JPH0229980B2 - PUROPANGASUNODONOSOKUTEIHOHOOYOBISONOSOCHI - Google Patents

PUROPANGASUNODONOSOKUTEIHOHOOYOBISONOSOCHI

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JPH0229980B2
JPH0229980B2 JP20599383A JP20599383A JPH0229980B2 JP H0229980 B2 JPH0229980 B2 JP H0229980B2 JP 20599383 A JP20599383 A JP 20599383A JP 20599383 A JP20599383 A JP 20599383A JP H0229980 B2 JPH0229980 B2 JP H0229980B2
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light
wavelength
propane gas
measurement
optical fiber
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JPS6098334A (en
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Akio Shinohara
Yoshiaki Arakawa
Fumio Inaba
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Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
Resonac Holdings Corp
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Showa Denko KK
Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、測定地点から遠く離れている箇所で
のプロパンガス濃度の測定に好適なガス濃度測定
法およびその装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a gas concentration measuring method and apparatus suitable for measuring propane gas concentration at a location far away from a measurement point.

プロパンガスは、燃料用ガスとして自動車用、
一般家庭炊事用等に広く使用される有用ガスであ
るが、このガスを取扱う場合は、漏洩に充分注意
しなければ重大な人身事故を起しかねない。実際
に、一般家庭でのプロパンガス爆発や、タンカー
での火災事故などが毎年発生している。この防災
対策のために有用なプロパンガスの検知、警報機
器の開発が望まれている。
Propane gas is used as a fuel gas for automobiles,
Although it is a useful gas that is widely used for general home cooking, etc., when handling this gas, if sufficient care is not taken to prevent leakage, serious accidents may occur. In fact, propane explosions in households and fires in tankers occur every year. It is desired to develop useful propane gas detection and alarm equipment for this disaster prevention measure.

更にLPGタンク、LPGタンカーなどのガス漏
洩検知を考えた場合、集中監視室からの遠隔測定
が望まれ、また着火源をもたない本質的に防爆検
知方式であることが必須となる。
Furthermore, when considering gas leak detection in LPG tanks, LPG tankers, etc., remote measurement from a central monitoring room is desired, and an essentially explosion-proof detection method that does not have an ignition source is essential.

従来より用いられている半導体式ガスセンサや
燃焼式ガスセンサ、光干渉式検知方法等ではガス
の選択検知や動作の安定性、湿度の影響、稀薄ガ
スの検知等々で問題があり、さらに保守の面で考
慮しなければならない点があつた。また、遠隔監
視、遠隔測定の場合、電気信号が送受されるので
電磁誘導による誤報やケーブルの損傷による事故
誘発などの危険性も無視することができなかつ
た。
Conventionally used semiconductor gas sensors, combustion gas sensors, optical interference detection methods, etc. have problems with gas selection detection, operational stability, humidity effects, dilute gas detection, etc., and are also difficult to maintain. There are some points that need to be taken into consideration. Furthermore, in the case of remote monitoring and telemetry, electrical signals are sent and received, so the risks of false alarms caused by electromagnetic induction and accidents caused by damage to cables cannot be ignored.

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされた
ものであつて、プロパンガスの漏出を確実に、迅
速に検知して警報を発するようにしたものであつ
て、厳しい測定条件下でも信頼性が高く、実時間
測定ができ、かつ極めて遠隔の箇所における測定
が可能であると共に事故誘発などの危険性の全く
ないプロパンガス濃度の測定方法およびその装置
を提供するものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is intended to reliably and quickly detect propane gas leakage and issue an alarm, and to ensure reliability even under severe measurement conditions. The purpose of the present invention is to provide a propane gas concentration measuring method and apparatus that have a high level of propane gas concentration, can perform real-time measurements, can be measured at extremely remote locations, and are completely free from the danger of inducing accidents.

以下図面を参照しながら本発明のプロパンガス
濃度の測定方法およびその装置の詳しい内容を説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed content of the propane gas concentration measuring method and apparatus of the present invention will be explained below with reference to the drawings.

本発明は、近年光通信用として開発された例え
ば石英系光フアイバーのような光フアイバーを利
用するものである。このような光フアイバーは
1.0〜1.8μmの波長領域では光の伝送損失が低い。
一方プロパンガスは、前記の1.0〜1.8μmの波長帯
内においては、1.50〜1.57μm帯および1.668〜
1.720μm帯のブロードな波長帯域において特性吸
収帯がある。更に上記のプロパンガスの特性吸収
帯内において水蒸気H2Oおよび炭酸ガスCO2によ
る光の吸収がほとんどない狭い波長域が選択でき
る。
The present invention utilizes an optical fiber, such as a quartz-based optical fiber, which has been developed in recent years for optical communications. This kind of optical fiber
Light transmission loss is low in the wavelength range of 1.0 to 1.8 μm.
On the other hand, propane gas has wavelengths of 1.50 to 1.57 μm and 1.668 to 1.668 μm.
There is a characteristic absorption band in the broad wavelength band of 1.720μm band. Furthermore, a narrow wavelength range in which there is almost no absorption of light by water vapor H 2 O and carbon dioxide gas CO 2 can be selected within the above-mentioned characteristic absorption band of propane gas.

本発明は以上のような新たな知見にもとづいて
なされたものである。即ち、プロパンガスの特性
吸収帯内の波長帯であつて、伝送中、光フアイバ
ーによる損失が少なく、またH2OやCO2の影響を
ほとんど受けることのない波長域を選ぶことによ
つて本発明の目的である遠隔の地点においてプロ
パンガスの濃度を正確に、しかも迅速に測定でき
るようにしたものである。
The present invention has been made based on the above new findings. In other words, by selecting a wavelength range that is within the characteristic absorption band of propane gas, where there is little loss due to the optical fiber during transmission, and which is hardly affected by H 2 O or CO 2 , The purpose of the invention is to make it possible to accurately and quickly measure the concentration of propane gas at a remote location.

第1図は石英系光フアイバーの0.6〜1.8μmの波
長域における伝送損失を示すグラフである。この
図より明らかなように波長1.1〜1.7μmでの伝送損
失が1dB/Km以下であり、そして実用的には可視
域から1.8μmまでの波長域の光の伝送に有効であ
ることがわかる。この様な低損失の光フアイバー
を光伝送路として用いれば、遠隔地に存在するプ
ロパンガス濃度を吸光光度法によつて測定するこ
とが可能である。
FIG. 1 is a graph showing the transmission loss of a silica-based optical fiber in the wavelength range of 0.6 to 1.8 μm. As is clear from this figure, the transmission loss at wavelengths of 1.1 to 1.7 μm is less than 1 dB/Km, and it can be seen that it is practically effective for transmitting light in the wavelength range from the visible region to 1.8 μm. If such a low-loss optical fiber is used as an optical transmission line, it is possible to measure the concentration of propane gas in a remote location by spectrophotometry.

第2図乃至第5図は、本発明の対象となるプロ
パンガスの特性吸収を示すもので、第2図、第4
図はプロパンガスの圧力が200Torr、測定セルの
長さが50cm、第3図、第5図はプロパンガスの圧
力が1気圧、測定セルの長さが50cmの場合であ
る。これら図のうち、第2図、第3図は、プロパ
ンガスの特性波長帯がブロードな1つの波長域で
あることを示している。その領域は1.668〜
1.720μm(第2図参照)および約1.50〜1.57μm(第
3図参照)である。但し、約1.668〜1.720μmの特
性吸収波長帯については、発光源の関係から
1.720μmまでしか測定していないが、特性吸収帯
は、約1.74μmまで存在すると推定される。この
意味から第2図には、測定した1.720μmまでを実
線にて示し、それ以上は、破線にて示してある。
本発明では、測定により明らかになつた1.720μm
までを特性吸収帯として扱う。第4図、第5図
は、ブロードな波長帯であるとして示した第2
図、第3図のグラフの根拠となる実際の吸収特性
を示す図で、分解能0.5nm以下の分光器で測定し
た結果である。
Figures 2 to 5 show the characteristic absorption of propane gas, which is the subject of the present invention.
The figure shows the case where the propane gas pressure is 200 Torr and the length of the measuring cell is 50 cm. Figures 3 and 5 are when the propane gas pressure is 1 atm and the length of the measuring cell is 50 cm. Of these figures, FIGS. 2 and 3 show that the characteristic wavelength band of propane gas is one broad wavelength band. Its area is 1.668 ~
1.720 μm (see Figure 2) and approximately 1.50-1.57 μm (see Figure 3). However, regarding the characteristic absorption wavelength band of approximately 1.668 to 1.720 μm, due to the relationship of the light emitting source,
Although measurements were only made up to 1.720 μm, it is estimated that the characteristic absorption band exists up to approximately 1.74 μm. For this reason, in FIG. 2, the measured area up to 1.720 μm is shown as a solid line, and the area beyond that is shown as a broken line.
In the present invention, 1.720μm revealed by measurement
is treated as the characteristic absorption band. Figures 4 and 5 show the second wavelength range shown as a broad wavelength band.
This is a diagram showing the actual absorption characteristics that are the basis for the graphs in Figures 3 and 3, and is the result of measurement using a spectrometer with a resolution of 0.5 nm or less.

