JP6367571B2 - 非分散型赤外線分析式ガス検知器および非分散型赤外線分析式ガス検知装置 - Google Patents
非分散型赤外線分析式ガス検知器および非分散型赤外線分析式ガス検知装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6367571B2 JP6367571B2 JP2014026585A JP2014026585A JP6367571B2 JP 6367571 B2 JP6367571 B2 JP 6367571B2 JP 2014026585 A JP2014026585 A JP 2014026585A JP 2014026585 A JP2014026585 A JP 2014026585A JP 6367571 B2 JP6367571 B2 JP 6367571B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- light source
- infrared
- gas detector
- reflecting surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
非分散型赤外線分析式ガス検知器は、ガスの分子が特定波長の赤外線を吸収する特性を利用しており、測定対象ガスを通過した赤外線について、この特定波長の赤外線強度を測定することにより特定ガスを検知するものである。
このうち、光源は、赤外線を放射するものであり、例えば、ガラス球の内部にフィラメントを備えるランプ等が用いられる。測定セルは、測定対象ガスが内部に導入されるガス用空間を備える。波長選択フィルタは、赤外線のうち特定の波長を選択的に透過する。受光器は、光源から出力されてガス用空間の測定対象ガスを通過した赤外線を検出する。
光源および受光器は、ガス用空間の一端側に臨むように主面の外周縁寄り領域に並列配置されている。
まず、この非分散型赤外線分析式ガス検知器は、光源がMEMS型ヒータを備える構成であるため、フィラメントを有するランプを備える光源に比べて、小型化できる。また、このような光源を備える非分散型赤外線分析式ガス検知器は、高速点滅駆動ができ、長波長帯での測定が可能となる。
よって、本発明によれば、ガスセルの大型化を抑制しつつ赤外線の経路長(光学測定距離)をより長く確保でき、ガスの影響による赤外線の変化量が大きくなるため、ガス検出精度を向上できる。
次に、上述の非分散型赤外線分析式ガス検知器においては、窓材は、光源から第1反射面に至る赤外線の進行経路のうち、主面と同一平面上に設けられる、という構成を採ることができる。
なお、上述の非分散型赤外線分析式ガス検知器においては、フィルタ部は、主面と同一平面上に設けられる、という構成を採ることができる。
次に、上述の非分散型赤外線分析式ガス検知器においては、ガスセルは、自身の外部からガス用空間にかけて貫通する貫通孔であって主面に垂直な方向に貫通する光源用貫通孔を備えており、光源は、光源用貫通孔を介して赤外線をガスセルの内部の第1反射面に向けて放射しており、主面と発光面との距離は3.0[mm]以下である、という構成を採ることができる。
なお、上述の非分散型赤外線分析式ガス検知器においては、主面と発光面との距離は1.0[mm]以下である、という構成を採ることができる。
次に、上述の非分散型赤外線分析式ガス検知器においては、ガスセルは、測定対象ガスを自身の内部と外部との間で導入・排出する導入排出口を複数備えており、導入排出口は、主面および主面に対向する対向面のうち少なくとも一方に形成される、という構成を採ることができる。
次に、上記目的を達成するための本発明は、上述の非分散型赤外線分析式ガス検知器と、基板と、を備える非分散型赤外線分析式ガス検知装置であって、基板は、非分散型赤外線分析式ガス検知器のガスセルに一体化されていてもよい。
[1.第1実施形態]
[1−1.全体構成]
図1は、第1実施形態の非分散型赤外線分析式(NDIR式)ガス検知器1の外観を表す斜視図である。
光源11は、MEMS型(微小電気機械素子型)ヒータ21(以下、単にヒータ21ともいう)と、光源用台座23と、第2光源用台座25と、を備える。
測定セル13は、上側に配置されるトップ材31と、下側に配置されるボトム材33と、を備えている。
トップ材31は、その内面側において、測定対象ガスを収容するためのガス用空間40を備える。トップ材31は、ガス用空間40の内面において、光源用反射面41、角度変更反射面42、復路反射面43、往路反射面44、第2角度変更反射面45、センサ用反射面46を備えている。
光源用貫通孔52は、主面51に垂直な方向にボトム材33を貫通する貫通孔であり、光源11から放射される赤外線の進行経路として設けられる。換言すれば、光源用貫通孔52は、トップ材31およびボトム材33が組み付けられた状態の測定セル13において、測定セル13の外部からガス用空間40にかけて貫通する貫通孔として備えられる。
図4に、測定セル13におけるボトム材33の底面側を表した説明図を示す。
