JPH11118711A - ガス濃度を指示する方法およびガスセンサ装置 - Google Patents

ガス濃度を指示する方法およびガスセンサ装置

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JPH11118711A
JPH11118711A JP10219161A JP21916198A JPH11118711A JP H11118711 A JPH11118711 A JP H11118711A JP 10219161 A JP10219161 A JP 10219161A JP 21916198 A JP21916198 A JP 21916198A JP H11118711 A JPH11118711 A JP H11118711A
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infrared
gas
sensor device
detector
gas sensor
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JP10219161A
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Mahesan Chelvayohan
チェルバヨハン マヘサン
Adam J Ahne
ジェイ．アーネ アダム
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Texas Instruments Inc
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/066—Modifiable path; multiple paths in one sample

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性があり堅固で機械的に安定的で安価な
ガスセンサと、温度安定性が改善された検出方法および
検出装置とを得ること。 【解決手段】 赤外線源１４，１６を、赤外線検出器１
８から異なる間隔をおいてガスチャンバ３２ｇ内に配置
し、検出器１８が受取る赤外線を被検出ガスに基づく選
択波長にろ波し、２個の赤外線源を交互に電気的に励起
し、各赤外線源に関わる検出器出力信号を比較して、選
択波長の吸収差を選択ガスの濃度の指示として確定する
方法を提供し、またガスチャンバ３２ｇに配置され出力
信号を発する検出器１８と、検出器から第１間隔をおい
てガスチャンバ内に取付けた赤外線源１４と、検出器か
ら第１間隔より小さい第２間隔をおいてガスチャンバに
取付けた赤外線源１６と、２個の赤外線源を交互に励起
させ、各赤外線源に関わる検出器出力信号を比較する装
置とを含むガスセンサ装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広くはガスセンサ
に関し、より具体的には、ＮＤＩＲ（非分散型赤外分析
器）として知られるガス分析器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特定のガスの赤外線吸収能は、ガス検出
用の機器の開発に利用され成果をあげている。簡単に説
明すれば、赤外線ガスセンサは、ガスセルによって隔て
られた狭帯域赤外線源（吸収波長での放射）と赤外線検
出器とを含んでいる。吸収度は、ゼロガス（赤外吸収性
を有しないガス、例えば窒素ガス）Ｉ（０）下と、対象
ガスＩ（Ｇ) 下とで測定された赤外線信号から、次式を
用いて計算される：
【数１】Ａ＝Ｉ（０) −Ｉ（Ｇ）／Ｉ（０） しかし、この基本的なセンサ構成では、時間および温度
につれての光学成分の変化および劣化が補償されない。
これらの起こり得る事態が発生した場合に修正を行うた
めに、実際には、基準チャネルがセンサに付加される。
基準チャネルは、対象ガスに吸収されない、別の赤外線
帯域である。理想基準チャネルは、検出チャネルと正確
に同じ光路を用い、対象ガスまたは他の可能な何らかの
干渉ガスにより吸収されないものとなろう。しかし、従
来のセンサでは、費用効果が求められるため、「理想基
準」条件が不満足なものになっている。例えば、１つの
赤外線源と２つの赤外線検出器とを備えたセンサが、２
つのチャネル用に２つの異なる光路を使用し、これら２
つのチャネルが、時間と共に互いに対して変化し、かつ
２つの異なる赤外線検出器が時間と共に別々に老化する
ことが往々にして起こり得る。これらの赤外線検出器
は、また温度特性が異なることがあり、温度について最
適性能が得られるように組合わせる必要がある。検出赤
外線と基準赤外線を発生させるのに使用する狭帯域光学
フィルタも、温度に敏感である。このため、基準チャネ
ルは、フィルタ対によって生じる温度ドリフトを修正す
ることができない。この例の場合、温度に敏感で、セン
サの温度不安定性に影響を与える構成要素が、合計４つ
（２つの赤外線検出器と２つのフィルタ）存在する。従
来のガスセンサ装置に関わる別の問題点は、赤外線源、
赤外線検出器、光学組立体、電子機器を、信頼性や耐久
性のある経済的な形式で取付ける機械式の支持構造物に
関係するものである。特に光学構成素子用の支持構造物
は、堅固で、機械的に安定でなければならない。言い換
えると、赤外線源・光学組立体・赤外線検出器間に移動
が生じないことが重要である。従来のセンサで赤外線源
および／または赤外線検出器に加えて、光管用に必要と
される機械的な支持体があり、比較的複雑なため、これ
らのセンサは、望まれるだけの堅固さを有していない。
例えば、光管両端に赤外線源と赤外線検出器とが配置さ
れた従来の光管組立体では、赤外線源と赤外線検出器の
一方または双方が回路板から離れて配置されねばならな
い。回路板は、関連電子素子を有し、したがって回路板
への付加配線を有しており、同じように機械式の支持体
を必要とする。さらに、このような光学組立体は、吸収
度の異なるガスと共に使用するため、不導性である。言
い換えると、赤外線源と赤外線検出器との間の光路は、
特に、高い赤外吸収度のガス濃度が対象の場合には、決
定的に重要である。その種のガスでは、適切な濃度分離
（resolution）が得られるためには、光路を十分に短く
する必要がある。他方、低い赤外吸収度を有するガス濃
度が対象の場合は、適切な濃度分離を得るために、比較
的長い光路が必要とされる。管状の光学組立体を、異な
る吸収特性を有するガスと共に使用するようにするのは
難しい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、信頼
性があり、堅固で機械的に安定的で、機械的にも電気的
にも包装が容易な、安価なガスセンサを得ることにあ
る。本発明の別の目的は、温度安定性が改善されるよう
な検出方法および検出装置を得ることである。さらに、
別の目的は、光学フィルタの選択を簡単に行い得るガス
センサを得ることにある。さらに、別の目的は、異なる
赤外吸収度を有するガス濃度と共に、容易に使用できる
ようにされた光学組立体を得ることにある。さらに、本
発明の別の目的は、既述の先行技術の限界を克服するこ
とにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】簡単に言えば、本発明に
よりガスを検出する方法は、次の段階を含んでいる。す
なわち、第１と第２の赤外線源を、赤外線検出器から異
なる間隔をおいてガスチャンバ内に配置する段階と、赤
外線検出器が受取る赤外線を、検出すべきガスに基づく
選択波長にろ波する段階と、第１と第２の赤外線検出器
を交互に電気的に励起する段階と、第１と第２の赤外線
源に関係する赤外線検出器電気出力信号を比較して、選
択波長の吸収差を選択ガスの濃度の指示として、決定す
る段階である。
【０００５】一好適実施例によれば、本発明の装置はガ
スチャンバを含み、ガスチャンバの第１端部には赤外線
検出器が配置され、ガスチャンバの第２端部には、赤外
線検出器に集束される第１赤外線源が配置されている。
第２赤外線源は、ガスチャンバ内の、両端部の中間に、
好ましくは、より赤外線検出器に近接して配置され、２
つの赤外線源と赤外線検出器との間には適当なフィルタ
が配置されている。ガスチャンバは回路板上に配置さ
れ、回路板は、また電子素子を含み、この電子素子によ
り、第１と第２の赤外線源が交互に電気的に励起され、
その結果発せられる、各赤外線源に関係する赤外線検出
器電気出力信号を比較し、選択波長の吸収差を、ガスチ
ャンバ内のガス濃度の指示として確定する。一変更態様
の場合、ガスチャンバは、概して平らなベースプレート
と凹状の皿形状のカバー部材とによって形成されてい
る。赤外線源は、ベースプレートに形成された放物形の
凹部に取付けられている。赤外線は、上にかぶせられた
