JPH1123464A - 赤外線吸収方式ガスセンサ - Google Patents
赤外線吸収方式ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH1123464A JPH1123464A JP9215394A JP21539497A JPH1123464A JP H1123464 A JPH1123464 A JP H1123464A JP 9215394 A JP9215394 A JP 9215394A JP 21539497 A JP21539497 A JP 21539497A JP H1123464 A JPH1123464 A JP H1123464A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- infrared
- infrared rays
- gas sensor
- shutter
- bpf
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- Pending
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の赤外線吸収方式ガスセンサでは、低消
費電力，高信頼性，長寿命，小型化のため構成要素であ
る赤外線源をスイッチングしていた。しかし、赤外線源
の熱応答特性が遅く、高速度のガス検出時には感度が低
下するという課題を有していた。 【解決手段】 本発明の赤外線吸収方式ガスセンサで
は、従来の赤外線吸収方式ガスセンサに於ける赤外線源
の応答特性を改善するため、赤外線源自体をスイッチン
グすることにより放射された遅延領域を含む断続赤外線
を、適当なタイミングを取り開閉する光シャッタへ透過
させる構成とした赤外線放射方式を用いる。 【効果】 本発明の赤外線吸収方式ガスセンサは、周波
数特性の良い断続赤外線放射方式を用いているので、ガ
ス検出が高い周波数まで高感度で行われるという効果が
ある。
費電力，高信頼性，長寿命，小型化のため構成要素であ
る赤外線源をスイッチングしていた。しかし、赤外線源
の熱応答特性が遅く、高速度のガス検出時には感度が低
下するという課題を有していた。 【解決手段】 本発明の赤外線吸収方式ガスセンサで
は、従来の赤外線吸収方式ガスセンサに於ける赤外線源
の応答特性を改善するため、赤外線源自体をスイッチン
グすることにより放射された遅延領域を含む断続赤外線
を、適当なタイミングを取り開閉する光シャッタへ透過
させる構成とした赤外線放射方式を用いる。 【効果】 本発明の赤外線吸収方式ガスセンサは、周波
数特性の良い断続赤外線放射方式を用いているので、ガ
ス検出が高い周波数まで高感度で行われるという効果が
ある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般家庭，ビル等の生
活空間に存在するガスや、工場のプロセスガス等のガス
濃度を検出するために用いる赤外線吸収方式ガスセンサ
に関する。
活空間に存在するガスや、工場のプロセスガス等のガス
濃度を検出するために用いる赤外線吸収方式ガスセンサ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】赤外線吸収方式ガスセンサは様々な構成
が提案されているが、どの構成に於いてもガス検出原理
は同一である。即ち、被検出ガス分子の結合手の振動エ
ネルギに相当する光子エネルギを有する波長の光のみが
選択的に吸収され、この吸収量とガス濃度との間に比例
関係があることを用いている。この原理に基づき、赤外
線吸収方式ガスセンサの構成として、過去の文献，特許
等で述べられているように図３のような構成が一般的に
用いられている。この構成に於ける動作は、昇温された
赤外線源より放射された赤外線が機械式のチョッパによ
り断続された後、ガスセル内でガス濃度に応じた吸収が
なされた後、ガス分子に固有の吸収波長のみを透過する
Ｂ．Ｐ．Ｆ．（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）に
より選択され、赤外線センサに入射しセンサ信号の測定
により赤外線吸収量，即ちガス濃度の検出が可能とな
る。この構成に於ける問題点として、赤外線源を昇温さ
せているので消費電力が大となること，モータ回転によ
る機械式チョッパを用いているので低信頼性，短寿命，