これらの図から明らかなように、第4図に示す
1.668〜1.720μmの特性吸収帯は、プロパンガスの
圧力が200Torrにおいても最大25%程度の吸収率
であり、実用上測定波長帯として用いれば有効で
ある。他方、第5図の1.50〜1.57μmの特性吸収波
長帯は1気圧のプロパンガスが測定セルに満たさ
れた時の透過率を示すもので、吸収率は小さい。
しかし発光源に強力な光を発するものを用いれ
ば、また現在市販されている発光源の発光波長帯
が可視光から1.55μm程度までの波長帯のものし
かないことから考えると測定に利用すべき波長帯
である。
As is clear from these figures, the
The characteristic absorption band of 1.668 to 1.720 μm has a maximum absorption rate of about 25% even at a propane gas pressure of 200 Torr, and is effective if used as a practical measurement wavelength band. On the other hand, the characteristic absorption wavelength band of 1.50 to 1.57 μm in FIG. 5 shows the transmittance when the measurement cell is filled with propane gas at 1 atm, and the absorption is small.
However, if you use a light source that emits strong light, and considering that the only light emission wavelength range of currently commercially available light sources is from visible light to about 1.55 μm, it should be used for measurement. It is a wavelength band.

以上述べたプロパンガスの特性吸収の測定結果
にもとづく考察から明らかなように、プロパンガ
スの濃度を吸光光度法によつて測定する場合に
は、まず1.668〜1.720μm又は1.50〜1.57μmの特性
吸収帯うちのいずれか一方または両方の波長帯の
中から少なくとも1つの波長を中心波長とする光
を測定光として選び、これらの光がプロパンガス
の存在する測定セル(検出セル)中を通過した際
にどの程度吸収されるかを測定し、この吸収率か
らプロパンガスの濃度を検知することが出来る。
この時に使用する光は、選定した測定波長を中心
波長とする一つの狭い波長帯で、例えば帯域透過
フイルターによつて選ばれた1.68〜1.69μmあるい
は1.53〜1.54μmなどの狭い波長帯の光である。
As is clear from the considerations based on the measurement results of the characteristic absorption of propane gas described above, when measuring the concentration of propane gas by spectrophotometry, first the characteristic absorption of 1.668 to 1.720 μm or 1.50 to 1.57 μm Light having a center wavelength of at least one wavelength from one or both of the wavelength bands is selected as the measurement light, and when these lights pass through a measurement cell (detection cell) where propane gas is present, The concentration of propane gas can be detected from this absorption rate.
The light used at this time is a narrow wavelength band with the selected measurement wavelength as the center wavelength, for example, light in a narrow wavelength band of 1.68 to 1.69 μm or 1.53 to 1.54 μm selected by a band pass filter. be.

上述のような測定波長(狭い波長帯)の光を一
つ又は複数個使つてプロパンガスの濃度を吸光光
度法によつて測定する場合は、参照波長(参照
光)として通常プロパンガスの特性吸収波長帯で
ある1.668〜1.720μmおよび1.50〜1.57μm以外の波
長域から選ぶ必要がある。つまりプロパンガスの
存在により光が吸収されない波長域から参照波長
を選ぶ必要がある。例えばプロパンガスの特性吸
収波長以外でその近傍である1.65や1.75μmあるい
は1.59μm辺りの波長域でしかもH2OやCO2の影
響をほとんど受けない波長帯を参照波長として選
べばよい。更にプロパンガスと共存する可能性の
強いメタンガスの特性吸収波長帯1.664〜1.669μm
を除いた波長域を選ぶことが望ましい。即ち前述
の波長帯の一つ又は複数の波長を中心波長とする
狭い波長帯の光を参照光として選べばよい。
When measuring the concentration of propane gas by spectrophotometry using one or more lights at the measurement wavelength (narrow wavelength band) as described above, the characteristic absorption of propane gas is usually used as the reference wavelength (reference light). It is necessary to select from a wavelength range other than the wavelength ranges of 1.668 to 1.720 μm and 1.50 to 1.57 μm. In other words, it is necessary to select a reference wavelength from a wavelength range where light is not absorbed due to the presence of propane gas. For example, a wavelength range other than the characteristic absorption wavelength of propane gas, around 1.65, 1.75 μm, or 1.59 μm, which is in the vicinity thereof, and which is hardly affected by H 2 O or CO 2 may be selected as the reference wavelength. Furthermore, the characteristic absorption wavelength band of methane gas, which has a strong possibility of coexisting with propane gas, is 1.664 to 1.669 μm.
It is desirable to select a wavelength range excluding . That is, light in a narrow wavelength band whose center wavelength is one or more wavelengths in the above-mentioned wavelength bands may be selected as the reference light.

以上のようにして選ばれた測定波長と参照波長
を用いて測定セルを通過した後の夫々の波長での
光強度を測定する。これらの測定値の中から、測
定波長での測定値と参照波長での測定値の比を一
つ又は、複数個求め、これと既知の濃度のプロパ
ンガスにもとづき予め求めておいた、吸収率と濃
度との関係をもとにして測定すべきプロパンガス
の濃度を求めることが出来る。
Using the measurement wavelength and reference wavelength selected as described above, the light intensity at each wavelength after passing through the measurement cell is measured. From these measured values, calculate one or more ratios between the measured value at the measurement wavelength and the measured value at the reference wavelength, and calculate the absorption rate, which has been determined in advance based on this and the known concentration of propane gas. The concentration of propane gas to be measured can be determined based on the relationship between and the concentration.

このような本発明の測定方法によれば、選択さ
れた測定波長と参照波長が夫々一つであつても従
来のガス検知法に比べて高い精度で又高い信頼性
の結果が得られる。しかし測定波長、参照波長の
いずれか一方または両方に一つ以上の波長帯の光
を用いれば一層高い精度および信頼度の測定結果
が得られる。それは、複数の波長を選択すること
によつて複数の吸光光度比が得られるので、これ
らの値を相互に比較することによつてより信頼度
の高い結果が得られると共に、測定装置に原因す
る誤差やプロパンガス以外のガスによる吸収の影
響を検知することが可能となり、これら誤差の原
因を除去することによつて信頼性の高い測定が可
能になり、また極めて低濃度のプロパンガスの検
出も可能になる。
According to the measurement method of the present invention, even if only one measurement wavelength and one reference wavelength are selected, results with higher precision and reliability can be obtained than with conventional gas detection methods. However, if light in one or more wavelength bands is used as the measurement wavelength, the reference wavelength, or both, measurement results with higher accuracy and reliability can be obtained. By selecting multiple wavelengths, multiple absorbance ratios can be obtained, and by comparing these values with each other, more reliable results can be obtained and the results can be determined due to the measurement equipment. It is now possible to detect errors and the effects of absorption by gases other than propane gas, and by eliminating these sources of error, highly reliable measurements are possible, and it is also possible to detect extremely low concentrations of propane gas. It becomes possible.

第6図は市販のプロパンガスで1気圧のものを
光路長50cmの検出セル(測定セル)内に存在せし
めた時の波長1.69〜1.72μmの特性吸収を測定した
データである。
FIG. 6 shows data obtained by measuring characteristic absorption at a wavelength of 1.69 to 1.72 μm when commercially available propane gas at 1 atmosphere is placed in a detection cell (measuring cell) with an optical path length of 50 cm.

この図において曲線Aは測定セル内が真空であ
る場合つまりプロパンガスによる吸収がない場合
の測定値であり、曲線Bは、市販のプロパンガス
が1気圧存在する場合の光の強度を示したもので
ある。
In this figure, curve A shows the measured value when the inside of the measurement cell is vacuum, that is, there is no absorption by propane gas, and curve B shows the light intensity when commercially available propane gas is present at 1 atm. It is.