概して平らな第１カバー端壁に集束され、この第１端壁
は、光学的な反射面を有し、かつ同じく光学的な反射面
を有する概して平らな対向第２端壁に向けて赤外線を反
射させるように選択された角度を有している。赤外線
は、また下方へ反射され、第２端壁と整合するベースプ
レート内の縦穴内に配置されたろ波される赤外線検出器
へ向けられる。第２赤外線源は、ベースプレートの開口
を介してガスチャンバ内の赤外線検出器近くへ入射す
る。カバー部材とベースプレートとは、スペーサフレー
ム、すなわちベースフレームを介してプリント回路板に
固定取付けされており、プリント回路板には、赤外線源
と赤外線検出器とが機械的かつ電気的に直接結合されて
いる。
【０００６】別の好適実施例によれば、光学ミラーとし
て役立つように傾斜させて対向配置された端壁を有する
凹状の皿形カバー部材が、第１と第２の赤外線源を有す
る光学組立体と共に使用される。第１と第２の赤外線源
は、実質的に同一の、赤外線検出器への光路を有し、そ
れぞれ異なる選択狭帯域フィルタを有している。一変更
態様では、赤外線検出器と整合する端壁が、凹状の湾曲
面形状を有している。別の変更態様によれば、中間のベ
ースプレートなしで、カバー部材が、直接に回路板に取
付けられている。回路板には、赤外線源、赤外線検出
器、関連電子素子が配置されている。本発明の一特徴に
よれば、付加的な反射器と赤外線検出器とが、異なる吸
収度を有するガス濃度と共に使用する異なる長さの光路
が得られるように、ガスチャンバ内に取付けられてい
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下で、このほかの目的と、本発
明の赤外線ガスセンサ用の新規な改良光学組立体の利点
および詳細とを、本発明の好適実施例について説明す
る。
【０００８】図１には、本発明により製作された非分散
型赤外分析器タイプのガスセンサ１０が示されている。
ガスセンサ１０はガスチャンバ１２を含み、ガスチャン
バ１２は、第１端部に赤外線源１４を有し、反対側の第
２端部に赤外線検出器１８を有している。ガスチャンバ
１２内には、第１と第２の端部の中間に、それも検出器
１８から、赤外線源１４と検出器１８との間隔より短い
間隔をおいて、第２赤外線源１６が配置されている。検
出すべきガスの特定吸収波長用に選択された狭帯域光学
フィルタ２０が、赤外線源と検出器１８との間に配置さ
れている。電子装置２２は、赤外線源１４，１６と検出
器１８とに接続され、連続的に第１と第２の赤外線源を
交互に励起させ、かつ励起信号に関係する検出器電気出
力信号を比較し、選択波長の吸収差を、ガスチャンバ１
２内で検出されるガスの濃度の指示として確定するよう
に構成されている。
【０００９】一好適実施例によれば、図２〜図４に示し
たように、ガスチャンバ１２は、適当な材料製、例えば
アルミニウム製の細長の平行６面体として示されてい
る。該平行６面体は、第１端部１２ｂから対向第２端部
１２ｃまで延びる概して円筒形の孔１２ａを有してい
る。ハウジング１４ｃの集束用放物形反射面１４ｂ内に
ランプ１４が受容されている赤外線源が、第１端部１２
ｂの孔１２ａ内に配置され、検出器１８が第２端部１２
ｃの孔１２ａに受容されている。赤外線検出器１８は選
択狭帯域光学フィルタを含み、これにより被検出ガスの
所定吸収波長以外のすべての放射がろ波される。赤外線
源１４のハウジング１４ｃは、止めねじ１４ａによって
所定位置に固定され、検出器１８が端板１８ａに取付け
られ、端板１８ａは、所望とあれば、回路板を含むこと
ができ、またねじ１８ｂによってガスチャンバ１２に取
付けられている。ガスチャンバ１２は、適当な基板、例
えば回路板２４に、適当な止め具１２ｈにより、図３に
示したねじ孔１２ｄに固定されている。複数のポート１
２ｅによってガスが循環可能にされ、他方、孔１２ｇ内
に受容可能のノズル１２ｆにより選択的なガス供給が可
能になる。図４に見られるように、赤外線源の反射面１
４ｂは、赤外線を直接に赤外線検出器１８へ集束させる
ための放物形光学反射面である。ランプ１６により得ら
れる第２赤外線源は、ガスチャンバの第１と第２の端部
の中間位置に、好ましくは、より検出器１８に近接し
て、ガスチャンバ１２内に配置されている。ランプ１６
が赤外線検出器１８に近接していることで、検出器１８
は、ランプ１６から直接に赤外線を受取るため、放射を
集束される必要はない。ランプ１６からのリード線は、
開口１６ａを介してガスチャンバ１２内へ受容され、回
路板２４に直接にろう接できる。回路板２４には、適当
な電子装置２２（図１）が取付けられており、図５の
（ａ）と（ｂ）とに示した連続的な信号１５，１７のパ
ターンで交互に第１赤外線源と第２赤外線源とを励起
し、赤外線源１４，１６の放射に関連する検出器電気出
力信号１９を比較して、選択ガス（図６の（ｂ））の濃
度の指示として、選択波長の吸収差を確定する。
【００１０】赤外線源１６が、赤外線源１４より検出器
１８に近接しているため、赤外線源１６からの赤外線
は、赤外線源１４からの赤外線より、検出器１８までの
光路が短い。双方の赤外線源１４，１６からの赤外線
は、検出器１８に入射する前に、吸収波長のところでろ
波され、それぞれが被検出ガスにより吸収される。赤外
線源１６からの赤外線は、ガス内を通過する距離がより
短いため、赤外線源１４からの赤外線より少ない赤外線
が吸収されることになろう。その結果、図６の（ｂ）に
見られる吸収差が得られ、この吸収差が、ガス濃度を確
定するのに利用される。赤外線源１６に関係する検出器
出力信号は、吸収波長で動作するシステムの仮想基準と
して役立つ。所望とあれば、２つの赤外線源の出力信号
の比較は、赤外線源１６のドライブ信号１７の出力レベ
ルを、赤外線源１４の信号１５の出力レベルに対して調
節することによって容易にすることができ、それによっ
て、２つの赤外線源に対して、検出器１８の出力信号１
９の強さが、図６の（ａ）に示したように、非吸収ガ
ス、例えば窒素ガスの存在下で、ほぼ等しくされる。
【００１１】この実施例により得られる利点のなかで、
注目できる点は、光学フィルタが１個だけ用いられてい
るため、普通、基準波長の選択に加えられる制限が除去
される点である。吸収波長でもある「仮想基準」を設け
ることで、結果として、温度に左右されない性能が改善
される。加えて、これらの利点は、センサ用の安価で簡
単な装置を利用することで実現される。この実施例によ
り、光学組立体の光学特性に関して起こり得る変化、つ
まり反射面のどこかの酸化や塵埃によって生じる変化
が、補償または修正されることはないにしても、ガス入
口に防塵フィルタを取付け、前酸化された反射光学器具
を用いることで、容易に最小化はできる。赤外線源１４
は、検出器１８へ直接に集束するように示されている
が、本発明の範囲内で多反射構成を採用して、従来式の
光管によって赤外線源１４からの信号を増強することも
できる。
【００１２】既述のように、機械的な安定性は、信頼性
のある精密なガスセンサに対する決定的に重要な要求で
ある。前記実施例は、回路板２４に直接に固定取付けで
き、赤外線源１６は、直接に回路板へろう接可能であ
る。図７〜図１２に示した変更態様の場合、赤外線源１
４と検出器１８とは、例えばろう接で回路板２４へ直接
に結合することもできる。変更態様のガスセンサ３０
は、凹状の皿形カバー部材３２と、概して平らなベース
プレート３４と、スペーサフレーム、すなわちベースフ
レーム３６とを含んでいる。ガスセンサ３０は、回路板
２４に適当な止め具３８を用いて取付けるのが好まし
い。赤外線源１４，１６と検出器１８とは、直接に回路
板２４に取付けられ、後述するベースプレート３４の受
座開口から受容される。
【００１３】カバー部材３２は、赤外線用のアルミニウ
ム等の選択波長用光学反射面を有する適当な材料から構
成され、平らな縁部フランジ３２ｆまで延在する対向側
壁３２ｂ，３２ｃと、対向端壁３２ｄ，３２ｅとを有す
る頂面３２ａを含み、ガスチャンバとして役立つ凹部３
２ｇを形成している。カバー部材３２は、適当なスタン
ピング加工よって成形できる。フランジ３２ｆは、ベー
スプレート３４上に配置され、ガスチャンバを取囲んで
いる。ベースプレート３４は、図９に見られるように、
赤外線源を取付ける受座３４ａ，３４と、検出器の受座
３４ｃとを備えている。赤外線源の受座３４ａは、好ま
しくは、ベースプレート３４の平面より下に凹状に設け
られた放物形の面を有するように成形され、放物形反射
面として機能し、ランプ１４を受容するランプ受容開口
３４ｄを有している。赤外線源の受座３４ｂは、ランプ
１６の受容開口の形状を有している。端壁３２ｄ，３２
ｅは、ベースプレート３４が位置する平面に対して、そ
れぞれ選択角度α、βをなす概して平らな壁部である。
側壁３２ｂ，３２ｃは、スタンピング加工に好都合な角
度を有するように形成できる。図示の実施例では、角度
