JP6810625B2 - Optical gas sensor and gas detector - Google Patents
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Description
この発明は、光学式ガスセンサおよびガス検知器に関し、特に、光源および受光部を備える光学式ガスセンサおよびガス検知器に関する。 The present invention relates to an optical gas sensor and a gas detector, and more particularly to an optical gas sensor and a gas detector including a light source and a light receiving unit.
従来、光源および受光部を備える光学式ガスセンサが知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, an optical gas sensor including a light source and a light receiving unit is known (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1には、ガスセル(筐体部)と、2つの光源と、2つの光源から出射された赤外光を受光する2つの受光部と、反射部とを備える非分散型赤外線吸収方式の光学式ガスセンサが開示されている。反射部は、2つの光源から出射された赤外光を反射することにより、2つの受光部の各々に導光するように構成されている。2つの光源および2つの受光部は、ガスセル内に配置されている。 The above-mentioned Patent Document 1 describes a non-dispersive infrared absorption method including a gas cell (housing portion), two light sources, two light receiving portions that receive infrared light emitted from the two light sources, and a reflecting portion. Optical gas sensor is disclosed. The reflecting unit is configured to guide each of the two light receiving units by reflecting infrared light emitted from the two light sources. The two light sources and the two light receiving units are arranged in the gas cell.
非分散型赤外線吸収方式のセンサでは、赤外光を検出対象のガスに十分に吸収させて検出感度を上げるために比較的大きい赤外光の光路長が確保されるのが好ましい。また、光学式ガスセンサの分野では、装置を小型化することが従来からの課題として存在する。この点に関して、上記特許文献1に記載の2つの光源および2つの受光部をガスセル内に配置する光学式ガスセンサにおいては、検出対象のガスを検出可能な程度に大きな光路長が確保されているが、さらなる装置の小型化を達成することが必要であるという課題があった。 In a non-dispersive infrared absorption type sensor, it is preferable that a relatively large optical path length of infrared light is secured in order to sufficiently absorb infrared light into the gas to be detected to increase the detection sensitivity. Further, in the field of optical gas sensors, miniaturization of the device has been a conventional issue. Regarding this point, in the optical gas sensor in which the two light sources and the two light receiving portions described in Patent Document 1 are arranged in the gas cell, an optical path length large enough to detect the gas to be detected is secured. There is a problem that it is necessary to achieve further miniaturization of the device.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、複数光源が筐体部内に配置される光学式ガスセンサにおいて、検出対象のガスを検出可能な程度に大きな光路長を確保しつつ、装置を小型化することが可能な光学式ガスセンサ、および、その光学式ガスセンサを備えるガス検知器を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and one object of the present invention is to be able to detect a gas to be detected by an optical gas sensor in which a plurality of light sources are arranged in a housing portion. It is an object of the present invention to provide an optical gas sensor capable of miniaturizing an apparatus while ensuring a sufficiently large optical path length, and a gas detector provided with the optical gas sensor.
この発明の第1の局面による光学式ガスセンサは、非分散型赤外線吸収方式のセンサであって、第1の波長の赤外光を出射する第1光源と、第1の波長とは異なる第2の波長の赤外光を出射する第2光源と、第1光源および第2光源から出射された赤外光を受光する1つの受光部と、第1光源から出射された赤外光を反射することにより、受光部に導光する反射部と、第1光源、第2光源、受光部および反射部が内面側に配置される筐体部とを備え、第1光源は、検出対象のガスを検知するための検知用の光源であり、第2光源は、参照用の光源であり、第1光源の赤外光の光路長は、第2光源の赤外光の光路長よりも大きい。ここで、非分散型赤外線吸収方式のセンサとは、ガス内を通過する赤外光の波長がガス分子の内部エネルギーのレベルと一致するスペクトル領域において、ガス分子が赤外光を吸収するという性質(ガス特有の波長の赤外線がガス濃度に応じた割合で減衰するという性質)を利用して、特定のガスを検知するセンサである。
この発明の第2の局面による光学式ガスセンサは、非分散型赤外線吸収方式のセンサであって、第1の波長の赤外光を出射する第1光源と、第1の波長とは異なる第2の波長の赤外光を出射する第2光源と、第1光源および第2光源から出射された赤外光を受光する1つの受光部と、第1光源から出射された赤外光を反射することにより、受光部に導光する反射部と、第1光源、第2光源、受光部および反射部が内面側に配置される筐体部とを備え、反射部は、第2光源から出射された赤外光も反射することにより、受光部に導光するように構成されており、第1光源からの赤外光と、第2光源からの赤外光とを、互いに異なる回数反射するように設けられている。
この発明の第3の局面による光学式ガスセンサは、非分散型赤外線吸収方式のセンサであって、第1の波長の赤外光を出射する第1光源と、第1の波長とは異なる第2の波長の赤外光を出射する第2光源と、第1光源および第2光源から出射された赤外光を受光する1つの受光部と、第1光源から出射された赤外光を反射することにより、受光部に導光する反射部と、第1光源、第2光源、受光部および反射部が内面側に配置される筐体部とを備え、反射部は、螺旋状の光路により、第1光源から出射される赤外光を受光部に導光するように構成されている。
The optical gas sensor according to the first aspect of the present invention is a non-dispersive infrared absorption type sensor, and has a first light source that emits infrared light of a first wavelength and a second light source that is different from the first wavelength. A second light source that emits infrared light of the same wavelength, one light receiving unit that receives infrared light emitted from the first light source and the second light source, and an infrared light emitted from the first light source are reflected. As a result, it is provided with a reflecting unit that guides the light receiving portion to the light receiving portion, and a housing portion in which the first light source, the second light source, the light receiving portion, and the reflecting portion are arranged on the inner surface side, and the first light source detects the gas to be detected. It is a light source for detection for detection, the second light source is a light source for reference, and the optical path length of infrared light of the first light source is larger than the optical path length of infrared light of the second light source . Here, the non-dispersive infrared absorption type sensor has a property that gas molecules absorb infrared light in a spectral region in which the wavelength of infrared light passing through the gas matches the level of the internal energy of the gas molecules. It is a sensor that detects a specific gas by utilizing (the property that infrared rays with a wavelength peculiar to gas are attenuated at a rate corresponding to the gas concentration).
The optical gas sensor according to the second aspect of the present invention is a non-dispersive infrared absorption type sensor, and has a first light source that emits infrared light of a first wavelength and a second light source that is different from the first wavelength. A second light source that emits infrared light of the same wavelength, one light receiving unit that receives infrared light emitted from the first light source and the second light source, and an infrared light emitted from the first light source are reflected. As a result, it is provided with a reflecting portion that guides the light receiving portion to the light receiving portion, and a housing portion in which the first light source, the second light source, the light receiving portion, and the reflecting portion are arranged on the inner surface side, and the reflecting portion is emitted from the second light source. It is configured to guide the infrared light to the light receiving part by reflecting the infrared light, so that the infrared light from the first light source and the infrared light from the second light source are reflected different times from each other. It is provided in.
The optical gas sensor according to the third aspect of the present invention is a non-dispersive infrared absorption type sensor, and has a first light source that emits infrared light of a first wavelength and a second light source that is different from the first wavelength. A second light source that emits infrared light of the same wavelength, one light receiving unit that receives infrared light emitted from the first light source and the second light source, and an infrared light emitted from the first light source are reflected. As a result, a reflecting unit that guides light to the light receiving unit and a housing portion in which the first light source, the second light source, the light receiving unit, and the reflecting unit are arranged on the inner surface side are provided, and the reflecting unit is provided with a spiral optical path. It is configured to guide the infrared light emitted from the first light source to the light receiving unit.
