JPS60187845A - エタンガス濃度の測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、測定地点から遠く離れている箇所でのエタン
ガス濃度の測定に好適なガス濃度測定法およびその装置
に関するものである。

エタンガスはＬＮＧやＬＰＧに含まれるガスで、これら
は燃料用ガスとして、又、石油化学での有用なガスとし
て利用されるガスで、これらのガスを増扱う場合は、そ
の漏洩に充分注意しないと重大な事故−工場爆発や人身
事故−を起しかねない。

実際に、タンカーなどでのガス爆発や火災事故は毎年発
生している。このためにはメタンやプロパンの有用な漏
洩検知、警報器の開発が望まれ、我々は既に特許出願し
た（特願昭５８−２０５９９３プロパンガス濃度のＪｌ
ｌｌｌｌ法定よびその装置、特願昭５７−１８８８３６
　、特願昭５８−８８７７０　、特願昭５８−１３８７
２７メタンガス濃度の測定法と装置に関する特許出願）
。今回、さらにメタンやプロパンガスにとどまらずエタ
ンガスも独立に検知、警報できるならばさらに安全性は
高まるとの認識からエタンガスの検知方法とその装置に
ついて検討し、以下に述べる方法、装置が有効であるこ
とを確かめた。

なお、上述のガス検知を考えた場合、Ｏｆ燃性、爆発性
のガスであるため、その検知方式としては着火源をもた
ない木質的な防爆構造、方式であって、かつ集中監視室
からの遠隔測定が確実に実施できることが望まれる。

従来より用いられている半導体式ガスセンサや燃焼式ガ
スセンサ、光干渉式検知方法等ではガスの選択検知や動
作の安定性、湿度の影響、稀薄ガスの検知等々で問題が
あり、さらに保守の面で考慮しなければならない点があ
った。また、遠隔監視、遠隔測定の場合、電気信号が送
受されるので電磁誘導による誤報やケーブルの損傷によ
る事故誘発などの危険性も無視することができなかった
。

本発明は、以」二のような４■情に鑑みてなされたもの
であって、エタンガスの漏出を確実に、迅速に検知して
警報を発することにより、エタンガスのみならず、エタ
ンカスを含むナチュラルガスなとの漏出がわかり、厳し
い測定条件下でも信頼性か高く、実時間測定ができ、か
つ極めて遠隔の箇所における測定が可能であると共に事
故誘発などの危険性の全くないエタンガス濃度の測定方
法およびその装置を提供するものである。

以下図面を参照しながら本発明のエタンガス濃度のＡ１
１１定方法およびその装置の詳しい内容を説明する。

本発明は、近年光通信用として開発された例えばイー１
英系光フアイバーのような光ファイ／＜−を利用するも
のである。このような光ファイバーは１．０〜１．８７
１ｍの波長領域では光の伝送損失が低い。一方エタンガ
スは、前記の１．０〜１．８ｇｍの波長帯内においては
、１．６４〜１．７１　ｐ、　ｍ帯のブロードな波長帯
域において特性吸収帯がある。更に上記のエタンガスの
特性吸収帯内において水蒸気（）１２０）および炭酸ガ
ス（ｃｏ２）による光の吸収がほとんどない狭い波長域
が選択できる。

本発明は以」二のような新たな知見にもとづいてなされ
たものである。即ち、エタンガスの特性吸収帯内の波長
帯であって、伝送中、光ファイバーによる損失が少なく
、またＨ２Ｏや００２の影響をほとんど受けることのな
い波長域を選ぶことによって本発明の目的である遠隔の
地点においてエタンガスの濃度を正確に、しかも迅速に
測定できるようにしたものである。

第１図は石英系光ファイバーの０．８〜１．８ルｍの波
長域における伝送損失を示すグラフである。

この図より明らかなように波長１．１〜１．７ｋｍでの
伝送損失は１ｄＢ／ｋｍ以下であり、そして実用的には
可視域から１．８ｐｍまでの波長域の光の伝送に右動で
あることがわかる。この様な低損失の光ファイバーを光
伝送路として用いれば、遠隔地に存在するエタンガス濃
度を吸光光度法によって測定することが目丁能である。

第２図は本発明の対象となるエタンカスの特性吸収を示
す図で、圧力が７８０Ｔｏｒｒ、測定セルの長さが５０
ｃｍ、分解能が３Å以下の分光器で得られた測定結果で
ある。エタンガスの特性吸収波長帯は人きくみると、１
．６４〜１．７１ルｍのブロードな１つの波瓦域とみな
されるが、同図に示されるように個々の波長において、
それぞれの吸収を示し、それが平なりあって特性吸収波
長帯の形成されていることがわかる。この特性吸収波長
帯は発光源の関係から１．７１１Ｌｍまでしか測定して
いないが、この図から１．７１　ｐＬｍ以」−も存在し
、そして１．７５ｇ、ｍ程度まで存在することが推定さ
れる。しかし、本発明ではｈ）１１定により明らかとな
った１、７１　ｇ　ｍまでを４Ｈ’ｌ吸収波長帯として
扱うこととする。