α、βは、ほぼ４５度であるのが好ましい。赤外線源受
座３４ａは、平らな端壁３２ｄと垂直方向で整合してい
ることで、赤外線源１４からの赤外線が放物面により集
束され、端壁３２ｅへ正反射する反射器を形成するよう
にされ、次いで端壁３２ｅが、検出器受座３４ｃに配置
された検出器１８へ赤外線を反射する。光学フィルタ
は、図２〜図４の実施例の場合におけるように、検出器
１８に一体に取付けることができる。あるいはまた、フ
ィルタ２０は、図９に示したように、検出器受座３４ｃ
の環状凹部３４ｅに取付けることもできよう。好ましく
は、スペーサフレーム３６を用いて、図１４にも示した
ように、凹状の受座３４ａ，３４ｃのための間隔を形成
し、それにより回路板２４への光学組立体の取付けが容
易にされる。内部の囲い状の部分３６ｂを設け、所望と
あれば、カップリング受容孔３６ｃを介して、任意のガ
ス入口、例えば図２のノズル１２ｆを備えているベース
プレート３４の孔３４ｆと連通するようにすることがで
きる。ガスセンサの動作は、図２〜図６について説明し
た動作と同じである。
【００１４】図７〜図１０の光学組立体を同一平面内に
配置する構成は、既述の「仮想基準」タイプとは別のガ
スセンサ設計にも利用できる。その一実施例は、２個の
赤外線源１４，１６と１個の赤外線検出器１８とを有す
る形式のもので、図１１〜図１４に示されている。この
実施例のガスセンサ４０は、図７〜図１０の場合と同じ
カバー部材３２とスペーサフレーム３６とを用いている
が、ベースプレート３４は、第１と第２の、凹状の放物
形赤外線源受座３４ｍ，３４ｎを備えている。受座３４
ｍ，３４ｎは、端壁３２ｄと垂直方向に整合しており、
かつ双方が検出器１８まで実質的に等しい光路を有する
ように配置されている。受座３４ｍ，３４ｎは、また双
方が第１と第２の赤外線源１４，１６を受容するための
ランプ受容開口３４ｐを備えている。ベースプレート３
４の開口３４ｇは、受座３４ｍ，３４ｎ上方にそれぞれ
検出フィルタ３５ａ、基準フィルタ３５ｂを配置するた
めのフィルタ組立体３５（図１３）用に設けられてい
る。図１４に示したように、スペーサフレーム３６は、
適当な材料製の周部を囲む支持体３６ａを備え、赤外線
源受座３４ｍ，３４ｎ用の垂直方向の間隔が得られるよ
うに選択された高さを有している。内部の囲い状の部分
３６ｂを設け、所望とあれば、カップリング受容孔３６
ｃを介して、任意のガス入口、例えば図２のノズル１２
ｆを備えているベースプレート３４の孔３４ｆと連通す
るようにすることができる。
【００１５】ガスセンサ４０の作動時、赤外線源１４，
１６は交互に励起され、第１と第２の赤外線源１４，１
６からの赤外線は、検出フィルタ、基準フィルタにより
それぞれろ波され、４５度の２つの端壁３２ｄ，３２ｅ
を利用して検出器１８へ平行に放射される。
【００１６】前述のように、赤外線源１４，１６と検出
器１８とは、好ましくは、ろう接等により直接に回路板
２４に取付けられ、ベースプレート３４は、ベースフレ
ーム３６を介して回路板２４上に配置され、赤外線源と
検出器とは、それぞれ受座に受容される。次いで、カバ
ー部材３２が、ベースプレート３４上に載置され、光学
組立体が止め具３８を用いて固定取付けされる（図７、
図８）。
【００１７】同一平面内に配置する構成は、類似の形式
で、１個の赤外線源と２個の検出器を用いる構成にも適
用できる。
【００１８】図１５に示した光学組立体の変更態様で
は、端壁３２ｅ′が、凹状の面、例えば球面を有するよ
うに形成され、それによって反射光線が検出器へ集束さ
れる。この組立体の他の点は、図１１〜図１４の実施例
と同じなので、説明は繰り返さない。
【００１９】図１６に示された光学組立体の別の変更態
様６０では、カバー部材３２″が、回路板２４′の部分
２４ａに直接に取付けられている。カバー部材３２″
は、頂壁部分３２ａ′と端壁３２ｄ，３２ｅとを有して
いる。端壁３２ｄ，３２ｅは、図１１〜図１４の実施例
と同じ形式で回路板の平面に対し、選択された角度、例
えば４５度の角度をなすように形成されている。回路板
２４′には、適当なフィルタを有し集束される赤外線源
１４，１６が取付けられ、端壁３２ｄと垂直方向に整合
され、他方、検出器１８は、同じく回路板２４′に直接
に取付けられ、端壁３２ｅと垂直方向に整合されてい
る。また第２検出器１８′が、比較的高い吸収度を有す
るガス用に、ガスチャンバ３２ｇ″内に配置され、半反
