JP5563959B2

JP5563959B2 - Infrared gas detector

Info

Publication number: JP5563959B2
Application number: JP2010254561A
Authority: JP
Inventors: 晋祐小▲暮▼
Original assignee: Riken Keiki KK
Current assignee: Riken Keiki KK
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-11-15
Also published as: JP2012103231A

Description

本発明は、赤外線式ガス検知器に関する。 The present invention relates to an infrared gas detector.

現在、例えばメタンなどのＨＣ系可燃性ガスや、毒性ガスなどを検知対象ガスとするガス検知器の一として、例えば、一定の光路長を有する、被検査ガスが導入されるガスセルを備え、このガスセルの一端側に赤外線光源が配置されると共に他端側に例えば焦電型赤外線センサよりなる赤外線検出器が配置されて構成されてなり、被検査ガス中の検知対象ガスによって赤外線が吸収されることによる赤外線光量の減衰の程度に応じて当該検知対象ガスの濃度を測定する、非分散型赤外線吸収法を利用した赤外線式ガス検知器が用いられている。 Currently, for example, as a gas detector that uses HC-based combustible gas such as methane or toxic gas as a detection target gas, for example, a gas cell having a certain optical path length, into which a gas to be inspected is introduced, is provided. An infrared light source is arranged on one end side of the gas cell and an infrared detector composed of, for example, a pyroelectric infrared sensor is arranged on the other end side, and infrared rays are absorbed by the detection target gas in the gas to be inspected. An infrared gas detector using a non-dispersive infrared absorption method for measuring the concentration of the detection target gas according to the degree of attenuation of the amount of infrared light due to this is used.

焦電型赤外線センサよりのセンサ出力信号は、直流成分にこの直流成分に比して微弱な交流成分が重畳されたものであり、例えば、赤外線光源を点滅駆動させる構成のものにおいては、交流成分の周波数は例えば０．３〜２Ｈｚであり、振幅は例えば数ｍＶ〜数百ｍＶ程度である。
非分散型赤外線吸収法を利用したガス濃度測定においては、センサ出力信号の交流成分（交流波形）の振幅が検知対象ガスの存在により小さくなることを利用するものであるが、赤外線センサよりのセンサ出力信号をこの状態のまま出力するのであれば、ガス応答に係る信号成分である交流成分を十分に高い信頼性をもって検出することができないことから、センサ出力信号を適正な大きさの信号レベルに変換すること、および、適正な大きさの信号振幅に増幅することが必要とされる。具体的な一例を示すと、例えば、信号レベルについては、センサ出力信号が、波形の中点出力が０．７Ｖ程度、信号振幅が３０ｍＶｐｐであるものである場合には、信頼性の高いガス濃度測定を行うためには、波形の中点出力を例えば２．５Ｖ程度に変換し、信号振幅を例えば３０００ｍＶｐｐ程度にまで増幅することが必要とされる。 The sensor output signal from the pyroelectric infrared sensor is obtained by superimposing a weak alternating current component on the direct current component as compared with the direct current component. For example, in the configuration where the infrared light source is driven to blink, the alternating current component The frequency is, for example, 0.3 to 2 Hz, and the amplitude is, for example, about several mV to several hundred mV.
In the gas concentration measurement using the non-dispersive infrared absorption method, it is used that the amplitude of the AC component (AC waveform) of the sensor output signal becomes smaller due to the presence of the detection target gas. If the output signal is output in this state, the AC component, which is a signal component related to the gas response, cannot be detected with sufficiently high reliability, so that the sensor output signal is set to a signal level of an appropriate magnitude. There is a need to convert and amplify to the proper magnitude of the signal amplitude. As a specific example, for example, with respect to the signal level, if the sensor output signal has a waveform midpoint output of about 0.7 V and a signal amplitude of 30 mVpp, a highly reliable gas concentration In order to perform measurement, it is necessary to convert the midpoint output of the waveform to, for example, about 2.5 V and amplify the signal amplitude to, for example, about 3000 mVpp.

一般に、交流信号を増幅する手段として、例えばコンデンサを用いた交流結合回路（ＡＣカップリング回路）を利用することが知られており、このような信号処理回路を具えた焦電型赤外線ガス検知器が提案されている（特許文献１参照）。
図４は、従来の焦電型赤外線式ガス検知器における信号処理回路の一例を示すブロック図である。
この焦電型赤外線式ガス検知器においては、焦電型赤外線センサ６０よりのセンサ出力信号をその信号レベルを上昇させると共に所定の増幅率で増幅させて出力する増幅手段７０を具えている。図４において、符号６１は焦電素子（センサ素子）、６５は電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）、５５は赤外線光源、Ｒｇは内部抵抗、Ｒｓは受信抵抗である。増幅手段７０は、コンデンサＣ₀と抵抗器Ｒ₀とにより構成された交流結合回路７１と、この交流結合回路７１を介して焦電型赤外線センサ６０に接続された、オペアンプ７２Ａによる増幅回路７２と、交流結合回路７１を構成する抵抗器Ｒ₀に接続された基準電圧電源７３Ａとを具えており、焦電型赤外線センサ６０よりのセンサ出力信号における直流成分が交流結合回路７１によって除去されると共に、基準電圧電源７３Ａ，７３Ｂによって直流バイアスが印加されることにより所定の信号レベルに上昇され、その後、増幅回路７２によって、信号振幅が設定されたゲイン（増幅率）で増幅される。 In general, it is known to use, for example, an AC coupling circuit (AC coupling circuit) using a capacitor as a means for amplifying an AC signal. A pyroelectric infrared gas detector including such a signal processing circuit is known. Has been proposed (see Patent Document 1).
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a signal processing circuit in a conventional pyroelectric infrared gas detector.
This pyroelectric infrared gas detector includes an amplifying means 70 for increasing the signal level of the sensor output signal from the pyroelectric infrared sensor 60 and amplifying it with a predetermined amplification factor. In FIG. 4, reference numeral 61 is a pyroelectric element (sensor element), 65 is a field effect transistor (FET), 55 is an infrared light source, Rg is an internal resistance, and Rs is a receiving resistance. The amplifying means 70 includes an AC coupling circuit 71 composed of a capacitor C ₀ and a resistor R _0, and an amplification circuit 72 composed of an operational amplifier 72 A connected to the pyroelectric infrared sensor 60 via the AC coupling circuit 71. And a reference voltage power source 73A connected to the resistor R ₀ constituting the AC coupling circuit 71. The DC component in the sensor output signal from the pyroelectric infrared sensor 60 is removed by the AC coupling circuit 71. The DC voltage is applied to the reference voltage power supplies 73A and 73B to raise the signal level to a predetermined level. Thereafter, the amplifier circuit 72 amplifies the signal amplitude with a set gain (amplification factor).