光源11は、第2光源用台座25が光源配置領域56の所定位置に固定されることで、光源用台座23に積層されたヒータ21が光源用貫通孔52に配置されるよう構成されている。このとき、ヒータ21は、その発光面22が主面51と平行となる状態で光源用貫通孔52に配置される。なお、ヒータ21の発光面22と主面51との距離が1.0[mm]となるように、光源用台座23および第2光源用台座25のそれぞれの厚み寸法が調整されている。
図4に示すように、センサ用貫通孔53の開口部のうち、ボトム材33の底面側(主面51の反対側)における開口部には、赤外線センサ15を配置するためのセンサ配置領域57が備えられている。
サーモパイル素子61は、平面状の受光面65を備えており、受光面65で赤外線を受光する。フィルタ62は、赤外線のうち特定の波長を選択的に透過するバンドパスフィルタで構成されている。サーモパイル素子61は、受光面65がフィルタ62に対して平行となる状態でセンサ用台座64の上に配置される。
赤外線センサ15は、センサ用台座64がセンサ配置領域57の所定位置に固定されることで、サーモパイル素子61がセンサ用貫通孔53に配置されるよう構成されている。
ガス検知器1は、ボトム材33に対して光源11,窓材55および赤外線センサ15が配置された後、そのボトム材33に対してトップ材31が組み付けられることで構成される。
上記のように構成されたガス検知器1においては、光源11から放射された赤外線は、測定セル13における光源用反射面41,角度変更反射面42,復路反射面43,往路反射面44,第2角度変更反射面45,センサ用反射面46をそれぞれ介した上で、赤外線センサ15に至る経路を進行する。
次に、光源用反射面41で反射された赤外線は、角度変更反射面42に到達し、角度変更反射面42によって復路方向(図2でのX軸の負方向)よりも所定の角度だけY軸の正方向に向かう方向(換言すれば、赤外線センサ15に近づく方向)に反射される。
なお、ガス検知器1は、測定セル13として、幅30[mm]×奥行き30[mm]×高さ10[mm]の大きさの測定セルを用いているが、光源11から赤外線センサ15までの赤外線の光学測定距離は約120[mm]である。つまり、このガス検知器1は、赤外線の進行経路が直線のみで構成されると共に赤外線の光学測定距離が120[mm]のガス検知器と同等の光学測定距離を確保できる。
ここで、赤外線センサ15に到達する赤外線の光量に関して、ボトム材33の主面51と発光面22との距離を変化させた場合に、赤外線の光量がどのように変化するかを測定した測定結果を説明する。
図5に示すように、主面51と発光面22との距離が大きくなるに従い、赤外線センサ15に到達する赤外線の光量が減少することが判る。
以上説明したように、本実施形態の非分散型赤外線分析式ガス検知器1においては、光源11がMEMS型ヒータ21を備える構成であるため、フィラメントを有するランプを備える光源に比べて、小型化できるという利点がある。また、MEMS型ヒータ21は、高速点滅駆動ができるとともに、長波長帯の赤外線を放出できることから、本実施形態のガス検知器1は、高速点滅駆動ができ、長波長帯での測定が可能となる。
また、ガス検知器1においては、窓材55は、光源11から光源用反射面41に至る赤外線の進行経路のうち、主面51と同一平面上に設けられる。
フィルタ62をこのような位置に設けることで、ガス検知に用いる所定波長の赤外線を選択的に赤外線センサ15に到達させることができる。
上述の測定結果に示すように、主面51と発光面22との距離を1.0[mm]以下に設定することで、赤外線センサ15に到達する赤外線の強度がより大きくなり、測定対象ガス(特定ガス)の影響による赤外線の変化を検出しやすくなるため、ガス検出精度を向上できる。
次に、ガス検知器1においては、測定セル13における導入口35および排出口37は、主面51に形成されている。このため、測定対象ガスがガス用空間40の内部に導入・排出される方向は、主面51の垂直方向となる。
[1−5.特許請求の範囲との対応関係]
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
[2−1.全体構成]
第2実施形態として、第2非分散型赤外線分析式(NDIR式)ガス検知器101(以下、第2ガス検知器101ともいう)と、基板117と、を備える非分散型赤外線分析式ガス検知装置201について説明する。
第2ガス検知器101は、第1実施形態と同様に、測定対象ガスが人の呼気であり、検知対象である特定ガスが二酸化炭素(CO2 )である。つまり、第2ガス検知器101は、人の呼気に含まれる二酸化炭素を検知するために用いられる。
第2トップ材131は、その内面側において、測定対象ガスを収容するための第2ガス用空間140を備える。第2トップ材131は、第2ガス用空間140の内面において、第2光源用反射面141、半円状反射面142、第2センサ用反射面146を備えている。
第2光源用貫通孔152は、第2主面151に垂直な方向に第2ボトム材133を貫通する貫通孔であり、第2光源111から放射される赤外線の進行経路として設けられる。換言すれば、第2光源用貫通孔152は、第2トップ材131および第2ボトム材133が組み付けられた状態の第2測定セル113において、第2測定セル113の外部から第2ガス用空間140にかけて貫通する貫通孔として備えられる。
