので、ガス検知用センサヘッド1の光伝播用空間2にガスが流入すれば、ただちにそのガス濃度が検知できる。よって、JISに規定する検知の遅れは、対象雰囲気から光軸にガスが到達する速度に依存する。   Since the gas concentration detection system 31 performs transmission by light and information processing by an electronic device, if the gas flows into the light propagation space 2 of the gas detection sensor head 1, the gas concentration can be detected immediately. Therefore, the detection delay defined in JIS depends on the speed at which the gas reaches the optical axis from the target atmosphere.

図1のガス検知用センサヘッド1の作用効果を説明する。   The effects of the gas detection sensor head 1 of FIG. 1 will be described.

図1のガス検知用センサヘッド1は、防塵防水用フィルタ9の外周の面積(以下、表面積と称する)をAとし、防塵防水用フィルタ9及びエンドキャップ27内の空間の容積
(以下、内容積と称する)をVとしたとき、比V/Aが0.71以下であるという特徴を有する。この特徴を従来と比較するために、図4を参照する。
In the gas detection sensor head 1 of FIG. 1, the area (hereinafter referred to as a surface area) of the outer periphery of the dustproof / waterproof filter 9 is A, and the volume of the space in the dustproof / waterproof filter 9 and the end cap 27 (hereinafter referred to as the internal volume). When V is V), the ratio V / A is 0.71 or less. To compare this feature with the prior art, reference is made to FIG.

図4(a)に示されるように、防塵防水用フィルタ9の外径を30mmとすると、その表面積Aは、
2×π×1.5cm×10cm≒94cm
である(図示寸法はmmであるが計算式はcmを使用;以下同)。
As shown in FIG. 4A, when the outer diameter of the dustproof and waterproof filter 9 is 30 mm, the surface area A is
2 × π × 1.5 cm × 10 cm≈94 cm 2
(The dimension shown in the drawing is mm, but the calculation formula is cm; the same applies hereinafter).

防塵防水用フィルタ9に囲まれた円柱状の空間(内殻3は除去してある)の体積(防塵防水用フィルタ9単体の容積)V1は、内径がφ26であるから、
V1=π×1.3cm×10cm=53cm
である。
Since the volume of the cylindrical space surrounded by the dustproof / waterproof filter 9 (the inner shell 3 is removed) V1 (volume of the dustproof / waterproof filter 9 alone) V1 is φ26,
V1 = π × 1.3 cm 2 × 10 cm = 53 cm 3
It is.

エンドキャップ27に囲まれた円柱状の空間の体積(エンドキャップ27の容積)V2は、内径がφ44mm、長さ36mmであるから、
V2=π×2.2cm×3.6cm≒55cm
である。
Since the volume of the cylindrical space surrounded by the end cap 27 (volume of the end cap 27) V2 has an inner diameter of 44 mm and a length of 36 mm,
V2 = π × 2.2 cm 2 × 3.6 cm≈55 cm 3
It is.

図4(b)に示されるように、従来の内殻73の体積V3は、外径がφ20mmであり、長さが100mmであるから、
V3=π×1.0cm×10cm≒31cm
である。
As shown in FIG. 4B, the volume V3 of the conventional inner shell 73 has an outer diameter of φ20 mm and a length of 100 mm.
V3 = π × 1.0 cm 2 × 10 cm≈31 cm 3
It is.

ガス流入口76が両側面に5個ずつ、上下に5個ずつ配置されることにより、対抗するガス流入口76間に形成される空間(ガス流入口部分という)が10個あるものとすると、そのガス流入口部分の総容積V4は、口径がφ10mmであり、深さは内殻73の外径20mmと等しいとして、
V4=π×0.5cm×2×10個≒16cm
である。
Assuming that there are 10 spaces (referred to as gas inlet portions) formed between the opposing gas inlets 76 by arranging five gas inlets 76 on each side surface and five on each side. The total volume V4 of the gas inlet port has a diameter of φ10 mm and a depth equal to the outer diameter of the inner shell 73 of 20 mm.
V4 = π × 0.5 cm 2 × 2 × 10 ≈16 cm 3
It is.

