JPH0772071A - 非接触ガスセンサー及びガス検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非接触で測定対象ガスの発生を短時間にかつ
正確に検出する装置及び方法を提供する。 【構成】 光源１１から連続波長の赤外線を被測定空間
１２に照射し、その透過光をセンサー部１３で受ける。
センサー部１３に、測定対象ガス固有の吸収波長領域の
みの電磁波を通過させる第１のフィルター１３１と、前
記特定波長領域以外の電磁波を通過させる第２のフィル
ター１３２及び、各フィルターの後方に第１及び第２の
赤外線センサー１３３、１３４を配置する。第１及び第
２の赤外線センサー１３３、１３４の出力の差から、測
定対象ガスの発生及び増加を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス漏れ検知器等に利
用される特定ガスの発生及び増加を非接触で検出する非
接触ガスセンサー及びガス検出方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ガス漏れ検知器等に利用され
るガスセンサーとして、センサー材料へのガス吸着によ
る熱化学的変化や電気化学的変化を測定する接触型化学
センサーが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の接触型
化学センサーは、センサー自身に被測定ガスが直接接触
しない限り被測定ガスの発生又は増加を検出することが
できず、ガス漏れ検知器に用いた場合、測定対象ガスの
発生から当該ガスの検出までの間に時間遅れが生ずると
いう問題点を有していた。また、従来の接触型化学セン
サーはセンサー表面での測定対象ガスとセンサ材料との
相互作用を用いているため、センサ出力の経時変化が大
きく、検出効率が経時的に低下していくという問題点を
有していた。さらに、対象ガスを同定できないため、誤
動作を生ずるという問題点も有していた。本発明は、非
接触で測定対象ガスの発生及び増加を短時間にかつ正確
に検出する非接触ガスセンサー及びガス検出方法を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明の非接触ガスセンサーは、特定波長領域の第
１の電磁波のみを通過させる第１のフィルターと、前記
特定波長領域以外の第２の電磁波を通過させる第２のフ
ィルターと、被測定空間に照射され前記被測定空間及び
前記第１のフィルターを透過した第１の電磁波の強度を
測定する第１のセンサーと、前記被測定空間に照射され
前記被測定空間及び前記第２のフィルターを透過した第
２の電磁波の強度を測定する第２のセンサーと、前記第
１及び第２のセンサーの出力の変化から測定対象ガスの
発生及び増加を検出する検出手段とを具備するように構
成されている。上記構成において、被測定空間に測定対
象ガスが存在しない状態で、第１及び第２のセンサーの
出力が同じになるように調整されていることが好まし
い。また、一定期間ごとに、被測定空間に測定対象ガス
が存在しない状態にし、第１及び第２のセンサーの出力
が同じになるように調整されることが好ましい。さら
に、第１及び第２のフィルター及び第１及び第２のセン
サーを有する検出手段を複数組具備することが好まし
い。本発明の非接触ガス検出方法は、被測定空間に測定
対象ガスの固有の吸収波長領域を有する第１の電磁波及
び前記固有の吸収波長領域以外の波長領域を有する第２
の電磁波をそれぞれ照射する行程と、前記被測定空間を
透過した前記第１の電磁波の強度を前記第１の電磁波の
みを透過させる第１のフィルターを介して第１のセンサ
ーにより測定する行程と、前記被測定空間を透過した前
記第２の電磁波の強度を前記第２の電磁波のみを透過さ
せる第２のフィルターを介して第２のセンサーにより測
定する行程と、前記第１及び第２のセンサーのそれぞれ
の出力差の変化を監視し、出力差の変化から測定対象ガ
スの発生及び増加を検出する行程とを具備するように構
成されている。

【０００５】

【作用】物質は電磁波に対して固有の吸収波長領域を有
する。そこで、被測定空間に、例えば連続波長の赤外線
領域の光を照射し、そこを透過した光を検出する。測定
対象ガスの吸収波長領域の赤外線のみを透過させる第１
のフィルターと、吸収波長領域以外の赤外線を透過させ
る第２のフィルターを用い、第１及び第２のフィルター
を透過した光の強度をそれぞれ別々のセンサー（第１及
び第２のセンサー）で測定する。ここで、あらかじめ被
測定空間に測定対象ガスが無い場合に、第１及び第２の
センサーの出力が同じになるように調整しておく。測定
対象ガスが発生しても、第２のフィルターを透過した光
の強度は変化せず、従って第２のセンサーの出力は変化
しない。一方、第１のフィルターを透過した光は測定対
象ガスによる吸収のため強度が低下し、第１のセンサー
の出力は低下する。すなわち、第１及び第２のセンサー
の出力の差を常にモニターしておくことにより、測定対
象ガスの発生及び増加が容易に検出される。また、一定
期間ごとに、測定空間に測定対象ガスが無い状態で、第
１及び第２のセンサーの出力が同じになるように調整す
ることにより、第１及び第２のセンサーの経時的劣化に
起因する検出効率の低下が補償される。さらに、第１及
び第２のフィルター及びセンサー等で構成される検出部
を複数組用意することにより、複数の測定対象ガスの発
生及び増加が検出される。さらに、測定対象ガス以外の
物質が被測定空間に存在した場合、第１及び第２のセン
サーの出力はほぼ同じになるため、誤動作はほとんど生
じない。同様に、例えば検出器の前方を人間等が横切っ
た場合でも、誤動作の原因とはならない。

【０００６】

【実施例】

＜実施例１＞本発明の非接触ガスセンサーの第１の実施
例を、その構成を示すブロック図である図１を用いて説
明する。第１の実施例では、例えばメタンガス（Ｃ
Ｈ₄）検出用センサーに応用した場合を示す。図１にお
いて、被測定空間１２には例えばガスコンロ１７が設け
られている。被測定空間１２を挟んで、一方には光源１
１が設けられ、他方にはセンサー部１３が設けられてい
る。被測定空間１２は例えば容積５０ｍ3程度である。
光源１１から被測定空間１２に対し、連続波長の赤外線
領域の光が照射され、被測定空間１２を透過した光をセ
ンサー部分１３で受光する。センサー部１３は、メタン
ガスの吸収波長領域の赤外線のみを透過させる第１のフ
ィルター１３１と、メタンガスの吸収波長領域以外の赤
外線を透過させる第２のフィルター１３２が設けられて
いる。また、第１及び第２のフィルター１３１、１３２
の後方にはそれぞれ第１及び第２の（赤外線）センサー
１３３、１３４が配置されている。第１のフィルター１
３１を透過した赤外光は７.５〜８.２μｍの波長領域の
みの赤外線である。一方、第２のフィルター１３２を透
過した赤外光は７.５〜８.２μｍの波長領域がカットさ
れている。センサー部１３には信号処理回路１４、演算
装置１５及び警報装置１６等が直列に接続されている。

【０００７】被測定空間１２にメタンガスがほとんど存
在しない換気の行き届いた状態において、あらかじめ第
１及び第２の赤外線センサー１３３、１３４の出力が同
じになるように、信号処理回路１４により出力を調整し
ておく。演算部１５では、第２の赤外線センサー１３４
の出力から第１の赤外線センサー１３３の出力が引き算
される。ここで、被測定空間１２にメタンガスが存在し
ない状態では、演算部１５で演算された後の出力はゼロ
になる。しかし、被測定空間１２にメタンガスが発生す
ると、メタンガスによる吸収により、７.５〜８.２μｍ
の波長領域のみの赤外線の透過光量が減少し、第１の赤
外線センサー１３３の出力が低下する。一方、それ以外
の波長領域の赤外線の透過光量は変化しないため、第２
の赤外線センサー１３４の出力は変化しない。従って、
演算装置１５による演算後の出力はメタンガスの発生量
に応じて増加していく。演算部１５からの出力が所定の
設定値を越えると警報装置１６が作動するようにしてお
けば、ガス漏れ警報器として機能する。また、定期的
に、第１及び第２の赤外線センサー１３３、１３４の出
力が同じになるように調整することにより、第１及び第
２の赤外線センサー１３３、１３４の検出効率が経時劣
化しても、センサー部１３全体としてのメタンガスの検
出効率は低下しない。