特開２００６−３３７０６７号公報JP 2006-337067 A

而して、上記のコンデンサＣ₀を含む交流結合回路７１を利用した信号処理回路（交流増幅回路）においては、上述したように、センサ出力信号の信号振幅が例えば数ｍＶ〜数百ｍＶ程度と小さいことから、増幅回路７２の増幅率を大きく設定することが必要とされると共に、交流成分の周波数が例えば０．３〜２Ｈｚ程度と小さいことから、交流結合回路７１における時定数τ₀（＝Ｃ₀×Ｒ₀）を大きく設定することが必要とされる。
しかしながら、コンデンサを含む交流結合回路を利用した信号処理回路においては、コンデンサの絶縁性が悪い場合、換言すれば、コンデンサの漏れ電流が大きい場合には、センサ出力信号における直流成分まで増幅されることとなるため、波形の信号レベル（中点出力）の変動の程度が大きくなって増幅手段の設定された出力範囲を超えてしまうことがあり、その結果、センサ出力信号に対して適正な増幅処理を行うことが困難となり、ガス濃度測定を高い信頼性をもって行うことができない、という問題がある。
そして、センサ出力信号の増幅処理において、このような波形の信号レベル（中点出力）に変動が生ずるその程度は、増幅回路７２の増幅率と、交流結合回路７１の時定数の大きさ（コンデンサＣ₀の静電容量および抵抗器Ｒ₀の抵抗値）に比例しており、増幅回路７２の増幅率が大きく設定されると共に交流結合回路７１の時定数が大きく設定される上記の信号処理回路においては、上記の問題が生じやすくなる。 Thus, in the signal processing circuit (AC amplifier circuit) using the AC coupling circuit 71 including the capacitor C ₀ , as described above, the signal amplitude of the sensor output signal is, for example, about several mV to several hundred mV. Since it is small, it is necessary to set the amplification factor of the amplifier circuit 72 to be large, and since the frequency of the AC component is as small as about 0.3 to 2 Hz, for example, the time constant τ ₀ (= C ₀ × R ₀ ) needs to be set large.
However, in a signal processing circuit using an AC coupling circuit including a capacitor, when the insulation of the capacitor is poor, in other words, when the leakage current of the capacitor is large, the DC component in the sensor output signal is amplified. As a result, the fluctuation level of the signal level (midpoint output) of the waveform may increase and exceed the output range set by the amplification means. As a result, appropriate amplification processing is performed on the sensor output signal. There is a problem that it is difficult to perform gas concentration measurement and gas concentration measurement cannot be performed with high reliability.
In the amplification process of the sensor output signal, the degree of fluctuation in the signal level (midpoint output) of such a waveform is determined by the amplification factor of the amplification circuit 72 and the time constant of the AC coupling circuit 71 (capacitor). The signal processing circuit is proportional to the capacitance of C ₀ and the resistance value of the resistor R ₀ , and the amplification factor of the amplification circuit 72 is set large and the time constant of the AC coupling circuit 71 is set large. In this case, the above problem is likely to occur.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、赤外線センサよりのセンサ出力信号に対して所定の信号処理を行うための新規な構成の信号処理回路を有し、信頼性の高いガス濃度測定を行うことのできる赤外線式ガス検知器を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on the above circumstances, and has a signal processing circuit having a novel configuration for performing predetermined signal processing on a sensor output signal from an infrared sensor, and is reliable. An object of the present invention is to provide an infrared gas detector capable of measuring a high gas concentration.

本発明の赤外線式ガス検知器は、赤外線センサと、当該赤外線センサよりの、交流成分に直流成分が重畳されたセンサ出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路とを具えてなり、
前記信号処理回路は、各々、前記赤外線センサよりのセンサ出力信号の信号レベルを上昇させる信号レベル変換機能を有する前段回路と、前記赤外線センサよりのセンサ出力信号の信号レベルを上昇させる信号レベル変換機能および前記前段回路よりの出力信号を所定の増幅率で増幅する信号振幅増幅機能をさらに有する後段回路により構成されており、
前記前段回路は、コンデンサを含む交流結合回路および当該交流結合回路を介して前記赤外線センサに接続された、増幅率が１倍であるバッファ回路を有し、
前記後段回路は、コンデンサを含む交流結合回路および当該交流結合回路を介して前記前段回路に接続された増幅回路を有することを特徴とする。 The infrared gas detector of the present invention comprises an infrared sensor and a signal processing circuit that performs predetermined signal processing on a sensor output signal in which a direct current component is superimposed on an alternating current component from the infrared sensor,
The signal processing circuits each have a signal level conversion function for increasing the signal level of the sensor output signal from the infrared sensor, and a signal level conversion function for increasing the signal level of the sensor output signal from the infrared sensor. And a rear stage circuit further having a signal amplitude amplification function for amplifying an output signal from the front stage circuit at a predetermined amplification factor ,
The pre-stage circuit includes an AC coupling circuit including a capacitor and a buffer circuit connected to the infrared sensor via the AC coupling circuit and having an amplification factor of 1.
The post-stage circuit includes an AC coupling circuit including a capacitor and an amplifier circuit connected to the pre-stage circuit via the AC coupling circuit .