装置の大型化の課題がある。上記の課題を解消するた
め、図４に示す構成の赤外線吸収方式ガスセンサが一部
実用化されている。この構成では、機械式チョッパを無
くし、赤外線源自体をスイッチングすることにより断続
赤外線光を得ている。この構成では前述の構成に比較
し、消費電力の低減化，高信頼性化，長寿命化，小型化
が実現されているが、赤外線源自体の温度を上げ下げす
るので、赤外線源の熱容量に伴う低応答特性に起因し、
ガス検出の応答速度の劣化の問題点が残される。加え
て、スイッチングスピードの上昇と共に、赤外線源のサ
ーマルレスポンスが著しく劣化し降温時温度が充分に室
温まで下らなくなり、電源のＯＮ／ＯＦＦによる熱線の
コントラストが充分得られず、ガス検出の感度が低下す
るという課題も残される。
が提案されているが、どの構成に於いてもガス検出原理
は同一である。即ち、被検出ガス分子の結合手の振動エ
ネルギに相当する光子エネルギを有する波長の光のみが
選択的に吸収され、この吸収量とガス濃度との間に比例
関係があることを用いている。この原理に基づき、赤外
線吸収方式ガスセンサの構成として、過去の文献，特許
等で述べられているように図３のような構成が一般的に
用いられている。この構成に於ける動作は、昇温された
赤外線源より放射された赤外線が機械式のチョッパによ
り断続された後、ガスセル内でガス濃度に応じた吸収が
なされた後、ガス分子に固有の吸収波長のみを透過する
Ｂ．Ｐ．Ｆ．（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）に
より選択され、赤外線センサに入射しセンサ信号の測定
により赤外線吸収量，即ちガス濃度の検出が可能とな
る。この構成に於ける問題点として、赤外線源を昇温さ
せているので消費電力が大となること，モータ回転によ
る機械式チョッパを用いているので低信頼性，短寿命，
装置の大型化の課題がある。上記の課題を解消するた
め、図４に示す構成の赤外線吸収方式ガスセンサが一部
実用化されている。この構成では、機械式チョッパを無
くし、赤外線源自体をスイッチングすることにより断続
赤外線光を得ている。この構成では前述の構成に比較
し、消費電力の低減化，高信頼性化，長寿命化，小型化
が実現されているが、赤外線源自体の温度を上げ下げす
るので、赤外線源の熱容量に伴う低応答特性に起因し、
ガス検出の応答速度の劣化の問題点が残される。加え
て、スイッチングスピードの上昇と共に、赤外線源のサ
ーマルレスポンスが著しく劣化し降温時温度が充分に室
温まで下らなくなり、電源のＯＮ／ＯＦＦによる熱線の
コントラストが充分得られず、ガス検出の感度が低下す
るという課題も残される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の赤
外線吸収方式ガスセンサに於いて、メカチョッパを用い
た構成では赤外線源の常時昇温による消費電力大，メカ
チョッパによる低信頼性，短寿命，大型化の課題があ
る。一方、この改良タイプである赤外線源自体をスイッ
チングする構成では、これら問題点の大半が解消されて
いるが赤外線源の低応答特性に起因するガス検出時間の
応答性劣化の問題点が残される。本発明では、これらの
問題点を総て解消し、従来方式に比較し低消費電力，高
信頼性，長寿命，小型且つ高速応答性の赤外線吸収方式
ガスセンサを提供することを目的とする。
外線吸収方式ガスセンサに於いて、メカチョッパを用い
た構成では赤外線源の常時昇温による消費電力大，メカ
チョッパによる低信頼性，短寿命，大型化の課題があ
る。一方、この改良タイプである赤外線源自体をスイッ
チングする構成では、これら問題点の大半が解消されて
いるが赤外線源の低応答特性に起因するガス検出時間の
応答性劣化の問題点が残される。本発明では、これらの
問題点を総て解消し、従来方式に比較し低消費電力，高
信頼性，長寿命，小型且つ高速応答性の赤外線吸収方式
ガスセンサ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】本発明では、前述の図４
に示した赤外線源をＯＮ／ＯＦＦするタイプの赤外線吸
収方式ガスセンサの構成に於いて、赤外線源の応答速度
を改善するため、赤外線源自体をスイッチングすること
により放射された遅延領域を含む断続赤外線を赤外線源
と同期し開閉する固体式の光シャッタへ入射させる構成
とした赤外線源を用いる。図２に本発明で用いる赤外線
