JPH0478939B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、多数の場所の煙濃度、濁度などを、
１組の発光器と受光器で監視可能にした波長掃引
式濃度測定装置に関するものであり、さらに詳し
くは、物理濃度変化の検出を必要とする種々の技
術分野において利用することができ、例えば、工
場、ビル、石炭鉱山等における煙濃度の検出に有
利に利用できる濃度測定装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来、煙濃度を検知する手段としては、イオン
電流の変化量を測定するものや、散乱光の増減な
どを利用したものがある。このような検知方式の
ものでは、多数の箇所で煙濃度を測定しようとす
る場合、測定箇所の数だけ発光部、受光部が必要
になるばかりでなく、発光部を駆動するための電
気回路、制御回路等が必要になり、さらに可燃性
ガスが存在する工場等の本質安全が必要な場所で
はいろいろな制限も加わるため、多数の箇所での
測定を実施することは非常に困難である。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の技術的課題は、複数の箇所の測定に発
光器と受光器を１組だけを用いることにより、本
質安全等の問題を解決可能にすると同時に、簡単
な手段により、どの測定部を測定しているのかを
判定可能にした波長掃引式濃度測定装置を得るこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本発明の波長掃引式
濃度測定装置は、適宜範囲で波長を連続的に変化
させて発光する単一の発光器と、該光を２以上の
光に分岐させる光分岐器と、光分岐器から導かれ
た各光について、相互に異なる特定周波数だけを
通過させる光学バンドパスフイルターと、それら
の光をそれぞれ平行ビームにして測定対象が存在
する空間に投射する投光側光学系と、それらの平
行ビームを受ける受光側光学系と、各受光側光学
系から導かれた光を結合させる光結合器と、前記
各光学バンドパスフイルターを通過した特定周波
数の光が短い時間差をもつものとして上記光結合
器からの光を検出する受光器とを備えることによ
り構成される。

［作用］ 発光器において、光の周波数を連続的に変化さ
せながら発光させ、光分岐器においてその光を複
数の光Ａ、Ｂに分岐すると、周波数がf₀〜f_oの範
囲で変化する分岐光Ａ、Ｂが、それぞれ特定の周
波数の光のみを通過させる光学バンドパスフイル
ターに送られ、ここでそれぞれ特定の周波数f_A、
f_Bの光のみが通過する。この場合に、発光器では
光の周波数を連続的に変化させているため、異な
る周波数f_A、f_Bの光が同時にそれぞれの光学バン
ドパスフイルターを通過するのではなく、短い時
間の差をもつて通過する。

これらの分岐光Ａ、Ｂは、投光側光学系を通し
てそれぞれ煙等の測定対象が存在する別異の空間
を伝搬し、この伝搬中に煙等の濃度に応じて光が
遮られ、光量が減衰するので、その減衰の程度に
より煙等の濃度が検出される。煙等により減衰し
た光の検出には、それらを受光側の光学系を通し
て集光したうえで、光結合器において再び結合さ
せ、それを受光器に導入して光電変換し、それに
より煙等の濃度を検知することができる。

この場合に、上記光結合器によつて結合された
光Ａ、Ｂの情報が受光器に送られるが、周波数
f_A、f_Bの光はある短い時間差があり、かつ光学バ
ンドパスフイルターの周波数特性が既知であるた
め、容易に周波数f_A、f_Bの光を受光器で分離検出
することが可能である。

その結果、複数の箇所の測定に発光器と受光器
を１組だけを用い、簡単な手段により、各測定部
の測定結果を個別的に判別することが可能にな
る。

［実施例］ 第１図は、本発明に係る波長掃引式濃度測定装
置の一例を示すもので、所要範囲内で波長を連続
的に変化させて発光する単一の発光器１と、該発
光器１から光フアイバー２を通して導かれた光を
２以上の光Ａ及びＢに分岐させる光分岐器３と、
その光分岐器３から光フアイバー４，４を通して
導かれた分岐光のなかである特定周波数の光だけ
通過させる光学バンドパスフイルター５，５と、
それらの光をそれぞれ平行ビームにするコリメー
ターレンズ等の投光側光学系６，６と、その光学
系６，６の対向側にあつて受光した光を光フアイ
バー８，８に導くレンズ等を備えた受光側光学系
７，７と、光フアイバー８，８を通して導かれた
複数の分岐光を結合させる光結合器９と、その光
結合器９から光フアイバー１０を通して導入され
た光を検出する受光器１１とを備えている。