本発明の赤外線式ガス検知器によれば、赤外線センサに対して交流結合された前段回路と、この前段回路に対して交流結合された後段回路とを有する信号処理回路によって、赤外線センサよりのセンサ出力信号に対する信号処理が行われる構成とされていることにより、赤外線センサよりのセンサ出力信号に対して適正な増幅処理を行うことができ、従って、交流結合回路を構成するコンデンサの絶縁抵抗値が低下した場合であっても、ガス濃度測定を高い信頼性をもって行うことができる。 According to the infrared gas detector of the present invention, a sensor from the infrared sensor is provided by a signal processing circuit having a front-stage circuit that is AC-coupled to the infrared sensor and a rear-stage circuit that is AC-coupled to the front-stage circuit. By being configured to perform signal processing on the output signal, it is possible to perform appropriate amplification processing on the sensor output signal from the infrared sensor, and accordingly, the insulation resistance value of the capacitor constituting the AC coupling circuit is Even if it decreases, the gas concentration can be measured with high reliability.

本発明の赤外線式ガス検知器の一例における構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of a structure in an example of the infrared type gas detector of this invention. 図１に示す赤外線式ガス検知器における信号処理回路の一例における構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of a structure in an example of the signal processing circuit in the infrared type gas detector shown in FIG. 図１に示す赤外線式ガス検知器における信号処理回路の信号レベル変換機能を説明するための図であって、（α）が赤外線センサよりのセンサ出力信号、（β）がセンサ出力信号の信号レベルが上昇された出力信号を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a signal level conversion function of a signal processing circuit in the infrared gas detector shown in FIG. 1, wherein (α) is a sensor output signal from an infrared sensor, and (β) is a signal level of the sensor output signal. It is a figure which shows typically the output signal which rose. 図１に示す赤外線式ガス検知器における信号処理回路の信号振幅増幅機能を説明するための図であって、センサ出力信号の信号振幅が所定の増幅率で増幅された出力信号を模式的に示す図。FIG. 2 is a diagram for explaining a signal amplitude amplification function of a signal processing circuit in the infrared gas detector shown in FIG. 1, schematically showing an output signal obtained by amplifying a signal amplitude of a sensor output signal with a predetermined amplification factor. Figure. 従来における焦電型赤外線式ガス検知器における信号処理回路の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the signal processing circuit in the conventional pyroelectric infrared gas detector.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の赤外線式ガス検知器の一例における構成の概略を示すブロック図、図２は、図１に示す赤外線式ガス検知器における信号処理回路の一例における構成の概略を示すブロック図である。
この赤外線式ガス検知器は、導入される被検査ガスに含まれる検知対象ガスの濃度に応じたガス検知信号を出力するガス検知部１０と、赤外線式ガス検知器における各構成部に適宜の動作指令信号を発する機能を有すると共に、ガス検知部１０よりのセンサ出力信号Ｓａに対して所定の信号処理を行い、被検査ガス中の検知対象ガスの濃度を算出する機能を有する制御部３０とを備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the configuration of an example of an infrared gas detector according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the configuration of an example of a signal processing circuit in the infrared gas detector shown in FIG. It is.
This infrared gas detector operates appropriately for each gas detector 10 that outputs a gas detection signal corresponding to the concentration of the gas to be detected contained in the gas to be inspected and for each component in the infrared gas detector. A control unit 30 having a function of issuing a command signal and performing a predetermined signal processing on the sensor output signal Sa from the gas detection unit 10 to calculate the concentration of the detection target gas in the test gas. I have.

ガス検知部１０は、被検査ガスが導入される例えば筒状のガスセル１１と、このガスセル１１の一端側（図１において左端側）に設けられた赤外線光源１５と、ガスセル１１の他端側（図１において右端側）に赤外線光源１５と対向するよう設けられた、例えば焦電型赤外線センサ（以下、単に「赤外線センサ」という。）２０とを有する。図１において、符号１１Ａは被検査ガスが導入されるガス流入口、１１Ｂはガス排出口、１８は光学フィルタであって、検知対象ガスのガス分子固有の吸収波長域の赤外線に対してのみ高い透過率を有するものである。 The gas detection unit 10 includes, for example, a cylindrical gas cell 11 into which a gas to be inspected is introduced, an infrared light source 15 provided on one end side (left end side in FIG. 1) of the gas cell 11, and the other end side of the gas cell 11 ( For example, a pyroelectric infrared sensor (hereinafter simply referred to as “infrared sensor”) 20 is provided on the right end side in FIG. 1 so as to face the infrared light source 15. In FIG. 1, reference numeral 11A is a gas inlet into which a gas to be inspected is introduced, 11B is a gas outlet, and 18 is an optical filter, which is high only for infrared rays in the absorption wavelength range unique to the gas molecules of the detection target gas. It has a transmittance.

赤外線光源１５は、制御部３０によって、例えば、輝度が一定の周期で方形波状に変化するように変調する状態で、点滅駆動される。 The infrared light source 15 is driven to blink in a state where the control unit 30 modulates the luminance so as to change in a square wave shape at a constant cycle, for example.

赤外線センサ２０は、焦電素子（センサ素子）２１と、この焦電素子２１がゲートに接続された電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）２５と、焦電素子２１に並列に接続された内部抵抗Ｒｇと、電界効果型トランジスタ２５のソースとグラウンドとの間に介設された受信抵抗Ｒｓとを具えており、電界効果型トランジスタ２５に起因する直流成分にこの直流成分に比して微弱な焦電素子２１からの交流成分が重畳された電圧信号がセンサ出力信号Ｓａとして出力される。 The infrared sensor 20 includes a pyroelectric element (sensor element) 21, a field effect transistor (FET) 25 having the pyroelectric element 21 connected to the gate, and an internal resistance Rg connected in parallel to the pyroelectric element 21. And a receiving resistor Rs interposed between the source of the field effect transistor 25 and the ground. The pyroelectric element is weaker than the DC component due to the field effect transistor 25 in comparison with the DC component. A voltage signal on which the AC component from 21 is superimposed is output as the sensor output signal Sa.