源の各部に於ける赤外線量の応答性を示した。赤外線源
自体をスイッチングすることにより得られる赤外線の応
答特性は、立上がり及び立下がり時に遅延領域を含むも
のである。この赤外線を固体式光シャッタに入射させ、
赤外線源のＯＮ／ＯＦＦに同期させ高速応答可能な固体
式光シャッタを開閉することにより、赤外線の遅延領域
部を除去する。
に示した赤外線源をＯＮ／ＯＦＦするタイプの赤外線吸
収方式ガスセンサの構成に於いて、赤外線源の応答速度
を改善するため、赤外線源自体をスイッチングすること
により放射された遅延領域を含む断続赤外線を赤外線源
と同期し開閉する固体式の光シャッタへ入射させる構成
とした赤外線源を用いる。図２に本発明で用いる赤外線
源の各部に於ける赤外線量の応答性を示した。赤外線源
自体をスイッチングすることにより得られる赤外線の応
答特性は、立上がり及び立下がり時に遅延領域を含むも
のである。この赤外線を固体式光シャッタに入射させ、
赤外線源のＯＮ／ＯＦＦに同期させ高速応答可能な固体
式光シャッタを開閉することにより、赤外線の遅延領域
部を除去する。
【０００５】
【作用】赤外線源のスイッチングにより放射される断続
赤外線の遅延領域を除去できるので、より駆動電源波形
に近いシャープな矩形波となり、高い周波数まで微分型
焦電性赤外線検出器でも応答可能となる。また、高周波
数となると赤外線源降温時に完全に温度が室温まで降下
しないので、若干量の赤外線が放射されるが、この赤外
線も光シャッタ閉により遮断でき、ＯＮ／ＯＦＦのコン
トラスト比の高い赤外線源を実現できる。以上より、こ
の赤外線源を用いた本発明の赤外線吸収方式ガスセンサ
では、最も普及している焦電型赤外線検出器が微分型出
力素子なので、高感度で高速応答性を達成できるという
作用がある。
赤外線の遅延領域を除去できるので、より駆動電源波形
に近いシャープな矩形波となり、高い周波数まで微分型
焦電性赤外線検出器でも応答可能となる。また、高周波
数となると赤外線源降温時に完全に温度が室温まで降下
しないので、若干量の赤外線が放射されるが、この赤外
線も光シャッタ閉により遮断でき、ＯＮ／ＯＦＦのコン
トラスト比の高い赤外線源を実現できる。以上より、こ
の赤外線源を用いた本発明の赤外線吸収方式ガスセンサ
では、最も普及している焦電型赤外線検出器が微分型出
力素子なので、高感度で高速応答性を達成できるという
作用がある。
【０００６】
【実施例】図１は本発明の赤外線吸収方式ガスセンサの
一実施例を示す構成図である。図に於いて（１）は、ニ
クロムヒータなどの赤外線光源，（２）は透明電気光学
セラミックスＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ３）等を用いた固体式の光シャッタ，（３）は被検出
ガスを導入するためのガスセル，（４）はガス固有の吸
収波長のみを透過するＢＰＦ，（５）はリファレンスの
ため吸収波長に近接する非吸収波長のみを透過するＢＰ
Ｆ，（６），（７）は焦電型等の赤外線検出器，（８）
は差動増幅回路，（９）は同期検波回路，（１０）は濃
度表示回路，（１１），（１２）は赤外線源用及び光シ
ャッタ用スイッチング回路，（１３），（１４）は赤外
線源用及び光シャッタ用電源，（１５）は発振回路であ
る。次に、この実施例について被検知ガスを炭酸ガスと
し、その動作について図１に基づき説明する。赤外線源
（１）は、（１５）の発振器からの信号に同期しＯＮ／
ＯＦＦを繰り返す。一方、固体式シャッタ（２）も同様
に（１５）からの信号に同期し開閉する。赤外線源
（１）から放射される赤外線は、図２で示した様な遅延
領域を含んだ波形を示すが、固体式光シャッタ（２）の
矩型波に近い透過率の応答波形により遅延領域が除去さ
れ、矩型波に近い赤外線放射波形が得られる。従来の赤
外線源（１）単独の赤外線放射波形より遅延部が除去さ
れた分、単位時間内のエネルギー変位が大きくなり、高
い周波数まで追従可能なことが判る。また、赤外線源
（２）はＯＦＦ時に温度が完全に室温まで降温するわけ
では無く、若干の温度上昇がありこれに伴う赤外線放射
があるが、このときの赤外線放射を固体式光シャッタ
（２）の閉特性で除去できるので、ＯＮ／ＯＦＦのコン
トラスト比の高い断続赤外線光をガス測定用透過光とし
て得ることができる。この後、赤外線はガスセル（３）
を通過し、ガス濃度に応じた赤外線吸収がされ、（４）
のＢＰＦに於いて炭酸ガスの場合は吸収波長である４．