第３図は同ｊＪｉ２長帯近傍のメタンガスの特性吸収波
長（ｔＦを、また、第４図は同波長帯近傍のプロパンガ
スの特性吸収波長帯を示す。メタンガスは６０Ｔｏｒｒ
、セル長０．５ｍのとき、また、第４図のプロパンガス
は２００Ｔｏｒｒ、セル長０．５ｍのとき得られたもの
であるが、その波長帯はメタンガスでは１．６８８　ｇ
　ｍを中心とした１、６６４〜１．８１３９　ｐ−ｍの
シャープな波長帯であって、エタンガスによる特性波長
帯に含まれていること、またプロパンガスでは　１．６
８８〜１．７２ｇｍに特性吸収波長帯があってエタンガ
スのそれと重なることがわかる。これらを参照すると、
エタンガスが単独に存在し、その漏洩検知をする場合に
は第２図の特性吸収波長帯がすべて選べるが、メタンガ
ス、プロパンカスと混在する場合は１．６４〜１．６６
川ｍの特性吸収波長帯を利用すれば４２存するメタンガ
ス、プロパンガスの影響を受けることなくエタンガス濃
度の検知ができることがわかる。すなわち、エタンガス
の濃度を吸光光度法によって測定する場合にはエタンガ
スの特性吸収波長帯の中から少なくとも１つの波長を中
心波長とする狭い帯域の波長帯を選び、これを測定光と
し、これらの光がエタンガスの存存する測定セル（吸収
セル）中を通過した際にどの程度吸収されるかを測定し
、この吸収率からエタンガス濃度を検知することができ
るのである。

ここで、狭い波長帯である測定光は例えば帯域透過フィ
ルターやプリズム等によって選択され、例えば、１．６
４５〜１．［１５０ｐ−ｍの光となる。

に述のような測定波長（狭い波長帯）の光を一つ又は複
数個使ってエタンガスの濃度を吸光光度法によって測定
する場合、参照波長（参照光）として通常エタンガス、
そして共存するメタンガスやプロパンガスの特性吸収波
長帯以外の波長帯である、例えば１．６０〜１．８４　
ｇ　ｍ帯が選ばれる。つまりエタンガスの存在により光
が吸収されない波長域から参照波長を選ぶ必要がある。

しかもＨ２Ｏ（水蒸気）やＣ０２（炭酸カス）の存在も
懸念されるので、これらの影響（吸収）をほとんど受け
ない波長帯を参照波長として選ぶ。参照波長も測定波長
と同様に１つ又は複数の波長を中心波長とする狭い波長
帯が選ばれる。

以上のようにして選ばれた測定波長と参照波長を用いて
測定セルを通過した後の夫々の波長での光強度を測定す
る。これらの７１１１１定価の中から、測定波長での測
定値と参照波長での測定値の比を一つ又は、複数個求め
、これと既知の濃度のエタンガスにもとづき予めめてお
いた、吸収率と濃度との関係をもとにして測定すべきエ
タンカスの濃度をめることが出来る。

このような本発明の測定方法によれば、選択された測定
波長と参照波長が夫々一つであっても従来のガス検知法
に比べて高い精度で又高い信頼性の結果が得られる。し
かし測定波長、参照波長のいずれか一方または両方に一
つ以上の波長帯の光を用いれば一層高い精度および信頼
度の測定結果が得られる。それは、複数の波長を選択す
ることによって複数の吸光光度比が得られるので、これ
らの値を相Ｖに比較することによってより信頼度の高い
結果が得られると共に、測定装置に原因する誤差やエタ
ンガス以外のカスによる吸収の影響を検知することが可
能となり、これら誤差の原因を除去することによって信
頼性の高い測定が可能になり、また極めて低濃度のエタ
ンガスの検出も可能になるのである。

第５図は、Ｈ２Ｏの吸収波長特性曲線を示すものである
。この図より明らかなように０２０の強い吸収帯は　１
．２〜１．７川ｍにおいては１．３５０〜１．３１３３
ｇｍ波長帯に集中している。したがってこの波長帯を除
けばＨ２Ｏの影響の少ない測定が可能になる。同様にし
てＣ０２の特性吸収の強い波長帯を除いた波長帯を利用
することによって炭酸ガスの影響の少ない測定が可能に
なる。