【０００８】＜実験例１＞光源１１より波長２〜２０μ
ｍの連続波長の赤外線を被測定空間１２に照射した。被
測定空間１２には、メタンガスの発生源として使用する
ため、都市ガスを用いたガスコンロ１７を設置した。セ
ンサー部１３には、７.５〜８.２μｍの波長領域のみの
赤外線を通過させる第１のフィルター１３１と、７.５
〜８.２μｍの波長領域の赤外線をカットする第２のフ
ィルター１３２とを設け、第１のフィルター１３１の後
方に第１の赤外線センサー１３３を、また第１のフィル
ター１３２の後方に第２の赤外線センサー１３４をそれ
ぞれ設置した。ここで、７.５〜８.２μｍの波長領域は
メタンガスのもつ赤外線の吸収波長領域である。換気の
行き届いた状態で、演算部１５からの出力がゼロになる
ように信号処理回路１４により第１及び第２の赤外線セ
ンサー１３３、１３４の出力が同じになるように調整し
た。最初、ガスコンロ１７に点火しガスを完全燃焼させ
ておき、次に火を吹き消してガス漏れを発生させた。な
お、従来例と比較するために、従来の接触燃焼式センサ
を本発明による非接触ガスセンサーの横に同時に設置
し、ガス漏れを検知するまでの時間を比較した。測定結
果を表１に示す。

【表１】

【０００９】以上の測定結果から、本発明の非接触ガス
センサーは測定対象ガス（メタンガス）の発生後、すみ
やかにその発生を検出していることが確認された。

【００１０】＜実施例２＞次に、本発明の被接触ガスセ
ンサーの第２の実施例を、その構成を示すブロック図で
ある図２を用いて説明する。第２の実施例では、測定対
象ガスとしてメタンガス（ＣＨ₄）と一酸化炭素ガス
（ＣＯ）を検出する場合を示す。なお、図１に示す第１
の実施例と同一の番号を付した構成要素は実質的に同一
であるため、その説明を省略する。図２において、被測
定空間１２には、メタンガス及び一酸化炭素ガスの発生
源として使用するためのガスコンロ１７が設置されてい
る。センサー部１３には、メタンガスの発生及び増加を
検出するために、メタンガスの吸収波長領域である７.
５〜８.２μｍの波長領域のみの赤外線を透過させる第
１のフィルター２３１と、７.５〜８.２μｍの波長領域
の赤外線をカットする第２のフィルター２３２と、一酸
化炭素ガスの吸収波長領域である４.４〜５.０μｍの波
長領域のみの赤外線を透過させる第３のフィルター２３
３と、４.４〜５.０μｍの波長領域の赤外線をカットす
る第４のフィルター２３４が設けられている。また、各
フィルター２３１、２３２、２３３、２３４の後方には
それぞれ各フィルターを透過した光の強度を測定するた
めの第１、第２、第３及び第４の赤外線センサー２３
５、２３６、２３７、２３８が設けられている。第１の
実施例と同様に、光源１１からは波長２〜２０μｍの連
続波長の赤外線が被測定空間１２に照射されている。被
測定空間１２を換気の行き届いた状態にして、第１の赤
外線センサー２３５と第２の赤外線センサー２３６の出
力が同じになるように、また、第３の赤外線センサー２
３７と第４の赤外線センサー２３８の出力が同じになる
ように、あらかじめ信号処理回路１４により調節してお
く。

【００１１】＜実験例２＞最初、ガスコンロ１７に点火
し、ガスを完全燃焼させておき、次に空気量を調節して
ガスを不完全燃焼させた。さらに、火を吹き消してガス
漏れを発生させた。従来例との比較のため、接触燃焼式
センサを本発明による非接触センサーの横に同時に設置
し、不完全燃焼とガス漏れを検知するまでの時間を比較
した。測定結果を表２に示す。

【表２】

【００１２】以上の測定結果から、本発明の非接触ガス
センサーは測定対象ガス（メタンガス及び一酸化炭素ガ
ス）の発生後、すみやかにその発生を検出していること
がわかる。また、表１に示した実験例１と比較して、メ
タンガスの検出に要する時間が安定しており、異なる種
類の測定対象ガスが同時に存在していても、その種類を
区別して検出していることが確認された。

【００１３】＜実験例３＞図１に示す本発明の非接触ガ
スセンサー及び従来の接触燃焼式センサーを用いて、測
定対象ガス以外に物質例えばメタノールが被測定空間１
２に存在する場合における誤動作の有無を確認した。な
お、メタノールの入った容器をガスコンロ１７で加熱し
てメタノールを揮発させた。測定結果を表３に示す。