第2光源用貫通孔152の開口部のうち、第2ボトム材133の底面側(第2主面151の反対側)における開口部には、第2光源111を配置するための第2光源配置領域156が備えられている。
第2赤外線センサ115は、赤外線を受光すると、基板117を介して、受光した赤外線の強度に応じた赤外線検知信号を外部に出力する。
このとき、第2赤外線センサ115は、その第2受光面165が第2主面151に対して平行となる状態で、第2センサ用貫通孔153に配置される。
上記のように構成された第2ガス検知器101においては、第2光源111から放射された赤外線は、第2測定セル113における第2光源用反射面141,半円状反射面142,第2センサ用反射面146をそれぞれ介した上で、第2赤外線センサ115に至る経路を進行する。
なお、第2ガス検知器101は、第2測定セル113として、幅13[mm]×奥行き13[mm]×高さ7[mm]の大きさの測定セルを用いているが、第2光源111から第2赤外線センサ115までの赤外線の光学測定距離は約25[mm]である。つまり、この第2ガス検知器101は、赤外線の進行経路が直線のみで構成されると共に赤外線の光学測定距離が25[mm]のガス検知器と同等の光学測定距離を確保できる。
以上説明したように、本実施形態の第2非分散型赤外線分析式ガス検知器101においては、第1実施形態と同様に、第2光源111がMEMS型ヒータで構成されるため、フィラメントを有するランプを備える光源に比べて、小型化できると共に、高速点滅駆動ができ、長波長帯での測定が可能となる。
このような構成は、第2測定セル113の第2主面151に対して第2フィルタ162を組み付けるための第2フィルタ配置領域158を形成することで容易に実現できる。これにより、第2フィルタ162と第2赤外線センサ115とを別々に配置できるため、第2フィルタ162と第2赤外線センサ115とを組み付けるための部材が不要となり、コスト低減や小型化に有利である。
また、第2フィルタ162として、透過中心波長が4.3[μm]のバンドパスフィルタを用いることで、第2ガス検知器101は、従来にない非常に小さなCO2センサとして利用できる。
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
人の呼気が測定対象ガスの一例に相当し、二酸化炭素が特定ガスの一例に相当し、第2測定セル113がガスセルの一例に相当し、第2赤外線センサ115が受光器の一例に相当し、第2フィルタ162がフィルタ部の一例に相当する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
Claims (10)
- 測定対象ガスに含まれる特定ガスを検知する非分散型赤外線分析式ガス検知器であって、
赤外線を放射する平面状の発光面を有するMEMS型ヒータを備える光源と、
前記発光面に平行な向きに沿って一端側から他端側に向けて拡がるガス用空間であって、前記測定対象ガスが導入されるガス用空間を有するガスセルと、
前記光源から出力されて前記ガス用空間における前記測定対象ガスを通過した赤外線を検出する受光器と、
を備えており、
前記ガスセルは、前記ガス用空間に面し、前記一端側から他端側に向けて拡がる主面を備え、
前記光源および前記受光器は、前記ガス用空間の一端側に臨むように前記主面の外周縁寄り領域に並列配置されており、
前記ガスセルは、前記ガス用空間内の前記一端側に位置する第1反射面および第2反射面を含むと共に、少なくとも前記他端側に位置する角度変更面を含んでおり、
前記第1反射面、前記第2反射面、前記角度変更面のそれぞれは、前記光源から放射されて前記ガス用空間に入射された赤外線を、前記第1反射面、前記角度変更面、前記第2反射面の順に反射させて、前記ガス用空間から前記受光器に出射させるように配置されており、
前記ガスセルは、さらに、前記光源から前記ガス用空間に至る入射経路に設けられ、前記赤外線を透過するとともに前記測定対象ガスの流通を遮断する窓材を備えること、
を特徴とする非分散型赤外線分析式ガス検知器。 - 前記ガスセルは、
前記角度変更面を複数備え、
前記第1反射面、複数の前記角度変更面、前記第2反射面の順に前記赤外線が進行するように、前記第1反射面、複数の前記角度変更面、前記第2反射面がそれぞれ配置されること、
を特徴とする請求項1に記載の非分散型赤外線分析式ガス検知器。 - 前記ガスセルは、少なくとも前記主面を備える下側部材と、少なくとも前記第1反射面、前記角度変更面、前記第2反射面を備える上側部材と、を備えること、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の非分散型赤外線分析式ガス検知器。 - 前記窓材は、前記光源から前記第1反射面に至る前記赤外線の進行経路のうち、前記主面と同一平面上に設けられること、