この発明の第1〜第3の局面による光学式ガスセンサでは、上記のように、第1光源、第2光源、受光部、および、第1光源から出射された赤外光を反射することにより受光部に導光する反射部が内面側に配置される筐体部とを設ける。これにより、従来のガスセル(筐体部)内に2つの光源および2つの受光部を配置する構成と比較して、筐体部内の受光部の数を1つ削減することができるので、装置構成を簡素化することができるとともに、装置を小型化することができる。また、受光部の数を1つ削減することができるとともに、筐体部内の反射部により第1光源から出射された赤外光を反射することができるので、筐体部内により広いスペースを確保して、より大きな光路長を確保することができる。その結果、検出対象のガスをより精度よく検知することができる。以上により、検出対象のガスを検出可能な程度に大きな光路長を確保しつつ、装置を小型化することができる。
また、上記第1の局面による光学式センサにおいて、第1光源は、検出対象のガスを検知するための検知用の光源であり、第2光源は、参照用の光源である。このように構成すれば、検知用の第1光源とは波長が異なる参照用の第2光源を設けることにより、筐体部の内側の汚れによる検出強度の低下と、検出対象のガスの吸収による検出強度の低下とを判別することができる。具体的には、検出用の光源からの赤外光および参照用の光源からの赤外光の受光部による検出強度が共に低下した場合、筐体部の内側が汚れていると判断することができる。また、参照用の光源からの赤外光の受光部による検出強度の低下がない(小さい)場合、筐体部の内側が略汚れていないと判断することができる。その結果、光学式ガスセンサのメンテナンスの時期を適切に判断することができる。
また、上記第2の局面による光学式センサにおいて、反射部は、第2光源から出射された赤外光も反射することにより、受光部に導光するように構成されており、第1光源からの赤外光と、第2光源からの赤外光とを、互いに異なる回数反射するように設けられている。このように構成すれば、第2光源から出射された赤外光を反射部により反射することができるので、第2光源から出射された赤外光の光路長を大きくすることができる。
また、上記第3の局面による光学式センサにおいて、反射部は、螺旋状の光路により、第1光源から出射される赤外光を受光部に導光するように構成されている。このように構成すれば、螺旋状の光路により、筐体部内のスペースを効率的に利用して赤外光を受光部に届けることができる。その結果、より大きい赤外光の光路長を確保することができるので、検出対象のガスをより精度よく検知することができる。
In the optical gas sensor according to the first to third aspects of the present invention, as described above, the light is received by reflecting the infrared light emitted from the first light source, the second light source, the light receiving unit, and the first light source. A housing portion in which a reflecting portion for guiding light is arranged on the inner surface side is provided on the portion. As a result, the number of light receiving parts in the housing can be reduced by one as compared with the conventional configuration in which two light sources and two light receiving parts are arranged in the gas cell (housing part). Can be simplified and the device can be miniaturized. In addition, the number of light receiving portions can be reduced by one, and the infrared light emitted from the first light source can be reflected by the reflecting portion in the housing portion, so that a wider space can be secured in the housing portion. Therefore, a larger optical path length can be secured. As a result, the gas to be detected can be detected more accurately. As described above, the device can be miniaturized while ensuring an optical path length large enough to detect the gas to be detected.
Further, in the optical sensor according to the first aspect, the first light source is a detection light source for detecting the gas to be detected, and the second light source is a reference light source. With this configuration, by providing a second light source for reference whose wavelength is different from that of the first light source for detection, the detection intensity is lowered due to dirt inside the housing portion, and the gas to be detected is absorbed. It can be determined that the detection intensity is reduced. Specifically, when the detection intensity of the infrared light from the detection light source and the infrared light from the reference light source are both reduced, it can be determined that the inside of the housing is dirty. it can. Further, if there is no decrease (small) in the detection intensity due to the infrared light receiving portion from the reference light source, it can be determined that the inside of the housing portion is not substantially dirty. As a result, the maintenance time of the optical gas sensor can be appropriately determined.
Further, in the optical sensor according to the second aspect, the reflecting portion is configured to guide the light receiving portion by reflecting infrared light emitted from the second light source, and is configured to guide the light receiving portion from the first light source. The infrared light of the above and the infrared light from the second light source are reflected so as to be reflected different times from each other. With this configuration, the infrared light emitted from the second light source can be reflected by the reflecting unit, so that the optical path length of the infrared light emitted from the second light source can be increased.
Further, in the optical sensor according to the third aspect, the reflecting portion is configured to guide infrared light emitted from the first light source to the receiving portion by a spiral optical path. With this configuration, the spiral optical path makes it possible to efficiently utilize the space inside the housing portion to deliver infrared light to the light receiving portion. As a result, a larger optical path length of infrared light can be secured, so that the gas to be detected can be detected more accurately.
上記第1〜第3の局面による光学式ガスセンサにおいて、好ましくは、反射部は、複数設けられ、第1光源から出射された赤外光は、複数の反射部により反射されることによって、受光部に導光される。このように構成すれば、筐体部の内面側において、複数の反射部により、第1光源から出射された赤外光を多重反射させることができるので、赤外光の光路長をより大きく確保することができる。その結果、検出対象のガスをより精度よく検出することができる。 In the optical gas sensor according to the first to third aspects, preferably, a plurality of reflecting portions are provided, and the infrared light emitted from the first light source is reflected by the plurality of reflecting portions to receive the light receiving portion. Guided to. With this configuration, the infrared light emitted from the first light source can be multiple-reflected by the plurality of reflecting portions on the inner surface side of the housing portion, so that the optical path length of the infrared light can be further secured. can do. As a result, the gas to be detected can be detected more accurately.
上記第1〜第3の局面による光学式ガスセンサにおいて、好ましくは、反射部は、検出対象のガスの流入方向よりも流入方向に交差する側方で、第1光源から出射された赤外光を多く反射するように構成されている。このように構成すれば、検出対象のガスの流入方向に交差する側方よりも検出対象のガスを流入させる側で、第1光源から出射された赤外光を多く反射させる場合と比較して、検出対象のガスを流入させる側における反射部の割合を小さくすることができるので、その分、検出対象のガスが流入する領域の割合を大きくして、より効果的に検出対象のガスを筐体内に流入させることができる。 In the optical gas sensor according to the first to third aspects, preferably, the reflecting portion emits infrared light emitted from the first light source on the side intersecting the inflow direction of the gas to be detected. It is configured to reflect a lot. With this configuration, compared to the case where more infrared light emitted from the first light source is reflected on the side where the gas to be detected flows in than on the side intersecting the inflow direction of the gas to be detected. Since the ratio of the reflective portion on the side where the gas to be detected flows can be reduced, the ratio of the region where the gas to be detected flows can be increased accordingly to more effectively package the gas to be detected. It can be made to flow into the body.
この場合、好ましくは、反射部は、流入方向に交差する側方のみで、第1光源から出射された赤外光を反射するように構成されている。このように構成すれば、検出対象のガスの流入方向に反射部を設けることなく、検出対象のガスの流入方向に交差する側方のみに反射部を設けることができるので、検出対象のガスをより流入させやすくすることができるとともに、ガスの流入方向において、反射部が設けられない分、筐体部(装置)を小型化することができる。 In this case, preferably, the reflecting portion is configured to reflect the infrared light emitted from the first light source only on the side intersecting the inflow direction. With this configuration, it is possible to provide the reflecting portion only on the side intersecting the inflow direction of the gas to be detected without providing the reflecting portion in the inflow direction of the gas to be detected. In addition to making it easier to flow in, the housing portion (device) can be miniaturized because the reflecting portion is not provided in the inflow direction of the gas.
上記第1〜第3の局面による光学式ガスセンサにおいて、好ましくは、筐体部は、筒状の側壁部と、側壁部の一端に設けられ、検出対象のガスを流入させるガス流入部とを含み、第1光源、第2光源および受光部は、側壁部の内面に配置されている。このように構成すれば、筒状の側壁部によって、第1光源および第2光源を、赤外光が受光部により受光される位置に容易に配置することができる。 In the optical gas sensor according to the first to third aspects, the housing portion preferably includes a tubular side wall portion and a gas inflow portion provided at one end of the side wall portion to allow the gas to be detected to flow in. , The first light source, the second light source, and the light receiving portion are arranged on the inner surface of the side wall portion. With this configuration, the tubular side wall portion allows the first light source and the second light source to be easily arranged at positions where infrared light is received by the light receiving portion.
上記第1〜第3の局面による光学式ガスセンサにおいて、好ましくは、反射部、第1光源、第2光源および受光部は、略同じ高さ位置に配置されている。このように構成すれば、高さ方向において、筐体部(装置)を小型化することができる。 In the optical gas sensor according to the first to third aspects, preferably, the reflecting unit, the first light source, the second light source, and the light receiving unit are arranged at substantially the same height position. With this configuration, the housing portion (device) can be miniaturized in the height direction.