第2図乃至第5図に示すグラフは、この第6図
の曲線A,Bに相当するデータを求め、その比
B/Aを求めて常にA=1にした時の値を示した
ものである。この第6図をもとにしてB/Aを求
めれば、一般家庭用のプロパンガスの吸収特性も
第2図、第4図の特性と同様の傾向を示すことが
わかる。したがつて本発明の方法を用いることに
よつて一般家庭用のプロパンガスの漏洩等を検知
し得ることがわかる。
The graphs shown in Figures 2 to 5 show the values when data corresponding to curves A and B in Figure 6 are obtained, the ratio B/A is determined, and A = 1 is always set. be. If B/A is determined based on this FIG. 6, it will be seen that the absorption characteristics of propane gas for general household use also show a tendency similar to the characteristics shown in FIGS. 2 and 4. Therefore, it can be seen that by using the method of the present invention, it is possible to detect leaks of propane gas for general household use.

第7図は、H2Oの吸収波長特性曲線を示すも
のである。この図より明らかなようにH2Oの強
い吸収帯は1.2〜1.7μmにおいては、1.350〜
1.393μm波長帯に集中している。したがつてこの
波長帯を除けばH2Oの影響の少ない測定が可能
になる。同様にしてCO2の特性吸収の強い波長帯
を除いた波長帯を利用することによつて炭酸ガス
の影響の少ない測定が可能になる。
FIG. 7 shows an absorption wavelength characteristic curve of H 2 O. As is clear from this figure, the strong absorption band of H 2 O is from 1.350 to 1.350 at 1.2 to 1.7 μm.
It is concentrated in the 1.393μm wavelength band. Therefore, by excluding this wavelength band, measurement with less influence of H 2 O becomes possible. Similarly, by using a wavelength band excluding the wavelength band where the characteristic absorption of CO 2 is strong, measurement with less influence of carbon dioxide gas becomes possible.

以上述べた内容から明らかなように、例えば石
英ガラス系の光フアイバーを光伝送路として用
い、第2乃至第6図に示すようなプロパンガスの
特性吸収波長帯を利用すれば遠隔地にあるプロパ
ンガスの濃度を共存するH2O(水蒸気、水分)や
CO2の影響をほとんど受けることなく、又光伝送
路における光損失などの影響もほとんど受けるこ
となく高精度、高信頼性にて測定ができる。
As is clear from the above, if a silica glass-based optical fiber is used as an optical transmission line and the characteristic absorption wavelength bands of propane gas as shown in Figures 2 to 6 are utilized, propane gas can be transmitted to remote locations. H 2 O (water vapor, moisture) and coexisting gas concentrations
Measurements can be made with high accuracy and reliability, with almost no effects from CO 2 or optical loss in the optical transmission path.

次に以上詳細に説明した本発明のプロパンガス
濃度測定方法にもとづいて構成された本発明の装
置について説明する。
Next, the apparatus of the present invention constructed based on the propane gas concentration measuring method of the present invention described in detail above will be explained.

本発明の装置の説明の前にその装置にて用いら
れる光源、すなわちプロパンガスの特性吸収波長
帯に対応する近赤外域の光を発光する光源につい
て説明する。この波長域の光源としては、一般に
半導体レーザーダイオードLD、発光ダイオード
LED、放電管(キセノンランプなど)、加熱線な
どが挙げられる。いずれにしても測定波長域をカ
バーする光を連続的に、あるいはパルス的に発
し、しかも発光エネルギー強度の大きいものほど
低濃度ガスの検知ができるので望ましい。
Before explaining the apparatus of the present invention, a light source used in the apparatus, that is, a light source that emits light in the near-infrared region corresponding to the characteristic absorption wavelength band of propane gas will be explained. Light sources in this wavelength range are generally semiconductor laser diode LDs and light emitting diodes.
Examples include LEDs, discharge tubes (such as xenon lamps), and heating wires. In any case, it is desirable to emit light that covers the measurement wavelength range continuously or in a pulsed manner, and the higher the intensity of the emitted energy, the more low-concentration gas can be detected.

LDは高出力が得られやすく、単色性が強いの
でプロパンガスの特性波長帯のようなブロードな
波長帯である場合は発振波長が選びやすく望まし
い。ただし、電源電圧の変動や温度変化などによ
る発振波長の変動がないように留意する必要があ
る。又LDを光源として用いる場合は、参照波長
用と特性吸収波長(測定波長)用の少なくとも2
つの異なるLDを用いることが必要であるが、帯
域透過フイルター等の分光器を用いる必要はな
い。尚、特性波長用のLD、あるいは参照波長用
のLDの一方又は両方において発光波長の異なる
ものを複数用いることによつて感度や精度のより
高い測定が可能となる。
Since LDs are easy to obtain high output and have strong monochromaticity, it is desirable that the oscillation wavelength can be easily selected in the case of a broad wavelength band such as the characteristic wavelength band of propane gas. However, care must be taken to ensure that the oscillation wavelength does not fluctuate due to fluctuations in power supply voltage or temperature changes. Also, when using an LD as a light source, at least two wavelengths are used, one for the reference wavelength and one for the characteristic absorption wavelength (measurement wavelength).
Although it is necessary to use two different LDs, there is no need to use a spectrometer such as a bandpass filter. Note that by using a plurality of LDs with different emission wavelengths as one or both of the LD for the characteristic wavelength and the LD for the reference wavelength, measurement with higher sensitivity and accuracy becomes possible.

またLEDや放電管などは、出力は低いが出力
の安定性や長寿命性などは良い。又、発光スペク
トルはブロードであるのでこれらの光源を用いる
場合には、分光器を用いて検出波長帯を狭め、所
望の特性吸収波長帯や参照波長帯での選択した波
長における変化量をキヤツチして、プロパンガス
濃度を測定するようにすればよい。この場合の分
光器としては安価な帯域透過フイルター、プリズ
ム等が考えられる。後にのべる本発明の装置の実
施例では、この帯域透過フイルターが用られてい
る。この帯域透過フイルターの透過幅は一般に広
く、1〜数nm程度であり、被測定ガスの特性吸
収波長域が、この透過幅よりも狭い場合は効率的
に不利となる。しかし、プロパンガスの特性吸収
波長帯は前述のようにブロードであるので、この
ような帯域透過フイルターを用いても測定は充分
に行ない得る。
In addition, LEDs and discharge tubes have low output, but have good output stability and long life. Furthermore, since the emission spectrum is broad, when using these light sources, a spectrometer is used to narrow the detection wavelength band and capture the amount of change in the selected wavelength in the desired characteristic absorption wavelength band or reference wavelength band. Then, the propane gas concentration can be measured. In this case, an inexpensive bandpass filter, prism, etc. can be used as the spectrometer. This band-pass filter is used in the embodiments of the device of the invention that will be described later. The transmission width of this band pass filter is generally wide, about 1 to several nm, and if the characteristic absorption wavelength range of the gas to be measured is narrower than this transmission width, it is disadvantageous in terms of efficiency. However, since the characteristic absorption wavelength band of propane gas is broad as described above, measurements can be carried out satisfactorily even with such a band pass filter.

第8図は中心波長が1.684μm、半値幅が5nmで
ある透過特性がガウス分布型の帯域透過フイルタ
ーを用い、このフイルターを透過した後の光の強
度分布を模式的に示した図である。この図におい
て、破線はプロパンガスが光路長50cmの測定セル
内に200Torrの圧力で含まれている場合を表わ
し、実線はプロパンガスが存在しない場合を示し
ている。この図における各曲線内の面積の差を実
線にて囲まれた面積で割ることによつてプロパン
ガスによる吸光比Aが求められる。このフイルタ
ーは、半値幅が例えば3nmや10nmのものを用い
ても良い。
FIG. 8 is a diagram schematically showing the intensity distribution of light after passing through a bandpass filter having a Gaussian distribution type transmission characteristic with a center wavelength of 1.684 μm and a half width of 5 nm. In this figure, the broken line represents the case where propane gas is contained at a pressure of 200 Torr in a measurement cell with an optical path length of 50 cm, and the solid line represents the case where propane gas is not present. By dividing the difference in area within each curve in this figure by the area surrounded by the solid line, the extinction ratio A due to propane gas can be determined. This filter may have a half width of 3 nm or 10 nm, for example.