以上述べた内容から明らかなように、例えば石莢ガラス
系の光ファイバーを光伝送路として用い、第２図に示し
たエタンガスの特性吸収波長帯、そして第３図、第４図
に示した共存するり脆性ノ高いメタンガス、プロパンガ
スの特性吸収波長帯を除いてエタンガスの特性吸収波長
帯を利用すれば、遠隔地にあるエタンカスの濃度を共存
する■−述カスやＨ２Ｏ（水蒸気、水分）、　００２の
影響をほとんど受けることなく、又光伝送路における光
損失などの影響もほとんど受けることなく高精度、高信
頼性にて測定ができる。

次に以上詳細に説明した本発明のエタンガス濃度測定方
法にもとづいて構成された本発明の装置について説明す
る。

本発明の詳細な説明の前にその装置に用いられる光源、
すなわちエタンカスの特性吸収波長帯に対応する近赤外
域の光を発光する光源について説明する。この波長域の
光源としては、一般に半導体レーザーダイオード（ＬＤ
）、発光タイオード（ＬＥＤ）　、放電管（キセノンラ
ンプなど）、加熱線などが挙げられる。いずれにしても
測定波長域をカバーする光を連続的に、あるいはパルス
的に発し、しかも発光エネルギー強度の大きいものほど
低濃度ガスの検知ができるので望ましい。

ＬＤは高出力が得られやすく、単色性か強いのでエタン
ガスの特性波長帯のようなブロードな波長帯である場合
は発振波長が選びやすく望ましい。

ただし、電源電圧の変動や温度変化などによる発振波長
の変動がないように留意する必要がある。

又ＬＤを光源として用いる場合は、参照波採用と特性吸
収波長（測定波長）用の少なくとも２つの異なるＬＤを
用いることが必要であるが、帯域透過フィルター等の分
光器を用いる必要はない。尚、特性波長用のＬＤ、ある
いは参照波長用のＬＤの一方又は両方において発光波長
の異なるものを複数用いることによって感度や精度のよ
り高い測定が可能となる。

またしＥＤや放電管などは、出力は低いが出力の安定性
や長寿命性などは良い。又、発光スペクＩ・ルはブロー
ドであるのでこれらの光源を用いる場合には、分光器を
用いて検出波長帯を狭め、所望の特性吸収波長帯や参照
波長帯での選択した波長における変化量をキャンチして
、エタンガス濃度を測定するようにすればよい。この場
合の分光器としては安価な帯域透過フィルター、プリズ
ム等が考えられる。後にのべる本発明の装置の実施例で
は、この帯域透過フィルターが用られている。

この帯域透過フィルターの透過幅は一般に広く、１〜数
ｎｍ程度であり、被１ｆｆｌｌｌ定ガスの特性吸収波長
域が、この透過幅よりも狭い場合は効率的に不利となる
。しかし、エタンガスの特性吸収波長帯は前述のように
ブロードであるので、このような帯域透過フィルターを
用いても測定は充分に行ない得る。

第６図は中心波長が１．６４７５　／１．ｍ、半値幅が
５ｎｍである透過特性がガウス分布型の帯域透過フィル
ターを用い、このフィルターを透過した後の光の強度分
！σを模式的に示した図である。この図において、破線
はエタンガスが光路長５０ｃｍの１ｌｌｌ定セル内に７
８０Ｔｏｒｒの圧力で含まれている場合を表わし、実線
はエタンカスが存在しない場合を示している。この図に
おける各曲線内の面積の差を実線にて囲まれた面積で割
ることによってエタンカスによる吸光比Ａがめられる。

