JPS6311840A - ブ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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、測定地点から遠く離れている箇所でのブタン
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。

［従来の技術］ ブタンガスの漏洩検知には、主に接触燃焼式ガスセンサ
や半導体式ガスセンサが用いられている。

接触燃焼式ガスセンサは細い白金線のコイルにアルミナ
担体を付け、その担体の表面’ｒＰｔ−Ｐｄ触媒などで
表面処理がされている。ブタンガスなどの可燃性ガスが
このセンサに接触すると、Ｐｔ−Ｐｄ触媒などの触媒作
用によって可燃性ガスは接触燃焼を起こす。可燃性ガス
が燃焼するとアルミナ担体の温度は上昇し、アルミナ担
体の中にある白金線コイルの電気抵抗が変化する。この
電気抵抗の変化は可燃性ガスの濃度と比例関係にあるの
で、電気抵抗の変化を測定することによってガス濃度を
検知することができる。半導体ガスセンサはガスの半導
体への吸脱着と、半導体の電気抵抗の変化との関係を利
用してガス濃度全検知している。

また、ブタンガスは、ＬＮＧやＬＰＧに含まれるガスで
、ＬＮＧやＬＰＧは燃料用ガスとして自動車、−婦 曙家庭用などに広く使用され、また化学工業用の有用な
ガスとし門も利用されている。これらのガスを取扱う場
合、その漏洩に充分注意しなければ重大な人身事故を起
しかねないし、実際に、タンカーなどのガス爆発や火災
事故は毎年発生している。このためメタンガスやプロ・
ぐンガスの有用な漏洩検知・警報器の開発が望まれ、発
明者等は既に特許出願し、特開昭６０−９８３３４号、
プロパンガス濃度の測定方法およびその装置、特開昭５
９−５６１５１号、特開昭５９−２１２７３８号、特開
昭６０−２９６４２号、メタンガス濃度の測定方法及び
その装置、に示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述した従来より用いられている燃焼式ガスセンサや半
導体式ガスセンサ等では、ガスの選択検知性、動作の安
定性が不十分であり、湿度の影響を受は易く、稀薄ガス
の検知能力て不満があり、更に保守の面でも考慮しなけ
ればならない点が多条ある。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。なお、ＬＮＧタンク、ＬＮＧタ
ンカーなどのガス漏洩検知を考えた場合、集中監視によ
る遠隔測定が望まれ、また着火源をもたない本質的に防
爆検知方式であることが必要である。

本発明は上記間１ｍ点全解消し、メタンガスやプロ・に
ンガスの検知ＩＣとどまらず、ブタンガスも独立に検知
、５報できるならば、更に安全ｉ生が向上するので、ブ
タンガスの測定方法とその装置について鋭意研究し、ブ
タンガスを安定して測定する方法とその装置を提供する
ことを目的とする。

［問題点全解決するための手段および作用］本発明は、
以上のような目的でなされたものであって、ブタンガス
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、ブタンガスのみならず、ブタンガスを含む天然ガス
などの漏出が検知でき６、厳しい測定条件下でもは頼性
が高く、実時間測定が行え、かつ極めて遠隔の箇所に２
ける測定が可能であると共に、事故誘発などの危険性の
全くないブタンガス濃度の測定方法およびその装置であ
る。

本発明の要旨は （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の一端へ伝
送し、該測定セルを通った後、該測定セルの他端に接続
されている光ファイバーを通して光検出器に伝送し、該
光検出器にて検出して吸光光度法にてブタンガスの濃度
を測定する方法であって、前記ブタンガスがｎ−ブタン
ガスあるいはｌ−ブタンガスであり、該ブタンガスの特
性吸収波長帯である１、６６〜１．８０μｍ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、その比を求めることによって濃
度を測定するブタンガス濃度の測定方法。

（２）　　ブタンガスがｎ−ブタンガスあるいはｉ−ブ
タンガスであって、該ブタンガスの特性吸収波長帯であ
る１、６６〜１．８０μｍ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求めるための演算処理装置とを備
えたブタンガス濃度の測定装置。

（３）　　発光源からの光を伝送損失の少ない光ファイ
バーを通して雰囲気ガスの流出入する測定セルの一端へ
伝送し、該測定セルを通った後、該測定セルの他端に接
続されている光ファイバーから光合波器と光分波器とに
よって前記光ファ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、吸光光度法にてブタンガ
スの濃度を測定する方法であって、前記ブタンガスがｎ
−ブタンガスあるいはｉ−ブタンガスであり、該ブタン
ガスの特性吸収波長帯である１、６６〜１．８０μｍ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、前記特性吸収波長帯外の少なくとも一つの
波長全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求めることによ
って濃度を測定するブタンガス濃度の測定方法。

（４）　　ブタンガスがｎ−ブタンガスあるいは１−ブ
タンガスであって、該ブタンガスの特性吸収波長帯であ
る１、６６〜１．８０μｍ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音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求める
ための演算処理装置とを備えたブタンガス濃度の測定装
置。

（５）　　ブタンガスがｎ−ブタンガスあるいはｉ−ブ
タンガスであって、該ブタンガスの％４吸収波長帯であ
る１、６６〜１．８０μｍ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元金発光するレーザ
ーダイオードと、前記特性吸収波長帯外の少なくとも一
つの波長全中心波長とする参照光となる光を発光するレ
ーザーダイオードと全含む、少なくとも２つのレーザー
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ｉ１’ｔ１１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ｔ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
強度比を求めて濃度を測定するブタンガス濃度の測定装
置。

にある。

ブタンガスにはｎ−ブタンガスとｉ−ブタンガスの２つ
の異性体があるが、以下ブタンガスとは両者のいずれか
を言う。ｎ−ブタンガスおよびｉ−ブタンガスの両者が
共存する場合、その各々の成分ガス濃度を検知する方法
およびその装置については、既に、本発明者等は特許出
願した（特願昭６１−１１６０８８号、混合ガスの成分
ガス濃度の検知方法およびその装＠）。

以下、図面を参照しながら、本発明のブタンガス濃度の
測定方法およびその装６について、詳しく説明する。

本発明は、近年光通信用として開発された例えば、石英
系光ファイバーのような光ファイバーを利用するもので
ある。このような光ファイバーは、１、０〜１．８μｍ
の波長領域では光の伝送損失が低い。

一方ｎ−ブタンガスおよびｉ−ブタンガスは、前記の１
．０〜１．８μｍの波長帯内においてＨｌｌ、６６〜１
．８０μｍ帯のブロードな波長帯域において両ガス共特
性吸収帯がある。更に、上記のれ一ブタンガスおよびｉ
−ブタンガスの特性吸収帯内において水蒸気（Ｈ２Ｏ）
および炭酸ガス（Ｃ０２）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、以上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、ブ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ＣＯ２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
地点においてブ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０．６〜】、８μｍ（Ｄ
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１．１〜１４７μｍでの伝送損失
が１　ｄＢ／ｋｍ以下であり、そして実用的には可視域
から１．８μｍまでの波長域の光の伝送に有効であるこ
とがわかる。この様な低損失の光ファイパーを光伝送路
として用いれば、遠隔地に存在するブタンガス濃度を吸
光光度法によって測定することが可能である。

第２図はｎ−ブタンガスの特性吸収を示す図で、圧力が
１２　Ｔｏｒｒ、測定セルの長さが５ｏｒＩｎの場合で
、分解能０．５ｎｍ以下の分光器で測定した結果である
。これによれば、ｎ−ブタンガスの特性吸収帯はブロー
ドな１つの波長域であることを示している。そして、そ
の領域は１．６６〜１．８０１１ｍである。

第３図はｉ−ブタンガスの特性吸収を示す図で、圧力が
１１　Ｔｏｒｒ、測定セルの長さが５０ｃｒｎの場合で
、分解能０．５ｎｍ以下の分光器で測定した結果である
。これＫよれば、ｉ−ブタンガスの特性波長帯はブロー
ドな１つの波長域であることを示している。そして、そ
の領域は１．６６〜１．８０μｍである。

第４図は同波長帯近傍のメタンガスの特性吸収帯を、ま
た第５図は同波長帯近傍のプロパンガスの特性吸収帯を
示す。メタンガスは５ＱＴｏｒｒ、セルｆ＜　５０　ｃ
ｍのとき、また第５図のプロ・ぞンガスは２００　Ｔｏ
ｒｒ、セル長５０αのとき得られたものである。その波
長帯はメタンガスでは、１．６６６μｍを中心とした１
６６４〜１．６６９μｍのシャープな波長帯であって、
ｎ−ブタンガスおよびｌ−ブタンガスの特性吸収波長帯
に含まれていること、またゾロノクンガスでは、１．６
６８〜１．７２μｍに特性吸収波長帯があってｎ−ブタ
ンガスおよびｉ−ブ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、ｎ−ブタンガスあるいはｉ−
ブタンガスが単独に存在し、その漏洩探知をする場合に
は第２図および第３図の特性吸収波長帯がすべて選べる
が、メタンガス、プロ・ゼンガスと混存する場合はそれ
らのガスの特性吸収波長帯と重ならない１．７２〜１．
８０μｍの特性吸収波長帯を利用すれば混存するメタン
ガス、プロパンガスの影響を受けることなくブタンガス
濃度の検知ができることがわかる。