続いて本発明のプロパンガス濃度の測定装置の
各実施例を説明する。第9図は、本発明のプロパ
ンガス濃度の測定装置の第1の実施例の構成を示
す図で、測定波長二つと参照波長一つを使用して
測定を行なうようにした装置である。この図にお
いて1は例えばLED等よりなる発光源、3は発
光源1より発せられる例えば1.65μm(半値幅
0.1μm)の光を光結合器2を経て伝送する低損失
の光フアイバー(例えば石英系光フアイバー)よ
りなる光伝送路、4は円筒状体4aの両端に光結
合器4b,4b′を設けた構造の測定セルで、この
測定セル4の円筒状体4aは、雰囲気ガス(被測
定ガス)の自然流出入を可能にするために多孔性
焼結金属や連続気孔構造のプラスチツクフオーム
などにて構成されている。またこの測定セル4
は、一例として光路長(光結合器4b,4b′間の
距離)が50〜100cmのものが用いられる。しかし
プロパンガスが低い濃度の場合には、測定セルの
光路長を長くしたほうがよい。この場合周知の多
重光路型吸収セル等を用いてもよい。5は測定セ
ル4よりの光を光結合器4b′を経て伝送する低伝
送損失の光フアイバー例えば石英系光フアイバー
等よりなる光伝送路、7は光伝送路5により伝送
され光結合器6を通つて来る光を第1の光束8と
第2の光束10に分割するビームスプリツター、
9は第1の光束8中に配置された第1の帯域透過
フイルター、11は第2の光束10中に配置され
これを第3の光束12と第4の光束13とに分割
するビームスプリツター、14は第3の光束12
中に配置された第2の帯域透過フイルター、15
は第4の光束13中に配置された第3の帯域透過
フイルターである。これらの帯域透過フイルター
9,14,15は、例えば薄膜による光の干渉作
用を利用した干渉フイルターで、多層膜干渉フイ
ルターが好適に用いられ、中心波長の透過率が出
来る限り高く半値幅が2〜5nmと狭いものが望ま
しい。そして例えば第1の帯域透過フイルター9
の中心波長は1.684μm、第2の帯域透過フイルタ
ー14の中心波長は1.695μm(逆に第1の帯域透
過フイルター9の中心波長が1.695μmで第2の帯
域透過フイルター14の中心波長が1.684μmでも
よい)つまりプロパンガスの特性吸収波長帯内の
波長で測定波長に選定された波長である。また第
3の帯域透過フイルター15は、プロパンガスの
特性吸収波長以外の波長(参照波長)で例えば
1.650μmが選ばれる。尚これらフイルターの中心
波長は、当然ながらH2O,CO2の特性吸収を示さ
ない波長が選ばれる。
Next, each embodiment of the propane gas concentration measuring device of the present invention will be described. FIG. 9 is a diagram showing the configuration of a first embodiment of the propane gas concentration measuring device of the present invention, which is configured to perform measurements using two measurement wavelengths and one reference wavelength. In this figure, 1 is a light emitting source such as an LED, and 3 is a light emitting source of 1.65 μm (half-value width) emitted from the light source 1.
An optical transmission line 4 is made of a low-loss optical fiber (for example, a silica optical fiber) that transmits light (0.1 μm) through an optical coupler 2, and optical couplers 4b and 4b' are provided at both ends of a cylindrical body 4a. The cylindrical body 4a of the measuring cell 4 is made of porous sintered metal or plastic foam with a continuous pore structure to enable natural flow in and out of the atmospheric gas (measured gas). It is configured. Also, this measurement cell 4
As an example, one having an optical path length (distance between optical couplers 4b and 4b') of 50 to 100 cm is used. However, when the concentration of propane gas is low, it is better to increase the optical path length of the measurement cell. In this case, a well-known multi-optical path type absorption cell or the like may be used. Reference numeral 5 indicates an optical transmission line made of a low transmission loss optical fiber, such as a quartz optical fiber, which transmits the light from the measurement cell 4 via an optical coupler 4b'; a beam splitter that splits the incoming light into a first beam 8 and a second beam 10;
Reference numeral 9 denotes a first band transmission filter placed in the first beam 8; 11 a beam splitter placed in the second beam 10 and splitting it into a third beam 12 and a fourth beam 13; , 14 is the third luminous flux 12
a second bandpass filter disposed in 15;
is a third bandpass filter placed in the fourth light beam 13. These bandpass filters 9, 14, and 15 are interference filters that utilize the light interference effect of thin films, for example, and multilayer film interference filters are preferably used, and the transmittance of the center wavelength is as high as possible, and the half-width is 2 to 2. A narrow one of 5 nm is desirable. For example, a first bandpass filter 9
The center wavelength of is 1.684 μm, the center wavelength of the second band pass filter 14 is 1.695 μm (conversely, the center wavelength of the first band pass filter 9 is 1.695 μm, and the center wavelength of the second band pass filter 14 is 1.684 μm). In other words, the wavelength is within the characteristic absorption wavelength band of propane gas and is selected as the measurement wavelength. Further, the third band pass filter 15 is configured to use a wavelength (reference wavelength) other than the characteristic absorption wavelength of propane gas, for example.
1.650μm is chosen. Note that the center wavelength of these filters is naturally selected to be a wavelength that does not exhibit the characteristic absorption of H 2 O and CO 2 .

更に16,17,18は夫々第1、第3、第4
の光路8,12,13中に配置された第1、第
2、第3の光検出器で、アバランシエフオトダイ
オードAPD、フオトダイオードPD(例えばGe半
導体又はPbS検出器)等が用いられる。19,2
0,21は増幅器、22は各光検出器16,1
7,18よりの電気信号で夫々増幅器19,2
0,21にて増幅された信号をもとにしてプロパ
ンガスの吸光比更にプロパンガスの濃度を求める
ための演算等を行なう演算処理装置である。
Further, 16, 17, and 18 are the first, third, and fourth, respectively.
The first, second, and third photodetectors arranged in the optical paths 8, 12, and 13 are an avalanche photodiode APD, a photodiode PD (for example, a Ge semiconductor or a PbS detector), or the like. 19,2
0, 21 are amplifiers, 22 are each photodetectors 16, 1
Electrical signals from 7 and 18 are used to connect amplifiers 19 and 2, respectively.
This is an arithmetic processing device that performs calculations to determine the absorption ratio of propane gas and also the concentration of propane gas based on the signal amplified by 0.0 and 21.

以上述べたような構成の第1の実施例におい
て、光源1よりの光は、光結合器2を通り光伝送
路3により伝送されて測定セル4へ送られる。こ
の測定セル4の円筒状体4aは、前述のように雰
囲気ガスが流出入し得る構造であるので、これを
測定すべき個所に置けばその個所の雰囲気ガスに
て満たされる。したがつて光源1よりの光は、測
定セル4内の雰囲気ガスにより吸収を受けた後に
光伝送路5により伝送される。続いてビームスプ
リツター7にて分割された光のうち第1の光束8
は、第1の帯域透過フイルター9により測定波長
である1.684μmを中心波長とする狭い帯域の光の
みが透過され第1の光検出器16にて受光されそ
の受光量に対応した電気信号として出力され増幅
器19にて増幅されてから演算処理装置22へ入
力される。
In the first embodiment configured as described above, light from the light source 1 passes through the optical coupler 2 and is transmitted by the optical transmission line 3 and sent to the measurement cell 4. The cylindrical body 4a of the measurement cell 4 has a structure through which atmospheric gas can flow in and out, as described above, so that when placed at a location to be measured, it is filled with the atmospheric gas at that location. Therefore, the light from the light source 1 is transmitted through the optical transmission path 5 after being absorbed by the atmospheric gas within the measurement cell 4 . Next, the first beam 8 of the lights split by the beam splitter 7
The first band transmission filter 9 transmits only a narrow band of light centered around the measurement wavelength of 1.684 μm, which is received by the first photodetector 16 and output as an electrical signal corresponding to the amount of received light. The signal is then amplified by an amplifier 19 and then input to an arithmetic processing unit 22 .

同様にしてビームスプリツター7,11にて分
けられた第3の光束12は第2の帯域透過フイル
ター14により他の測定波長である。1.695μmを
中心波長とする狭い帯域の光のみが透過され、第
2の光検出器17にて受光されその出力信号は増
幅器20にて増幅されてから演算処理装置22へ
入力される。
Similarly, the third beam 12 separated by the beam splitters 7 and 11 is passed through the second band pass filter 14 and has a different measurement wavelength. Only light in a narrow band with a center wavelength of 1.695 μm is transmitted and received by the second photodetector 17 , and its output signal is amplified by the amplifier 20 and then input to the arithmetic processing unit 22 .