このフィルターは、半値幅が例えば３ｎｍや１０ｎｍの
ものを用いても良い。

続いて本発明のエタンカス濃度の４１１定装置の各実施
例を説明する。第７図は、本発明のエタンガス濃度の測
定装置の第１の実施例の構成を示す図で、測定波長二つ
と参照波長一つを使用して測定を行なうようにした装置
である。この図において１は例えばＬＥＤ等よりなる発
光源、３は発光源ｌより発せられる例えば１．６５ｇ　
ｍ　（半値幅０．１ｇｍ）の光を光結合器２を経て伝送
する低損失の光ファイバー（例えば石莢系光ファ・ｆバ
ー）よりなる光伝送路、４は円筒状体４ａの両端に光結
合器４ｂ、４ｂ’を設けた構造の測定セルで、この測定
セル４の円筒状体４ａは、雰囲気ガス（被測定ガス）の
自然流出入を可能にするために多孔性焼結金属や連続気
孔構造のプラスチックフオームなどにて構成されている
。またこの測定セル４は、−例として光路長（光結合器
４ｂ、４ｂ’間の距＃）が５０〜１００Ｃ１ｎのものか
用いられる。しかし被検知ガスが低い濃度の場合には、
測定セルの光路長を長くしたほうがよい。この場合周知
の多重光路型吸収セル等を用いてもよい。５は測定セル
４よりの光を光結合器４ｂ’　を経て伝送する低伝送損
失の光ファイバー例えば石英系光ファイバー等よりなる
光伝送路、７は光伝送路５により伝送され光結合器６を
通って来る光を第１の光束８と第２の光束ｌＯに分割す
るビームスプリッタ−１９は第１の光束８中に配置され
た第１の帯域透過フィルター、１１は第２の光束１０中
に配置されこれを第３の光束１２と第４の光束１３とに
分割するビームスプリンター、１４は第３の光束１２中
に配置された第２の帯域透過フィルター、１５は第４の
光束１３中に配置された第３の帯域透過フィルターであ
る。これらの帯域透過フィルター９．１４．１５は、例
えば薄膜による光の干渉作用を利用した干渉フィルター
で、多層膜干渉フィルターが好適に用いられ、中心波長
の透過率が出来る限り高く半値幅が２〜５ｎｍと狭いも
のが望ましい。そして例えば第１の帯域透過フィルター
８の中心波長は１．８４７５　ｐ−ｍ　、第２の帯域透
過フィルター１４の中心波長は１．ｆ３７５ｐｍ（逆に
第１の帯域透過フィルター９の中心波長が１．６７５　
ｇ　ｍで第２の帯域透過フィルター１４の中、し波長が
１．６４７５ｇ、ｍでもよい）つまりエタンガスの特性
吸収波長帯内の波長で測定波長に選定された波長である
。また第３の帯域透過フィルター１５は、エタンガスの
特性吸収波長以外の波長（参照波長）で例えば１．８１
０　ＪＬｍが選ばれる。尚これらフィルターの中心波長
は、当然ながらＨ２Ｏ，ＣＯ２の特性吸収を示さない波
長が選ばれる。

更にＩＥＩ、１７．１８は夫々第１．第３．第４の光路
８　、１２　。

１３中に配置された第１．第２．第３．の光検出器で、
アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）　、フォトダ
イオード（ＰＤ）　（例えばＧｅ半導体又はＰｂＳ検出
器）等が用いられる。１９，２０．２１は増幅器、２２
は各光検出器１８　、１？　、　１８よりの電気信号で
夫々増幅器１ｆ３．２０　。

２１にて増幅された信号をもとにして被検知ガスの吸光
比更に被検知ガスの濃度をめるための演算等を行なう信
号処理装置である。

以上述べたような構成の第１の実施例において、光源１
よりの光は、光結合器２を通り光伝送路３により伝送さ
れて測定セル４へ送られる。この測定セル４の円筒状体
４ａは、前述のように雰囲気ガスが流出入し得る構造で
あるので、これを測定すべき個所に置けばその個所の雰
囲気ガスにて満たされる。したがって光源１よりの光は
、測定セル４内の雰囲気ガスにより吸収を受けた後に光
伝送路５により伝送される。続いてビームスプリッタ−
７にて分割された光のうち第１の光束８は、第１の帯域
透過フィルター８により測定波長である１、６４７５　
ｇ　ｍを中心波長とする狭い帯域の光のみが透過され第
１の光検出器１６にて受光されその受光量に対応した電
気信号として出力され増幅器１８にて増幅されてから信
号処理装置２２へ入力される。

同様にしてビームスプリッタ−７，１１にて分けられた
第３の光束１２は第２の帯域透過フィルター１４により
他の測定波長である１、８７５ｇｍを中心波長とする狭
い帯域の光のみが透過され、第２の光検出器１７にて受
光されその出力信号は増幅器２０にて増幅されてから信
号処理装置２２へ入力される。

更にビームスプリッタ−７，１１にて分けられた第４の
光束１３は、第３の帯域透過フィルター１５により参照
波長である１、６１０　ｐ、　ｍを中心波長とする狭い
帯域の光のみが透過され第３の光検出器１８にて検出さ
れその出力信号は増幅器２１にて増幅されてから信号処
理装置２２に入力される。

このように信号処理装置２２に入力された各電気信号の
うち第１の光検出器１６よりの電気信号と第３の光検出
器１８よりの電気信号との比がめられる。つまり測定波
長１．Ｅ１４７５　ｐ、　ｍと参照波長１．８１ＯｐＬ
ｍでのエタンガスの吸光比Ａ、がめられる。これと予め
標準のエタンガスをもとにしてめられた吸光比ＡＯとエ
タンガス濃度ＰＯとの関係から、演初処理によって測定
セル内に存在する気体中のエタンガス濃度の測定値Ｐ１
が得られる。