射・半透過性の光学バッフル３２ｋと垂直方向に整合す
るようにすることができる。所望とあれば、付加的な光
学バッフル３２ｋ（図示せず）を頂壁３２ａ′に設け、
異なる有効光路長さを得ることができる。
【００２０】以上のべたことから、明らかにされた点
は、本発明のいくつかの実施例で示したガスセンサが、
吸収波長のところにある「仮想基準」チャネルを備え、
結果的に、温度に左右されない性能が改善されるように
され、最低数の構成要素を用いることで大幅に費用効果
が得られるようにされ、かつ基準チャネルのための赤外
線区域を設ける必要がなくされたという点であろう。本
発明により製造されたガスセンサは、光学構成素子を精
密に位置決めかつ取付けるための、簡単かつ堅固で極め
て安定的な構造を有している。電気的かつ機械的な取付
けも極めて容易である。
【００２１】注意すべき点は、以上、本発明の好適実施
例を説明手段として記述したが、本発明は、特許請求の
範囲の枠内で、本明細書に開示した実施例のあらゆる変
更態様および同等の態様を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に使用されるガスセンサの略図。
【図２】本発明のガスセンサの一好適実施例の光学組立
体の分解斜視図。
【図３】図２の光学筒部分の略示斜視図。
【図４】回路板上に取付けられた図２の光学組立体を、
図示目的のため僅かに簡略化して示した断面図。
【図５】（ａ）と（ｂ）は、それぞれ第１と第２の赤外
線源を交互に励起させる励起信号を示す図。
【図６】（ａ）と（ｂ）は、それぞれ窒素と検出すべき
選択ガスとの存在下での赤外線検出器の電気出力信号を
示した図。
【図７】本発明の光学組立体の一変更態様を示す斜視
図。
【図８】図７の光学組立体の平面図。
【図９】図８の９−９線に沿って切断した断面図。
【図１０】図８の１０−１０線に沿って切断した断面
図。
【図１１】本発明の別の実施例の、図９同様の断面図。
【図１２】図１１の実施例の、図１０同様の断面図。
【図１３】図１１および図１２の光学組立体に用いられ
ているベースプレートの縮小斜視図。
【図１４】図１１および図１２の光学組立体に用いられ
ているベースフレームの縮小平面図。
【図１５】図１１、図１２の実施例の一変更態様の断面
図。
【図１６】図１１、図１２の実施例の別の変更態様の断
面図。
【符号の説明】
１０，３０，４０ ガスセンサ １２，３２ｇ，３２ｇ″ ガスチャンバ １２ｆ ノズル １４，１６ 赤外線源 １４ａ 止めねじ １４ｂ 反射面 １４ｃ ハウジング １７ 励起信号 １８，１８′ 赤外線検出器 １９ 出力信号 ２０ 狭帯域光学フィルタ ２２ 電子装置 ２４，２４′ 回路板 ３２，３２″ カバー部材 ３２ａ 頂壁 ３２ｂ，３２ｃ 側壁 ３２ｄ，３２ｅ 端壁 ３２ｆ フランジ ３２ｋ 光学バッフル ３４ ベースプレート ３４ａ，３４ｂ 赤外線源取付け用の受座 ３４ｍ，３４ｎ 赤外線源受座 ３５ フィルタ組立体 ３５ａ 検出フィルタ ３５ｂ 基準フィルタ ３６ スペーサフレーム ５０，６０ 光学組立体

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 検出すべき選択ガスの濃度を指示する方
    法において、 ガスチャンバ（１２，３２ｇ）を形成する段階と、 ガスチャンバ（１２，３２ｇ）内に電気出力信号を発す
    る赤外線検出器（１８）を配置する段階と、 ガスチャンバ（１２，３２ｇ）内に、検出器（１８）か
    ら第１間隔をおいて第１赤外線源（１４）を配置する段
    階と、 ガスチャンバ（１２，３２ｇ）内に、検出器（１８）か
    ら、第１間隔より小さい第２間隔をおいて第２赤外線源
    （１６）を配置する段階と、 赤外線源（１４，１６）と検出器（１８）との間に、選
    択狭帯域光学フィルタを配置する段階と、 ガスチャンバ（１２，３２ｇ）内へ、選択雰囲気を導入
    する段階と、 第１赤外線源（１４）と第２赤外線源（１６）とを交互
    に励起する段階と、 検出器（１８）が、第１及び第２の赤外線源（１４，１
    ６）の放射に関係する電気信号を比較して、ガスチャン
    バ（１２，３２ｇ）内へ導入された雰囲気内で検出すべ
    き選択ガスの濃度の指示として、選択波長の吸収差を決
    定する段階とを含む、検出すべき選択ガスの濃度を指示