更にビームスプリツター7,11にて分けられ
た第4の光束13は、第3の帯域透過フイルター
15により参照波長である1.650μmを中心波長と
する狭い帯域の光のみが透過され第3の光検出器
18にて検出されその出力信号は増幅器21にて
増幅されてから演算処理装置22に入力される。
Further, the fourth light beam 13 separated by the beam splitters 7 and 11 is transmitted by a third band transmission filter 15, in which only light in a narrow band with the center wavelength of 1.650 μm, which is the reference wavelength, is transmitted. The signal is detected by the detector 18 and its output signal is amplified by the amplifier 21 and then input to the arithmetic processing unit 22 .

このように演算処理装置22に入力された各電
気信号のうち第1の光検出器16よりの電気信号
と第3の光検出器18よりの電気信号との比が求
められる。つまり測定波長1.684μmと参照波長
1.650μmでのプロパンガスの吸光比A1が求められ
る。これと予め標準のプロパンガスをもとにして
求められた吸光波A0とプロパンガス濃度P0との
関係から、演算処理によつて測定セル内に存在す
る気体中のプロパンガス濃度の測定値P1が得ら
れる。
In this manner, the ratio of the electrical signal from the first photodetector 16 to the electrical signal from the third photodetector 18 among the electrical signals input to the arithmetic processing unit 22 is determined. In other words, the measurement wavelength is 1.684μm and the reference wavelength is
The extinction ratio A 1 of propane gas at 1.650 μm is determined. Based on the relationship between this and the absorption wave A 0 determined in advance based on standard propane gas and the propane gas concentration P 0 , the measured value of the propane gas concentration in the gas existing in the measurement cell is calculated by calculation processing. P 1 is obtained.

同様にして第2の光検出器17よりも電気信号
と第3の光検出器18よりの電気信号にもとづい
て、他の測定波長1.695μmと参照波長1.650μmと
の比から波長1.695μmでの吸光比A2が求められ、
これをもとに演算によつてプロパンガス濃度P2
が得られる。
Similarly, based on the electrical signal from the second photodetector 17 and the electrical signal from the third photodetector 18, the ratio of the other measurement wavelength of 1.695 μm and the reference wavelength of 1.650 μm is used to determine the wavelength of 1.695 μm. The extinction ratio A 2 is determined,
Based on this calculation, the propane gas concentration P 2
is obtained.

このようにして求められた二つの異なる測定波
長にもとづく二つのプロパンガス濃度の測定値が
比較され、両者が誤差の範囲内である場合には、
これらの値の平均値または必要に応じて最大値、
最小値が、測定地点でのプロパンガス濃度として
表示器23に表示される。また両測定値の間に所
定値以上の偏差がある場合には、この偏差が測定
セル内にはプロパンガス以外のガス例えば炭化水
素系ガスが含まれていて、このガスの特性吸収波
長と重なつた結果生じたのかあるいは測定装置の
光結合器6以降の部分即ちビームスプリツター
7,11、帯域透過フイルター9,14,15、
光検出器16,17,18、増幅器19,20,
21に異常を生じたことを意味するのかのどちら
かであるのでその旨の表示が表示器23に示され
る。この場合、光結合器6とビームスプリツター
7との間にテスト用の発光源を設け、上記の異常
時に光結合器6からの光を遮断し、このテスト用
の発光源を発光させて測定装置自体の異常を判断
し得るようにすれば、少なくともビームスプリツ
ター以降の光、電気系統での異常は検知できるの
で、装置の信頼性は上がる。
Two propane gas concentration measurements based on two different measurement wavelengths obtained in this way are compared, and if both are within the error range,
the average or maximum value of these values if desired,
The minimum value is displayed on the display 23 as the propane gas concentration at the measurement point. Also, if there is a deviation greater than a predetermined value between the two measured values, this deviation indicates that the measurement cell contains a gas other than propane gas, such as a hydrocarbon gas, and this deviation overlaps with the characteristic absorption wavelength of this gas. This may be due to the fact that the parts of the measuring device after the optical coupler 6, that is, the beam splitters 7, 11, the bandpass filters 9, 14, 15,
Photodetectors 16, 17, 18, amplifiers 19, 20,
21, a message to that effect is shown on the display 23. In this case, a test light source is provided between the optical coupler 6 and the beam splitter 7, the light from the optical coupler 6 is blocked in the above abnormality, and the test light source is made to emit light for measurement. If abnormalities in the device itself can be determined, abnormalities in the optical and electrical systems after the beam splitter can be detected at least, which increases the reliability of the device.

第10図は、本発明のプロパンガス濃度の測定
装置の第2の実施例の構成を示す図である。この
第2の実施例は、測定セル4を出て光伝送路5に
て伝送された光を光分岐路24によつて三つの光
束に分割し、分割された各光束は、夫々光結合器
25,26,27およびチヨツパー28を経て第
1、第3、第2の帯域透過フイルター9,11
5,14を透過して第1、第3、第2の光検出器
16,18,17にて受光され、これら光検出器
からの電気信号のうち第1の光検出器16と第3
の光検出器18よりの電気信号は共に増幅器29
にて増幅されて演算処理装置22へ入力され、ま
た第2の光検出器17と第3の光検出器18より
の電気信号は増幅器30にて増幅されてから信号
処理装置22へ入力される点で第1の実施例と相
意している。その他の構成は第1の実施例と実質
的に同じであるので、同一機能の部分に対しては
同一の符合を付して図示した。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a second embodiment of the propane gas concentration measuring device of the present invention. In this second embodiment, the light exiting the measurement cell 4 and transmitted through the optical transmission path 5 is divided into three beams by an optical branching path 24, and each divided beam is sent to an optical coupler. 25, 26, 27 and the chopper 28 to the first, third, and second band transmission filters 9, 11.
5, 14 and is received by the first, third, and second photodetectors 16, 18, 17, and among the electrical signals from these photodetectors, the first photodetector 16 and the third
The electrical signals from the photodetector 18 are both sent to the amplifier 29.
The electrical signals from the second photodetector 17 and the third photodetector 18 are amplified by the amplifier 30 and then input to the signal processing device 22. This is in agreement with the first embodiment in this respect. The rest of the configuration is substantially the same as the first embodiment, so parts with the same functions are shown with the same reference numerals.

この第2の実施例は、チヨツパー28を用いた
ことによつて各光検出器からの出力電気信号が交
流となるので、増幅等が容易となる利点を有して
いる。
This second embodiment has the advantage that amplification and the like are facilitated because the output electric signals from each photodetector become alternating current due to the use of the chopper 28.

なお、これら実施例において、光源1からの光
を光分岐路により複数の光束に分割し、これら光
束を別々の光伝送路により異なる複数地点におか
れた測定セルに導くようにすれば、異なる複数の
地点でのプロパンガス濃度を同時に測定し得るよ
うな構成にすることも出来る。
In addition, in these embodiments, if the light from the light source 1 is divided into a plurality of light beams by an optical branch path and these light beams are guided to measurement cells placed at different points by separate optical transmission paths, different results can be obtained. It is also possible to configure the device so that the propane gas concentration at multiple points can be measured simultaneously.