このとき、内殻73を防塵防水用フィルタ9に収容すると、防塵防水用フィルタ9単体の容積V1とエンドキャップ27の容積V2とを合わせたものから内殻73の体積V3が除去される。ガス流入口76部分の総容積V4を足すことで、内容積Vが求まる。すなわち、内容積Vは、
V=V1+V2−V3+V4
=53+55−31+16=93
となる。ここで、光伝播用空間72の容積は小さいことから、計算から除外している。
At this time, when the inner shell 73 is accommodated in the dustproof waterproof filter 9, the volume V3 of the inner shell 73 is removed from the sum of the volume V1 of the dustproof waterproof filter 9 and the volume V2 of the end cap 27. The internal volume V is obtained by adding the total volume V4 of the gas inlet 76. That is, the internal volume V is
V = V1 + V2-V3 + V4
= 53 + 55-31 + 16 = 93
It becomes. Here, since the volume of the light propagation space 72 is small, it is excluded from the calculation.

従って、比V/Aは、
V/A=93/94≒1
となる。
Therefore, the ratio V / A is
V / A = 93/94 ≒ 1
It becomes.

図4(c)は、本発明の第1の実施形態であり、内殻3の外径を大きくしたものである。本発明の内殻3の体積V3は、外径がφ25mmであり、長さが100mmであるから、
V3=π×1.25m×10cm≒49cm
である。
FIG. 4C is a first embodiment of the present invention, in which the outer diameter of the inner shell 3 is increased. Since the volume V3 of the inner shell 3 of the present invention has an outer diameter of φ25 mm and a length of 100 mm,
V3 = π × 1.25 m 2 × 10 cm≈49 cm 3
It is.

ガス流入口6は長円形のものが両側面に1個ずつ、上下に1個ずつ配置されることにより、対抗するガス流入口6間に形成される空間(ガス流入口部分)が2個あるものとすると、そのガス流入口部分の総容積V4は、幅が2.5mm、Rが1.25mmであり、深さは内殻3の外径25mmと等しいとして、
V4=(5.75cm×0.25cm+π×0.125cm
×2.5cm×2個
≒7.4cm
である。
There are two spaces (gas inlet portions) formed between opposing gas inlets 6 by arranging one elliptical gas inlet 6 on each side and one on the upper and lower sides. Assuming that the total volume V4 of the gas inlet portion is 2.5 mm in width, R is 1.25 mm, and the depth is equal to the outer diameter 25 mm of the inner shell 3,
V4 = (5.75 cm × 0.25 cm + π × 0.125 2 cm 2 )
× 2.5cm × 2 pieces
≒ 7.4cm 3
It is.

このとき、内殻3を防塵防水用フィルタ9に収容すると、内容積Vは、
V=V1+V2−V3+V4
=53+55−49+7.4=66.4
となる。ここで、光伝播用空間2の容積は小さいことから、計算から除外している。
At this time, when the inner shell 3 is accommodated in the dustproof and waterproof filter 9, the internal volume V is
V = V1 + V2-V3 + V4
= 53 + 55-49 + 7.4 = 66.4
It becomes. Here, since the volume of the light propagation space 2 is small, it is excluded from the calculation.

従って、比V/Aは、
V/A=66.4/94≒0.71
となる。
Therefore, the ratio V / A is
V / A = 66.4 / 94≈0.71
It becomes.

図4(b)の従来技術では、比V/Aが1であり、このとき検知の遅れは30秒である。この値は、JISの基準をぎりぎり満足しているものの、マージンがなく、十分に速いとは言えない。図4(c)の本発明では、比V/Aが0.71であり、検知の遅れは20秒となり、従来に比べて検知の遅れを短縮することができる。   In the prior art of FIG. 4B, the ratio V / A is 1, and at this time, the detection delay is 30 seconds. Although this value satisfies the JIS standard, it cannot be said that it is sufficiently fast because there is no margin. In the present invention shown in FIG. 4C, the ratio V / A is 0.71, the detection delay is 20 seconds, and the detection delay can be shortened compared to the conventional case.