制御部３０は、赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号Ｓａに対して後述する増幅処理を行う信号処理回路４０と、この信号処理回路４０よりの出力信号（以下、「ガス濃度算出用出力信号」という。）Ｓｃをデジタル信号（Ａ／Ｄ値）に変換するＡ／Ｄ変換回路３４と、このＡ／Ｄ変換回路３４によって得られたデジタル信号に対して特定の信号処理を施して、例えば表示用の指示出力値を算出するマイコン３３とを有する。図１における符号３１は、マイコン３３からの信号を光源駆動用の動作指令信号に変換するデジタル変換回路である。 The control unit 30 includes a signal processing circuit 40 that performs amplification processing, which will be described later, on the sensor output signal Sa from the infrared sensor 20, and an output signal from the signal processing circuit 40 (hereinafter referred to as an "output signal for gas concentration calculation"). .) A / D conversion circuit 34 for converting Sc into a digital signal (A / D value), and specific signal processing is performed on the digital signal obtained by the A / D conversion circuit 34, for example, for display And a microcomputer 33 for calculating the instruction output value. Reference numeral 31 in FIG. 1 denotes a digital conversion circuit that converts a signal from the microcomputer 33 into an operation command signal for driving a light source.

信号処理回路４０は、赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号Ｓａの信号レベルを上昇させると共に信号振幅を設定された増幅率で増幅してガス濃度算出用出力信号Ｓｃを出力する機能を有し、赤外線センサ２０に接続される前段回路４１とこの前段回路４１に接続される後段回路４５とを具えている。 The signal processing circuit 40 has a function of increasing the signal level of the sensor output signal Sa from the infrared sensor 20 and amplifying the signal amplitude with a set amplification factor to output a gas concentration calculation output signal Sc. A pre-stage circuit 41 connected to the sensor 20 and a post-stage circuit 45 connected to the pre-stage circuit 41 are provided.

前段回路４１は、所定の静電容量を有するコンデンサＣ₁およびこのコンデンサＣ₁の出力側に接続された抵抗器Ｒ₁により構成された交流結合回路４２と、この交流結合回路４２を介して赤外線センサ２０に接続された、回路間の緩衝を防止するためのバッファ回路４３と、交流結合回路４２を構成する抵抗器Ｒ₁に接続された、直流バイアスをセンサ出力信号に印加する定電圧電源よりなる基準電圧電源４４Ａとにより構成されており、主として、赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号Ｓａの信号レベルを上昇させる機能を有するものである。
バッファ回路４３は、オペアンプ４３Ａによるボルテージフォロワ回路により構成されており、交流結合回路４２によって直流成分が除去されると共に基準電圧電源４４Ａよりの直流バイアスが印加された赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号Ｓａ、すなわち、赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号Ｓａにおける交流成分を１倍の利得で増幅する（電圧増幅率が１倍である）。 The pre-stage circuit 41 includes an AC coupling circuit 42 configured by a capacitor C ₁ having a predetermined capacitance and a resistor R ₁ connected to the output side of the capacitor C ₁ , and an infrared ray via the AC coupling circuit 42. From a constant voltage power source connected to the sensor 20 for preventing buffering between the circuits and a constant voltage power source connected to the resistor R ₁ constituting the AC coupling circuit 42 and applying a DC bias to the sensor output signal. The reference voltage power supply 44A is mainly configured to have a function of increasing the signal level of the sensor output signal Sa from the infrared sensor 20.
The buffer circuit 43 is configured by a voltage follower circuit using an operational amplifier 43A. The sensor output signal Sa from the infrared sensor 20 to which the DC component is removed by the AC coupling circuit 42 and the DC bias from the reference voltage power supply 44A is applied. That is, the AC component in the sensor output signal Sa from the infrared sensor 20 is amplified with a gain of 1 (the voltage amplification factor is 1).

後段回路４５は、所定の静電容量を有するコンデンサＣ₂およびこのコンデンサＣ₂の出力側に接続された抵抗器Ｒ₂により構成された交流結合回路４６と、この交流結合回路４６を介して前段回路４１に接続されたオペアンプ４７Ａによる増幅回路４７と、交流結合回路４６を構成する抵抗器Ｒ₂に接続された、定電圧電源よりなる基準電圧電源４４Ｂとにより構成されている。
この後段回路４５は、例えば、前段回路４１が正常に動作している場合においては、前段回路４１より出力される信号レベル変換センサ出力信号Ｓｂの信号振幅を設定された増幅率で増幅してガス濃度算出用出力信号Ｓｃを出力する機能を有し、前段回路４１が正常に動作していない場合においては、前段回路４１よりの出力信号の信号レベルを上昇させると共に信号振幅を設定された増幅率で増幅してガス濃度算出用出力信号Ｓｃを出力する機能を有するものである。
増幅回路４７は、その出力端子が抵抗器Ｒ₃を介して反転入力端子に接続されており、また、非反転入力端子に抵抗器Ｒ₄を介して定電圧電源よりなる基準電圧電源４４Ｃが接続されており、これにより、前段回路４１よりの出力信号である、例えばレベル変換センサ出力信号Ｓｂの信号振幅を設定された増幅率で増幅する。 The post-stage circuit 45 includes an AC coupling circuit 46 configured by a capacitor C ₂ having a predetermined capacitance and a resistor R ₂ connected to the output side of the capacitor C _2. an amplifier circuit 47 according to an operational amplifier 47A connected to the circuit 41, which is connected to a resistor R ₂ which constitutes an AC coupling circuit 46, is constituted by a reference voltage source 44B made from the constant voltage power supply.
For example, when the front-stage circuit 41 is operating normally, the rear-stage circuit 45 amplifies the signal amplitude of the signal level conversion sensor output signal Sb output from the front-stage circuit 41 by a set amplification factor, In the case where the output circuit Sc for density calculation has a function and the front circuit 41 is not operating normally, the signal level of the output signal from the front circuit 41 is increased and the signal amplitude is set. And a function of outputting a gas concentration calculation output signal Sc.
The output terminal of the amplifier circuit 47 is connected to the inverting input terminal via the resistor R ₃ , and the reference voltage power supply 44 C composed of a constant voltage power supply is connected to the non-inverting input terminal via the resistor R _4. Thus, for example, the signal amplitude of the level conversion sensor output signal Sb, which is the output signal from the pre-stage circuit 41, is amplified with a set amplification factor.