上記発光器１は、所要範囲内で連続的に変化す
る周波数f₀〜f_oの光を発光するもので、このよう
な発光器としては、例えば半導体レーザなどを使
用することができ、使用する光の周波数は、通常
200〜400THzである。この発光器１は、一定の光
量を出力する必要があるため、専用の発振回路を
使用し、また温度を変化させることによつて光の
周波数を変化させるため、温度制御用機器及びそ
れを動作させる温度制御回路が使用される。この
発光器１から出力される光の周波数f₀〜f_oは、温
度制御回路により制御される温度によつて決定さ
れ、温度と周波数の間には一定の相関関係が成り
立つ。

この発光器１で得られた光が光フアイバー２を
通して送られる光分岐器（ビームスプリツター）
３は、その光を複数の光学バンドパスフイルター
５，５に至る複数の光Ａ、Ｂに分岐する機能を有
するもので、ここでは２光路に分岐する場合を図
示して説明しているが、それに限るものでないこ
とは勿論であり、図中に鎖線で模式的に示してい
るように、さらに多数の光路に分岐することがで
きる。

光分岐器３によつて得られた周波数がf₀〜f_oの
範囲で変動する分岐光Ａ、Ｂは、光フアイバー
４，４によつて、ある特定の周波数の光のみを通
過させる光学バンドパスフイルター５，５に伝送
され、ここで特定の周波数の光のみが通過する。
つまり、この光学バンドパスフイルター５，５に
おいては、発光器１から出力されて２光路に分岐
した周波数f₀〜f_oの光Ａ、Ｂのうち、それぞれ異
なつた周波数f_A、f_Bの光だけを通過させる。

この場合に、発光器１では光の周波数をある範
囲で連続的に変化させているため、異なる周波数
f_A、f_Bの光が同時にそれぞれの光学バンドパスフ
イルター５，５を通過していくのではなく、短い
時間の差をもつて通過する。また、周波数が異な
つていても同じ光量が出力される必要があるの
で、前記発光器１の駆動回路は、周波数にかかわ
らず一定の光量が得られるように構成される。

光学バンドパスフイルター５，５を通過した周
波数f_A、f_Bの分岐光Ａ、Ｂは、それぞれ投光側光
学系６，６のコリメーターレンズによつて平行ビ
ーム光になり、煙等の測定対象が存在する空間を
伝搬する。この伝搬中に、煙等の濃度に応じて光
が遮られ、光量が減衰するので、その減衰の程度
により煙等の測定対象の濃度を検出することがで
きる。

そこで、煙等により減衰した光を、対向配置し
た受光側光学系のレンズ７，７によつて集光し、
光フアイバー８，８を通して光結合器９に投射す
ることにより、分岐光Ａ、Ｂを再び結合させ、光
フアイバー１０を通して受光器１１に伝送させ
る。この受光器１１は、光電変換機能を有するも
ので、煙等の濃度と、入射した光Ａ、Ｂがそれぞ
れ煙等の存在する空間で減衰する減衰量との間に
は、比例関係が成り立つため、受光器１１におい
てそれぞれの光Ａ、Ｂを光電変換することによつ
て、その濃度が検知される。この場合に、上記光
結合器９によつてそれぞれの光Ａ、Ｂが結合さ
れ、それらの情報が受光器１１に送られるが、周
波数f_A、f_Bの光はある短い時間差をもつて受光器
１１に導入され、かつ発光器１から出力される光
の周波数は、温度等によつて決定され、光学バン
ドパスフイルター５，５の周波数特性も予め決定
されているため、容易に周波数f_A、f_Bの光を受光
器１１で分離検出することが可能である。なお、
このような分離検出のために必要な電気回路は、
必要に応じて発光器１と受光器１１の間で接続さ
れ、所要の信号の変換が行われる。

このようにして検出された光Ａ、Ｂは、電気信
号としてブラウン管や記録機等の出力装置に送ら
れ、それらにおいて表示記録することができる。

上述した濃度測定装置における各要素は、いず
れも、公知の機器あるいは公知技術に基づいて容
易に実現できる機器を用いて、容易に構成するこ
とができるものである。

なお、上述した濃度測定装置は、本発明の趣旨
を逸脱しない範囲内においては種々の変更が可能
であり、例えば、濁度などの煙濃度以外の濃度変
化の測定に利用することも可能であり、また上記
レンズ６，７は必ずしも対向配置する必要がな
く、反射鏡などを使用して、光を適宜位置に配置
したレンズ７に入射させることも可能である。光
学バンドパスフイルター５についても、必ずしも
光フアイバー４とレンズ６の間に配置する必要が
なく、光分岐器３と光結合器９の間のそれぞれの
測定部の任意の箇所に配置することも可能であ
る。さらに、光分岐器３や光学バンドパスフイル
ター５の性能の改善により、測定部分を２組以上
にすることは十分可能である。

また、光分岐器において、分岐した光の反射光
の一部が光源に戻ることにより不都合を生じる場
合は、発光器１と光分岐器３との間の光路に偏光
子等の光部品を挿入し、光源へ戻る光をカツトす
るのが好ましい。さらに、各部で用いている光フ
アイバーについても、それらを省略することがで
きるが、多数の箇所ならびに使用場所等を考慮す
ると、用いることが好ましい。

［発明の効果］ 上述した本発明の濃度測定装置によれば、従来
のように測定箇所の数だけ発光部及び受光部を用
いることなく、一つの発光器で波長を連続的に変
化させて発光させ、その光を複数に分岐すること
により、多数の箇所の煙等の濃度を測定すること
が可能であり、しかもそれぞれの分岐光を光バン
ドパスフアイルターに通し、周波数によつてどの
測定部を測定しているのかを判別可能にしたの
で、分離可能な周波数の数だけ測定箇所を設置で
き、コスト面においても大きなメリツトがある。
また、ノイズや電磁誘導障害を受けやすい環境下
に発光器、受光器等の電気回路等を設置しなくて
もよいため、良質の濃度検知を行うことができ
る。さらに、上述したように、複数の箇所の測定
に１組の発光器と受光器だけを用いているため、
本質安全等の対策をそれらの発光部及び受光器に
ついてのみ行えばよく、発光部及び受光部を増設
しようとする場合にも、光の分岐数を増加して未
使用周波数のバンドパスフイルターを取付けるだ
けで容易に増設することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る波長掃引式濃度測定装置
の基本的構成図である。 １……発光器、２，４，８，１０……光フアイ
バー、３……光分岐器、５……光学バンドパスフ
イルター、６……投光側光学系、７……受光側光
学系、９……光結合器、１１……受光器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 適宜範囲で波長を連続的に変化させて発光す
   る単一の発光器と、該光を２以上の光に分岐させ
   る光分岐器と、光分岐器から導かれた各光につい
   て、相互に異なる特定周波数だけを通過させる光
   学バンドパスフイルターと、それらの光をそれぞ
   れ平行ビームにして測定対象が存在する空間に投
   射する投光側光学系と、それらの平行ビームを受
   ける受光側光学系と、各受光側光学系から導かれ
   た光を結合させる光結合器と、前記各光学バンド
   パスフイルターを通過した特定周波数の光が短い
   時間差をもつものとして上記光結合器からの光を
   検出する受光器とを備えたことを特徴とする波長
   掃引式濃度測定装置。