同様にして第２の光検出器■７よりの電気信号と第３の
光検出器１８よりの電気信号にもとづいて、他の測定波
長１．６７５ルｍと参照波長１．ｆ３１０ｇ　ｍとの比
から波長１．６７５　ｐ、　ｍでの吸光比Ａ２がめられ
、これをもとに演算によってエタンガス濃度Ｐ２が得ら
れる。

このようにしてめられた二つの異なる測定波長にもとづ
く二つのエタンガス濃度の測定値が比較され、両名が誤
差の範囲内である場合には、これらの値の平均値また！
±必要に応じて最大値。

最小値が、測定地点でのエタンガス濃度として表示器２
３に表示される。また両側定値の間に所定値以上の偏差
がある場合には、この偏差が測定セル内にはエタンガス
以外のカス例えばプロパンガスや他の炭化水素系ガスが
含まれていて、このガスの特性吸収波長と重なった結果
生じたのかあるいは測定装置の光結合器６以降の部分即
ちビームスプリッタ−９，１４，１５、光検出器１６．
１？、＋８、増幅器１９．２０．２１に異常を生じたこ
とを意味するのかのどちらかであるのでその旨の表示が
表示器２３に示される。この場合、光結合器６とビーム
スプリッタ−７との間にテスト用の発光源を設け、１ニ
記の異常時に光結合器６からの光を遮断し、このテスト
用の発光源を発光させて測定装置自体の異常を判断し得
るようにすれば、少なくともビームスプリッタ−以降の
光、電気系統での異常は検知できるので、装置の信頼性
は上がる。

ビームスプリッタ−７以降の光、電気系統に異常が認め
られない場合はエタンガスと混在しやすいプロパンガス
での光吸収による？測定波長でのガス濃度の相違が生じ
たものと考えられ、第２図、第４図の比較から測定波長
１．８７５ｐｍでのガス濃度検知においてプロパンカス
の影響が表われているものと推定される。このことから
、１．６４７５ｇｍの測定波長におけるガス濃度を正し
いものと考え、ＩＪ７５　＃Ｌ　ｍでは（エタンガス＋
プロパンガス）の混合ガスの濃度と考えてプロパンガス
濃度をめることも可能となる。

第８図は、本発明のエタンガス濃度の測定装置のｆＪｒ
Ｊ２の実施例の構成を示す図である。この第２の実施例
は、測定セル４を出て光伝送路５にて伝送された光を光
分岐路２４によって三つの光束に分割し１分割された各
光束は、夫々光結合器２５，２Ｊ２７およびチョッパー
２８を経て第１．第３．第２の帯域透過フィルター８．
１５．１４を透過して第１．第３．第２の光検出器ＩＢ
、＋８，１？にて受光され、これら光検出器からの電気
信号のうち第１の光検出器１６と第３の光検出器１８よ
りの電気信号は共に増幅器２８にて増幅されて信号処理
装置？２へ入力され、また第２の光検出器１７と第３の
光検出器１８よりの電気信号は増幅器３０にて増幅され
てから信号処理装置２２へ入力される点で第１の実施例
と相違している。その他の構成はｉｌの実施例と実質的
に同じであるので、同一機能の部分に対しては同一の符
合を付して図示した。

この第２の実施例は、チョッパー２８を用いたことによ
って各光検出器からの出力電気信号が交流となるので、
増幅等が容易となる利点を有している。

なお、これら実施例において、光源ｌからの光を光分岐
路により複数の光束に分割し、これら光束を別々の光伝
送路により異なる複数地点におかれた測定セルに導くよ
うにすれば、異なる複数の地点での被検知ガス濃度を同
時に測定し得るような構成にすることも出来る。