第11図は、本発明のプロパンガス濃度の測定
装置の第3の実施例を示すものである。この第3
の実施例は、信号処理装置としてマイクロコンピ
ユーターを用いることによつて、この信号処理装
置22よりの信号にもとづいてLEDよりなる光
源1を連続発光でなくパルス発光させる点と、各
帯域透過フイルター9,14,15を回転セクタ
ー31に配置してこれらフイルターを透過する測
定波長、参照波長の光が光検出器16に交互に
(時間をずらして順次)入射せしめるようにして
光検出器および増幅器が一つのみにて構成し得る
ようにした点において前述の実施例1、2と異な
つている。即ち、演算処理装置22よりの信号に
もとづいてパルス発光した光源1よりの光は、測
定セル4を通つて光伝送路5により伝送され光結
合器6を通つてから、回転セクター31の回転に
より順次時間間隔をおいて第1の帯域透過フイル
ター9を透過して光検出器16へ、第2の帯域透
過フイルター14を透過して光検出器16へ、第
3の帯域透過フイルター15を透過して光検出器
16へ入射される。これにもとづいて光検出器1
6より各帯域透過フイルターの透過帯域に応じた
測定波長、参照波長に対する電気信号が順次出力
され増幅器19により増幅されてから演算処理装
置22へ入力される。32,33,34は回転セ
クター31の近傍に設置されたフオトダイオード
などの受光器とランプとからなる同期信号発生器
で、この同期信号発生器32,33,34より信
号処理装置22へ入力される信号によつて増幅器
19より入力された電気信号がどの信号であるか
を判別し、それにもとづいて前述の各実施例と同
様の演算によりプロパンガス濃度を求める。以上
の他は前述の実施例と実質的に同じである。この
実施例で、光検出器、増幅器が夫々一つで済む等
安価に構成し得る。特に最近ではマイクロコンピ
ユーターの普及がめざましく廉価になつているの
で実用上極めて有効である。
FIG. 11 shows a third embodiment of the propane gas concentration measuring device of the present invention. This third
The embodiment uses a microcomputer as a signal processing device, so that the light source 1 made of an LED emits pulse light rather than continuous light emission based on the signal from the signal processing device 22, and each band transmission filter 9 . This is different from the first and second embodiments described above in that it can be configured with only one. That is, the light from the light source 1 that emits pulses based on the signal from the arithmetic processing unit 22 passes through the measurement cell 4, is transmitted by the optical transmission line 5, passes through the optical coupler 6, and then is transmitted by the rotation of the rotation sector 31. At sequential time intervals, the light passes through the first band-pass filter 9 to the photodetector 16, passes through the second band-pass filter 14 to the photodetector 16, and passes through the third band-pass filter 15. and enters the photodetector 16. Based on this, photodetector 1
Electric signals corresponding to the measurement wavelength and the reference wavelength corresponding to the transmission band of each band pass filter are sequentially output from 6, amplified by an amplifier 19, and then input to the arithmetic processing unit 22. Reference numerals 32, 33, and 34 designate synchronizing signal generators consisting of a light receiver such as a photodiode and a lamp installed in the vicinity of the rotating sector 31. Based on the signal, it is determined which signal is the electric signal inputted from the amplifier 19, and based on this, the propane gas concentration is determined by the same calculation as in each of the above-described embodiments. Other than the above, this embodiment is substantially the same as the previous embodiment. In this embodiment, only one photodetector and one amplifier are required, resulting in an inexpensive configuration. Especially in recent years, microcomputers have become extremely popular and inexpensive, making them extremely effective in practice.

第12図は、本発明のプロパンガス濃度測定装
置の第4の実施例を示す図である。この第4の実
施例は、発光源としてLDを用いたもので、例え
ばプロパンガスの特性吸収波長内の波長である
1.695μmを発光の中心波長とする第1の発光源1
aを測定波長用発光源とし、プロパンガス特性吸
収波長以外の波長である1.650μmを発光の中心波
長とする第2の発光源1bを参照波長用発光源と
する二つの発光源を用いることによつて多層膜干
渉フイルター等の帯域透過フイルター(分光器)
を用いない構成とした点でこれまで述べた他の実
施例と異なつている。
FIG. 12 is a diagram showing a fourth embodiment of the propane gas concentration measuring device of the present invention. This fourth embodiment uses an LD as a light emitting source, and has a wavelength within the characteristic absorption wavelength of propane gas, for example.
First light emitting source 1 whose center wavelength of light emission is 1.695 μm
Two light emitting sources are used: a is the light source for the measurement wavelength, and the second light source 1b, whose center wavelength of light emission is 1.650 μm, which is a wavelength other than the propane gas characteristic absorption wavelength, is the light source for the reference wavelength. Band-pass filters (spectroscopes) such as multilayer interference filters
This embodiment differs from the other embodiments described so far in that it does not use a configuration.

またこの第4の実施例では、第1の発光源1a
と第2の発光源1bの前にチヨツパー28を配置
しこれら発光源よりの光を交互に光伝送路3a又
は3b、光結合器35、光伝送路3cを通して測
定セル4に導いている。更にチヨツパー28の近
傍にランプとフオトダイオード等の受光器とより
なる同期信号発生器32を配置し、この同期信号
発生器32よりの出力信号を演算処理装置22に
入力せしめて、この信号により検出器16よりの
増幅器19を介しての信号が第1の発光源1aの
ものか第2の発光源1bのものかを判別して信号
処理装置22にて演算しプロパンガスの濃度を求
めるようにしている。その他の構成は他の実施例
と実質的に同一である。
Further, in this fourth embodiment, the first light emitting source 1a
A chopper 28 is arranged in front of the second light emitting source 1b, and the light from these light emitting sources is alternately guided to the measurement cell 4 through the optical transmission line 3a or 3b, the optical coupler 35, and the optical transmission line 3c. Furthermore, a synchronization signal generator 32 consisting of a lamp and a light receiver such as a photodiode is arranged near the chopper 28, and the output signal from this synchronization signal generator 32 is inputted to the arithmetic processing unit 22, and the signal is detected using this signal. It is determined whether the signal from the device 16 via the amplifier 19 is from the first light emitting source 1a or the second light emitting source 1b, and the signal processing device 22 calculates the concentration of propane gas. ing. The other configurations are substantially the same as the other embodiments.

この第4の実施例において第1、第2の発光源
1a,1bをLEDにした場合でも、次に述べる
手段によつて帯域透過フイルター(分光器)を用
いることなしにプロパンガス濃度を測定出来る。
即ちLEDの発光波長はLDに比べブロードである
がその幅(半値幅)は約0.1μm程度である。した
がつて1.7μmを中心波長とする発光ダイオードと
1.6μmを中心波長とする発光ダイオードとを夫々
測定光用光源および参照光用光源として用いるこ
とによつて第4の実施例の構成の測定装置で(帯
域透過フイルターを用いることなしに)プロパン
ガスの濃度を測定出来る。この場合検出のための
エネルギーが大になる利点を有するが、波長が選
択的でなく波長幅が比較的広いので他のガスの影
響が若干大になるおそれがある。
Even if LEDs are used as the first and second light emitting sources 1a and 1b in this fourth embodiment, the propane gas concentration can be measured without using a band transmission filter (spectroscope) by the means described below. .
That is, although the emission wavelength of LED is broader than that of LD, its width (half width) is about 0.1 μm. Therefore, a light emitting diode with a center wavelength of 1.7μm and
By using light-emitting diodes with a center wavelength of 1.6 μm as a light source for measurement light and a light source for reference light, respectively, the measurement device having the configuration of the fourth embodiment can transmit propane gas (without using a bandpass filter). The concentration of can be measured. In this case, there is an advantage that the energy for detection is large, but since the wavelength is not selective and the wavelength width is relatively wide, there is a risk that the influence of other gases may become somewhat large.

第13図は本発明のプロパンガス濃度測定装置
の第5の実施例の構成を示すものである。
FIG. 13 shows the configuration of a fifth embodiment of the propane gas concentration measuring device of the present invention.

本発明は、遠隔の地でプロパンガス濃度を測定
することを目的とするので、光伝送路としての光
フアイバーの長さは長い。この光フアイバーは往
復用いられるため一層長さを必要とすることにな
る。
Since the purpose of the present invention is to measure propane gas concentration at a remote location, the length of the optical fiber serving as the optical transmission path is long. Since this optical fiber is used back and forth, it requires longer length.

この実施例5は、光分波器36、光合波器37
を用いることによつて一つの光フアイバー3を往
路と復路を兼用しても入射光と出射光が干渉する
ことなしに低損失にて伝送し得るようにしたもの
で、これによつて光フアイバーのコストを半分に
することが可能である。第13図aは測定セル4
よりの光を光フアイバー5′により伝送し光合波
器37を介して光伝送路3へ入射せしめ光伝送路
3の大部分を復路としても使用して伝送した後光
分波器36を介して光検出器側へ送るようにした
ものである。このように第1の実施例乃至第4の
実施例にて用いる復路である光伝送路5′をほん
の一部用いるだけで、往路の光伝送路3の大部分
を兼用したものである。
In this fifth embodiment, an optical demultiplexer 36, an optical multiplexer 37
By using the optical fiber 3, it is possible to transmit the incident light and the emitted light with low loss without interference even if the same optical fiber 3 is used for both the outward and return paths. It is possible to cut the cost in half. Figure 13a shows measurement cell 4.
The resulting light is transmitted through the optical fiber 5' and inputted into the optical transmission line 3 via the optical multiplexer 37. After being transmitted using most of the optical transmission line 3 as the return path, the light is transmitted via the optical demultiplexer 36. The signal is sent to the photodetector side. In this way, by using only a small portion of the optical transmission line 5' which is the return path used in the first to fourth embodiments, most of the optical transmission line 3 which is the outgoing path is also used.