３μｍの成分のみ透過し、（５）のＢＰＦに於いてこれ
に隣接する非吸収波長である３．９μｍの成分が透過
し、微分型赤外線検出器（６），（７）へ入射する。検
出器からの信号は（８）の差動増幅回路により差信号が
得られ、（９）の同期検波回路により（１５）の発振器
に同期した同期検波出力が得られ、この信号を（１０）
により処理することにより炭酸ガス濃度に対応した表示
出力が得られる。
一実施例を示す構成図である。図に於いて（１）は、ニ
クロムヒータなどの赤外線光源，（２）は透明電気光学
セラミックスＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ３）等を用いた固体式の光シャッタ，（３）は被検出
ガスを導入するためのガスセル，（４）はガス固有の吸
収波長のみを透過するＢＰＦ，（５）はリファレンスの
ため吸収波長に近接する非吸収波長のみを透過するＢＰ
Ｆ，（６），（７）は焦電型等の赤外線検出器，（８）
は差動増幅回路，（９）は同期検波回路，（１０）は濃
度表示回路，（１１），（１２）は赤外線源用及び光シ
ャッタ用スイッチング回路，（１３），（１４）は赤外
線源用及び光シャッタ用電源，（１５）は発振回路であ
る。次に、この実施例について被検知ガスを炭酸ガスと
し、その動作について図１に基づき説明する。赤外線源
（１）は、（１５）の発振器からの信号に同期しＯＮ／
ＯＦＦを繰り返す。一方、固体式シャッタ（２）も同様
に（１５）からの信号に同期し開閉する。赤外線源
（１）から放射される赤外線は、図２で示した様な遅延
領域を含んだ波形を示すが、固体式光シャッタ（２）の
矩型波に近い透過率の応答波形により遅延領域が除去さ
れ、矩型波に近い赤外線放射波形が得られる。従来の赤
外線源（１）単独の赤外線放射波形より遅延部が除去さ
れた分、単位時間内のエネルギー変位が大きくなり、高
い周波数まで追従可能なことが判る。また、赤外線源
（２）はＯＦＦ時に温度が完全に室温まで降温するわけ
では無く、若干の温度上昇がありこれに伴う赤外線放射
があるが、このときの赤外線放射を固体式光シャッタ
（２）の閉特性で除去できるので、ＯＮ／ＯＦＦのコン
トラスト比の高い断続赤外線光をガス測定用透過光とし
て得ることができる。この後、赤外線はガスセル（３）
を通過し、ガス濃度に応じた赤外線吸収がされ、（４）
のＢＰＦに於いて炭酸ガスの場合は吸収波長である４．
３μｍの成分のみ透過し、（５）のＢＰＦに於いてこれ
に隣接する非吸収波長である３．９μｍの成分が透過
し、微分型赤外線検出器（６），（７）へ入射する。検
出器からの信号は（８）の差動増幅回路により差信号が
得られ、（９）の同期検波回路により（１５）の発振器
に同期した同期検波出力が得られ、この信号を（１０）
により処理することにより炭酸ガス濃度に対応した表示
出力が得られる。
【０００７】
【発明の効果】以上のように、本発明の赤外線吸収方式
ガスセンサではオールソリッドステートの構造となって
いるため、低消費電力，高信頼性，長寿命，小型化が実
現されていることに加え、赤外線源と固体式光シャッタ
を用いた赤外線放射方式となっているため、ガス検出が
高い周波数まで高感度で行われるという効果がある。
ガスセンサではオールソリッドステートの構造となって
いるため、低消費電力，高信頼性，長寿命，小型化が実
現されていることに加え、赤外線源と固体式光シャッタ
を用いた赤外線放射方式となっているため、ガス検出が
高い周波数まで高感度で行われるという効果がある。
【図１】本発明の赤外線吸収方式ガスセンサの構成図で
ある。
ある。
１ 赤外線源 ２ 固体式光シャッタ ３ ガスセル ４ 検出用ＢＰＦ ５ 比較用ＢＰＦ ６ 赤外線検出器 ７ 赤外線検出器 ８ 差動増幅回路 ９ 同期検波回路 １０ 表示回路 １１ 赤外線源スイッチング回路 １２ 固体式光シャッタスイッチング回路 １３ 赤外線源用電源 １４ 固体式光シャッタ用電源 １５ 発振器
【図２】本発明の赤外線吸収方式ガスセンサに用いる赤
外線源と光シャッタを複合させた赤外線放射方式に於け
るタイムチャートを示す。
外線源と光シャッタを複合させた赤外線放射方式に於け
るタイムチャートを示す。
【図３】従来の機械式チョッパを用いた方式の赤外線吸
収方式ガスセンサの構成図である。
収方式ガスセンサの構成図である。