    する方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載された方法において、さ
    らに第１赤外線源（１４）から検出器（１８）へ向かっ
    て放射を集束させる段階を含む方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載された方法において、さ
    らに第１赤外線源（１４）から検出器（１８）へ放射を
    反射させるため、概して平らな光学ミラーを使用する段
    階を含む方法。
  4. 【請求項４】 第１と第２の赤外線源（１４，１６）の
    励起レベルが、選択ガスと共に使用されるに先立って校
    正される、請求項１に記載された方法において、ガスチ
    ャンバ（１２，３２ｇ）内へ選択ガスを導入するに先立
    って、赤外吸収されないガスをガスチャンバ内へ導入
    し、次いで、第１と第２の赤外線源（１４，１６）に関
    連する検出器出力信号が、互いにほぼ等しくなるまで、
    第１赤外線源（１４）の励起レベルに対し第２赤外線源
    （１６）の励起レベルを調節する段階を含む方法。
  5. 【請求項５】 選択ガスの濃度を指示するガスセンサ装
    置において、 ガスチャンバ（１２，３２ｇ）と、 選択雰囲気をガスチャンバ（１２，３２ｇ）内へ導入す
    る入口と、 ガスチャンバ（１２，３２ｇ）内に配置され、電気出力
    信号を発する赤外線検出器（１８）と、 赤外線検出器（１８）から第１間隔をおいてガスチャン
    バ内に取付けられた第１赤外線源（１４）と、 赤外線検出器（１８）から第１間隔より小さい第２間隔
    をおいてガスチャンバ内に取付けられた第２赤外線源
    （１６）と、 赤外線検出器（１８）と、第１および第２の赤外線源
    （１４，１６）との間に配置された狭帯域光学フィルタ
    （２０）と、 第１と第２の赤外線源（１４，１６）を交互に励起し
    て、第１と第２の赤外線源（１４，１６）に関係する赤
    外線検出器（１８）の電気出力信号を比較する装置とを
    含んでいるガスセンサ装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載されたガスセンサ装置に
    おいて、ガスチャンバ（３２ｇ）が、基準平面に対しそ
    れぞれ選択角度で配置された第１と第２の端壁（３２
    ｄ，３２ｅ）を有する皿状のカバー部材（３２）を含
    み、第１赤外線源（１４）が、第１赤外線源から第１端
    壁（３２ｄ）へ向けられる放射を集束させる集束面を含
    み、第１端壁の角度（α）は、第１赤外線源（１４）か
    らの放射が第２端壁（３２ｅ）へ反射されるように選択
    され、かつ第２端壁（３２ｅ）の角度（β）は、第１端
    壁（３２ｄ）から反射された放射が赤外線検出器（１
    ８）へ向けて反射されるように選択されているガスセン
    サ装置。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載されたガスセンサ装置に
    おいて、基準平面に対して第１と第２の端壁（３２ｄ，
    ３２ｅ）の選択角度が、いずれも４５度であるガスセン
    サ装置。
  8. 【請求項８】 請求項５に記載されたガスセンサ装置に
    おいて、回路板（２４，２４′）が更に含まれており、
    かつまた第１と第２の赤外線源（１４，１６）が、回路
    板（２４，２４′）に直接にろう接されたリード線を有
    しているガスセンサ装置。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載されたガスセンサ装置に
    おいて、赤外線検出器（１８）が、回路板（２４，２
    ４′）に直接にろう接されたリード線を有しているガス
    センサ装置。
  10. 【請求項１０】 ガスの濃度を指示するためのガスセン
    サ装置において、 概して平面的な第１面と、第１面上に受容され光学的反
    射面を有しガスチャンバ（３２ｇ）を形成する概して皿
    状の第２のカバー部材（３２ａ）とが含まれ、該カバー
    部材が頂壁（３２ａ）と第１および第２の対向端壁（３
    ２ｄ，３２ｅ）とを有しており、さらに、 ガスチャンバ（３２ｇ）へのガス入口と、 第１端壁（３２ｄ）に隣接配置された赤外線源（１４）