前段回路４１における交流結合回路４２の時定数τ₁（＝Ｃ₁×Ｒ₁）および後段回路４５における交流結合回路４６の時定数τ₂（＝Ｃ₂×Ｒ₂）は、いずれも、例えば１〜２０ｓｅｃの範囲内で設定されており、前段回路４１における交流結合回路４２の時定数τ₁および後段回路４５における交流結合回路４６の時定数τ₂は、互いに同じであっても、異なっていてもよい。 The time constant τ ₁ (= C ₁ × R ₁ ) of the AC coupling circuit 42 in the front circuit 41 and the time constant τ ₂ (= C ₂ × R ₂ ) of the AC coupling circuit 46 in the rear circuit 45 are both, for example, 1 The time constant τ ₁ of the AC coupling circuit 42 in the front circuit 41 and the time constant τ ₂ of the AC coupling circuit 46 in the rear circuit 45 are the same or different from each other. Also good.

上記構成の赤外線式ガス検知器において、信号処理回路４０の具体的な一構成例を示すと、前段回路４１における交流結合回路４２を構成するコンデンサＣ₁の静電容量が２２μＦ、抵抗器Ｒ₁の抵抗値が２００ｋΩ、後段回路４５における交流結合回路４６を構成するコンデンサＣ₂の静電容量が２２μＦ、抵抗器Ｒ₂の抵抗値が２００ｋΩ、抵抗器Ｒ₃の抵抗値が３９０ｋΩ、抵抗器Ｒ₄の抵抗値が１０ｋΩであり、前段回路４１における交流結合回路４２の時定数τ₁が４４ｓｅｃ、後段回路４５における交流結合回路４６の時定数τ₂が４４ｓｅｃである。 In the infrared gas detector having the above-described configuration, a specific configuration example of the signal processing circuit 40 will be described. The capacitance of the capacitor C ₁ constituting the AC coupling circuit 42 in the front circuit 41 is 22 μF, and the resistor R _1. Is 200 kΩ, the capacitance of the capacitor C ₂ constituting the AC coupling circuit 46 in the post-stage circuit 45 is 22 μF, the resistance value of the resistor R ₂ is 200 kΩ, the resistance value of the resistor R ₃ is 390 kΩ, and the resistor R The resistance value of ₄ is 10 kΩ, the time constant τ ₁ of the AC coupling circuit 42 in the pre-stage circuit 41 is 44 sec, and the time constant τ ₂ of the AC coupling circuit 46 in the post-stage circuit 45 is 44 sec.

上記の赤外線ガス検知器は、次のように動作する。赤外線光源１５が所定の周期、例えば１ｓｅｃに制御された状態で光源駆動回路（図示せず）によって点滅駆動されると、この赤外線光源１５より放射される赤外線が周期的（断続的）に焦電素子２１に供給されることにより持続的な電流信号が得られる。
この焦電素子２１から出力される電流信号は、内部抵抗Ｒｇにより電圧信号に変換されて、電界効果型トランジスタ２５のゲートに印加されることにより、電界効果型トランジスタ２５のソースからドレインに向けてドレイン電流が流れ、これにより、ソース電圧が受信抵抗Ｒｓに発生し、このソース電圧がセンサ出力信号Ｓａとして出力される。ここに、赤外線センサ２０から出力されるセンサ出力信号Ｓａは、上述したように、ガスセル１１に導入されている被検査ガス中の検知対象ガスのガス濃度に応じた波高値を有する、直流成分に交流成分が重畳されたものである。 The infrared gas detector described above operates as follows. When the infrared light source 15 is driven to blink by a light source driving circuit (not shown) in a state where the infrared light source 15 is controlled at a predetermined period, for example, 1 sec, the infrared radiation emitted from the infrared light source 15 is periodically (intermittently) pyroelectric. A continuous current signal is obtained by being supplied to the element 21.
The current signal output from the pyroelectric element 21 is converted into a voltage signal by the internal resistance Rg and applied to the gate of the field effect transistor 25, so that the source of the field effect transistor 25 is directed toward the drain. A drain current flows, whereby a source voltage is generated in the receiving resistor Rs, and this source voltage is output as the sensor output signal Sa. Here, as described above, the sensor output signal Sa output from the infrared sensor 20 is a DC component having a peak value corresponding to the gas concentration of the detection target gas in the gas to be inspected introduced into the gas cell 11. The alternating current component is superimposed.

この赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号Ｓａは、信号処理回路４０によって、その直流成分が除去された状態で所定の信号レベルに上昇されると共に信号振幅が設定された増幅率（ゲイン）で増幅される。
すなわち、赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号Ｓａは、図３−Ａにおいて曲線（α）で示すように、信号レベル（中点出力）Ｖ₁が例えば０．７Ｖ程度のものであるが、前段回路４１における交流結合回路４２によって、その直流成分が除去されると共に、基準電圧電源４４Ａによって交流成分に直流バイアスが印加され、図３−Ａにおいて曲線（β）で示すように、信号レベル（中点出力）Ｖ₂が例えば２．５Ｖ程度に上昇（信号レベル変換）された状態で、電圧増幅率が１倍であるバッファ回路４３を介して信号レベル変換センサ出力信号Ｓｂとして出力される。
次いで、前段回路４１よりの信号レベル変換センサ出力信号Ｓｂが、後段回路４５における交流結合回路４６を介して増幅回路４７に入力されることにより、図３−Ｂにおいて実線の曲線（γ）で示すように、増幅回路４７によって、信号振幅Ａ₁が例えば４０倍程度の増幅率で増幅されて信号振幅Ａ₂のガス濃度算出用出力信号Ｓｃとして出力される。 The sensor output signal Sa from the infrared sensor 20 is raised to a predetermined signal level by the signal processing circuit 40 with its DC component removed, and is amplified by a gain (gain) set for the signal amplitude. The
That is, the sensor output signal Sa from the infrared sensor 20 has a signal level (midpoint output) V ₁ of about 0.7 V, for example, as shown by a curve (α) in FIG. A DC component is removed by the AC coupling circuit 42 at 41, and a DC bias is applied to the AC component by the reference voltage power supply 44A. As shown by a curve (β) in FIG. In the state in which (output) V ₂ is raised to, for example, about 2.5 V (signal level conversion), it is output as a signal level conversion sensor output signal Sb through the buffer circuit 43 having a voltage amplification factor of 1.
Next, the signal level conversion sensor output signal Sb from the pre-stage circuit 41 is input to the amplifier circuit 47 via the AC coupling circuit 46 in the post-stage circuit 45, and is shown by a solid curve (γ) in FIG. As described above, the signal amplitude A ₁ is amplified by an amplification factor of, for example, about 40 times by the amplifier circuit 47 and output as the gas concentration calculation output signal Sc having the signal amplitude A ₂ .

その後、信号処理回路４０よりのガス濃度算出用出力信号Ｓｃは、Ａ／Ｄ変換回路３４によってデジタル信号（Ａ／Ｄ値）に変換され、これにより得られたデジタル信号に対して所定の信号処理がマイコン３３によって施され、例えば表示用の指示出力値が算出される。 Thereafter, the gas concentration calculation output signal Sc from the signal processing circuit 40 is converted into a digital signal (A / D value) by the A / D conversion circuit 34, and predetermined signal processing is performed on the digital signal obtained thereby. Is applied by the microcomputer 33, for example, an instruction output value for display is calculated.

而して、上記の赤外線式ガス検知器によれば、赤外線センサ２０に対してコンデンサＣ_１を含む交流結合回路４２を介して接続された、増幅率が１倍であるバッファ回路４３を具えた前段回路４１と、この前段回路４１に対してコンデンサＣ_２を含む交流結合回路４６を介して接続された、前段回路４１よりの信号レベル変換センサ出力信号Ｓｂを所定の増幅率で増幅する増幅回路４７を具えた後段回路４５とを有する信号処理回路４０を具えていることにより、前段回路４１を構成する交流結合回路４２および後段回路４５を構成する交流結合回路４６のいずれか一方または両方の交流結合回路におけるコンデンサＣ_１，Ｃ_２の漏れ電流が増大した場合であっても、センサ出力信号Ｓａにおける直流成分が増幅されるその程度を小さく抑制することができる。
すなわち、例えば、クラックの発生等により、前段回路４１におけるコンデンサＣ_１の漏れ電流が増大した場合には、バッファ回路４３の増幅率が１倍であることから、赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号Ｓａは、直流成分が増幅されることなく、前段回路４１より出力され、この出力信号は、センサ出力信号Ｓａの信号レベル（中点出力）が所定の信号レベルまで上昇されていない状態（例えばセンサ出力信号Ｓａの信号レベルと同程度の信号レベルのままである場合もある）であるため、後段回路４５を構成する交流結合回路４６によって、前段回路４１よりの出力信号における直流成分が除去された後、基準電圧電源４４Ｂによって直流バイアスが印加されて信号レベル（中点出力）が所定の信号レベルまで上昇されると共に、信号振幅が増幅回路４７によって所定の増幅率で増幅される。
また、例えば、後段回路４５を構成するコンデンサＣ_２の漏れ電流が増大した場合には、前段回路４１を構成する交流結合回路４２によって、赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号Ｓａは、その直流成分が除去された状態とされているので、前段回路４１よりの信号レベル変換センサ出力信号Ｓｂの信号振幅が増幅回路４７によって所定の増幅率で増幅される。
さらにまた、例えば、前段回路４１を構成する交流結合回路４２におけるコンデンサＣ_１および後段回路４５を構成する交流結合回路４６におけるコンデンサＣ_２の両方の漏れ電流が増大した場合には、増幅回路４７による所定の増幅率での信号振幅増幅処理が行われる前に、前段回路４１を構成する交流結合回路４２および後段回路４５を構成する交流結合回路４６の各々によって、赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号Ｓａの直流成分がいわば段階的に除去されることになるので、直流成分が増幅回路４７によって増幅されるその程度を小さく抑制することができる。
従って、赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号Ｓａに対して適正な増幅処理を行うことができるので、赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号の増幅処理における、波形のレベル（中点出力）の変動量を小さく抑制することができてガス濃度測定を高い信頼性をもって行うことができる。 And Thus, according to the infrared gas detector described above, connected via an AC coupling circuit 42 including a capacitor C ₁ to infrared sensor 20, the amplification factor is equipped with a buffer circuit 43 is a 1-fold a pre-stage circuit 41, an amplifier circuit for amplifying this connected via an AC coupling circuit 46 including a capacitor C ₂ with respect to the front stage circuit 41, a signal level converting sensor output signal Sb from the pre-stage circuit 41 by a predetermined amplification factor By including a signal processing circuit 40 having a rear-stage circuit 45 including 47, an AC coupling circuit 42 constituting the front-stage circuit 41 and an AC coupling circuit 46 constituting the rear-stage circuit 45 are exchanged. even if the leakage current of the capacitor C _1, C ₂ in the coupling circuit is increased, reducing the extent to which the direct current component in the sensor output signal Sa is amplified It is possible to win.
That is, for example, by generation of cracks, when the leakage current of the capacitor C ₁ in the pre-stage circuit 41 is increased, since the amplification factor of the buffer circuit 43 is 1 times, the sensor output signal Sa from the infrared sensor 20 Is output from the pre-stage circuit 41 without amplifying the DC component, and this output signal is in a state where the signal level (midpoint output) of the sensor output signal Sa is not increased to a predetermined signal level (for example, sensor output After the DC component in the output signal from the pre-stage circuit 41 is removed by the AC coupling circuit 46 constituting the post-stage circuit 45, the signal level may remain at the same level as the signal level of the signal Sa). The reference voltage power supply 44B applies a DC bias to raise the signal level (midpoint output) to a predetermined signal level and The signal amplitude is amplified by the amplification circuit 47 at a predetermined amplification factor.
Further, for example, when the leakage current of the capacitor C ₂ constituting the post-stage circuit 45 increases, the direct current component of the sensor output signal Sa from the infrared sensor 20 is caused by the AC coupling circuit 42 constituting the pre-stage circuit 41. Since it has been removed, the signal amplitude of the signal level conversion sensor output signal Sb from the pre-stage circuit 41 is amplified by the amplification circuit 47 at a predetermined amplification factor.
Furthermore, for example, when the leakage currents of both the capacitor C ₁ in the AC coupling circuit 42 configuring the front circuit 41 and the capacitor C ₂ in the AC coupling circuit 46 configuring the rear circuit 45 are increased, the amplification circuit 47 Before the signal amplitude amplification process at a predetermined amplification factor is performed, the sensor output signal Sa from the infrared sensor 20 is received by each of the AC coupling circuit 42 constituting the front-stage circuit 41 and the AC coupling circuit 46 constituting the rear-stage circuit 45. In other words, the direct current component is removed in stages, so that the degree to which the direct current component is amplified by the amplifier circuit 47 can be reduced.
Therefore, since appropriate amplification processing can be performed on the sensor output signal Sa from the infrared sensor 20, the amount of fluctuation of the waveform level (midpoint output) in the amplification processing of the sensor output signal from the infrared sensor 20 can be reduced. The gas concentration can be measured with a high degree of reliability.