上記第1〜第3の局面による光学式ガスセンサにおいて、好ましくは、第1光源および第2光源は、発光ダイオードを含み、受光部は、フォトダイオードを含む。このように構成すれば、発光ダイオードにより、白熱電球や蛍光灯などの他の光源と比較して、第1の波長を中心(ピーク)とする比較的狭い帯域幅の赤外光を出射することができるので、エネルギー効率を向上させることができる。また、フォトダイオードにより、第1光源および第2光源からの赤外光を確実に受光することができる。また、素子に電流が流れてから通常点灯までに約0.2秒を要する白熱電球などの他の光源や光検出素子と比較して、応答時間が極めて短い(約50〜数100n秒)発光ダイオードおよびフォトダイオードを用いることにより、立ち上がり時の消費エネルギーを削減することができるとともに、高速にパルス駆動できることから消費電力を低減することができる。 In the optical gas sensor according to the first to third aspects, preferably, the first light source and the second light source include a light emitting diode, and the light receiving unit includes a photodiode. With this configuration, the light emitting diode emits infrared light having a relatively narrow bandwidth centered on the first wavelength (peak) as compared with other light sources such as incandescent lamps and fluorescent lamps. Therefore, energy efficiency can be improved. In addition, the photodiode can reliably receive infrared light from the first light source and the second light source. In addition, the response time is extremely short (about 50 to several hundred nsec) compared to other light sources such as incandescent lamps and light detection elements, which normally take about 0.2 seconds from the flow of current through the element to lighting. By using the diode and the photodiode, the energy consumption at the time of rising can be reduced, and the power consumption can be reduced because the pulse drive can be performed at high speed.
この発明の第4の局面によるガス検知器は、上記第1〜第3の局面のいずれか1つによる光学式ガスセンサと、光学式ガスセンサに電力を供給する電源とを備える。 The gas detector according to the fourth aspect of the present invention includes an optical gas sensor according to any one of the first to third aspects , and a power source for supplying electric power to the optical gas sensor.
上記第4の局面によるガス検知器では、上記第1〜第3の局面のいずれか1つによる光学式ガスセンサと、光学式ガスセンサに電力を供給する電源とを設ける。これにより、従来のガスセル(筐体部)内に2つの光源および2つの受光部を配置する構成と比較して、筐体部内の受光部の数を1つ削減することができるので、装置構成を簡素化することができるとともに、装置を小型化することができる。また、受光部の数を1つ削減することができるとともに、筐体部内の反射部により第1光源から出射された赤外光を反射することができるので、筐体部内により広いスペースを確保して、より大きな光路長を確保することができる。その結果、検出対象のガスをより精度よく検知することができる。以上により、検出対象のガスを検出可能な程度に大きな光路長を確保しつつ、装置を小型化することができる。 In the gas detector according to the fourth aspect, an optical gas sensor according to any one of the first to third aspects and a power source for supplying electric power to the optical gas sensor are provided. As a result, the number of light receiving parts in the housing can be reduced by one as compared with the conventional configuration in which two light sources and two light receiving parts are arranged in the gas cell (housing part). Can be simplified and the device can be miniaturized. In addition, the number of light receiving portions can be reduced by one, and the infrared light emitted from the first light source can be reflected by the reflecting portion in the housing portion, so that a wider space can be secured in the housing portion. Therefore, a larger optical path length can be secured. As a result, the gas to be detected can be detected more accurately. As described above, the device can be miniaturized while ensuring an optical path length large enough to detect the gas to be detected.
本発明によれば、上記のように、検出対象のガスを検出可能な程度に大きな光路長を確保しつつ、複数光源が筐体部内に配置される光学式ガスセンサにおいて、装置を小型化することができる。 According to the present invention, as described above, in an optical gas sensor in which a plurality of light sources are arranged in a housing while ensuring a large optical path length so that the gas to be detected can be detected, the device can be miniaturized. Can be done.
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1〜図7を参照して、本発明の第1実施形態によるガス検知器100の構成について説明する。
[First Embodiment]
The configuration of the gas detector 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
図1に示す第1実施形態によるガス検知器100は、検知対象のガスを検知して、検知対象のガスの存在を通知するように構成されている。たとえば、ガス検知器100は、検知対象のガスの検出濃度が所定の濃度より高い場合に、検知対象のガスが検出されたことを通知するように構成されている。この他、ガス検知器100は、検知対象ガスの濃度値を通知(表示)する検知器(通知(表示)に加えて、所定濃度で警報する検知器でもよい)を含んでいてもよい。 The gas detector 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1 is configured to detect the gas to be detected and notify the presence of the gas to be detected. For example, the gas detector 100 is configured to notify that the detection target gas has been detected when the detection concentration of the detection target gas is higher than a predetermined concentration. In addition, the gas detector 100 may include a detector that notifies (displays) the concentration value of the gas to be detected (in addition to the notification (display), a detector that warns at a predetermined concentration may be used).
(ガス検知器の概略構成)
ガス検知器100は、光学式ガスセンサ1と、通知部2と、電池3と、を備えている。なお、電池3は、特許請求の範囲の「電源」の一例である。
(Outline configuration of gas detector)
The gas detector 100 includes an optical gas sensor 1, a notification unit 2, and a battery 3. The battery 3 is an example of a "power source" within the scope of the claims.
光学式ガスセンサ1は、非分散型赤外線吸収(NDIR、non dispersive infrared)方式のセンサである。非分散型赤外線吸収のセンサとは、ガス内を通過する赤外光の波長がガス分子の内部エネルギーのレベルと一致するスペクトル領域において、ガス分子が赤外光を吸収するという性質(ガス特有の波長の赤外線がガス濃度に応じた割合で減衰するという性質)を利用して、特定のガスを検知するセンサである。非分散型赤外線吸収のセンサは、検知対象のガスを他のガスから分離することなく、容易に検知することが可能である。 The optical gas sensor 1 is a non-dispersive infrared absorption (NDIR, non-dispersive infrared) type sensor. A non-dispersive infrared absorption sensor has the property that gas molecules absorb infrared light in a spectral region where the wavelength of infrared light passing through the gas matches the level of internal energy of the gas molecules (specific to gas). It is a sensor that detects a specific gas by utilizing (the property that infrared rays of wavelength are attenuated at a rate corresponding to the gas concentration). The non-dispersive infrared absorption sensor can easily detect the gas to be detected without separating it from other gases.
通知部2は、光学式ガスセンサ1により検出対象のガスが検知された場合に、ユーザに対して所定の通知を行うように構成されている。たとえば、通知部2は、発光部(図示せず)を有し、光学式ガスセンサ1により検出対象のガスが検知された場合に、発光部を発光させるように構成されていてもよい。この他、通知部2は、ガスが検知された場合に、音声を発するように構成されていてもよい。なお、通知部2は、単にガスの検知をユーザに通知するものであってもよいし、ガスを検知したことをユーザに警告するものであってもよい。また、通知部2は、所定の濃度値を越えるガスが検知された場合に、その旨を音声として出力(画像として表示)するなどによりユーザに通知するように構成されていてもよい。また、通知部2は所定の濃度値を超えなくても、濃度値を音声として出力(画像として表示)するなどによりユーザに通知するように構成してもよい。 The notification unit 2 is configured to give a predetermined notification to the user when the gas to be detected is detected by the optical gas sensor 1. For example, the notification unit 2 may have a light emitting unit (not shown) and may be configured to emit light when the gas to be detected is detected by the optical gas sensor 1. In addition, the notification unit 2 may be configured to emit a voice when gas is detected. The notification unit 2 may simply notify the user of the detection of gas, or may warn the user that the gas has been detected. Further, the notification unit 2 may be configured to notify the user when a gas exceeding a predetermined concentration value is detected by outputting (displaying as an image) as a voice to that effect. Further, the notification unit 2 may be configured to notify the user by outputting (displaying as an image) the density value as voice even if the density value does not exceed a predetermined density value.
電池3は、光学式ガスセンサ1や通知部2などのガス検知器100の各部に供給される電力の供給源である。ガス検知器100は、電池駆動であるため、コンパクトに構成することが可能であるとともに、容易に持ち運ぶことが可能である。 The battery 3 is a power supply source of electric power supplied to each part of the gas detector 100 such as the optical gas sensor 1 and the notification part 2. Since the gas detector 100 is battery-powered, it can be configured compactly and can be easily carried.
(光学式ガスセンサの構成)
次に、図2〜図7を参照して、光学式ガスセンサ1の詳細な構成について説明する。
(Configuration of optical gas sensor)
Next, a detailed configuration of the optical gas sensor 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 7.