１ 赤外線源 ２ 機械式チョッパ ３ ガスセル ４ 検出用ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅ
ｒ） ５ 比較用ＢＰＦ ６ 赤外線検出器 ７ 赤外線検出器
ｒ） ５ 比較用ＢＰＦ ６ 赤外線検出器 ７ 赤外線検出器
【図４】従来の赤外線源をスイッチングする方式の赤外
線吸収方式ガスセンサの構成図である。
線吸収方式ガスセンサの構成図である。
１ 赤外線源 ２ 赤外線源ＯＮ／ＯＦＦ回路 ３ ガスセル ４ 検出用ＢＰＦ ５ 比較用ＢＰＦ ６ 赤外線検出器 ７ 赤外線検出器
Claims (1)
- 【請求項１】 赤外線光をスイッチングさせ、このタイ
ミングに＋，−（前，後）のシフトを設けて同期させ、
開閉する光シャッタを透過させ、赤外線検出器に入るエ
ネルギー波形を改善した事を特徴をする赤外線吸収方式
ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9215394A JPH1123464A (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 赤外線吸収方式ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9215394A JPH1123464A (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 赤外線吸収方式ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1123464A true JPH1123464A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16671599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9215394A Pending JPH1123464A (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 赤外線吸収方式ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1123464A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003057177A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-26 | Horiba Ltd | 赤外線ガス分析計 |
| WO2017061094A1 (ja) * | 2015-10-07 | 2017-04-13 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | センサ |
| JP2018159639A (ja) * | 2017-03-23 | 2018-10-11 | 株式会社豊田中央研究所 | 光通過回数調整装置、光通過回数調整方法、及び濃度算出装置 |
| JP2019184277A (ja) * | 2018-04-03 | 2019-10-24 | 株式会社豊田中央研究所 | 濃度測定装置及び濃度測定方法 |
-
1997
- 1997-07-04 JP JP9215394A patent/JPH1123464A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003057177A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-26 | Horiba Ltd | 赤外線ガス分析計 |
| WO2017061094A1 (ja) * | 2015-10-07 | 2017-04-13 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | センサ |
| JP2018159639A (ja) * | 2017-03-23 | 2018-10-11 | 株式会社豊田中央研究所 | 光通過回数調整装置、光通過回数調整方法、及び濃度算出装置 |
| JP2019184277A (ja) * | 2018-04-03 | 2019-10-24 | 株式会社豊田中央研究所 | 濃度測定装置及び濃度測定方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |