JPH0694611A - 油中ガス濃度測定用センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 油中ガス濃度を正確に検出できる油中ガス濃
度測定用センサを提供する。 【構成】 気液分離膜５ｃを境界域にしてガス室５ａと
油室５ｂとに画分され、前記ガス室を測定光が透過する
測定セル部Ｂに、光源８と、前記光源の光が前記気液分
離膜５ｃの油室側表面の近傍を前記油室側表面と接触す
ることなく前記油内を透過するように、前記油室の光源
側室壁に取付けられたＹ分岐光ファイバ６と、前記油室
の光源側室壁と反対側の室壁に取付けられ、前記油室５
ｂを透過した透過光を反射する反射板５ｉと、前記Ｙ分
岐光ファイバ６の分岐側光ファイバ６ｂと接続する吸光
度測定器９とから成る油吸光度測定部Ｂ’が装着されて
いる油中ガス濃度測定用センサ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油中ガス濃度測定用セン
サ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油入りケーブル（ＯＦケーブル）や油中
変圧器に使用されている絶縁油からは、熱劣化や高電圧
放電などを原因として、使用中にメタンガスやアセチレ
ンガスなどの可燃性ガスが発生する。これら可燃性ガス
量を測定することにより、ケーブルや機器における絶縁
劣化の状態を監視することができるので、用いている絶
縁油中の可燃性ガスの濃度を測定することが必要にな
る。

【０００３】例えばＯＦケーブルの場合、ＯＦケーブル
の布設現場で、ＯＦケーブルから多量の絶縁油を採取し
たのち、その採取油を分析可能な別の場所に運び、そこ
で、減圧吸引ポンプによって採取油から含有ガスを抽出
し、その抽出ガスをガスクロマトグラフィー装置で分離
定量するという方法で絶縁油中の可燃性ガス濃度の測定
が行われてきた。しかしながら、この方法は、濃度測定
に至るまでの作業が極めて煩雑であり、測定には多大な
時間と労力を要するという問題がある。

【０００４】また、油に含まれているガスの濃度を測定
する方法の１つとして、例えば、ガスを含む油を被検セ
ルに入れ、ここに、測定対象ガスの吸収波長に相当する
波長の光を照射し、セルを透過した透過光の透過率また
は吸光度を測定し、予め作成してある例えばガス濃度−
吸光度の関係を示す検量線を利用して、前記測定値に対
応するガス濃度を読み取るという方法がある。

【０００５】しかしながら、この測定方法による被測定
ガスの濃度検出限界は、ガスの種類によっても異なる
が、概ね、数千ｐｐｍ・ｍ程度であり、検出の感度は悪
い。一方、ガスの濃度測定に関しては、その被測定ガス
の吸収波長に相当する波長の基本光にこの基本光を周波
数ｆで変調した変調光を重畳させた測定光を当該被測定
ガスを含むガス層に照射し、そのガス層を透過した透過
光に関する検出信号を検波して、変調周波数ｆの２倍波
位相敏感検波信号（２ｆ信号）の振幅値を測定したり、
または、前記２ｆ信号の振幅値と変調周波数ｆの基本波
位相敏感検波信号（ｆ信号）の振幅値との比を測定した
りして、被測定ガスの濃度を測定する方法が最近発表さ
れている（山本ら、第７回光波センシング技術研究会講
演論文集、１４１頁、１９９１年）。

【０００６】この方法によると、被測定ガスがメタンガ
スまたはアセチレンガスの場合、検出信号のＳＮ比を１
としたとき、それぞれの濃度検出限界は0.５ｐｐｍ・
ｍ、0.３ｐｐｍ・ｍ程度と非常に高感度であり、この測
定方法は、メタンガスやアセチレンガスの濃度測定に関
し非常に好適な方法であるということができる。しかし
ながら、上記した方法は、気相中の被測定ガスの濃度測
定に対してのみ適用されているものである。そして、こ
の方法を、油に含まれている被測定ガスの濃度を測定す
るために利用した例はいまだない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した山本らの方法
を、被測定ガスを含む油に対して直接適用すると、測定
光に対しては、油自身による光学的吸収が起こるため
に、得られる測定値の感度は大幅に低下する。したがっ
て、気相中のガス濃度測定方法としては好適な上記山本
らの方法を油中ガス濃度の測定に適用するためには、被
検油とそれに含まれている被測定ガスを何らかの手段で
一旦分離し、その分離された被測定ガスを含む気相に対
して上記測定方法を適用しなければならない。

【０００８】本発明は、上記した油からの被測定ガスの
分離を気液分離膜を用いて行い、分離されて被測定ガス
に対して上記山本らの測定方法を適用する油中ガス濃度
センサ装置を提供する。しかし、そのセンサ装置におい
ては、測定対象の油を収容する油容器をセンサ装置に取
付けるときや長期に亘るセンサ装置の使用時に、油の中
に混入している微量空気の気泡が前記気液分離膜の油側
表面に蓄積して気液分離膜の被測定ガス透過能が低下す
る。このような問題が発生すると、山本らの方法で得ら
れた測定値は正確な値とはいえなくなる。

【０００９】したがって、測定時または測定過程でこの
気泡の存在を検出し、気泡が存在する場合には、対策を
立てて測定の正確を期すことが必要になる。本発明は、
山本らの方法を適用して油中の被測定ガスの濃度を測定
するセンサ装置であって、しかも気液分離膜に油側表面
に蓄積してくる気泡の存在を検知することができる油中
ガス濃度測定用センサ装置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、被測定ガスの吸収波長に相
当する波長の基本光とその基本光を周波数ｆで変調した
変調光とを重畳して成る測定光を発信する光源部と、前
記光源部に光ファイバを介して接続され、気液分離膜を
境界域にしてガス室と油室とに画分され、前記ガス室を
前記測定光が透過する測定セル部と、前記測定セル部に
光ファイバを介して接続され、前記ガス室を透過した透
過光を光検出器で受け、その出力信号から変調周波数ｆ
の２倍波位相敏感検波信号（以下、２ｆ信号という）を
検波し、この２ｆ信号の振幅値を測定する、または、前
記出力信号から変調周波数ｆの基本波位相敏感検波信号
（以下、ｆ信号という）と２ｆ信号とを検波し、これら
２ｆ信号の振幅値と前記ｆ信号の振幅値との比を演算す
る信号測定部とを備えている油中ガス濃度測定用センサ
装置において、前記測定セル部には、光源と、前記光源
に接続され、光が前記気液分離膜の油室側表面の近傍を
該表面と接触することなく前記油内を透過するように、
前記油室の第１の室壁に取付けられたＹ分岐光ファイバ
と、前記油室の第１の室壁と反対側の室壁に取付けら
れ、前記油室を透過した透過光を反射する反射板と、前
記Ｙ分岐光ファイバの分岐側光ファイバに接続された吸
光度測定器とから成る油吸光度測定部が装着されている
ことを特徴とする油中ガス濃度測定用センサ装置が提供
される。

【００１１】まず、図１に、本発明のセンサ装置の基本
構成を示す。本発明のセンサ装置は、光源部Ａ，測定セ
ル部Ｂ，信号測定部Ｃとをそれぞれシングルモード光フ
ァイバ４ａ，４ｂで接続して構成され、測定セル部Ｂに
は更に、油の吸光度測定部Ｂ’が付設されている。光源
部Ａは、半導体レーザ，コリメート用レンズ，周波数安
定化のための参照ガスセル，ペルチェ素子、および光検
出器などから成る光源モジュール１と、この光源モジュ
ール１に接続され、レーザーダイオード制御器（ＬＤ制
御器）と周波数変調器とから成る光変調装置２と光アイ
ソレータ３とをもって構成されている。この光源部Ａに
おける光源モジュールは、光変調装置２の働きにより、
濃度測定すべき被測定ガスの吸収波長に相当する波長の
光とそれに周波数変調した変調光（変調周波数をｆとす
る）とを重畳した測定光を光アイソレータ３を介して発
信する。

【００１２】光源部Ａからの測定光は、シングルモード
光ファイバ４ａを伝搬して、測定セル部Ｂにおける測定
セル５のガス室５ａに入射する。測定セル５には、図２
で示したように、ガス室５ａと油室５ｂが気液分離膜５
ｃを境界域にして配設されている。そして、油室５ｂに
は、例えば二方コック５ｄが取付けられていて、ここに
被測定ガスを含む油を収容する油容器（図示しない）が
接続されて油室５ｂに油が供給される。

【００１３】油室５ｂに充満した被検油の中に含まれて
いる被測定ガスは、矢印ｐのように、気液分離膜５ｃを
透過してガス室５ａに移動し、かくして、油中の被測定
ガスと油とが分離される。このような働きをする気液分
離膜５ｃとしては、被検油および被測定ガスのいずれと
も反応せず、また被検油は透過しないが被測定ガスは透
過する均一な膜であることが好ましい。具体的には、ポ
リ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ），ポリフッ化エチレン
−六フッ化エチレン共重合体（ＰＦＡ）のようなフッ素
樹脂を主成分とするフィルムをあげることができる。

【００１４】ガス室５ａの両端には、ガス室５ａを密封
して、測定光用レンズ５ｅと透過光用レンズ５ｆがそれ
ぞれ装着され、測定光用レンズ５ｅの上流側と透過光用
レンズ５ｆの下流側には、それぞれ、シングルモード光
ファイバ４ａ，シングルモード光ファイバ４ｂが接続さ
れている。光源部Ａからの測定光は、光ファイバ４ａか
ら測定光用レンズ５ｅに入射し、矢印ｑのようにガス室
５ａ内を透過し、その過程でそこに収容されている被測
定ガスで吸収波長の光成分が吸収されたのち透過光レン
ズ５ｆを通過し、更に光ファイバ４ｂを伝搬して信号測
定部Ｃの光検出器７に送られ、ここで電気的な検出信号
に変換されて出力される。

【００１５】油室５ｂの光源側室壁５ｇにはＹ分岐する
光ファイバ６が外側から取付けられ、この光ファイバ６
の１本の分岐側光ファイバ６ａは、油室内に収容される
被検油の吸収波長に相当する波長光を発信する光源８と
接続し、また光源側室壁５ｇと反対側の室壁５ｈの内側
には反射板５ｉが取付られ、更には、前記Ｙ分岐光ファ
イバ６の他の分岐側光ファイバ６ｂは吸光度測定器９と
接続し、全体として油の吸光度測定部Ｂ’が構成されて
いる（図１）。

【００１６】この油の吸光度測定部Ｂ’における光源８
は、油室５ｂに充満した油の吸収波長に相当する波長の
光を発信する。その発信光は、一方の分岐側光ファイバ
６ａを伝搬して、油室の第１の室壁５ｇから油室５ｂ内
に入射し、矢印ｒのように、気液分離膜５ｃの油室側表
面の近傍における油中を透過して他の室壁５ｈに取付け
られている反射板５ｉに到達してここで反射し、再び気
液分離膜５ｃの油室側表面の近傍における油中を矢印
ｒ’のように透過して光ファイバ６に入射し、他方の分
岐側光ファイバ６ｂから吸光度測定器９に送られる。

【００１７】このとき、分岐側光ファイバ６ａから室壁
５ｇを介して油室５ｂ内に入射し、油中を透過したのち
他方の室壁５ｈの反射板５ｉで反射して再び油中を逆向
きに透過して光ファイバ６に帰還する光は、その往路お
よび復路のいずれにおいても気液分離膜５ｃの油室側表
面と接触しないように、Ｙ分岐光ファイバ６は室壁５ｇ
に取付けられている。

【００１８】信号測定部Ｃは、光ファイバ４ｂに接続す
る光検出器７と、この光検出器７から発信する出力信号
を受け、かつ、光源部Ａの光変調装置２と連動して作動
する２台のロックインアンプ１０，１１と、これらロッ
クインアンプ１０，１１と接続された割算器１２，レコ
ーダまたはコンピュータ１３とで構成されている。この
信号測定部Ｃでは、光検出器７に集光された透過光の検
出信号が、２台のロックインアンプ１０，１１に送信さ
れ、一方のロックインアンプ１０では周波数（ｆ）で検
波されてｆ信号の振幅値が演算され、他方のロックイン
アンプ１１では周波数（２ｆ）で検波されて２ｆ信号の
振幅値が演算される。

【００１９】

【作用】まず、本発明のセンサ装置において、油中に気
泡が全く存在しない場合には、油中の被測定ガス濃度と
ガス室５ａの気相中の被測定ガス濃度との関係は次のよ
うになる。気液分離膜５ｃのガス透過面積をＡ（c
m² ），厚みをｄ（cm），透過係数をＰ（ml・cm／cm²
・sec ・cmHg）とし、油中の被測定ガス濃度をＣ₁(pp
m)、被測定ガスの油への溶解に関するヘンリー定数を
ｋ，油中の被測定ガスが気液分離膜５ｃを透過した初期
時点における被測定ガスの濃度をＣ_gi(ppm) としたと
き、前記初期時点から時間ｔ（sec)経過後におけるガス
室５ａ気相中の被測定ガスの濃度Ｃ_g (ppm) は、次式
（１）で表される。

【００２０】 Ｃ_g ＝(1.3×10⁴kＣ₁ −Ｃ_gi）×［１− exp｛−（76・Ｐ・Ａ／Ｖ・ｄ)t｝］ ＋Ｃ_gi ……（１） したがって、初期の時点でガス室５ａに被測定ガスが存
在せず、しかも、油と気液分離膜５ｃの接触時間が充分
に長大である場合には、Ｃ_gi＝０、および、exp｛−（7
6・Ｐ・Ａ／Ｖ・ｄ)t｝→０になるので、（１）式は、 Ｃ_g ＝1.３×10⁴kＣ₁ ……（２） となる。

【００２１】すなわち、上記の条件下においては、ガス
室５ａ内の気相中の被測定ガスの濃度Ｃ_g は、測定時間
が長くなると、その測定時間と無関係に一定となり、か
つ、油中の被測定ガスの濃度Ｃ₁ に比例してある飽和値
に達することになる。つぎに、ガス室５ａにおける気相
中の被測定ガスの濃度Ｃ_g に測定光を入射したときの作
用を説明する。

【００２２】まず、周波数ωの測定光が被測定ガスを透
過したとき、周波数ω₀ に中心をもつ吸収線の吸収係数
αは、中心での吸収係数をα₀ ，周波数の半値幅をΔω
としたとき、次式： α＝α₀ ／［１＋｛（ω−ω₀ ）／Δω｝² ］ ……（３） で表される。

【００２３】光源モジュール１におけるレーザ駆動電流
ｉを、ｉ＝ｉ₀ ＋ｉ₁cos２πｆｔ（ただし、ｉ₀ は周波
数ω₀ のレーザ光を発信するために必要な駆動電流、ｉ
₁ は変調幅を表す。）となるように変調し、レーザ周波
数を吸収線の中心ω₀ に安定化すると、光源モジュール
からのレーザ出力電力Ｉと発振周波数ωは、それぞれ、
近似的に式（４），（５）： Ｉ＝Ｉ₀ ＋Ｉ₁cos（２πｆｔ＋φ_a ） ……（４） ω＝ω₀ ＋ω₁cos（２πｆｔ＋φ_b ） ……（５） （式中、Ｉ₀ は周波数ω₀ のレーザ出力電力を表し、Ｉ
₁ ，ω₁ はそれぞれ出力電力と周波数の変調幅を表し、
φ_a ，φ_b はそれぞれ電流変調からの位相のずれを表
す）で表される。

【００２４】ここで、式（５）を式（３）に代入する
と、次式： α＝α₀ ／［１＋｛ω₁cos（２πｆｔ＋φ_b ）Δω｝² ］ …（６） が得られる。一方、光検出器７に集光されここから出力
される透過光の出力電力Ｉ_d は、ガス室５ａの長さ（光
路長）をＬとし、被測定ガス濃度がＣ_g であるとすれ
ば、ランバート・ベールの法則により、次式： Ｉ_d ＝Ｉ・Ｋ・ exp（−αＣ_g Ｌ） ……（７） （式中、Ｋは光ファイバの長さや各光学系との結合効率
などに依存する定数であり、０≦Ｋ≦１で示される数で
ある）で示される。

【００２５】ここでαＣ_g Ｌ＜＜１，ω₁ ／Δω＜＜１
の条件下において、式（７）を変調周波数ｆでフェーリ
エ級数展開すると、それら展開項のうち、変調周波数ｆ
の基本波位相敏感成分（ｆ信号）と２倍波位相敏感成分
（２ｆ信号）は、それぞれ、次式： Ｉ_f ＝Ｉ₁ ・Ｋ・cos(２πｆｔ＋φ_a ） ……（８） Ｉ_2f＝(1/2) Ｋ・Ｉ₀ ・α₀ Ｃ_g Ｌ（ω₁ ／Δω）²cos（４πｆｔ＋φ_b ） ……（９） で示される。