第９図は、本発明のエタンガス濃度の測定装置の第３の
実施例を示すものである。この第３の実施例は、信号処
理装置としてマイクロコンピュータ−を用いることによ
って、この信号処理装置２２よりの信号にもとづいてＬ
ＥＤよりなる光源１を連続発光でなくパルス発光させる
点と、各帯域透過フィルター９．１４．１５を回転セク
ター３１に配置してこれらフィルターを透過する測定波
長、参照波長の光が光検出器１６に交互に（時間をずら
して順次）入射せしめるようにして光検出器および増幅
器が一つのみにて構成し得るようにした点において前述
の実施例１．２と異なっている。即ち、信号処理装置２
２よりの信号にもとづいてパルス発光した光源１よりの
光は、測定セル４を通って光伝送路５により伝送され光
結合器６を通ってから、回転セクター３１の回転により
順次時間間隔をおいて第１の帯域透過フィルター８を透
過して光検出器１６へ、第２の帯域透過フィルター１４
を透過して光検出器１８へ、第３の帯域透過フィルター
１５を透過して光検出器１６へ入射される。これにもと
づいて光検出器１６より各帯域透過フィルターの透過帯
域に応じた測定波長、参照波長に対する電気信号が１１
「１次出力され増幅器１９により増幅されてから信号処
理装置２２へ人力される。３２，３３．３４は回転セク
ター３１の近傍に設置されたフォトダイオードなどの受
光器とランプとからなる同期信号発生器で、この同期信
号発生器３２，３３．３４より信号処理装置２２へ入力
される信号によって増幅器１８より入力された電気信号
がどの信号であるかを判別し、それにもとづいて前述の
各実施例と同様の演算により被検知ガス濃度をめる０以
上の他は前述の実施例と実質的に同じである。この実施
例で、光検出器、増幅器が夫々一つで済む等安価に構成
し得る。特に最近ではマイクロコンピュータ−の普及が
めざましく廉価になっているので実用］二極めて有効で
ある。

第１０図は、本発明のエタンガス濃度測定装置の第４の
実施例を示す図である。この第４の実施例は、発光源と
してＬＤを用いたもので、例えばエタンガスの特性吸収
波長帯内の波長である　１．８４７ｐｍを発光の中心波
長とする第１の発光源１ａを測定波長用発光源とし、エ
タンガス特性吸収波長以外の波長である１、８１０７ｈ
ｍを発光の中心波長とする第２の発光源１ｂを参照波長
用発光源とする二つの発光源を用いることによって多層
膜干渉フィルター等の帯域透過フィルター（分光器）を
用いない構成とした点でこれまで述べた他の実施例と異
なっている。

またこの第４の実施例では、第１の発光源１ａと第２の
発光源１ｂの前にチョッパー２８を配置しこれら発光源
よりの光を交互に光伝送路３ａ又は３ｂ、光伝送路３Ｃ
を通して測定セル４に導いている。更にチョンハー２８
の近傍にランプとフォトダイオード等の受光器とよりな
る同期信号発生器３２を配置し、この同期信号発生器３
２よりの出力信号を信号処理装２７２２に入力せしめて
、この信号により検出器１６よりの増幅器１９を介して
の信号が第１の発光源１ａのものか第２の発光源ｌｂの
ものかを判別して信号処理装置２２にて演算し被検知ガ
スの濃度をめるようにしている。その他の構成は他の実
施例と実質的に回−である。

この第４の実施例において第１．第２の発光源１ａ、ｌ
ｂをＬＥＤにした場合でも、次に述べる手段によってイ
（シ域透過フィルター（分光器）を用いることなしにエ
タンガス濃度を測定出来る。即ちＬＥＤの発光波長はＬ
ｌ）に比ベブロードであるがその幅（半値幅）は約０．
１μｍ程度である。したがって１．６８ｇｍを中心波長
とする発光タイオードと１．Ｃ０ルｍを中心波長とする
発光ダイオードとを夫々測定光月光源および＃照光用光
源として用いることによって第４の実施例の構成の測定
装置で（帯域透過フィルターを用いることなしに）エタ
ンカスの濃度を沖１定出来る。この場合検出のだめのエ
ネルギーが犬になる利点を有するが、波長が選択的でな
く波長幅が比較的広いので他のカスの影響が若１ユ大に
なるおそれがある。

第１１図は本発明のエタンカス濃度な１１１定装置の第
５の実施例の構成を示すものである。

本発明は、遠隔の地で被検知カス濃度を測定することを
目的とするので、光伝送路としての光ファイバーの長さ
は長い。この光ファイバーはイ主復用いられるため一層
長さを必要とすることになる。

この実施例５は、光分波器３Ｇ、光合波器３７を用いる
ことによって一つの光ファイバー３を往路と復路を兼用
しても入射光と出用光が干渉することなしに低損失にて
伝送し得るようにしたもので、これによって光ファイバ
ーのコスＩ・を半分にすることが目ｆ能である。第１１
図（ａ）は測定セル４よりの光を光ファイバー５′によ
り伝送し光合波器３７を査して光伝送路３へ入射せしめ
光伝送路３の大部分を復路としても使用して伝送した後
、光分波器３Ｇを介して光検出器側へ送るようにしたも
のである。このように第１の実施例乃至第４の実施例に
て用いる復路である光伝送路５′をほんの一部用いるだ
けで、行路の光伝送路３の大部分を兼用したものである
。