このように、本発明では、内殻3の外径を大きくし、防塵防水用フィルタ9との隙間を小さく(上記実施形態では0.5mm)することにより、比V/Aを小さくし、ガス検知の応答を速くしている。比V/Aは、防塵防水用フィルタと内殻の寸法をいずれか又はそれぞれ変えることで任意に設定できる。ただし、対象雰囲気への設置などを考慮すると、防塵防水用フィルタ9の外径の好適値は、φ20〜40mmである。したがって、この好適値の範囲内で比V/Aが0.71以下となるように防塵防水用フィルタと内殻の寸法を選択するのが望ましい。内殻3と防塵防水用フィルタ9との隙間は、小さくすることが好ましく、その取り付け性を考慮して、0.4〜0.6mmが好適値である。   Thus, in the present invention, the ratio V / A is reduced by increasing the outer diameter of the inner shell 3 and reducing the gap with the dustproof / waterproof filter 9 (0.5 mm in the above embodiment). The detection response is made faster. The ratio V / A can be arbitrarily set by changing the dimensions of the dustproof and waterproof filter and the inner shell. However, considering the installation in the target atmosphere, a suitable value for the outer diameter of the dustproof and waterproof filter 9 is φ20 to 40 mm. Therefore, it is desirable to select the dimensions of the dustproof and waterproof filter and the inner shell so that the ratio V / A is 0.71 or less within the range of this preferable value. The gap between the inner shell 3 and the dustproof / waterproof filter 9 is preferably small, and 0.4 to 0.6 mm is a preferable value in consideration of its mounting property.

図4(a)から分かるように、エンドキャップ27内の空間が防塵防水用フィルタ9内の空間に連通しており、内容積Vの一部を占める。したがって、エンドキャップ27を変更することで、内容積Vを変えることができる。図4(d)は、本発明の他の実施形態であり、エンドキャップ27の内径及び長さを縮小し、本発明の第1の実施形態のガス検知用センサヘッド1に適用した。   As can be seen from FIG. 4A, the space in the end cap 27 communicates with the space in the dustproof and waterproof filter 9 and occupies a part of the internal volume V. Therefore, the internal volume V can be changed by changing the end cap 27. FIG. 4D shows another embodiment of the present invention, in which the inner diameter and length of the end cap 27 are reduced and applied to the gas detection sensor head 1 of the first embodiment of the present invention.

エンドキャップ27に囲まれた円柱状の空間の体積(エンドキャップ27の容積)V2は、内径がφ26mm、長さ20mmであるから、
V2=π×1.3cm×2cm≒11cm
である。
Since the volume of the cylindrical space surrounded by the end cap 27 (volume of the end cap 27) V2 has an inner diameter of φ26 mm and a length of 20 mm,
V2 = π × 1.3 cm 2 × 2 cm≈11 cm 3
It is.

よって、内容積Vは、
V=V1+V2−V3+V4
=53+11−49+7.4=22.4
となる。
Therefore, the internal volume V is
V = V1 + V2-V3 + V4
= 53 + 11-49 + 7.4 = 22.4
It becomes.

従って、比V/Aは、
V/A=22.4/94≒0.24
となる。検知の遅れは8秒となる。
Therefore, the ratio V / A is
V / A = 22.4 / 94≈0.24
It becomes. The detection delay is 8 seconds.

このようにエンドキャップ27の内径あるいは長さを縮小することによっても、比V/Aを小さくすることができる。ただし、エンドキャップ27内では、光ファイバ7が折り返して収容されるので、光ファイバ7の曲率が大きくならない程度にエンドキャップ27内の空間を確保するのが望ましい。   Thus, the ratio V / A can also be reduced by reducing the inner diameter or length of the end cap 27. However, since the optical fiber 7 is folded and accommodated in the end cap 27, it is desirable to secure the space in the end cap 27 to the extent that the curvature of the optical fiber 7 does not increase.

図5に、比V/Aと検知の遅れの関係を示す。比V/Aを0.71以下とすることにより、検知の遅れを20秒以下とすることができ、JIS規格の検知の遅れ30秒以内を達成できる。   FIG. 5 shows the relationship between the ratio V / A and the detection delay. By setting the ratio V / A to 0.71 or less, the detection delay can be set to 20 seconds or less, and the detection delay within 30 seconds of the JIS standard can be achieved.

本発明の他の特徴について説明する。   Other features of the present invention will be described.