光学式ガスセンサ1は、図2に示すように、筐体部10と、LED(light emitting diode)11aと、LED11bと、フォトダイオード12と、反射部13a〜13e(図6参照)と、温湿度センサ14と、気圧センサ15と、光源用基板16a(図6参照)、受光部用基板16b(図6参照)およびセンサ用基板16c(図6参照)と、マイコン17とを備えている。なお、LED11aは、特許請求の範囲の「第1光源」の一例である。また、LED11bは、特許請求の範囲の「第2光源」の一例である。また、フォトダイオード12は、特許請求の範囲の「受光部」の一例である。
As shown in FIG. 2, the optical gas sensor 1 includes a
光学式ガスセンサ1は、2つの赤外光源(LED11aおよび11b)と、2つの赤外光源から出射された各赤外光を受光する1つの受光部(フォトダイオード12)とを有するいわゆる2光源1受光部方式のセンサである。フォトダイオード12は、1つ設けられている。
The optical gas sensor 1 is a so-called two light source 1 having two infrared light sources (
光学式ガスセンサ1には、図3および図4に示すように、ガス検知器100(図1参照)に光学式ガスセンサ1を取り付けるためのコンパチブル1aが設けられている。コンパチブル1aは、一方端が開放された円筒状に形成されている。コンパチブル1aは、開放された一端部から内側に光学式ガスセンサ1を収容することにより、内側に光学式ガスセンサ1を取付可能に構成されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the optical gas sensor 1 is provided with a compatible 1a for attaching the optical gas sensor 1 to the gas detector 100 (see FIG. 1). The compatible 1a is formed in a cylindrical shape with one end open. The compatible 1a is configured so that the optical gas sensor 1 can be mounted inside by accommodating the optical gas sensor 1 inside from one open end.
コンパチブル1aは、端子1bおよび1cを有している。端子1cは、コンパチブル1aの外側に設けられており、光学式ガスセンサ1の本体部(図示せず)に取り付けられた状態で、光学式ガスセンサ1の本体部と電気的に接続されるように構成されている。また、端子1cは、汎用性を有する端子である。端子1bは、コンパチブル1aの内側に設けられている。端子1bは、光学式ガスセンサ1が取り付けられた状態(後述する光学式ガスセンサ1の端子102aが端子1bに接触した状態)で、光学式ガスセンサ1と電気的に接続されるように構成されている。また、コンパチブル1aは、コンバータ(図示せず)を含んでいる。
The compatible 1a has
筐体部10は、側壁部101と、一方壁部102と、他方壁部103とを含んでいる。以下では、一方壁部102、側壁部101、他方壁部103が並ぶ方向(側壁部101が延びる方向)をA方向として説明する。また、A方向に直交する方向をB方向(図3〜図10ではB方向のうちの一方向を代表して示している)として説明する。なお、他方壁部103は、特許請求の範囲の「ガス流入部」の一例である。
The
側壁部101は、図3に示すように、円筒状に形成されている。一方壁部102は、円盤状に形成されており、側壁部101の一方側(A2方向側)の端部に設けられている。また、一方壁部102は、A2方向側の外面に、コンパチブル1aの端子1cに電気的に接続される端子102aを有している。他方壁部103は、円盤状に形成されており、側壁部101の他方側(A1方向側)の端部に設けられている。他方壁部103は、A方向に他方壁部103を貫通する貫通孔103aを複数(3個)有している。光学式ガスセンサ1は、この貫通孔103aを介して、検知対象のガスを筐体部10内に流入させることが可能なように構成されている。貫通孔103aは、細長い長円形状に形成されている。また、複数の貫通孔103aは、互いに平行に並ぶように配置されている。また、複数の貫通孔103aは、他方壁部103の全体にわたり設けられている。
As shown in FIG. 3, the
筐体部10には、図5〜図7に示すように、LED11a、11b、フォトダイオード12、反射部13a〜13eが内面側に配置されている。また、LED11a、11b、フォトダイオード12は、側壁部101の内面101aに配置されている。
As shown in FIGS. 5 to 7,
筐体部10は、アルミニウムや樹脂などの材料により反射部13a〜13eと一体的に形成されている。詳細には、筐体部10は、アルミニウムや樹脂などの材料を用いた金型により反射部13a〜13eと一体的に成形され、表面に金などのメッキが施されることにより形成されている。
The
LED11aは、LEDチップ110aと、LEDチップ110aに貼り付けられるリフレクタ110bとを含んでいる。LEDチップ110aは、A方向に延びる平板状の光源用基板16a上に設置されている。LEDチップ110aは、光源用基板16aよりも筐体部10の内側(中心O(図5参照)側)に配置されている。LEDチップ110aは、平面視において(A方向からみて)、概して、筐体部10の中心に向けて赤外光を出射するように配置されている。リフレクタ110bは、LEDチップ110aから出射されて、筐体部10の中心に向けて広がる赤外光を所定角度範囲に絞る機能を有している。リフレクタ110bは、接着剤などにより、LEDチップ110aに固定的に取り付けられている。
The
LED11aは、検出対象のガスを検知するための検出用の光源である。すなわち、LED11aは、検出対象のガスに吸収されやすい第1の波長の赤外光を出射する光源である。詳細には、LED11aは、検出対象のガスに吸収されやすい第1の波長を中心(ピーク)とする比較的狭い帯域幅の赤外光を出射する光源である。たとえば、検出対象のガスがメタンガスである場合には、第1の波長は、概ね、3.3μmに設定される。
The
LED11aから出射された赤外光の光路長は、光路長の大きさに応じて検出対象のガスに吸収される量が増減する。具体的には、赤外光の光路長は、大きくなる程、検出対象のガスに吸収される量が増加し、小さくなる程、検出対象のガスに吸収される量が減少する。このため、光学式ガスセンサ1は、LED11aから出射された赤外光の光路長が長くなる程、精度よく検出対象のガスを検出することが可能になる。そこで、第1実施形態の光学式ガスセンサ1は、限られた空間(筐体部10内の空間)で赤外光の光路長の大きさを確保するために、複数の反射部13a〜13dにより、LED11aから出射された赤外光を反射するように構成されている。
The amount of infrared light emitted from the
LED11bは、LEDチップ111aと、LEDチップ111aに貼り付けられるリフレクタ111bとを含んでいる。LEDチップ111aは、光源用基板16a上に設置されている。LEDチップ111aは、光源用基板16aよりも筐体部10の内側(中心側)に配置されている。LEDチップ111aは、LEDチップ110aとA方向に並ぶように、LEDチップ110aのA2方向側に配置されている。LEDチップ111aは、平面視において(A方向からみて)、概して、筐体部10の中心に向けて赤外光を出射するように配置されている。
The
リフレクタ111bは、LEDチップ111aから出射され、筐体部10の中心に向けて広がる赤外光を所定角度範囲に絞る機能を有している。リフレクタ111bは、接着剤などにより、LEDチップ111aに固定的に取り付けられている。
The
LED11bは、検出対象のガスを検知するための検知用の光源ではなく、参照用の光源である。すなわち、LED11bは、検出対象のガスに吸収されやすい第1の波長とは異なる第2の波長の赤外光を出射する光源である。詳細には、LED11bは、第2の波長を中心とする比較的狭い帯域幅の赤外光を出射する光源である。たとえば、検出対象のガスがメタンガスである場合には、第2の波長は、第1の波長の3.3μmとは異なる3.9μmに設定される。
The
参照用の光源とは、筐体部10の内側の汚れを検出するために用いられる。ここで、通常の使用態様において、光学式ガスセンサ1は、経時的な使用により、筐体部10の内側(筐体部10の表面、反射部13a〜13e、フォトダイオード12、LED11a、11bを含む)に埃などの汚れが付着して、フォトダイオード12の検出強度が徐々に低下する。この場合に、光学式ガスセンサ1は、赤外光を出射する光源が1つしかないと(検出用の光源のみだと)、検出強度の低下が筐体部10の内側の汚れによるものなのか、検出対象のガスの吸収によるものなのかを判別することができなくなってしまう。そこで、光学式ガスセンサ1は、検出用の光源に加えて、検出対象のガスを吸収することのない参照用の光源を備えることにより、筐体部10の内側の汚れを判断可能なように、構成されている。
The reference light source is used to detect dirt inside the
具体的には、光学式ガスセンサ1の経時的な使用により、検出用の光源からの赤外光および参照用の光源からの赤外光のフォトダイオード12による検出強度が共に低下した場合には、筐体部10の内側が汚れていると判断することができる。その結果、参照用の光源により、光学式ガスセンサ1のメンテナンスの時期などを判断することが可能となる。また、光学式ガスセンサ1の経時的な使用により、参照用の光源からの赤外光のフォトダイオード12による検出強度の低下がない(小さい)場合には、筐体部10の内側が略汚れていないと判断することができる。
Specifically, when the detection intensity of the infrared light from the detection light source and the infrared light from the reference light source by the
なお、参照用の光源(LED11b)が直接汚れを確認しているのは、LED11bからの赤外光を直接反射する反射部13e、13bであるが、参照用の光源により反射部13e、13bが汚れていると判断できる場合には、筐体部10内の他の構成(反射部13a、13c、13dなど)にも埃などの汚れが付着していると判断することができる。
It should be noted that the reference light source (LED11b) is directly confirmed to be dirty in the
また、参照用の光源(LED11b)は、検出用の光源(LED11a)のフォトダイオード12による検出値のドリフト(変動)を抑制するためにも用いられる。
The reference light source (LED11b) is also used to suppress drift (fluctuation) of the detection value of the detection light source (LED11a) by the
フォトダイオード12は、1つ設けられている。フォトダイオード12は、A方向に延びる平板状の受光部用基板16b上に設置されている。フォトダイオード12は、筐体部10の中心O(図5参照)側からの赤外光を受光可能なように、筐体部10の中心側を向くように配置されている。
One
フォトダイオード12は、A方向において、LED11bに略対応する位置に配置されている。また、フォトダイオード12は、A方向に直交するB方向において、概して、LED11bに対向する位置に配置されている。また、フォトダイオード12は、A方向において、LED11aよりもA2方向側に配置されている。
The
フォトダイオード12には、LED11aおよび11bからの赤外光が照射される。詳細には、フォトダイオード12には、LED11aおよび11bからの赤外光が、互いに異なるタイミングで交互に、かつ、繰返し照射される。
The
反射部13a〜13dは、検出用の光源であるLED11aから出射された赤外光を反射することによりフォトダイオード12に導光するように構成されている。詳細には、反射部13aは、LED11aから出射された光路L1を通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部13bは、反射部13aにより反射された光路L2を通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部13cは、反射部13bにより反射された光路L3を通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部13dは、反射部13cにより反射された光路L4を通る赤外光を反射することによって、光路L5によりフォトダイオード12に導光するように構成されている。したがって、LED11aから出射された赤外光は、反射部13a〜13dにより4回反射された後、フォトダイオード12に導光される。
The reflecting
なお、光路L1〜L5は、図5および図6において、直線状に示しているが、これは赤外光の出射方向(進行方向)の中心位置を示しており、赤外光の形状を示しているのではない。以下、他の光路の図においても同様である。 The optical paths L1 to L5 are shown in a straight line in FIGS. 5 and 6, which indicate the central position of the infrared light emission direction (traveling direction) and indicate the shape of the infrared light. I'm not. Hereinafter, the same applies to the diagrams of other optical paths.
反射部13bは、反射部13aよりもA2方向側において赤外光を反射するように配置されている。また、反射部13cは、反射部13bよりもA2方向側において赤外光を反射するように配置されている。また、反射部13dは、反射部13cよりもA2方向側において赤外光を反射するように配置されている。つまり、LED11aから出射された赤外光は、反射部13a〜13dにより、A2方向に進むように反射される。
The reflecting
反射部13e、13bは、参照用の光源であるLED11bから出射された赤外光を反射することによりフォトダイオード12に導光するように構成されている。詳細には、反射部13eは、LED11bから出射された光路L1aを通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部13bは、反射部13eにより反射された光路L2aを通る赤外光を反射することによって、光路L3aによりフォトダイオード12に導光するように構成されている。したがって、LED11bから出射された赤外光は、反射部13e、13bにより2回反射された後、フォトダイオード12に導光される。この結果、反射部13a〜13eは、LED11aからの赤外光と、LED11bからの赤外光とを、互いに異なる回数反射するように設けられている。
The reflecting
LED11b、反射部13e、13b、および、フォトダイオード12は、A方向において、光路L1a、L2a、L3aが略同じ位置となるように、互いに略同じ高さ位置に配置されている。
The
反射部13a、13c、13eは、共に、筐体部10の内側から外側に向けて窪む球状(球状の面の一部を切り取った形状)の反射面を有している。反射部13a、13c、13eは、球状の反射面により、反射後の光路方向に赤外光を絞る機能を有している。
The reflecting
反射部13b、13dは、それぞれ、平坦な反射面を有している。反射部13a〜13eは、LED11a(11b)から出射された赤外光を、球状の反射面と、平坦な反射面とにより交互に反射することにより、フォトダイオード12に導光するように構成されている。
The reflecting
反射部13a〜13dは、検出対象のガスの流入方向(A方向)よりも、ガスの流入方向に交差する側方(B方向)で、LED11aから出射された赤外光を多く反射するように構成されている。詳細には、反射部13a〜13dは、筐体部10のA2方向側の一方壁部102、および、A1方向側の他方壁部103には、設けられておらず、筐体部10のB方向側にのみ設けられており、検出対象のガスの流入方向(A方向)に交差する側方(B方向)のみで、LED11aから出射された赤外光を反射するように構成されている。
The reflecting
温湿度センサ14および気圧センサ15は、筐体部10の内側に配置されている。また、温湿度センサ14および気圧センサ15は、B方向に延びるセンサ用基板16c上に設置されている。なお、センサ用基板16cは、共にA方向に延びる光源用基板16aと受光部用基板16bとを接続する基板である。
The temperature /
温湿度センサ14は、筐体部10内のガスの温度および湿度を測定可能なセンサである。また、気圧センサ15は、筐体部10内のガスの気圧を測定可能なセンサである。ここで、フォトダイオード12による赤外光の検出強度は、ガスが置かれる空間(筐体部10内の空間)の温度、湿度および気圧に応じて変動する。このため、検出対象のガスを検出するためのフォトダイオード12の検出強度に誤差が生じてしまう。そこで、光学式ガスセンサ1は、マイコン17による制御の下、温湿度センサ14および気圧センサ15による測定値に基づいて、フォトダイオード12の検出強度の誤差の補正を行うように構成されている。
The temperature /
マイコン17は、光学式ガスセンサ1の各部の駆動を制御するように構成されている。具体例として、マイコン17は、LED11aとLED11bとを交互に200μ秒間継続的に点灯させるように構成されている。この際、マイコン17は、LED11aおよびLED11bは、0.5秒に1回点灯するように構成されている。また、マイコン17は、概ね、LED11aおよびLED11bが消灯しているタイミング(非検知動作時)において、光学式ガスセンサ1内のアナログ回路の電源をオフにするとともに、マイコン17をスリープモードにすることによって、低消費電力を実現するように構成されている。
The
[第1実施形態の効果]
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
[Effect of the first embodiment]
In the first embodiment, the following effects can be obtained.