第１１１４（ｂ）は、測定セル４内に反射鏡４ｃを配置
し、これによって測定セル４に入射した光は、この反射
鏡４ｃにて反射された後、入射側に戻され、光合波器３
７を介して光伝送路３に入射せしめたものである。この
（ｂ）の例の場合は光が測定セル４内を往復するので測
定セル４の大きさに比較して測定セル内の光路長が長く
なる。

以上説明した様に本発明のエタンカス濃度の測定方法に
よれは、エタンガスの特性吸収波長帯で、光ファイバー
の最も低損失な波長領域でしがもＣ０２，Ｈ２Ｏの吸収
帯がほとんど存在しない狭い波長帯を選択してエタンガ
ス濃度を測定するものであるから、極めて遠隔な地点よ
り００２．８２０等の影響をほとんど受けることなく高
精度の′Ａｌ１１定がｎ１能である。又、本発明の装置
によれば、発光源としてＬＤや安定性のよいＬＥＤを１
丈だ光伝送路として低伝送損失の石莢系光ファイバーを
、波長選択に安価な帯域透過フィルターを用いるので遠
隔地点における測定を電磁誘導を受けたり、ケーブル断
線時の短絡水散を生ずることなしに測定出来る。

また広い地域にわたって配路された複数のセルでの測定
を−・点にて行なうことが出来るので、複数の地点での
測定を集中監視する場合なとに好適である。また、吸光
光度法を利用しての測定であるので、実時ｎＪ１　？Ｉ
ＩＩ＋定が５（能であり、被検知カス濃度の変動に対し
て迅速な対応が可能であって、実用性の高い、高信頼性
、高精度の装置が提供できる。尚第５の実施例のように
光ファイバーを兼用するような装置にすれば光ファイバ
ーの節約になる。また第４の実施例のように発光源とし
て適宜なレーザーダイオードを選択することによって分
光器の省略が可能となり装置を簡単化し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる石英系光ファイバーの伝送損失
を示すグラフ、第２図はエタンガスの特性吸収波長帯を
示す図１．第３図はメタンガス、第４図はプロパンガス
の各々１．８４ｇｍ以上での特性吸収波長帯を示す図、
第５図はＨ２Ｏの吸収波長特性を示す図、第６図はガウ
ス分布型の帯域透過フィルターを通過した光の強度分布
を示す図、第７図乃至第１１図は夫々本発明の装置の第
１の実施例乃至第５の実施例の構成を示す図である。 １、ｌａ、ｌｂ、−発光源、２−光結合器、３−光７フ
ィバ゛−１４−測定セル、５−光ファイバー、６−光結
合器、７．１１−ビームスプリッタ−１８−第１の光束
　Ｂ−ｔ５Ｈの帯域透過フィルター、１〇−第２の光束
、１２−第３の光束、１３−第４の光束、１４−第２の
帯域透過フィルター、１５−第３の帯域透帯域透過フィ
ルター、１６−第１の光検出器。 １７−第２の光検出器、１８−第３の光検出器。 １９．２０，２１−増幅器、２２−信号処理装置、２３
−表示器、２５，２６，２？−光結合器、２８−チョッ
パー。 ２９．３０−増幅器、３１一回転セクター、　３２，３
３゜３４−同期信号発生器、３５−光結合器、３６−光
分波器、３７−光合波器 出願人　昭和電工株式会社 稲　場　文　男 第１０図 第１１図 （ｂ） 受光糸へ 手　続　補　正　書（自発） 昭和、１′、９年／ａ　Ｂ　７１日 特許庁長官　志賀　学　殿 １、水性の表示 昭和５８年特許願第０４２９９２号 ２、発明の名称 エタンガス濃度の測定方法およびその装置３、補＋Ｅを
する者 ・１￥件との関係　特許出願人 住所　東京都港区芝大門−丁目１３番８号名称　（２０
０）　昭和電工株式会社 代表表　岸　本　泰　延（他１名） ４、代理人　（郵便番号１０５） 居所　東京都港区芝大門−丁目１３番９号昭和電工株式
会社内 ５、補正の対象 イ、明細書の「発明の名称」の欄 口、代理権を証明する書面 （稲場文男の分） ６、補正の内容 イ、「エタン刀ス濃度測定法およびその装置」を［エタ
ンガス濃度の測定力法 およびその装置」と訂正します。 口、委任状１通を補充いたします。 ７、備考 口、については、昭和５９年５月２９日（発送日）　イ
＝Ｊ手続補正指令書（方式）により提出を命ぜられ、昭
和５８年６月４日伺手続補正書に代る」−中古をもって
同年４Ｊ１１６日付手続補正書（自発）にて提出ずみで
ある旨を」二申いたしましたところ、願書と明細書の発
明の名称が相違するとの理由で４月１６日イ」手続補正
書（自発）か不受理となり、よって上申書も不受理とな
りましたのでここに再提出するものであります。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　発光源からの光を伝送損失の小さい光ファイバ
   ーを通して、雰囲気ガスの流出入する測定セルへ伝送し
   、該測定セルを通った後、他の光ファイバーにて伝送し
   て光検出器にて検出して吸光光度法にて濃度を検出する
   方法で、エタンガスの特性吸収波長帯である１、６４〜
   １．７１ｇｍの波長帯内の少なくとも一つの波長を中心
   波長とした光を測定光とし、前記特性吸収波長帯外の少
   なくとも一つの波長を中心波長とする光を参照光とし、
   前記測定光と前記参照光を検出器にて検出して、その比
   をめることによって濃度を測定することを特徴とするエ
   タンガス濃度の測定方法。　（３）（２）　エタンガス
   の特性吸収波長帯である１、６４〜１．７１　ＪＬｍの
   波長領域内の波長を少なくとも含んでいる波長領域の光
   を発光する発光源と、雰囲気ガスの流出入する測定セル
   と、前記発光源の光を前記測定セルへ伝送するために用
   いられる前記波長領域での伝送損失の少ない第１の光フ
   ァイバーと、前記測定セルよりの光を伝送するための前
   記波長領域での伝送損失の少ない他の第２の光ファイバ
   ーと、前記第２の光ファイバーにて伝送された前記測定
   セルよりの光を前記特性吸収波長帯内の少なくとも一つ
   の波長を中心波長とする測定光と、特性吸収波長帯外の
   波長帯において、少なくとも一つの波長を中心波長とす
   る光の参照光とに分光する分光器と、前記分光器にて分
   光された測定光および参照光を検出する光検出器と、前
   記光検出器で検出された信号にもとづいて濃度をめるだ
   めの演算処理装置とを備えたエタンガス濃度の測定装置
   。 発光源からの光を伝送損失の小さい光ファイバーを通し
   て雰囲気ガスの流出入する測定セルへ伝送し該測定セル
   を通った後、他の光ファイバーから光合波器と光分波器
   とによって前記光フアイバー中を逆行させるがごとくし
   て伝送して光検出器にて検出し、吸光光度法にて濃度を
   検出する方法で、エタンガスの特性吸収波長帯である１
   、６４〜１．７１ｐｍの波長帯内の少なくとも一つの波
   長を中心波長とする光を測定光とし、Ｔｒｙ記特性吸収
   波長帯外の少なくとも一つの波長を中心波長とする光を
   参照光とし、前記測定光と前記参照光を検出器にて検出
   してその比をめることによって濃度を測定することを特
   徴とするエタンガス濃度の測定方法。 （４）　エタンガスの特性吸収波長帯である１、６４〜
   １．７１ｇｍの波長帯の波長領域内の波長を少なくとも
   含んでいる波長領域の光を発光する発光源と、雰囲気ガ
   スの流出入する測定セルと、前記発光源の光を前記測定
   セルへ伝送し、かつ測定セルからの光を他の光ファイバ
   ーを通した後、光合波器と光分波器を用いることによっ
   て逆方向へも伝送するために用いられる伝送損失の少な
   い光ファイバーと、該光ファイバーにより伝送された前
   記測定セルよりの光を前記特性吸収波長帯内の少なくと
   も一つの波長を中心波長とする光の測定光と特性吸収波
   長帯外の少なくとも一つの波長を中心波長とする光の参
   照光とに分光する分光器と、前記分光器にて分光された
   測定光と参照光を検出する光検出器と、前記光検出器で
   検出された信号にもとづいて濃度をめるための演算処理
   装置とを備えたエタンガス濃度の測定装置。 （５）　エタンガスの特性吸収波長帯である１、６４〜
   １．７１１Ｌｍの波長帯の少なくとも一つの波長を中心
   波長とする測定光となる光を発光するレーザーダイオー
   ドと、前記特性吸収波長帯外の少なくとも一つの波長を
   中心波長とする参照光となる光を発光するレーザーダイ
   オードからなる発光源と、雰囲気ガスの流出入する測定
   セルと前記発光源よりの光を前記測定セルへ伝送するた
   めの伝送損失の小さい第１の光ファイバーと、前記測定
   セルを通った後の光を伝送するための伝送損失の小さい
   第２の光ファイバーと、前記第２の光ファイバーにより
   伝送された光を検出する光検出器とを備え、前記測定光
   と前記参照光とを交互に検出し両者の強度比をめて濃度
   を測定することを特徴とするエタンガス濃度の測定装置
   。 （６）　第１の光ファイバーが第２の光ファイバーの一
   部を兼ねる構造にしたことを特徴とする特許請求の範囲
   （５）のエタンガス濃度の測定°　装置。