また、上記の赤外線式ガス検知器によれば、（Ａ）赤外線センサ２０よりのセンサ出力信号Ｓａに対する信号処理が、それぞれ、センサ出力信号Ｓａの信号レベルを上昇させる機能を有し、後段側の回路がセンサ出力信号Ｓａの信号振幅を所定の増幅率で増幅させる信号振幅増幅機能をさらに有する前段回路４１および後段回路４５の２つの回路により、行われる構成、（Ｂ）前段回路４１および後段回路４５に対する信号入力がコンデンサＣ₁，Ｃ₂を含む交流結合回路４２，４６を介して行われる構成、（Ｃ）赤外線センサ２０に接続される前段回路４１が増幅率が１倍であるバッファ回路を有する構成、とされるといったシンプルな回路構成で、上記効果を確実に得ることができる。 Further, according to the above infrared gas detector, (A) the signal processing for the sensor output signal Sa from the infrared sensor 20 has a function of increasing the signal level of the sensor output signal Sa, respectively, A configuration in which the circuit is performed by two circuits of a front-stage circuit 41 and a rear-stage circuit 45 that further have a signal amplitude amplification function for amplifying the signal amplitude of the sensor output signal Sa at a predetermined amplification factor. (B) The front-stage circuit 41 and the rear-stage circuit 45 is configured such that signal input to 45 is performed via AC coupling circuits 42 and 46 including capacitors C ₁ and C ₂ , and (C) a pre-stage circuit 41 connected to the infrared sensor 20 is a buffer circuit having an amplification factor of 1 The above-described effects can be obtained with a simple circuit configuration such as having the above configuration.

以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。 Hereinafter, experimental examples performed for confirming the effects of the present invention will be described.

＜実験例１＞
図２に示す信号処理回路（４０）において、前段回路（４１）におけるコンデンサ（Ｃ₁）に１ＭΩの抵抗器を並列に接続したところ、後段回路（４５）より所望の出力信号が得られること（抵抗器を接続したことによる影響がない）ことが確認された。この結果より、前段回路（４１）を構成する交流結合回路（４２）におけるコンデンサ（Ｃ₁）の漏れ電流が増大した場合であっても、赤外線センサ（２０）よりのセンサ出力信号を適正に増幅することができることが確認された。 <Experimental example 1>
In the signal processing circuit (40) shown in FIG. 2, when a ₁ MΩ resistor is connected in parallel to the capacitor (C ₁ ) in the front circuit (41), a desired output signal can be obtained from the rear circuit (45) ( It was confirmed that there was no influence by connecting a resistor). As a result, even when the leakage current of the capacitor (C ₁ ) in the AC coupling circuit (42) constituting the pre-stage circuit (41) increases, the sensor output signal from the infrared sensor (20) is appropriately amplified. Confirmed that you can.

＜実験例２＞
図２に示す信号処理回路（４０）において、後段回路（４５）におけるコンデンサ（Ｃ₂）に１ＭΩの抵抗器を並列に接続したところ、後段回路（４５）より所望の出力信号が得られること（抵抗器を接続したことによる影響がない）ことが確認された。この結果より、後段回路（４５）を構成する交流結合回路（４６）におけるコンデンサ（Ｃ₂）の漏れ電流が増大した場合であっても、赤外線センサ（２０）よりのセンサ出力信号を適正に増幅することができることが確認された。 <Experimental example 2>
In the signal processing circuit (40) shown in FIG. 2, when a 1 MΩ resistor is connected in parallel to the capacitor (C ₂ ) in the subsequent circuit (45), a desired output signal can be obtained from the subsequent circuit (45) ( It was confirmed that there was no influence by connecting a resistor). As a result, even if the leakage current of the capacitor (C ₂ ) in the AC coupling circuit (46) constituting the subsequent circuit (45) increases, the sensor output signal from the infrared sensor (20) is appropriately amplified. Confirmed that you can.