第1本実施形態では、上記のように、LED11a、LED11b、フォトダイオード12、および、LED11aから出射された赤外光を反射することによりフォトダイオード12に導光する反射部13a〜13dが内面101a側に配置される筐体部10とを設ける。これにより、従来のガスセル(筐体部)内に2つの光源および2つのフォトダイオード12を配置する構成と比較して、筐体部10内のフォトダイオード12の数を1つ削減することができるので、装置構成を簡素化することができるとともに、装置を小型化することができる。また、フォトダイオード12の数を1つ削減することができるとともに、筐体部10内の反射部13a〜13dによりLED11aから出射された赤外光を反射することができるので、筐体部10内により広いスペースを確保して、より大きな光路長を確保することができる。その結果、検出対象のガスをより精度よく検知することができる。以上により、検出対象のガスを検出可能な程度に大きな光路長を確保しつつ、装置を小型化することができる。
In the first embodiment, as described above, the
また、第1本実施形態では、上記のように、LED11aを、検出対象のガスを検知するための検知用の光源とし、LED11bを、参照用の光源とする。これにより、検知用のLED11aとは波長が異なる参照用のLED11bを設けることにより、筐体部10の内側の汚れによる検出強度の低下と、検出対象のガスの吸収による検出強度の低下とを判別することができる。具体的には、検出用のLED11aからの赤外光および参照用のLED11bからの赤外光のフォトダイオード12による検出強度が共に低下した場合、筐体部10の内側が汚れていると判断することができる。また、参照用のLED11bからの赤外光のフォトダイオード12による検出強度の低下がない(小さい)場合、筐体部10の内側が略汚れていないと判断することができる。その結果、光学式ガスセンサ1のメンテナンスの時期を適切に判断することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1本実施形態では、上記のように、反射部13a〜13dを複数設け、LED11aから出射された赤外光を、複数の反射部13a〜13dにより反射することによって、フォトダイオード12に導光する。これにより、筐体部10の内面側において、複数の反射部13a〜13dにより、LED11aから出射された赤外光を多重反射させることができるので、赤外光の光路長をより大きく確保することができる。その結果、検出対象のガスをより精度よく検出することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, a plurality of reflecting
また、第1本実施形態では、上記のように、反射部13a〜13dを、検出対象のガスの流入方向よりも流入方向に交差する側方で、LED11aから出射された赤外光を多く反射するように構成する。これにより、検出対象のガスの流入方向に交差する側方よりも検出対象のガスを流入させる側で、LED11aから出射された赤外光を多く反射させる場合と比較して、検出対象のガスを流入させる側における反射部13a〜13dの割合を小さくすることができるので、その分、検出対象のガスが流入する領域の割合を大きくして、より効果的に検出対象のガスを筐体内に流入させることができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the reflecting
また、第1本実施形態では、上記のように、反射部13a〜13dを、流入方向に交差する側方のみで、LED11aから出射された赤外光を反射するように構成する。これにより、検出対象のガスの流入方向に反射部13a〜13dを設けることなく、検出対象のガスの流入方向に交差する側方のみに反射部13a〜13dを設けることができるので、検出対象のガスをより流入させやすくすることができるとともに、ガスの流入方向において、反射部13a〜13dが設けられない分、筐体部10(装置)を小型化することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the reflecting
また、第1本実施形態では、上記のように、筐体部10に、筒状の側壁部101と、側壁部101の一端に配置され、検出対象のガスを流入させる他方壁部103とを設け、LED11a、LED11bおよびフォトダイオード12を、側壁部101の内面101aに配置する。これにより、筒状の側壁部101によって、LED11aおよびLED11bを、赤外光がフォトダイオード12により受光される位置に容易に配置することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、反射部13eを、LED11bから出射された赤外光も反射することにより、フォトダイオード12に導光するように構成し、LED11aからの赤外光と、LED11bからの赤外光とを、互いに異なる回数反射するように光学式ガスセンサ1を構成する。これにより、LED11bから出射された赤外光を反射部13eにより反射することができるので、LED11bから出射された赤外光の光路長を大きくすることができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the reflecting
また、第1本実施形態では、上記のように、光源としてLED11aおよびLED11bを用い、受光部としてフォトダイオード12を用いる。これにより、発光ダイオード(LED)により、白熱電球や蛍光灯などの他の光源と比較して、第1の波長および第2の波長を中心(ピーク)とする比較的狭い帯域幅の赤外光を出射することができるので、エネルギー効率を向上させることができる。また、フォトダイオードにより、LED11aおよびLED11bからの赤外光を確実に受光することができる。また、素子に電流が流れてから通常点灯までに約0.2秒を要する白熱電球などの他の光源や光検出素子と比較して、応答時間が極めて短い(50〜数100n秒)LED11a、11bおよびフォトダイオード12を用いることにより、立ち上がり時の消費エネルギーを削減することができるとともに、高速にパルス駆動できることから消費電力を低減することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
[第2実施形態]
次に、図1、図2および図8を参照して、第2実施形態の光学式ガスセンサ201を備えるガス検知器200の構成について説明する。第2実施形態による光学式ガスセンサ201は、各反射部13a〜13e、LED11a、11bおよびフォトダイオード12が互いに異なる高さ位置(A方向の位置)に配置した第1実施形態による光学式ガスセンサ1とは異なり、各反射部213a〜213d、LED11a、11bおよびフォトダイオード12が同じ高さ位置に配置されている。なお、上記第1実施形態と同一の構成については、図中において同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, the configuration of the gas detector 200 including the
(光学式ガスセンサの構成)
本発明の第2実施形態によるガス検知器200は、図1に示すように、光学式ガスセンサ201を備えている。光学式ガスセンサ201は、図8に示すように、反射部213a〜213dを備えている。
(Configuration of optical gas sensor)
As shown in FIG. 1, the gas detector 200 according to the second embodiment of the present invention includes an
各反射部213a〜213d、LED11a、11bおよびフォトダイオード12は、図8に示すように、A方向において同じ高さ位置に配置されている。
As shown in FIG. 8, the reflecting
筐体部10の内面101a側において、LED11aおよびフォトダイオード12は、互いに隣接して配置されている。また、筐体部10の内面101a側において、LED11aおよびLED11bの間には、反射部213bおよび反射部213dが配置されている。また、筐体部10の内面101a側において、フォトダイオード12およびLED11bの間には、反射部213cおよび反射部213aが配置されている。各反射部213a〜213d、LED11a、11bおよびフォトダイオード12は、平面視において(A方向からみて)、それぞれ、概して、筐体部10の周方向に均等に配置されている。
On the
反射部213a〜213dは、検出用の光源であるLED11aから出射された赤外光を反射することによりフォトダイオード12に導光するように構成されている。詳細には、反射部213aは、LED11aから出射された光路L1cを通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部213bは、反射部213aにより反射された光路L2cを通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部213cは、反射部213bにより反射された光路L3cを通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部213dは、反射部213cにより反射された光路L4cを通る赤外光を反射することによって、光路L5cによりフォトダイオード12に導光するように構成されている。したがって、LED11aから出射された赤外光は、反射部213a〜213dにより4回反射された後、フォトダイオード12に導光される。
The reflecting
反射部213c、213dは、参照用の光源であるLED11bから出射された赤外光を反射することによりフォトダイオード12に導光するように構成されている。詳細には、反射部213cは、LED11bから出射された光路L1dを通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部213dは、反射部213cにより反射された光路L2dを通る赤外光を反射することによって、光路L3dによりフォトダイオード12に導光するように構成されている。したがって、LED11bから出射された赤外光は、反射部213c、213dにより2回反射された後、フォトダイオード12に導光される。
The reflecting
ここで、上記の通り、各反射部213a〜213d、LED11a、11bおよびフォトダイオード12は、A方向において同じ高さ位置に配置されていることから、光路L1c〜L4c、L1d、L2dもA方向において略同じ高さ位置に配置されている。
Here, as described above, since the reflecting
反射部213a〜213dは、共に、筐体部10の内側から外側に向けて窪む球状(球状の面の端部側を切り取った形状)の反射面を有している。反射部213a〜213dは、球状の反射面により、反射後の光路方向に赤外光を絞る機能を有している。
Both the reflecting
フォトダイオード12には、受光した赤外光を集光する集光レンズ12aが設けられている。集光レンズ12aは、筐体部10の内側に突出する半球形状を有している。
The
[第2実施形態の効果]
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
[Effect of the second embodiment]
In the second embodiment, the following effects can be obtained.