【表３】

【００１４】以上の測定結果から、本発明の非接触ガス
センサーは被測定空間に測定対象ガス以外の物質が存在
する場合でも、当該物質の存在によっては誤動作しない
ことが確認された。

【００１５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、物質が
電磁波に対して固有の吸収波長領域を持つことを利用
し、被測定空間に、例えば連続波長の赤外線領域の光を
照射し、測定対象ガスの吸収波長領域の赤外線のみを透
過させる第１のフィルターと、吸収波長領域以外の赤外
線を透過させる第２のフィルターを用い、第１及び第２
のフィルターを透過した光の強度をそれぞれ別々のセン
サー（第１及び第２のセンサー）で測定するように構成
したので、第１及び第２のセンサーの出力の差を常にモ
ニターしておくことにより、測定対象ガスの発生及び増
加を容易に検出することができる。また、一定期間ごと
に、測定空間に測定対象ガスが無い状態で、第１及び第
２のセンサーの出力が同じになるように調整することに
より、第１及び第２のセンサーの経時的劣化に起因する
検出効率の低下を補償することができる。さらに、第１
及び第２のフィルター及びセンサー等で構成される検出
部を複数組用意することにより、複数の測定対象ガスの
発生及び増加を同時に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非接触ガスセンサーの第１の実施例の
構成を示すブロック図

【図２】本発明の非接触ガスセンサーの第２の実施例の
構成を示すブロック図

【符号の説明】

１１：光源 １２：被測定空間 １３：センサー部 １４：信号処理回路 １５：演算装置 １６：警報装置 １７：ガスコンロ １３１：第１のフィルター １３２：第２のフィルター １３３：第１の赤外線センサー １３４：第２の赤外線センサー ２３１：第１のフィルター ２３２：第２のフィルター ２３３：第３のフィルター ２３４：第４のフィルター ２３５：第１の赤外線センサー ２３６：第２の赤外線センサー ２３７：第３の赤外線センサー ２３８：第４の赤外線センサー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特定波長領域の第１の電磁波のみを通過
   させる第１のフィルターと、前記特定波長領域以外の第
   ２の電磁波を通過させる第２のフィルターと、被測定空
   間に照射され前記被測定空間及び前記第１のフィルター
   を透過した第１の電磁波の強度を測定する第１のセンサ
   ーと、前記被測定空間に照射され前記被測定空間及び前
   記第２のフィルターを透過した第２の電磁波の強度を測
   定する第２のセンサーと、前記第１及び第２のセンサー
   の出力の変化から測定対象ガスの発生及び増加を検出す
   る検出手段とを具備する非接触ガスセンサー。
2. 【請求項２】 被測定空間に測定対象ガスが存在しない
   状態で、第１及び第２のセンサーの出力が同じになるよ
   うに調整されていることを特徴とする請求項１記載の非
   接触ガスセンサー。
3. 【請求項３】 一定期間ごとに、被測定空間に測定対象
   ガスが存在しない状態にし、第１及び第２のセンサーの
   出力が同じになるように調整されることを特徴とする請
   求項１記載の非接触ガスセンサー。
4. 【請求項４】 第１及び第２のフィルター及び第１及び
   第２のセンサーを有する検出手段を複数組具備すること
   を特徴とする請求項１、２または３記載の非接触ガスセ
   ンサー。
5. 【請求項５】 被測定空間に測定対象ガスの固有の吸収
   波長領域を有する第１の電磁波及び前記固有の吸収波長
   領域以外の波長領域を有する第２の電磁波をそれぞれ照
   射する行程と、 前記被測定空間を透過した前記第１の電磁波の強度を前
   記第１の電磁波のみを透過させる第１のフィルターを介
   して第１のセンサーにより測定する行程と、 前記被測定空間を透過した前記第２の電磁波の強度を前
   記第２の電磁波のみを透過させる第２のフィルターを介
   して第２のセンサーにより測定する行程と、 前記第１及び第２のセンサーのそれぞれの出力差の変化
   を監視し、出力差の変化から測定対象ガスの発生及び増
   加を検出する行程とを具備する非接触ガス検出方法。