＜実験例３＞
図２に示す信号処理回路（４０）において、前段回路（４１）におけるコンデンサ（Ｃ₁）に１ＭΩの抵抗器を並列に接続すると共に、後段回路（４５）におけるコンデンサ（Ｃ₂）に１ＭΩの抵抗器を並列に接続したところ、後段回路（４５）より所望の出力信号が得られること（抵抗器を接続したことによる影響がない）ことが確認された。この結果より、前段回路（４１）を構成する交流結合回路（４２）におけるコンデンサ（Ｃ₁）の漏れ電流、および、後段回路（４５）を構成する交流結合回路（４６）におけるコンデンサ（Ｃ₂）の漏れ電流が共に増大した場合であっても、赤外線センサ（２０）よりのセンサ出力信号を適正に増幅することができることが確認された。 <Experimental example 3>
In the signal processing circuit (40) shown in FIG. 2, a ₁ MΩ resistor is connected in parallel to the capacitor (C ₁ ) in the front circuit (41), and a 1 MΩ resistor is connected to the capacitor (C ₂ ) in the rear circuit (45). When the resistors were connected in parallel, it was confirmed that a desired output signal was obtained from the post-stage circuit (45) (there was no influence by connecting the resistors). From this result, the leakage current of the capacitor (C ₁ ) in the AC coupling circuit (42) constituting the front circuit (41) and the capacitor (C ₂ ) in the AC coupling circuit (46) constituting the rear circuit (45) are obtained. It was confirmed that the sensor output signal from the infrared sensor (20) can be properly amplified even when both of the leakage currents increase.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、前段回路を構成する交流結合回路および後段回路を構成する交流結合回路における時定数（コンデンサの静電容量、抵抗器の抵抗値）、並びに、後段回路を構成する増幅回路の増幅率は、目的に応じて適宜に設定することができる。
また、後段回路は、コンデンサを含む交流結合回路および増幅器（オペアンプ）よりなる「交流結合型増幅器」が多段に接続されて構成されていてもよく、このような構成の場合には、センサ出力信号（信号振幅）の増幅率を目的に応じて適宜に調整することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various change can be added.
For example, the time constant (capacitance of the capacitor, the resistance value of the resistor) in the AC coupling circuit constituting the former circuit and the AC coupling circuit constituting the latter circuit, and the amplification factor of the amplifier circuit constituting the latter circuit are It can be set appropriately according to the purpose.
Further, the post-stage circuit may be configured by connecting an AC coupling circuit including a capacitor and an “AC coupling amplifier” composed of an amplifier (op-amp) in multiple stages. In such a configuration, the sensor output signal The amplification factor of (signal amplitude) can be appropriately adjusted according to the purpose.

１０ガス検知部
１１ガスセル
１１Ａガス流入口
１１Ｂガス排出口
１５赤外線光源
１８光学フィルタ
２０焦電型赤外線センサ（赤外線センサ）
２１焦電素子（センサ素子）
２５電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）
Ｒｇ内部抵抗
Ｒｓ受信抵抗
３０制御部
３１デジタル変換回路
３３マイコン
３４Ａ／Ｄ変換回路
４０信号処理回路
４１前段回路
４２交流結合回路
４３バッファ回路
４３Ａオペアンプ
４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ基準電圧電源
４５後段回路
４６交流結合回路
４７増幅回路
４７Ａオペアンプ
Ｃ₁，Ｃ₂ コンデンサ
Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄ 抵抗器
Ｓａ赤外線センサよりのセンサ出力信号
Ｓｂ信号レベル変換センサ出力信号（前段回路よりの出力信号）
Ｓｃガス濃度算出用出力信号（後段回路よりの出力信号）
５５赤外線光源
６０焦電型赤外線センサ
６１焦電素子（センサ素子）
６５電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）
７０増幅手段
７１交流結合回路
７２増幅回路
７２Ａオペアンプ
７３Ａ，７３Ｂ基準電圧電源
Ｃ₀ コンデンサ
Ｒ₀，Ｒ₅，Ｒ₆ 抵抗器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas detection part 11 Gas cell 11A Gas inflow port 11B Gas exhaust port 15 Infrared light source 18 Optical filter 20 Pyroelectric infrared sensor (infrared sensor)
21 Pyroelectric element (sensor element)
25 Field Effect Transistor (FET)
Rg Internal resistance Rs Reception resistance 30 Control unit 31 Digital conversion circuit 33 Microcomputer 34 A / D conversion circuit 40 Signal processing circuit 41 Pre-stage circuit 42 AC coupling circuit 43 Buffer circuit 43A Operational amplifier 44A, 44B, 44C Reference voltage power supply 45 Post-stage circuit 46 AC Coupling circuit 47 Amplifying circuit 47A Operational amplifier C ₁ , C ₂ capacitor R ₁ , R ₂ , R ₃ , R ₄ resistor Sa Sensor output signal from infrared sensor Sb Signal level conversion sensor output signal (output signal from previous circuit)
Sc gas concentration calculation output signal (output signal from the subsequent circuit)
55 Infrared light source 60 Pyroelectric infrared sensor 61 Pyroelectric element (sensor element)
65 Field Effect Transistor (FET)
70 Amplifying means 71 AC coupling circuit 72 Amplifying circuit 72A Operational amplifier 73A, 73B Reference voltage power supply C ₀ capacitor R ₀ , R ₅ , R ₆ resistor

Claims

An infrared sensor, and a signal processing circuit that performs predetermined signal processing on a sensor output signal in which a direct current component is superimposed on an alternating current component from the infrared sensor,
The signal processing circuits each have a signal level conversion function for increasing the signal level of the sensor output signal from the infrared sensor, and a signal level conversion function for increasing the signal level of the sensor output signal from the infrared sensor. and the and the output signal of the preceding stage circuit formed of a subsequent circuit further comprising a signal amplitude amplifying function for amplifying with a predetermined amplification factor, the pre-stage circuit through an AC coupling circuit and the AC coupling circuit comprises a capacitor A buffer circuit connected to the infrared sensor and having a gain of 1;
The infrared gas detector according to claim 1, wherein the rear circuit includes an AC coupling circuit including a capacitor and an amplifier circuit connected to the front circuit through the AC coupling circuit .