第2本実施形態では、上記第1実施形態と同様に、LED11a、LED11b、フォトダイオード12、および、LED11aから出射された赤外光を反射することによりフォトダイオード12に導光する反射部213a〜213dが内面101a側に配置される筐体部10とを設ける。これにより、装置構成を簡素化することができるとともに、装置を小型化することができる。
In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the
また、第2本実施形態では、上記のように、反射部213a〜213d、LED11a、LED11bおよびフォトダイオード12を、略同じ高さ位置に配置する。これにより、高さ方向において、筐体部10(装置)を小型化することができる。
Further, in the second embodiment, as described above, the reflecting
第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 Other effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
[第3実施形態]
次に、図1、図2、図9および図10を参照して、第3実施形態の光学式ガスセンサ301を備えるガス検知器300の構成について説明する。第3実施形態による光学式ガスセンサ301は、反射部13a〜13eを筐体部10の側壁部101の内面101aにのみ配置した第1実施形態による光学式ガスセンサ1とは異なり、反射部313a〜313iを筐体部10の側壁部101の内面101aと、一方壁部102の内面と、他方壁部103の内面とに配置されている。なお、上記第1実施形態と同一の構成については、図中において同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, the configuration of the gas detector 300 including the
(光学式ガスセンサの構成)
本発明の第3実施形態によるガス検知器300は、図1に示すように、光学式ガスセンサ301を備えている。光学式ガスセンサ301は、図9に示すように、反射部313a〜313iを備えている。
(Configuration of optical gas sensor)
As shown in FIG. 1, the gas detector 300 according to the third embodiment of the present invention includes an
筐体部10の内面101a側において、LED11a、11bおよびフォトダイオード12は、一方壁部102(A2方向)側の同一平面上に配置されている。また、反射部313a、313h、313iは、共に、他方壁部103の内面に配置されている。反射部313bは、一方壁部102の内面に配置されている。また、反射部313c〜313g(その他の反射部)は、側壁部101の内面101aに配置されている。
On the
反射部313a〜313hは、LED11aから出射された赤外光を反射することによりフォトダイオード12に導光するように構成されている。詳細には、反射部313aは、LED11aから出射された光路L1eを通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部313bは、反射部313aにより反射された光路L2eを通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部313cは、反射部313bにより反射された光路L3eを通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部313dは、反射部313cにより反射された光路L4eを通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部313eは、反射部313dにより反射された光路L5eを通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部313fは、反射部313eにより反射された光路L6eを通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部313gは、反射部313fにより反射された光路L7eを通る赤外光を反射するように構成されている。また、反射部313hは、反射部313gにより反射された光路L8eを通る赤外光を反射することによって、光路L9eによりフォトダイオード12に導光するように構成されている。したがって、LED11aから出射された赤外光は、反射部213a〜213dにより8回反射された後、フォトダイオード12に導光される。
The reflecting
反射部313a〜313hは、LED11aから出射される赤外光をA1方向から見て、時計周り方向に旋回させるようにして、フォトダイオード12に導光するように構成されている。ここで、反射部313a、313bは、光路L2eおよびL3e(図10参照)を通る赤外光を、A2方向に移動させるように構成されている。反射部313c〜313fは、光路L3e〜L7e(図10参照)を通る赤外光を、A1方向に移動させるように構成されている。反射部313g、313hは、光路L8eおよびL9e(図10参照)を通る赤外光を、A2方向に移動させるように構成されている。
The reflecting
また、第3実施形態では、A方向において、LED11aからA1方向側に出射され、未だ反射されていない赤外光を、一旦、A2方向側(LED11a側)に反射するように構成されている。これにより、光学式ガスセンサ301は、赤外光の光路長をかせぐことができる。同時に、A方向において、フォトダイオード12と対向する位置に、フォトダイオード12に向けて赤外光を反射する構成を配置して、フォトダイオード12への入射角をゼロ(フォトダイオード12の赤外光の受光面と赤外光とのなす角度を90度)に近づけることができるので、赤外光の大きさ(フォトダイオード12の受光面積)に対して受光面を広く確保できる。このため、フォトダイオード12により赤外光を受光しやすくすることができる。
Further, in the third embodiment, in the A direction, the infrared light emitted from the
反射部313iは、LED11bから出射された赤外光を反射することによりフォトダイオード12に導光するように構成されている。詳細には、反射部313iは、LED11bから出射された光路L1fを通る赤外光を反射することによって、光路L2fによりフォトダイオード12に導光するように構成されている。したがって、LED11bから出射された赤外光は、反射部313iにより1回反射された後、フォトダイオード12に導光される。
The reflecting
[第3実施形態の効果]
第3実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
[Effect of Third Embodiment]
In the third embodiment, the following effects can be obtained.
第3本実施形態では、上記第1実施形態と同様に、LED11a、LED11b、フォトダイオード12、および、LED11aから出射された赤外光を反射することによりフォトダイオード12に導光する反射部313a〜313hが内面101a側に配置される筐体部10とを設ける。これにより、装置構成を簡素化することができるとともに、装置を小型化することができる。
In the third embodiment, similarly to the first embodiment, the
また、第3本実施形態では、上記のように、反射部313a〜313hを、螺旋状の光路により、LED11aから出射される赤外光をフォトダイオード12に導光するように構成する。これにより、螺旋状の光路により、筐体部10内のスペースを効率的に利用して赤外光をフォトダイオード12に届けることができる。その結果、より大きい赤外光の光路長を確保することができるので、検出対象のガスをより精度よく検知することができる。
Further, in the third embodiment, as described above, the reflecting
第3実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 Other effects of the third embodiment are the same as those of the first embodiment.
(変形例)
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
(Modification example)
It should be noted that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not considered to be restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiment, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
たとえば、上記第1〜第3実施形態では、反射部を複数設けた例を示したが本発明はこれに限られない。本発明では、反射部を1つのみ設けてもよい。 For example, in the first to third embodiments, an example in which a plurality of reflecting portions are provided is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, only one reflective portion may be provided.
また、上記第1〜第3実施形態では、筐体部に固定的に反射部を設けた例を示したが本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、反射部をMEMSミラーなどにより構成して、筐体部に対して振動可能に構成してもよい。 Further, in the first to third embodiments, an example in which the reflecting portion is fixedly provided in the housing portion is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, for example, the reflective portion may be configured by a MEMS mirror or the like so as to be vibrable with respect to the housing portion.
また、上記第1〜第3実施形態では、本発明の第1光源および第2光源をLEDにより構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1光源および第2光源を白熱電球などのLED以外の光源により構成してもよい。 Further, in the first to third embodiments, an example in which the first light source and the second light source of the present invention are configured by LEDs is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the first light source and the second light source may be configured by a light source other than the LED such as an incandescent light bulb.
また、上記第1〜第3実施形態では、本発明の受光部をフォトダイオードにより構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、受光部を熱電対などのフォトダイオード以外の受光部により構成してもよい。 Further, in the first to third embodiments, an example in which the light receiving portion of the present invention is configured by a photodiode is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the light receiving portion may be configured by a light receiving portion other than a photodiode such as a thermocouple.
また、上記第1〜第3実施形態では、第1光源からの赤外光と、第2光源からの赤外光との反射回数が異なるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1光源からの赤外光と、第2光源からの赤外光との反射回数が同じになるように構成してもよい。 Further, in the first to third embodiments, an example is shown in which the infrared light from the first light source and the infrared light from the second light source are reflected differently in the number of times of reflection. Not limited to. In the present invention, the infrared light from the first light source and the infrared light from the second light source may be reflected at the same number of times.
また、上記第1〜第3実施形態では、本発明の電源を電池とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、本発明の電源を商用電源に接続可能なコンセント部としてもよい。 Further, in the first to third embodiments, an example in which the power source of the present invention is a battery is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, for example, the power supply of the present invention may be an outlet portion that can be connected to a commercial power supply.
また、上記第1〜第3実施形態では、第1光源をガス検出用の光源とし、第2光源を参照用の光源とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1光源および第2光源を、共に、互いに異なる種類のガスを検出するための光源としてもよい。 Further, in the first to third embodiments, an example is shown in which the first light source is a light source for gas detection and the second light source is a light source for reference, but the present invention is not limited to this. In the present invention, both the first light source and the second light source may be used as light sources for detecting different types of gas.
また、上記第1〜第3実施形態では、コンパチブルを介して光学式ガスセンサとガス検知器(ガス検知器の本体部)とを電気的に接続するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、コンパチブルを介することなく、光学式ガスセンサとガス検知器とを直接電気的に接続可能なように構成してもよい。 Further, in the first to third embodiments, an example in which the optical gas sensor and the gas detector (main body of the gas detector) are electrically connected via a compatible is shown. Is not limited to this. In the present invention, the optical gas sensor and the gas detector may be configured to be directly electrically connectable without interposing a compatible.
また、上記第1〜第3実施形態では、反射部を筐体部と一体的に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、反射部を筐体部と別体で形成してもよい。 Further, in the first to third embodiments, an example in which the reflective portion is integrally formed with the housing portion is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the reflective portion may be formed separately from the housing portion.
また、上記第1〜第3実施形態では、筐体部を金型により形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、筐体部を金属加工などの金型以外の方法により形成してもよい。 Further, in the first to third embodiments, an example in which the housing portion is formed by a mold is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the housing portion may be formed by a method other than the mold such as metal processing.
また、本発明は、上記第1〜第3実施形態で説明した赤外光の反射回数に限定されものではない。 Further, the present invention is not limited to the number of reflections of infrared light described in the first to third embodiments.
また、上記第1〜第3実施形態では、本発明の第2光源として、ガス吸収性のない波長の光源を用いて、第2光源を参照用の光源として用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第2光源として、ガス吸収性のある波長の光源を用いて、第2光源を参照用の光源および検知用の光源の両方として用いてもよい。 Further, in the first to third embodiments, an example is shown in which a light source having a wavelength having no gas absorption is used as the second light source of the present invention and the second light source is used as a reference light source. The invention is not limited to this. In the present invention, a gas-absorbing wavelength light source may be used as the second light source, and the second light source may be used as both a reference light source and a detection light source.