【００２６】したがって、２ｆ信号の出力電力（振幅
値）Ｉ_2fとｆ信号の出力電力（振幅値）Ｉ_f の比は、次
式： Ｉ_2f／Ｉ_f ＝(1/2) ・（Ｉ₀ ／Ｉ₁ ）・（ω₁ ／Δω）² ・α₀ Ｃ_g Ｌ ……（１０） で示される。

【００２７】式（９）のＣ_g に式（２）を代入して、 Ｉ_2f＝6.5 ×10³ ・k ＫＩ₀ ・α₀ Ｌ（ω₁ ／Δω）² Ｃ₁cos（４πｆｔ ＋φ_b ） ……（１１） が得られ、また、式（１０）のＣｇに式（２）を代入し
て、 Ｉ_2f／Ｉ_f ＝6.5 ×10³ ・Ｋ・（Ｉ₀ ／Ｉ₁ ）・（ω₁ ／Δω）² ・ α₀ Ｌ・Ｃ₁ ……（１２） が得られる。

【００２８】式（１１）から明らかなように、油中の被
測定ガスの濃度Ｃ₁ と出力信号の２ｆ信号の振幅値Ｉ_2f
とは比例関係にあり、また、式（１２）から明らかなよ
うに、油中の被測定ガスの濃度Ｃ₁ と、出力信号におけ
る２ｆ信号の振幅値Ｉ_2fとｆ信号の振幅値Ｉ_f との比：
Ｉ_2f／Ｉ_f は比例関係にある。したがって、上記した２
ｆ信号の振幅値Ｉ_2fを測定し、または各検波信号の振幅
値の比：Ｉ_2f／Ｉ_f を演算することにより、油中の被測
定ガスの濃度を測定することができるようになる。

【００２９】ところで、上記した作用は、式（１）の成
立が前提となっており、測定時間が長くなるとガス室内
の被測定ガスの濃度が飽和に達するので、その時点で信
号測定部Ｃを作動させることを前提にしている。しかし
ながら、気液分離膜５ｃの油室側表面に気泡が存在して
いると、上記した式（１）は成立しなくなる。そのた
め、信号測定部Ｃの作動タイミングの選定が事実上不可
能になる。そのため、油室側表面における気泡の有無を
測定開始時または測定の過程で検知することが必要であ
る。

【００３０】そのため、本発明のセンサ装置において
は、油の吸光度測定部Ｂ’の光源８から発信光を気液分
離膜５ｃの油室側表面近傍の油中に入射させる。気液分
離膜５ｃの油室側表面近傍に気泡が存在しない場合、そ
こを透過する光は油室５ｂに充満している油に吸収され
るが、その吸光度は、当該油に対応する特有の値として
吸光度測定器９で測定される。

【００３１】しかし、油室側表面近傍に気泡が存在して
いると、そこを通過する光は気泡の影響を受けるので、
吸光度測定器９で測定される吸光度は、気泡が存在しな
いときの値とは異なる値となる。例えば、光源７からの
発信光を油に吸収され難い波長の光とすると、油中の気
泡による散乱の結果、吸光度は大きくなる。他方、光源
７から油に吸収されやすい波長の光を発すると、気泡に
より光路中の油量が減り、吸光度が減少するので、吸光
度は小となる。

【００３２】この発明のセンサ装置では、油室の油中を
光が往復するため、ランバート・ベールの法則における
光路長は油室の長さの２倍値になり、光吸収に関する感
度は、光路長が油室の長さと等値である場合に比べて高
くなる。このようにして、本発明のセンサ装置において
は、上記した油の吸光度測定部Ｂ’を作動して油室内を
透過させる光の吸光度を測定することにより、気液分離
膜５ｃの油室側表面に存在する気泡の有無を検知するこ
とができる。

【００３３】そして、気泡が存在していないことを確認
した時点で、前記したようなガス室５ａの被測定ガス濃
度の測定作業に入ることにより、油中ガス濃度を正確に
測定することができる。

【００３４】

【実施例】まず、ガス室５ａ，油室５ｂの合計容積が約
１０cm³ であり、光路長が１０cmの測定セル５に長さ４
kmのシングルモード光ファイバ（ファイバ径１２５μ
ｍ，コア径８μｍ）４ａ，４ｂを接続し、また、油室５
ｂの光源側室壁５ｇには、気液分離膜５ｃと平行にＹ分
岐光ファイバ６を装着し、また、反対側の室壁５ｈの内
側には鏡５ｉを取付けて図１で示したセンサ装置を組み
立てた。

【００３５】なお、光源モジュール１には、１５３0.３
７４ｎｍで発振するＤＦＢ−ＩｎＧａＡｓＰ半導体レー
ザを用い、光変調装置２による周波数変調は５0.０kHz
で行なうようにし、また、光源８からは波長９２８ｎｍ
の光を発信させるようになっている。測定に先立ち、次
のようにして検量線を作成した。

【００３６】すなわち、アセチレンガスとＡｒガスの混
合ガスを全体で１気圧となるようにして測定セル５のガ
ス室に注入し、そこに前記した測定光を入射して透過光
の２ｆ信号をロックインアンプ１０で検波し、その振幅
値Ｉ_2fを測定する。この場合、混合ガス中のアセチレン
ガスの濃度は、混合ガスの一部を採取してそれをガスク
ロ装置にかけて正確に同定しておく。アセチレンガスの
濃度を変化させ、その濃度に応じた透過光の２ｆ信号の
振幅値を測定し、アセチレンガス濃度と２ｆ信号の振幅
値とをグラフにプロットして両者の関係を示す検量線と
する。

【００３７】測定は次の手順で進められた。まず、油と
してドデシルベンゼンを用い、これにアセチレンガスを
吹込んでアセチレンガスを含む被検油を調製した。この
調製油のアセチレンガス濃度を、一部採取した調製油か
らテプラーポンプでアセチレンガスを抽出しその抽出ガ
スをガスクロ装置にかけて測定したところ、５０ppm で
あった。この調製油を測定セル５の油室５ｂに充満さ
せ、二方コック５ｄを閉にした。

【００３８】一方、前記調製油を、二方コックを有する
容積１００００cm³ の容器に充満し、測定セル５のガス
室５ａ内を真空ポンプで排気しながら油室５ｂの二方コ
ック５ｄと容器の二方コックを接続する。この接続に要
する時間は１〜２分程度である。この接続操作の過程で
油室５ｂから気液分離膜５ｃを透過していくアセチレン
ガスは、ガス室５ａから排気されるので、ガス室５ａに
アセチレンガスは存在しない。すなわち、前記した式
（１）における初期濃度Ｃ_giはゼロになっている。

【００３９】ついで、光源モジュール１を作動して測定
光を発信し、真空ポンプの作動を停止すると同時に、測
定セルの二方コック５ｄと油容器の二方コックを同時に
開として測定を開始する。測定開始後、透過光の２ｆ信
号の振幅値を経時的に測定し、前記した検量線からアセ
チレンガス濃度を測定した。その結果を図３に−○−と
して示した。

【００４０】図３から明らかなように、測定開始の初期
段階（約１日）では、ガス室中のアセチレンガス濃度は
直線的に増大し、その後漸増し、６日目頃で約３９ppm
と一定値に達して以後は飽和状態を維持している。すな
わち、前記した式（２）の関係が成立している。なお、
この過程で油容器中の調製油におけるアセチレンガス濃
度は、測定開始時と同じ５０ppm であった。これは油容
器の容積が測定セル５の容積の約１０００倍であり、油
容器のアセチレンガスが測定セル５のガス室に移動して
も、その量は油容器内のアセチレンの量にほとんど変化
を与えないからである。

【００４１】ここで、測定開始時点で、油の吸光度測定
部Ｂ’の光源８から波長９２８ｎｍの光を油中に透過さ
せて吸光度測定器９で吸光度を測定したところ、3.０の
値を示した。つぎに、油室５ｂの二方コック５ｄと油容
器の二方コックを同時に開とする前に、注射器を用いて
油室５ｂの中に0.３cm³ の窒素ガスを注入した。

【００４２】その状態で２個の前記二方コックを同時に
開として測定を開始した。測定開始後、透過光の２ｆ信
号の振幅値を経時的に測定し、前記した検量線からアセ
チレンガス濃度を測定した。その結果を図３に−●−と
して示した。図から明らかなように、気液分離膜の油室
側に気泡が存在していると、ガス室におけるアセチレン
ガス濃度は不規則に変化してしまうので測定タイミング
がとりずらい。とくに測定の初期段階では、気泡が存在
しない場合に比べて測定される濃度が低くなっている。

【００４３】この場合も、測定開始時点で、油の吸光度
測定部Ｂ’の光源８から波長９２８ｎｍの光を油中に透
過して吸光度測定器９で吸光度を測定したところ、その
値は0.７０であり、気泡が存在しない場合に比べて大幅
に低い値であった。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
センサ装置によれば、非常に高い感度で油中のガス濃度
を測定することができる。しかも、正確な測定の撹乱因
子になっている油中の気泡の存在は、油の吸光度測定部
を作動させて測定吸光度の高低を把握することによって
検知することができる。

【００４５】このセンサ装置は、測定セル部を例えばＯ
Ｆケーブルに付設し、そこからは遠隔の地にある光源部
と信号測定部との間を長距離光ケーブルで接続すること
により組立てることができる。したがって、従来のよう
に、ＯＦケーブル布設現場で多量の油を採取し、その油
を測定装置のある場所まで運搬してそこで分析するとい
うような作業を不要にすることができ、その工業的価値
は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサ装置の基本構成図である。

【図２】本発明のセンサ装置に組込む測定セルを示す概
略図である。

【図３】本発明のセンサ装置による、測定時間とガス室
内アセチレン濃度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

Ａ 光源部 Ｂ 測定セル部 Ｂ’油吸光度測定部 Ｃ 信号測定部 １ 光源モジュール ２ 光変調装置 ３ 光アイソレータ ４ａ，４ｂ シングルモード光ファイバ ５ 測定セル ５ａ ガス室 ５ｂ 油室 ５ｃ 気液分離膜 ５ｄ 二方コック ５ｅ 測定光用レンズ ５ｆ 透過光用レンズ ５ｇ，５ｈ 油室５ｂの室壁 ５ｉ 反射板 ６ Ｙ分岐光ファイバ ６ａ 光ファイバ６の一方の分岐光ファイバ ６ｂ 光ファイバ６の他方の分岐光ファイバ ７ 光検出器 ８ 油吸光度測定部Ｂ’の光源 ９ 油吸光度測定部Ｂ’の吸光度測定装置 １０ ロックインアンプ １１ ロックインアンプ １２ 割算器 １３ レコーダまたはコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻井 政秀 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 堀川 太 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定ガスの吸収波長に相当する波長の
   基本光とその基本光を周波数ｆで変調した変調光とを重
   畳して成る測定光を発信する光源部（Ａ）と、前記光源
   部（Ａ）に光ファイバ（４ａ）を介して接続され、気液
   分離膜（５ｃ）を境界域にしてガス室（５ａ）と油室
   （５ｂ）とに画分され、前記ガス室（５ａ）を前記測定
   光が透過する測定セル部（Ｂ）と、前記測定セル部
   （Ｂ）に光ファイバ（４ｂ）を介して接続され、前記ガ
   ス室（５ａ）を透過した透過光を光検出器（７）で受
   け、その出力信号から変調周波数ｆの２倍波位相敏感検
   波信号（以下、２ｆ信号という）を検波し、この２ｆ信
   号の振幅値を測定する、または、前記出力信号から変調
   周波数ｆの基本波位相敏感検波信号（以下、ｆ信号とい
   う）と２ｆ信号とを検波し、これら２ｆ信号の振幅値と
   前記ｆ信号の振幅値との比を演算する信号測定部（Ｃ）
   とを備えている油中ガス濃度測定用センサ装置におい
   て、前記測定セル部（Ｂ）には、光源（８）と、前記光
   源（８）に接続され、光が前記気液分離膜（５ｃ）の油
   室側表面の近傍を該表面と接触することなく前記油内を
   透過するように、前記油室の第１の室壁に取付けられた
   Ｙ分岐光ファイバ（６）と、前記油室（５ｂ）の第１の
   室壁と反対側の室壁に取付けられ、前記油室（５ｂ）を
   透過した透過光を反射する反射板（５ｉ）と、前記Ｙ分
   岐光ファイバ（６）の分岐側光ファイバ（６ｂ）に接続
   された吸光度測定器（９）とから成る油吸光度測定部
   （Ｂ')が装着されていることを特徴とする油中ガス濃度
   測定用センサ装置。