以上述べたブタンガスの特性吸収の測定結果にもとづく
考察から明らかなように、ブ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、まず１．６６〜１．８０
μｍの特性吸収帯の中から少なくとも１つの波長を中心
波長とする光を測定光として選び、これらの光がブタン
ガスの存在する測定セル中を通過した際にどの程度吸収
されるかを測定し、この吸収率からブタンガスの濃度を
検知することが出来る。この時に使用する光は、選定し
た測定波長を中心波長とする一つの狭い波長帯で、例え
ばｎ−ブタンガスの場合は帯域透過フィルターによって
選ばれた１、７１〜１．７２μｍあるいは１．７５〜１
．７６μｍ、　　ｉ−ブタンガスの場合は１．６８８〜
１．６９８　Ｊｉｍあるいは１．７０−１．７１１１ｍ
などの狭い波長帯の光である。

上述のような狭い波長帯の測定波長の光を一つ又は複数
個間ってブタンガスの濃度を吸光光度法によって測定す
る場合は、参照光の参照波長として通常、ブタンガスの
特性吸収波長帯である１、６６〜１．８０μｍ以外の波
長域から選ぶ必要がある。つまり、ブタンガスの存在に
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。例えば、ブタンガスの特性吸収波長以外でその近
傍である１、６５や１．８１μｍ辺りの波長域でしかも
Ｈ２ＯやＣＯ２の影響をほとんど受けない波長帯を参照
波長として選べばよい。更にブタンガスと共存する可能
性の強いメタンガスの特性吸収波長帯１．６６４〜１．
６６９μｍやプロパンガスの特性吸収波長帯１．６６８
〜１．７２０μｍを除いた波長域である１、７３〜１．
８０μｍを選ぶことが望ましい。即ち、前述の波長帯の
一つ又は複数の波長を中心波長とする狭い波長帯の光を
参照光として選べばよい。

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全測定す
る。これらの測定値の中から、測定波長での測定値と参
照波長での測定値の比ｋ　一つ又は、複数個求め、これ
と既知の濃度のｎ−ブタンガスおよびｉ−ブタンガスに
もとづき予め求めておいた、吸収率と濃度との関係をも
とにして測定すべきｎ−ブタンガスまたはｉ−ブタンガ
スの濃度を求めることが出来る。

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言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、一層高い精度で信頼性
のある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
れらの値を相互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ブ
タンガス以外のガ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ブ
タンガスの検出も可能になる。

第６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Ｈ２Ｏの強い吸収帯は１．
２〜１．７μｍにおいては１．３５０〜１．３９３１１
ｍ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の少ない測定が可能になる。同様にしてＣＯ２
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、例えば石英ガラス
系の光ファイバーを光伝送路として用い、第２図および
第３図に示すようなｎ−ブタンガスおよびｉ−ブタンガ
スの特性吸収波長帯を利用すれば遠隔地にあるブタンガ
スの濃度を共存するＨ２Ｏ（水蒸気、水分）やＣＯ２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ブ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。

本発明の装置に用いられる光源、すなわちブタンガスの
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
としては、一般に半導体レーデ−ダイオード（ＬＤ　）
、発光ダイオード（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・ぐルス的
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、単色性が強いのでブタン
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ＬＤｆ、光源として用いる場合は、参照波長用と特性
吸収波長（測定波長）用の少なくとも２つの異なるＬＤ
’（Ｈ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、特性吸収波長用の
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ＬＥＤ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４クトルはブロード
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ｆｔ−’にキャッチ
して、ブ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いられている。

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、被測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、
ブ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７図は中心波長が１．７１５μｍ、半値幅５　ｎｍで
ある透過特性かが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布を模式
的に示した図である。この図において、破線Ｕｎ−ブタ
ンガスが光路長５ｏｃｒｎの測定セル内に１２Ｔｏｒｒ
の圧力で含まれている場合を表わし、実線はｎ−ブタン
ガ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ｎ−ブタンガスによる吸光比Ａが求められる。こ
のフィルターは、半値幅が例えば３　ｎｍや１０　ｎｍ
のものを用いても良い。