上記第1〜第3実施形態では、第1光源をガス検出用の光源とし、第2光源を参照用の光源とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1光源および第2光源を共にガス検出用の光源としてもよい。具体例として、第1光源および第2光源を異なる帯域幅の波長とし、1つのガスの検出精度を高めるようにしてもよい。 In the first to third embodiments, the first light source is used as a light source for gas detection and the second light source is used as a reference light source, but the present invention is not limited to this. In the present invention, both the first light source and the second light source may be used as a light source for gas detection. As a specific example, the first light source and the second light source may have wavelengths having different bandwidths to improve the detection accuracy of one gas.
また、上記第1実施形態では、光学式ガスセンサが、光源や受光部などを搭載するため基板を3つ備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光学式ガスセンサが、光源や受光部などを搭載するため基板を1つのみ備えていてもよい。この場合、基板をフレキシブル配線基板としてもよい。 Further, in the first embodiment, an example is shown in which the optical gas sensor includes three substrates for mounting a light source, a light receiving unit, and the like, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the optical gas sensor may include only one substrate for mounting a light source, a light receiving unit, and the like. In this case, the board may be a flexible wiring board.
上記第1〜第3実施形態では、1つの筐体部の内側に基板、反射部、受光部などを配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、1つの筐体部の内側に別の筐体部を配置し、内側の筐体部に基板、反射部、受光部などをそれぞれ設置するための孔部を設けて、その孔部に基板、反射部、受光部を差し込むようにして設置してもよい。この場合、内側の筐体部は、円筒形状を有しており、各部品が差し込まれることにより、光軸が調整されるように構成されていてもよい。 In the first to third embodiments, an example in which a substrate, a reflecting portion, a light receiving portion, and the like are arranged inside one housing portion is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, another housing portion is arranged inside one housing portion, and a hole portion for installing a substrate, a reflection portion, a light receiving portion, etc. is provided in the inner housing portion, and the hole portion is provided. The substrate, the reflecting portion, and the light receiving portion may be inserted into the substrate. In this case, the inner housing portion has a cylindrical shape, and may be configured so that the optical axis is adjusted by inserting each component.
また、上記第1〜第3実施形態では、温湿度センサおよび気圧センサを備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、温湿度センサおよび気圧センサの両方を備えていなくてもよく、一方のみを備えていてもよい。 Further, in the first to third embodiments, an example including a temperature / humidity sensor and a barometric pressure sensor has been shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, both the temperature / humidity sensor and the barometric pressure sensor may not be provided, or only one of them may be provided.
上記第1〜第3実施形態では、反射部として球状の反射面と平坦な反射面を組合せた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、球状の反射面または平坦な反射面の一方のみを設けるようにしてもよい。また、反射面の形状はどのような形状でもよく、楕円形や、非球面(平面でも球面でもない曲面)形状であってもよい。 In the first to third embodiments, an example in which a spherical reflecting surface and a flat reflecting surface are combined as a reflecting portion is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, only one of a spherical reflecting surface and a flat reflecting surface may be provided. Further, the shape of the reflecting surface may be any shape, and may be an elliptical shape or an aspherical shape (a curved surface that is neither a flat surface nor a spherical surface).
1、201、301 光学式ガスセンサ
3 電池(電源)
10 筐体部
11a LED(第1光源)
11b LED(第2光源)
12 フォトダイオード(受光部)
13a、13b、13c、13d、13e、213a、213b、213c、213d、313a、313b、313c、313d、313e、313f、313g、313h 反射部
100、200、300 ガス検知器
101 側壁部
101a 内面
103 他方壁部(ガス流入部)
1,201,301 Optical gas sensor 3 Battery (power supply)
10
11b LED (second light source)
12 Photodiode (light receiving part)
13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 213a, 213b, 213c, 213d, 313a, 313b, 313c, 313d, 313e, 313f, 313g, 313h Reflector 100, 200, 300
Claims (10)
第1の波長の赤外光を出射する第1光源と、
前記第1の波長とは異なる第2の波長の赤外光を出射する第2光源と、
前記第1光源および前記第2光源から出射された赤外光を受光する1つの受光部と、
前記第1光源から出射された赤外光を反射することにより、前記受光部に導光する反射部と、
前記第1光源、前記第2光源、前記受光部および前記反射部が内面側に配置される筐体部とを備え、
前記第1光源は、検出対象のガスを検知するための検知用の光源であり、
前記第2光源は、参照用の光源であり、
前記第1光源の赤外光の光路長は、前記第2光源の赤外光の光路長よりも大きい、光学式ガスセンサ。 It is a non-dispersive infrared absorption type sensor.
A first light source that emits infrared light of the first wavelength,
A second light source that emits infrared light of a second wavelength different from the first wavelength,
A light receiving unit that receives infrared light emitted from the first light source and the second light source, and
A reflecting unit that guides the light receiving unit by reflecting infrared light emitted from the first light source,
A housing portion in which the first light source, the second light source, the light receiving portion, and the reflecting portion are arranged on the inner surface side is provided .
The first light source is a detection light source for detecting the gas to be detected.
The second light source is a reference light source.
An optical gas sensor in which the optical path length of infrared light of the first light source is larger than the optical path length of infrared light of the second light source .
第1の波長の赤外光を出射する第1光源と、 A first light source that emits infrared light of the first wavelength,
前記第1の波長とは異なる第2の波長の赤外光を出射する第2光源と、 A second light source that emits infrared light of a second wavelength different from the first wavelength,
前記第1光源および前記第2光源から出射された赤外光を受光する1つの受光部と、 A light receiving unit that receives infrared light emitted from the first light source and the second light source, and
前記第1光源から出射された赤外光を反射することにより、前記受光部に導光する反射部と、 A reflecting unit that guides the light receiving unit by reflecting infrared light emitted from the first light source,
前記第1光源、前記第2光源、前記受光部および前記反射部が内面側に配置される筐体部とを備え、 A housing portion in which the first light source, the second light source, the light receiving portion, and the reflecting portion are arranged on the inner surface side is provided.
前記反射部は、前記第2光源から出射された赤外光も反射することにより、前記受光部に導光するように構成されており、前記第1光源からの赤外光と、前記第2光源からの赤外光とを、互いに異なる回数反射するように設けられている、光学式ガスセンサ。 The reflecting unit is configured to guide the light receiving unit by reflecting infrared light emitted from the second light source, and the infrared light from the first light source and the second light source. An optical gas sensor provided to reflect infrared light from a light source a different number of times.
第1の波長の赤外光を出射する第1光源と、 A first light source that emits infrared light of the first wavelength,
前記第1の波長とは異なる第2の波長の赤外光を出射する第2光源と、 A second light source that emits infrared light of a second wavelength different from the first wavelength,
前記第1光源および前記第2光源から出射された赤外光を受光する1つの受光部と、 A light receiving unit that receives infrared light emitted from the first light source and the second light source, and
前記第1光源から出射された赤外光を反射することにより、前記受光部に導光する反射部と、 A reflecting unit that guides the light receiving unit by reflecting infrared light emitted from the first light source,
前記第1光源、前記第2光源、前記受光部および前記反射部が内面側に配置される筐体部とを備え、 A housing portion in which the first light source, the second light source, the light receiving portion, and the reflecting portion are arranged on the inner surface side is provided.
前記反射部は、螺旋状の光路により、前記第1光源から出射される赤外光を前記受光部に導光するように構成されている、光学式ガスセンサ。 The reflecting portion is an optical gas sensor configured to guide infrared light emitted from the first light source to the light receiving portion by a spiral optical path.
前記第1光源から出射された赤外光は、複数の前記反射部により複数回反射されることによって、前記受光部に導光される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学式ガスセンサ。 A plurality of the reflecting portions are provided.
The optics according to any one of claims 1 to 3 , wherein the infrared light emitted from the first light source is guided to the light receiving portion by being reflected a plurality of times by the plurality of reflecting portions. Type gas sensor.
前記第1光源、前記第2光源および前記受光部は、前記側面部の内面に配置されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学式ガスセンサ。 The housing portion includes a tubular side surface portion and a gas inflow portion provided at one end of the side surface portion to allow gas to be detected to flow in.
The optical gas sensor according to any one of claims 1 to 6 , wherein the first light source, the second light source, and the light receiving portion are arranged on the inner surface of the side surface portion.
前記受光部は、フォトダイオードを含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の光学式ガスセンサ。 The first light source and the second light source include a light emitting diode.
The optical gas sensor according to any one of claims 1 to 8 , wherein the light receiving unit includes a photodiode.
前記光学式ガスセンサに電力を供給する電源とを備える、ガス検知器。 The optical gas sensor according to any one of claims 1 to 9 ,
A gas detector including a power source that supplies electric power to the optical gas sensor.
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