図1に示されるように、ガス流入口6を一方向に長く他の方向に短い形状にしたことにより、内殻3の機械的強度を損なうことなく開口面積を大きくすることができる。開口面積を大きくすることで、ガスが流入される速度を向上させることができる。従来のセンサヘッド71のようにガス流入口76が円形であると、ガス流入口76の開口面積を大きくするには、開口径を全方向に一様に大きくするしかなく、その結果、内殻73の機械的強度が低下する。その点、本発明のガス検知用センサヘッド1のガス流入口6は、短軸は伸ばさず、長軸を伸ばすことで開口面積を大きくすることができ、この場合、内殻3の機械的強度が低下しない。   As shown in FIG. 1, the opening area can be increased without impairing the mechanical strength of the inner shell 3 by making the gas inlet 6 long in one direction and short in the other direction. By increasing the opening area, it is possible to improve the speed at which the gas is introduced. If the gas inlet 76 is circular as in the conventional sensor head 71, the opening area of the gas inlet 76 can only be increased by increasing the opening diameter uniformly in all directions. The mechanical strength of 73 decreases. In that respect, the gas inlet 6 of the gas detection sensor head 1 of the present invention does not extend the short axis, but can increase the opening area by extending the long axis. In this case, the mechanical strength of the inner shell 3 is increased. Does not drop.

ガス流入口6を長くする方向は、光軸に平行な方向とは限らず、内殻3の周方向でも斜め方向でも任意であり、機械的強度を低下させないようにすればよい。   The direction in which the gas inlet 6 is lengthened is not limited to the direction parallel to the optical axis, and may be arbitrary in the circumferential direction or the oblique direction of the inner shell 3 so long as the mechanical strength is not reduced.

本発明のガス検知用センサヘッド1は、ガス流入口6の開口面積が大きくなったことで対象雰囲気から光伝播用空間2にガスが流入される時間を短縮することができる。よって、ガス検知用センサヘッド1をガス濃度検出システム21に用いることにより、対象雰囲気のガス濃度の変化を迅速に検知することができる。   The gas detection sensor head 1 of the present invention can shorten the time during which gas flows from the target atmosphere into the light propagation space 2 by increasing the opening area of the gas inlet 6. Therefore, by using the gas detection sensor head 1 for the gas concentration detection system 21, a change in the gas concentration of the target atmosphere can be detected quickly.

次に、図6に示したガス検知用センサヘッド61は、ガス流入口6を互い違いに配置したものである。すなわち、図1のガス検知用センサヘッド1では複数のガス流入口6の長軸同士が同一直線上になるよう一列に整列配置したが、図6のガス検知用センサヘッド61では、内殻3の軸方向に隣接し合うガス流入口6の長軸同士が同一直線上にならないよう、内殻3の周方向に異なる位置にガス流入口6を配置してある。互いに距離の離れたガス流入口6はこの限りでなく、長軸同士が同一直線上になってもよい。   Next, the sensor head 61 for gas detection shown in FIG. 6 has gas inlets 6 arranged alternately. That is, in the gas detection sensor head 1 of FIG. 1, the long axes of the plurality of gas inlets 6 are aligned in a line so that they are on the same straight line. However, in the gas detection sensor head 61 of FIG. The gas inlets 6 are arranged at different positions in the circumferential direction of the inner shell 3 so that the long axes of the gas inlets 6 adjacent to each other in the axial direction are not on the same straight line. The gas inlets 6 that are separated from each other are not limited to this, and the major axes may be on the same straight line.

また、本実施形態では、内殻3の周方向にも複数のガス流入口6が配置されている。これにより、ガス流入口6の個数がガス検知用センサヘッド1より多い。   In the present embodiment, a plurality of gas inlets 6 are also arranged in the circumferential direction of the inner shell 3. As a result, the number of gas inlets 6 is greater than that of the gas detection sensor head 1.

ガス検知用センサヘッド61は、ガス流入口6を互い違いに配置したので、内殻3の機械的強度をより確保することができると共に、耐振動性も向上させることができる。   Since the gas detection sensor head 61 has the gas inlets 6 arranged alternately, the mechanical strength of the inner shell 3 can be further ensured and the vibration resistance can be improved.

また、ガス検知用センサヘッド61は、ガス流入口6を互い違いに配置したので、内殻3の機械的強度を損なうことなく、ガス流入口6の個数を増やすことができる。   Further, since the gas detection sensor head 61 has the gas inlets 6 arranged alternately, the number of the gas inlets 6 can be increased without impairing the mechanical strength of the inner shell 3.

本発明の一実施形態を示すガス検知用センサヘッドの側面、破断側面及び中心軸に沿った断面図である。It is sectional drawing along the side surface of a gas detection sensor head which shows one Embodiment of this invention, a fracture | rupture side surface, and a central axis. ガス検知用センサヘッドの外観図である。It is an external view of the sensor head for gas detection. ガス濃度検出装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a gas concentration detection apparatus. 表面積Aと内容積Vの定義及び具体例寸法を示す図であり、(a)は防塵防水用フィルタとエンドキャップ、(b)は従来の内殻、(c)は本発明の内殻、(d)は本発明のエンドキャップを示す。It is a figure which shows the definition and specific example dimension of the surface area A and the internal volume V, (a) is a dust-proof waterproof filter and end cap, (b) is a conventional inner shell, (c) is an inner shell of the present invention, ( d) shows the end cap of the present invention. ガス検知用センサヘッドにおける比V/Aに対する検知の遅れ特性図である。It is a detection delay characteristic figure with respect to ratio V / A in the sensor head for gas detection. 本発明の一実施形態を示すガス検知用センサヘッドの中心軸に沿った断面図である。It is sectional drawing along the central axis of the sensor head for gas detection which shows one Embodiment of this invention. 従来のガス検知用センサヘッドの側面、破断側面及び中心軸に沿った断面図である。It is sectional drawing along the side surface, fracture | rupture side surface, and central axis of the conventional sensor head for gas detection.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガス検知用センサヘッド
2 光伝播用空間
3 内殻
4 光入射部
5 光出射部
6 ガス流入口
7 光ファイバ
8 レンズ
9 防塵防水用フィルタ
27 エンドキャップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas detection sensor head 2 Light propagation space 3 Inner shell 4 Light incident part 5 Light emission part 6 Gas inflow port 7 Optical fiber 8 Lens 9 Dust-proof waterproof filter 27 End cap

Claims (3)

光伝播用空間の周囲を囲む内殻と、該内殻の上記光伝播用空間を挟んで対向する位置に配置された光入射部及び光出射部と、上記内殻に配置されたガス流入口と、上記内殻の外周を覆う防塵防水用フィルタと、該防塵防水用フィルタの端部を閉じて上記光出射部の光ファイバを収容するエンドキャップとを備え、上記ガス流入口が一方向に長く他の方向に短い形状に形成されていると共に上記光入射部と上記光出射部を結ぶ光軸の両側に対向配置されており、上記防塵防水用フィルタの外径は20〜40mmであり、上記内殻と上記防塵防水用フィルタとの隙間は0.4〜0.6mmであり、上記防塵防水用フィルタの外周の面積をAとし、上記防塵防水用フィルタ及びエンドキャップ内の容積をVとしたとき、比V/Aが0.71以下であり、上記光伝播用空間が上記ガス流入口の短軸よりも小さいことを特徴とするガス検知用センサヘッド。 An inner shell that surrounds the light propagation space, a light incident portion and a light emission portion that are disposed opposite to each other across the light propagation space of the inner shell, and a gas inflow port that is disposed in the inner shell And a dustproof waterproof filter that covers the outer periphery of the inner shell, and an end cap that closes the end of the dustproof waterproof filter and accommodates the optical fiber of the light emitting portion, and the gas inlet is in one direction. It is formed in a long and short shape in the other direction and is disposed opposite to both sides of the optical axis connecting the light incident part and the light emitting part, and the outer diameter of the dustproof and waterproof filter is 20 to 40 mm, The clearance between the inner shell and the dustproof waterproof filter is 0.4 to 0.6 mm, the area of the outer periphery of the dustproof waterproof filter is A, and the volume inside the dustproof waterproof filter and end cap is V. when it, the ratio V / a is der 0.71 below The gas detection sensor head the light propagation space being less than the minor axis of the gas inlet. 上記ガス流入口の長軸が上記光入射部と上記光出射部を結ぶ光軸と平行であることを特徴とする請求項1記載のガス検知用センサヘッド。   2. The gas detection sensor head according to claim 1, wherein a major axis of the gas inlet is parallel to an optical axis connecting the light incident part and the light emitting part. 上記内殻が筒状であり、上記光入射部及び光出射部が該内殻の両端面に配置され、上記ガス流入口が該内殻の側面に配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載のガス検知用センサヘッド。   The inner shell is cylindrical, the light incident portion and the light emitting portion are disposed on both end faces of the inner shell, and the gas inlet is disposed on a side surface of the inner shell. 3. A gas detection sensor head according to 1 or 2.
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