第８図は中心波長が１．６８８μｍ、半値幅が５　ｎｍ
である透過特性かが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布を模
式的に示した図である。この図において、破線はｉ−ブ
タンガスが光路長５０６ｎの測定セル内に１１　Ｔｏｒ
ｒの圧力で含まれている場合を表わし、実線はｉ−ブタ
ンガスが存在しない場合を示している。ｎ−ブタンガス
と同様に、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ｉ−ブタンガスによ
る吸光比Ａが求められる。またこのフィルターは、半値
幅が例えば３　ｎｍや１０　ｎｍのものを用いても良い
。

［実施例］ 次に、本発明のブタンガス濃度の測定装置の各実施例に
ついて説明する。

実施例１ 第９図は、本発明のブ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、ｌは例えばＬＥＤ等よりなる発光源、３は発
光源１より発せられる例えばローブタンガスの場合１．
７１μｍ１１−ブタンガスの場合ｌ、６９μｍ（半値幅
０．１μｍ）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、石英系光ファイバー等）、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、
被測定ガスである雰囲気ガスが自由自在に流出入できる
、金属管に穴を明けたものや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で構成されている。ま
たこの測定セル４は、−例として光路長（光結合器４　
ｂ　、　４　ｂ’間の距離）が５０〜１ＯＯｃｒｎのも
のが用いられる。しかしブタン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４　ｂ’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）
、７は光ファイバー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１０に分割するビ
ームスシリツタ−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
するビームスシリツタ−１１４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２〜５　ｎｍ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９
の中心波長はｎ−ブタンガスの場合１．７１５μｍ１１
−ブタンガスの場合１．６８８μｍ、第２の帯域透過フ
ィルター１４の中心波長はｎ−ブタンガスの場合１．７
５５μｍ（逆に第１の帯域透過フィルター９の中心波長
が１．７５５μｍで第２の帯域透過フィルター１４の中
心波長が１．７１５μｍでもよい）、１−ブタンガスの
場合１．７０５μｍ（逆に第１の帯域透過フィルターの
中心波長が１．７０５４Ｉで第２の帯域透過フィルター
１４の中心波長が１．６８８μｍでもよい）。つまりブ
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
、ブタンガスの特性吸収波長以外の波長（参照波長）で
例えば１．６５０μｍ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の特性吸収を示てない波長が選ばれる。

更に１６．１７．１８は夫々第１．第３．第４の光束８
，１２．１３中に配置でれた第１、第２、第３の光検出
器で、アパラ／シェフオドダイオード（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　＋２（Ｌ２１は増幅器
、２２は各光検出器１６　、１７．１８よりの電気信号
で夫々増幅器１９　ｔ　２０１２１にて増幅された信号
をもとてしてブタンガスの吸光比更にブタンガスの濃度
を求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を通り光ファイバー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４０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ｌ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
た後に光ファイバー５により伝送される。続いてビーム
スシリツタ−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９により測定波長である１
、７１５μｍまたは１．６８８μｍ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１９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、７５５μｍまたは１．７０５μ
ｍｆ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２
０にて増幅されてから信号処理装置２２へ入力される。

更に、ビームスシリツタ−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、６５０μｍｆ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ｍｌ電気信号第３の光検
出器１８よりの電気信号との比が求ＥＪ１’１ められる。つまり装定波長１．７１５μｍまたは１．６
８８μｍと参照波長１．６５０μｍでのｎ−ブタンガス
またはｉ−ブタンガスの吸光比Ａ１が求められる。これ
と予め標準のプロノクンガスをもとにして求められた吸
光比Ａ　とグロノ４ンガス濃度Ｐ。との関係から、演算
処理によって測定セル内て存在する気体中のｎ−ブタン
ガス濃度あるいはｉ−ブタンガス濃度の測定値Ｐ、が得
られる。

同様てして第２の光検出器１７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１．７５５μｍまたは１．７０５μｍと参照波長１．
６５０μｍとの比から波長１．７５５μｍまたは１．７
０５μｍでの吸光比Ａ２が求められ、これをもとに演算
によってｎ−ブタンガス濃度するいｉｔ、ｉ−ブタンガ
ス濃度Ｐ２が得られる。

ｎ−ブタンガスまたはｌ−ブタンガスについて、このよ
うにして求められた二つの異なる測定波長にもとづく二
つの測定値が比較され、両者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は必要に応じて最大値、
最小値が、測定地点でのｎ−ブタンガス濃度あるいはｉ
−ブタンガス濃度として表示器２３に表示でれる。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ｎ−ブタンガス測定の場合はｎ−
ブタンガス以外のガス、ｉ−ブタンガスｉ１１＋＋定の
場合はｉ−ブタンガス以外のガス、例えば炭化水素系ガ
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ンター７．１１、帯域透過フィルタ
ー９．１４．１５、光検出器１６．１７．１８、増幅器
１９，２０゜２１に異常を生じたことを意味するのかど
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、上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
もビームスシリツタ−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。

実施例２ 第１０図は、本発明のブタンガス濃度の測定装置の第２
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を出て光ファイバー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、分割された各
光束は、夫々光結合器２５，２６．２７およびチョッパ
ぐ一２８ｆ：経て第１、第３、第２の帯域透過フィルタ
ー９．１５゜１４を透過して第１、第３、第２の光検出
器１６゜１８．１７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２９にて増幅されて信
号処理装置２２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。その他の構成は第１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（１
同一の符号を付して図示する。

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１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樽くよ
うにすれば、異なる複数の地点でのブタンガス濃度を同
時に測定し得るような構成にすることも出来る。

実施例３ 第１１図は、本発明のブ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
ＬＥＤ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に配向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６１６に交互に（時間音ず
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２２よりの信号にもとづいてノ！ル
ス発光して光源１よりの光は、測定セル４を通って光フ
ァイバー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９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１６へ
、第３の透過フィルター１５を透過して光検出器１６へ
入射される。これば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順次出力され、増幅器１９により増
幅されてから信号処理装置２２へ入力される。３２．３
３．３４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１９よシ
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ブタン
ガス濃度を求める。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
実用上極めて有効である。

実施例４ 第１２図は、本発明のブ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ｎ−ブタンガスの特性
吸収波長帯内の波長である１、７１５μｍ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、
ｎ−ブタンガス時性吸収波長以外の波長である１、６５
０μｍｆ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、ｉ−ブタンガスを測定する場合ｆｌ　、１．６８
８潮ヲ発光の中心波長としている。

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を配向し、これらの発光源
よりの光を交互に光ファイバー３ａ又は３ｂ、光結合器
３５、光ファイバー３０を通して測定セル４に導いてい
る。更にチヨン・り−２８の近傍にラノゾとフォトダイ
オード等の受光器とからなる同期信号発生器３２を配置
し、この同期信号発生器３２よりの出力信号を信号処理
装置２２に入力せしめて、この信号により光検出器１６
よりの増幅器１９’に介しての信号が第１の発光源１ａ
のものか第２の発光源１ｂのものかを判別して信号処理
装置２２にて演算しｎ−ブタンガスまたはｉ−ブタンガ
スの濃度を求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同一である。

この第４の実施例において第１、第２の発光源ｌａ、ｌ
ｂをＬＥＤにした場合でも、次に述べる手段によって帯
域透過フィルター（分光器）を用いることなしにブタン
ガス濃度を測定出来る。即ちＬＥＤの発光波長はＬＤに
比ベブロードであるがその幅（半値幅）は約０．１　＃
！程度である。したがって１、７μｍを中心波長とする
発光ダイオードと１．６μｍを中心波長とする発光ダイ
オードとを夫々測定光用光源および参照光用光源として
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ブタンガスの
濃度を測定出来る。この場合検出のためのエネルギーが
大なる利点を有するが、波長が選択的でなく波長幅が比
較的広いので他のガスの影響が若干大になるおそれがあ
る。

実施例５ 第１３図は、本発明のブタンガス濃度測定製筒の第５の
実施例の構成を示すものである。

本発明は、遠隔の地でブタンガ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往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３６、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
しても入射光と出射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
ーのコストヲ半分にすることが可能である。第１３図（
、）は測定セル４上りの光を、光ファイバー５により伝
送し、光′合波器３７を介して光ファイバー３へ入射せ
しめ、光ファイバー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３６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ファイバー５をほんの
一部用いるだけで、往路の光ファイバー３の大部分を兼
用したものである。

第１３図（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＠
４Ｃにて反射された後、入射側に戻され、光合波器３７
を介して光ファイバー３に入射せしめたものである。こ
の第１３図（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。