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の非分散型赤外線分析式ガス検知器。 - 前記赤外線のうち特定の波長を選択的に透過するフィルタであって、前記ガス用空間から前記受光器に至る前記赤外線の進行経路に設けられるフィルタ部を備えること、
を特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の非分散型赤外線分析式ガス検知器。 - 前記フィルタ部は、前記主面と同一平面上に設けられること、
を特徴とする請求項5に記載の非分散型赤外線分析式ガス検知器。 - 前記ガスセルは、自身の外部から前記ガス用空間にかけて貫通する貫通孔であって前記主面に垂直な方向に貫通する光源用貫通孔を備えており、
前記光源は、前記光源用貫通孔を介して前記赤外線を前記ガスセルの内部の前記第1反射面に向けて放射しており、
前記主面と前記発光面との距離は3.0[mm]以下であること、
を特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の非分散型赤外線分析式ガス検知器。 - 前記主面と前記発光面との距離は、1.0[mm]以下であること、
を特徴とする請求項7に記載の非分散型赤外線分析式ガス検知器。 - 前記ガスセルは、前記測定対象ガスを自身の内部と外部との間で導入・排出する導入排出口を複数備えており、
前記導入排出口は、前記主面および前記主面に対向する対向面のうち少なくとも一方に形成されること、
を特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の非分散型赤外線分析式ガス検知器。 - 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の非分散型赤外線分析式ガス検知器と、基板と、を備える非分散型赤外線分析式ガス検知装置であって、
前記基板は、前記非分散型赤外線分析式ガス検知器の前記ガスセルに一体化されていること、
を特徴とする非分散型赤外線分析式ガス検知装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014026585A JP6367571B2 (ja) | 2014-02-14 | 2014-02-14 | 非分散型赤外線分析式ガス検知器および非分散型赤外線分析式ガス検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014026585A JP6367571B2 (ja) | 2014-02-14 | 2014-02-14 | 非分散型赤外線分析式ガス検知器および非分散型赤外線分析式ガス検知装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015152438A JP2015152438A (ja) | 2015-08-24 |
JP6367571B2 true JP6367571B2 (ja) | 2018-08-01 |
Family
ID=53894854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014026585A Active JP6367571B2 (ja) | 2014-02-14 | 2014-02-14 | 非分散型赤外線分析式ガス検知器および非分散型赤外線分析式ガス検知装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6367571B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017043263A1 (ja) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | 株式会社村田製作所 | ガス濃度検出装置 |
KR20180021956A (ko) * | 2016-08-22 | 2018-03-06 | (주)트루아이즈 | 포물 반사체를 이용한 광 도파관 및 이를 구비하는 적외선 가스 센서 |
KR101784474B1 (ko) * | 2016-09-29 | 2017-10-11 | 광운대학교 산학협력단 | 파장분할 필터를 이용한 멀티 가스 검출장치 |
US10161859B2 (en) | 2016-10-27 | 2018-12-25 | Honeywell International Inc. | Planar reflective ring |
JP7115818B2 (ja) * | 2017-02-20 | 2022-08-09 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | ガスセンサ |
KR102281179B1 (ko) * | 2021-03-15 | 2021-07-26 | 주식회사 필라스크리에이션 | Ndir방식의 co2센서모듈 |
WO2023189637A1 (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | ミツミ電機株式会社 | 光学式ガスセンサ装置、ガス検知方法及びプログラム |