第13図bは、測定セル4内に反射鏡4cを配
置し、これによつて測定セル4に入射した光は、
この反射鏡4cにて反射された後、入射側に戻さ
れ、光合波器37を介して光伝送路3に入射せし
めたものである。この第13図bの例の場合は光
が測定セル4内を往復するので測定セル4の大き
さに比較して測定セル内の光路長が長くなる。
In FIG. 13b, a reflecting mirror 4c is arranged inside the measuring cell 4, so that the light incident on the measuring cell 4 is
After being reflected by the reflecting mirror 4c, the light is returned to the incident side and is made to enter the optical transmission line 3 via the optical multiplexer 37. In the case of the example shown in FIG. 13b, since the light travels back and forth within the measurement cell 4, the optical path length within the measurement cell is longer than the size of the measurement cell 4.

以上説明した様に本発明のプロパンガス濃度の
測定方法によれば、プロパンガスの特性吸収波長
帯で、光フアイバーの最も低損失な波長領域でし
かもCO2,H2Oの吸収帯がほとんど存在しない狭
い波長帯を選択してプロパンガス濃度を測定する
ものであるから、極めて遠隔な地点よりCO2
H2O等の影響をほとんど受けることなく高精度
の測定が可能である。又、本発明の装置によれ
ば、発光源としてLDや安定性のよいLEDを、ま
た光伝送路として低伝送損失の石英系光フアイバ
ーを、波長選択に安価な帯域透過フイルターを用
いるので遠隔地点における測定を電磁誘導を受け
たり、ケーブル断線時の短絡事故を生ずることな
しに測定出来る。また広い地域にわたつて配置さ
れた複数のセルでの測定を一点にて行なうことが
出来るので、複数の地点での測定を集中監視する
場合などに好適である。また、吸光光度法を利用
しての測定であるので、実時間測定が可能であ
り、プロパンガス濃度の変動に対して迅速な対応
が可能であつて、実用性の高い、高信頼性、高精
度の装置が提供できる。尚第5の実施例のように
光フアイバーを兼用するような装置にすれば光フ
アイバーの節約になる。また第4の実施例のよう
に発光源として適宜なレーザーダイオードを選択
することによつて分光器の省略が可能となり装置
を簡単化し得る。
As explained above, according to the method for measuring the propane gas concentration of the present invention, in the characteristic absorption wavelength band of propane gas, the absorption band of CO 2 and H 2 O is almost present in the wavelength range where the optical fiber has the lowest loss. Since the propane gas concentration is measured by selecting a narrow wavelength band that does not contain CO 2 ,
Highly accurate measurement is possible with almost no influence from H 2 O, etc. Furthermore, according to the device of the present invention, an LD or a highly stable LED is used as a light emitting source, a quartz optical fiber with low transmission loss is used as an optical transmission line, and an inexpensive band pass filter is used for wavelength selection, so that it can be used at a remote location. Measurements can be made without electromagnetic induction or short circuits caused by cable breaks. Furthermore, since measurements can be made at a single point in a plurality of cells arranged over a wide area, it is suitable for cases where measurements at a plurality of points are to be centrally monitored. In addition, since the measurement uses spectrophotometry, real-time measurement is possible, and rapid response to changes in propane gas concentration is possible, making it highly practical, highly reliable, and highly reliable. We can provide precision equipment. It should be noted that if the device is configured to use optical fibers as in the fifth embodiment, the amount of optical fibers can be saved. Furthermore, by selecting an appropriate laser diode as the light emitting source as in the fourth embodiment, the spectroscope can be omitted and the apparatus can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に用いる石英系光フアイバーの
伝送損失を示すグラフ、第2図、第3図はプロパ
ンガスのブロードな特性吸収帯を模式的に示した
図、第4図、第5図はプロパンガスの実際の特性
吸収波長を詳細に示した図、第6図は市販のプロ
パンガスの測定値を示すグラフ、第7図はH2O
の吸収波長特性を示す図、第8図はガウス分布型
の帯域透過フイルターを通過した光の強度分布を
示す図、第9図乃至第13図は夫々本発明の装置
の第1の実施例乃至第5の実施例の構成を示す図
である。 1,1a,1b、…発光源、2…光結合器、3
…光フアイバー、4…測定セル、5…光フアイバ
ー、6…光結合器、7,11…ビームスプリツタ
ー、8…第1の光束、9…第1の帯域透過フイル
ター、10…第2の光束、12…第3の光束、1
3…第4の光束、14…第2の帯域透過フイルタ
ー、15…第3の帯域透過フイルター、16…第
1の光検出器、17…第2の光検出器、18…第
3の光検出器、19,20,21…増幅器、22
…演算処理装置、23…表示器、25,26,2
7…光結合器、28…チヨツパー、29,30…
増幅器、31…回転セクター、32,33,34
…同期信号発生器、35…光結合器、36…光分
波器、37…光合波器。
Figure 1 is a graph showing the transmission loss of the silica optical fiber used in the present invention, Figures 2 and 3 are diagrams schematically showing the broad characteristic absorption band of propane gas, Figures 4 and 5. is a graph showing the actual characteristic absorption wavelength of propane gas in detail, Figure 6 is a graph showing measured values of commercially available propane gas, and Figure 7 is a graph showing H 2 O.
FIG. 8 is a diagram showing the intensity distribution of light passing through a Gaussian distribution type band pass filter, and FIGS. 9 to 13 are diagrams showing the absorption wavelength characteristics of the device of the present invention, respectively. It is a figure showing the composition of a 5th example. 1, 1a, 1b, ... light emitting source, 2 ... optical coupler, 3
...Optical fiber, 4...Measuring cell, 5...Optical fiber, 6...Optical coupler, 7, 11...Beam splitter, 8...First light beam, 9...First band transmission filter, 10...Second light beam , 12...Third luminous flux, 1
3...Fourth light flux, 14...Second band transmission filter, 15...Third band transmission filter, 16...First photodetector, 17...Second photodetector, 18...Third photodetection instrument, 19, 20, 21... amplifier, 22
...Arithmetic processing unit, 23...Display device, 25, 26, 2
7... Optical coupler, 28... Chopper, 29, 30...
Amplifier, 31...Rotating sector, 32, 33, 34
...Synchronizing signal generator, 35... Optical coupler, 36... Optical demultiplexer, 37... Optical multiplexer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 発光源からの光を伝送損失の小さい光フアイ
バーを通して、雰囲気ガスの流出入する測定セル
へ伝送し、該測定セルを通つた後、他の光フアイ
バーにて伝送して光検出器にて検出して吸光光度
法にて濃度を検出する方法で、プロパンガスの特
性吸収波長帯である1.668〜1.720μm又は1.50〜
1.57μmの波長帯のうち少なくとも一つの波長帯
内の少なくとも一つの波長を中心波長とした光を
測定光とし、前記特性吸収波長帯外の少なくとも
一つの波長を中心波長とする光を参照光とし、前
記測定光と前記参照光を検出器にて検出して、そ
の比を求めることによつて濃度を測定することを
特徴とするプロパンガス濃度の測定方法。 2 プロパンガスの特性吸収波長帯である1.668
〜1.720μm又は1.50〜1.57μmの波長領域内の波長
を少なくとも含んでいる波長領域の光を発光する
発光源と、雰囲気ガスの流出入する測定セルと、
前記発光源の光を前記測定セルへ伝送するために
用いられる前記波長領域での伝送損失の少ない第
1の光フアイバーと、前記測定セルよりの光を伝
送するための前記波長領域での伝送損失の少ない
他の第2の光フアイバーと、前記第2の光フアイ
バーにて伝送された前記測定セルよりの光を前記
特性吸収波長帯内の少なくとも一つの波長を中心
波長とする測定光と、特性吸収波長帯外の波長帯
において、少なくとも一つの波長を中心波長とす
る光の参照光とに分光する分光器と、前記分光器
にて分光された測定光および参照光を検出する光
検出器と、前記光検出器で検出された測定光の電
気信号と参照光の電気信号との比を演算してプロ
パンガス濃度を算出すると共に、これらのプロパ
ンガス濃度を比較してプロパンガス以外の妨害ガ
スの有無を判定する演算処理装置とを備えたプロ
パンガス濃度の測定装置。 3 発光源からの光をすべて光分波器、伝送損失
の小さい一方の光フアイバーおよび光合波器を通
して雰囲気ガスの流出入する測定セルへ伝送し、
該測定セルを通つた後、他方の光フアイバーから
前記の光合波器、一方の光フアイバーおよび光分
波器を伝送して光検出器にて検出し、吸光光度法
にて濃度を検出する方法で、プロパンガスの特性
吸収波長帯である1.668〜1.720μm又は1.50〜
1.57μmの波長帯の内の少なくとも一つの波長帯
内の少なくとも一つの波長を中心波長とする光を
測定光とし、前記特性吸収波長帯外の少なくとも
一つの波長を中心波長とする光を参照光とし、前
記測定光と前記参照光を検出器にて検出してその
比を求めることによつて濃度を測定することを特
徴とするプロパンガス濃度の測定方法。 4 プロパンガスの特性吸収波長帯である1.668
〜1.720μm又は1.50〜1.57μmの波長帯の波長領域
内の波長を少なくとも含んでいる波長領域の光を
発光する発光源と、該発光源からの光が入射し、
全量伝送損失の小さい一方の光フアイバーに出射
する光分波器と、該一方の光フアイバーの他端が
接続された光合波器と、該光合波器からの光が入
射し、雰囲気ガスの流出入する測定セルと、この
測定セルからの光を伝送する伝送損失の小さい他
方の光フアイバーが前記光合波器に接続されてお
り、前記測定セルより前記光分波器を介して逆送
された光を前記特性吸収波長帯内の少なくとも一
つの波長を中心波長とする光の測定光と特性吸収
波長帯外の少なくとも一つの波長を中心波長とす
る光の参照光とに分光する分光器と、前記分光器
にて分光された測定光と参照光を検出する光検出
器と、前記光検出器で検出された測定光の電気信
号と参照光の電気信号との比を演算してプロパン
ガス濃度を算出すると共に、これらのプロパンガ
ス濃度を比較してプロパンガス以外の炭化水素ガ
スの妨害の有無を判定する演算処理装置とを備え
たプロパンガス濃度の測定装置。 5 プロパンガスの特性吸収波長帯である1.668
〜1.720μm又は1.50〜1.57μmの波長帯の少なくと
も一つの波長を中心波長とする測定光となる光を
発光するレーザーダイオードと、前記特性吸収波
長帯外の少なくとも一つの波長を中心波長とする
参照光となる光を発光するレーザーダイオードと
を含む、少なくとも2つのレーザーダイオードか
らなる発光源と、雰囲気ガスの流出入する測定セ
ルと、前記発光源よりの光を前記測定セルへ伝送
するための伝送損失の小さい第1の光フアイバー
と、前記測定セルを通つた後の光を伝送するため
の伝送損失の小さい第2の光フアイバーと、前記
第2の光フアイバーにより伝送された光を検出す
る光検出器とを備え、前記測定光と前記参照光と
を交互に検出し両者の強度比を求めて濃度を測定
することを特徴とするプロパンガス濃度の測定装
置。 6 第1の光フアイバーが第2の光フアイバーの
一部を兼ねる構造にしたことを特徴とする特許請
求の範囲5のプロパンガス濃度の測定装置。
[Claims] 1. Light from a light emitting source is transmitted through an optical fiber with low transmission loss to a measurement cell where atmospheric gas flows in and out, and after passing through the measurement cell, it is transmitted through another optical fiber. This method uses a photodetector to detect the concentration and spectrophotometrically detects the concentration, which is the characteristic absorption wavelength band of propane gas of 1.668-1.720 μm or 1.50-1.50 μm.
The light whose center wavelength is at least one wavelength within at least one wavelength band of 1.57 μm is used as the measurement light, and the light whose center wavelength is at least one wavelength outside the characteristic absorption wavelength band is used as the reference light. A method for measuring propane gas concentration, characterized in that the concentration is measured by detecting the measurement light and the reference light with a detector and determining a ratio thereof. 2 1.668, which is the characteristic absorption wavelength band of propane gas
A light emitting source that emits light in a wavelength range that includes at least wavelengths in the wavelength range of ~1.720 μm or 1.50 to 1.57 μm, and a measurement cell into which atmospheric gas flows in and out;
a first optical fiber with low transmission loss in the wavelength range used for transmitting light from the light emitting source to the measurement cell; and a first optical fiber with low transmission loss in the wavelength range for transmitting light from the measurement cell. another second optical fiber with a smaller wavelength, measurement light having a central wavelength of at least one wavelength within the characteristic absorption wavelength band of the light from the measurement cell transmitted by the second optical fiber, and a characteristic absorption wavelength band. a spectrometer that spectrally separates light having at least one wavelength as a center wavelength into a reference light in a wavelength band outside the absorption wavelength band; and a photodetector that detects the measurement light and the reference light spectrally separated by the spectrometer. , calculate the propane gas concentration by calculating the ratio of the electrical signal of the measurement light detected by the photodetector and the electrical signal of the reference light, and compare these propane gas concentrations to determine whether any interfering gas other than propane gas is detected. A propane gas concentration measuring device equipped with an arithmetic processing device that determines the presence or absence of a propane gas concentration. 3 All the light from the light source is transmitted through an optical demultiplexer, one optical fiber with low transmission loss, and an optical multiplexer to the measurement cell where atmospheric gas flows in and out,
After passing through the measurement cell, the method involves transmitting the light from the other optical fiber to the optical multiplexer, one optical fiber, and the optical demultiplexer, detecting with a photodetector, and detecting the concentration by spectrophotometry. So, the characteristic absorption wavelength band of propane gas is 1.668~1.720μm or 1.50~
The measurement light is light whose center wavelength is at least one wavelength within at least one wavelength within the 1.57 μm wavelength band, and the reference light is light whose center wavelength is at least one wavelength outside the characteristic absorption wavelength band. A method for measuring propane gas concentration, characterized in that the concentration is measured by detecting the measurement light and the reference light with a detector and determining a ratio thereof. 4 1.668, which is the characteristic absorption wavelength band of propane gas
A light emitting source that emits light in a wavelength range that includes at least a wavelength within the wavelength range of ~1.720 μm or 1.50 ~ 1.57 μm, and the light from the light emitting source is incident,
An optical demultiplexer outputs to one optical fiber with low total transmission loss, an optical multiplexer to which the other end of the optical fiber is connected, and light from the optical multiplexer enters, and atmospheric gas flows out. A measurement cell that enters the input cell and the other optical fiber with low transmission loss that transmits light from this measurement cell are connected to the optical multiplexer, and the light is sent back from the measurement cell via the optical demultiplexer. a spectrometer that splits the light into a measurement light whose center wavelength is at least one wavelength within the characteristic absorption wavelength band and a reference beam whose center wavelength is at least one wavelength outside the characteristic absorption wavelength band; A photodetector detects the measurement light and reference light separated by the spectrometer, and calculates the propane gas concentration by calculating the ratio between the electrical signal of the measurement light and the electrical signal of the reference light detected by the photodetector. A propane gas concentration measuring device comprising: a processing unit that calculates the propane gas concentration, and compares these propane gas concentrations to determine whether or not there is interference by a hydrocarbon gas other than propane gas. 5 1.668, which is the characteristic absorption wavelength band of propane gas
A laser diode that emits light to serve as measurement light having a center wavelength of at least one wavelength in the wavelength band of ~1.720 μm or 1.50 to 1.57 μm, and a reference having a center wavelength of at least one wavelength outside the characteristic absorption wavelength band. a light emitting source consisting of at least two laser diodes, including a laser diode that emits light as light, a measurement cell through which atmospheric gas flows in and out, and a transmission for transmitting the light from the light emission source to the measurement cell. a first optical fiber with low loss; a second optical fiber with low transmission loss for transmitting the light after passing through the measurement cell; and a light for detecting the light transmitted by the second optical fiber. What is claimed is: 1. A propane gas concentration measuring device, comprising: a detector, and measures the concentration by alternately detecting the measurement light and the reference light and determining an intensity ratio of the two. 6. The propane gas concentration measuring device according to claim 5, wherein the first optical fiber also serves as a part of the second optical fiber.
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