［効　果］ 以上説明した様に、本発明のブタンガス濃度の測定方法
によれば、ブタ／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かもＣＯ２，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ブタン
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、ＣＯ２，■■２０等の影＠をほとんど受けること
なく、高精度の測定が可能である。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ＬＥＤｔ−５
また光伝送路として低伝送損失の石英系ファイバーを、
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で電磁誘導を受けたり、ケーブル断
線時の短絡事故を生ずることなしに測定できる。また広
い地域にわたって配置された複数のセルでの測定を一点
にて行なうことが出来るので、複数の地点での測定を集
中監視する場合などに好適である。また、吸光光度法を
利用した測定であるので、実時間測定が可能であり、ブ
タンガ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
。

【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ｉｎ−ブタンガスのブ兄−ドな特
性吸収帯を示した図、第３図はｉ−ブタンガスのブロー
ドな特性吸収帯を示した図、第４図はメタンガスの特性
吸収波長帯を示した図、第５図はプロパンガスの特性吸
収波長帯を示した図、第６図はＨ２Ｏの吸収波長特性を
示す図、第７図はｎ−ブタンガスてついてがウス分布型
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８図？ｉｉ−ブタンガスについてがウス分布型の
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９図乃至第１３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゜
３ａ、３ｂ、３ｃ・・・光ファイバー、４・・・測定セ
ル、４ａ・・・円筒状体、４ｂ、４ｂ’・・・光結合器
、４Ｃ・・・反射鏡、５・・・光ファイバー、６・・・
光結合器、７゜１１・・・ビームスプリンター、８・・
・第１の光束、９・・・第１の帯域透過フィルター、１
０・・・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、２４・・・光分
岐路、２５，２６．２７・・・光結合器、２８・・・チ
ョソノ＃−１２９，３０・・・増幅器、３１・・・回転
セクター、３２　、３３　、３　＝１・・・同期信号発
生器、３５・・・光結合器、３６・・・光分波器、３７
・・・光合波器。 特許出願人　　昭和電工株式会社 同　　　　　　稲　　場　　文　　男 同　　　　新技術開発事業団 代　理　人　　弁理士　菊地精− 第９図 第１０図 第１２図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （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の一端へ伝
   送し、該測定セルを通った後、該測定セルの他端に接続
   されている光ファイバーを通して光検出器に伝送し、該
   光検出器にて検出して吸光光度法にてブタンガスの濃度
   を測定する方法であって、前記ブタンガスがｎ−ブタン
   ガスあるいはｉ−ブタンガスであり、該ブタンガスの特
   性吸収波長帯である１．６６〜１．８０μｍ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以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、その比を求めることによって
   濃度を測定することを特徴とするブタンガス濃度の測定
   方法。
2. （２）ブタンガスがｎ−ブタンガスあるいはｉ−ブタン
   ガスであって、該ブタンガスの特性吸収波長帯である１
   ．６６〜１．８０μｍ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
   もとづいて濃度を求めるための演算処理装置とを備えた
   ブタンガス濃度の測定装置。
3. （３）発光源からの光を伝送損失の少ない光ファイバー
   を通して雰囲気ガスの流出入する測定セルの一端へ伝送
   し、該測定セルを通った後、該測定セルの他端に接続さ
   れている光ファイバーから光合波器と光分波器とによっ
   て前記光ファ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、吸光光度法にてブタンガスの
   濃度を測定する方法であって、前記ブタンガスがｎ−ブ
   タンガスあるいはｉ−ブタンガスであり、該ブタンガス
   の特性吸収波長帯である１．６６〜１．８０μｍ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、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求めることによって
   濃度を測定することを特徴とするブタンガス濃度の測定
   方法。
4. （４）ブタンガスがｎ−ブタンガスあるいはｉ−ブタン
   ガスであって、該ブタンガスの特性吸収波長帯である１
   ．６６〜１．８０μｍ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求めるため
   の演算処理装置とを備えたブタンガス濃度の測定装置。
5. （５）ブタンガスがｎ−ブタンガスあるいはｉ−ブタン
   ガスであって、該ブタンガスの特性吸収波長帯である１
   ．６６〜１．８０μｍ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
   ーダイオードとを含む、少なくとも２つのレーザーダイ
   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求めて
   濃度を測定することを特徴とするブタンガス濃度の測定
   装置。
6. （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）のブタンガス濃度の測定装置。