    と、 赤外線源（１４）から選択された間隔をおいて第２端壁
    （３２ｅ）に隣接配置された赤外線検出器（１８）とが
    含まれているガスセンサ装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載されたガスセンサ装
    置において、端壁（３２ｄ，３２ｅ）が概して平面的で
    あるガスセンサ装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１０に記載されたガスセンサ装
    置において、第２端壁（３２ｅ′）が、第１面に対向す
    る凹状形状の湾曲面を有するガスセンサ装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１０に記載されたガスセンサ装
    置において、赤外線源（１４）を受容するための放物形
    凹部（３４ａ，３４ｍ，３４ｎ）が、第１面に形成さ
    れ、かつまた第１面には、赤外線検出器（１８）を受容
    するための縦穴（３４ｃ）が形成されているガスセンサ
    装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載されたガスセンサ装
    置において、第１と第２の端壁（３２ｄ，３２ｅ）が概
    して平面的であり、各端壁が、第１面に対し約４５度の
    各度で配置され、放物形の凹部（３４ａ，３４ｍ，３４
    ｎ）が、第１端壁（３２ｄ）に対し垂直方向に整合して
    おり、縦穴（３４ｃ）が第２端壁（３２ｅ）に対し垂直
    方向に整合しているガスセンサ装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１０に記載されたガスセンサ装
    置において、さらに回路板が含まれており、第１面が回
    路板の頂面を含んでいるガスセンサ装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１０に記載されたガスセンサ装
    置において、更に回路板（２４）と回路板上に取付けら
    れたベースプレート（３４）とが含まれ、第１面が、ベ
    ースプレートの頂面を含んでいるガスセンサ装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１３に記載されたガスセンサ装
    置において、前記放物形の凹部（３４ａ，３４ｍ，３４
    ｎ）が開口を有するように形成されており、さらに回路
    板（２４）が含まれており、また赤外線源がランプ（１
    ６）を含み、該ランプが、回路板（２４）に直接に取付
    けられたリード線を有し、かつ開口を介して放物形凹部
    に受容されており、さらに赤外線検出器（１８）が電気
    リード線を有し、該リード線が、回路板（２４）に直接
    に取付けられ、縦穴に受容されているガスセンサ装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１４に記載されたガスセンサ装
    置において、更に赤外線源から第１間隔より小さい第２
    間隔をおいてガスチャンバ（３２ｇ″）内に配置された
    第２赤外線検出器（１８′）が含まれており、光学的に
    半反射性で半透過性のバッフルが、第２赤外線検出器
    （１８′）と整合する頂壁部から下方へ延在しているガ
    スセンサ装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１０に記載されたガスセンサ装
    置において、さらに回路板（２４）とベースプレート
    （３４）とが含まれており、前記第１面がベースプレー
    ト（３４）の頂面を含み、ベースプレート（３４）に
    は、赤外線源を受容するための放物形凹部（３４ａ，３
    ４ｍ，３４ｎ）が形成され、さらにベースプレート（３
    ４）には、赤外線検出器（１８）を受容するための縦穴
    が形成され、ベースプレート（３４）と回路板（２４）
    との間には、ベースフレーム（３６）が配置され、これ
    により放物形凹部と縦穴とのための垂直方向の間隔が設
    けられているガスセンサ装置。
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