JP2023149364A (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-13 | ミツミ電機株式会社 | 光学式ガスセンサ装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3228080B2 (ja) * | 1995-08-07 | 2001-11-12 | 富士電機株式会社 | 多重反射形試料セル |
GB2389177B (en) * | 2002-05-31 | 2006-03-15 | Marconi Applied Techn Ltd | Gas sensors |
JP2009014465A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Yokogawa Electric Corp | 赤外ガス分析計 |
JP2012220353A (ja) * | 2011-04-11 | 2012-11-12 | Panasonic Corp | 気体成分検出装置 |
-
2014
- 2014-02-14 JP JP2014026585A patent/JP6367571B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015152438A (ja) | 2015-08-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6367571B2 (ja) | 非分散型赤外線分析式ガス検知器および非分散型赤外線分析式ガス検知装置 | |
US7884938B2 (en) | Multiple beam wide band CRDS cavity sensor and detector | |
KR102491854B1 (ko) | 분광기 | |
JP7048647B2 (ja) | センサ及び装置 | |
KR101108495B1 (ko) | 적외선 가스 센서 | |
KR100996711B1 (ko) | 평행광원을 가진 비분산 적외선 가스 센서 | |
US11686673B2 (en) | NDIR detector device for detecting gases having an infrared absorption spectrum | |
EP1509759B1 (en) | Gas sensors | |
CN109564153B (zh) | 用于气体的吸收测量的测量装置 | |
JP6620983B2 (ja) | 粒子検出センサ | |
EP1972923A2 (en) | Optical absorption gas sensor | |
JP2013002966A (ja) | 非分散型赤外ガスセンサ | |
CN109891213B (zh) | 带环反射器的气体检测器系统 | |
KR101635656B1 (ko) | 고농도 기체의 스펙트럼 분석에 적합한 장치 | |
EP2784485A1 (en) | Variable geometry optical gas detector | |
KR102644216B1 (ko) | 입자 센싱 장치 | |
KR101108497B1 (ko) | 적외선 가스 센서 | |
US11060970B2 (en) | Gas concentration measuring device | |
KR100944273B1 (ko) | 복수 평행광원을 가진 비분산 적외선 가스 센서 | |
JP2007333567A (ja) | 多重反射型セルおよび赤外線式ガス検知器 | |
JP2009014465A (ja) | 赤外ガス分析計 | |
JP2007205920A (ja) | 多重反射型セルおよび赤外線式ガス検知器 | |
JP6666881B2 (ja) | 物質濃度測定装置 | |
US20220236174A1 (en) | Optical Measuring Assembly and Gas Sensor Comprising Same | |
CN105319176A (zh) | 一种四系列非分光红外气体传感器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170127 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20171122 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171128 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180612 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180705 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6367571 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |