JPS63304139A - 光吸収物の検知装置 - 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〕 この発明は、たとえば埋設配管より路面上に漏れたガス
の検知等に適用される光吸収物の検知装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

路面におけるガス漏れを迅速に知ることは社会保安の面
から重要である。

このようなガスを検知する技術としてガスが特定波長の
光を吸収する性質を利用し、ガスの吸収波長と同じ検出
用波長の光を、ガス漏れを検知する場所に投射して、そ
の透過光の光量をガスに吸収されない比較用波長の光の
光量と比較することにより、ガスのを無を検知すること
が考えられる。

たとえば、最近の都市ガスは従来の石炭ガスからメタン
を主成分とする天然ガスに転換されているが、メタンガ
スの場合、周知のように１．３３１μ誠。

１．６６５μｍ、　３．３９μｍ、　７．６８μｍ等の
波長を吸収する性質を有する。

このような光吸収物質の検知装置の従来例を第４図に示
す、すなわち、３０はメタンガスを吸収する波長と同じ
検出用波長の光を発光する光源、３１は検出用波長と異
なる比較用波長の光を発光する光源、３２．３３は光源
３０．光源３１を交互に遮蔽する遮蔽板、３４はハーフ
ミラ−１３５゜３６はミラー、３７は検知対象の光吸収
物であるメタンガス、３８は反射利用用の物体、３９は
受光装置の受光素子、４０は遮蔽板３２．３３に連動す
る連動スイッチである。遮蔽板３２．３３を操作して検
出用波長の光源３０を遮蔽し比較用波長の光−ａ３１の
光をメタンガスに投射し、物体３８の散乱等による反射
光の光量を受光素子３９で電流に変換し比較信号線４２
より比較信号を得る。

同様に遮蔽板３２．３３を操作して、比較用波長の光源
３１を遮蔽し検出用波長の光源３０の光をメタンガスに
投射して、物体３８の反射光より光量に対応した電流の
検出信号を検出信号線４１より得る。メタンガスがある
場合、検出用波長の光は吸収されるため反射光の光量が
比較用波長の反射光の光量よりも少なくなるので、検出
信号と比較信号の電圧の比較からメタンガスの存在を知
ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、この光吸収物の検知装置は、メタンガスに対
する入射側の光学系が光源３０，３１゜ハーフミラ−３
４およびミラー３５．３６で構成されるため複雑であり
、しかも光源３０．３１の各光の物体３８への投射点が
一致するように相互の配置精度が要求されるという欠点
があった。物体３８の反射を利用しないで物体３８の位
置に受光装置を配置する場合も同様である。

したがって、この発明の目的は、光学系を簡単にするこ
とができる光吸収物の検知装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の光吸収物の検知装置は、光源と、この光源に
対向配置されて前記光源の投射光を光吸収物へ反射する
とともに前記投射光と同方向に移動可能な反射面を有す
る反射装置と、前記反射面の反射光が前記光吸収物の吸
収波長と同じ検出用波長と前記吸収波長と異なる比較用
波長とにドツプラ効果で変化するように前記反射装置の
前記反射面の移動速度を制御する制御手段と、前記反射
光の前記光吸収物の透過光の光量を検出する受光装置と
を備えたものである。

〔作用〕

この発明の構成によれば、反射面が所定の速度で移動し
てドツプラ効果により得た比較用波長ないし検出用波長
の反射光を光吸収物に反射するようにしたため、光吸収
物に対する入射側の光学系は単一の光源および反射装置
で構成される。このため、光学系が簡単になりかつ相互
の配置精度も要求されない。

〔実施例〕

この発明の第１の実施例を第１図および第２図に基づい
て説明する。すなわち、この光吸収物の検知装置は、光
ａ１と、この光源ｌに対向配置されて光源１の投射光２
を光吸収物５へ反射するとともに投射光２と同方向に移
動可能な反射面３を有する反射装置６と、反射面３の反
射光４が光吸収物５の吸収波長と同じ検出用波長と前記
吸収波長と異なる比較用波長とにドツプラ効果で変化す
るように反射装置６の反射面３の移動速度を制御する制
御手段７と、反射光４の光吸収物５の透過光の光量を検
出する受光装置８とを備えている。

前記光源１は指向性のよいレーザ装置を実施例としてい
る。また光源ｌの光の波長は光吸収物５の吸収波長に等
しい検出用波長に設定している。

前記光吸収物５はメタンガスを実施例としている。

前記反射装置６は、電気−歪特性を利用した圧電素子の
ひずみ方向の表面に反射面３を形成した反射板を実施例
としている。たとえば数百ＭＨｚに応答するポリビニル
ジラロライド（ＰＶＤＦ）の有機圧電素子や、数百ＫＨ
ｚに応答するセラミックの圧電素子等を用いる０反射面
３による反射光４の方向は光吸収物５およびその後方の
光反射用の物体１７である。

前記制御手段７は、反射装置６に一定の周期で電圧を印
加することより周期的に所定の速度で反射面３を移動さ
せるものである０反射装置６に電圧を印加したとき、第
２図ｆａｌのように反射面３が位置０から光源１に近い
位置にへ所定の速度で移動し、電圧印加を停止すると他
の速度で復帰する。

このとき図の傾斜Ｐ、、Ｐ２がそれぞれの移動速度を示
し、その傾斜勾配が大きいと速度が大きいことを表す。

反射装置６の反射面３の移動の速度をｖ　（−／ｓ）と
すると、波長λの投射光２に対する反射光４の波長λ′
はドツプラ効果により、 λ′＝λ　（１±（２Ｖ／Ｃａｌ で与えられる。？３１号士の−は反射面３が光源１へ近
づくとき、＋は光源１から離れるときである。

Ｃは光の速度である。したがって、反射面３が第２図ｆ
ａｔのように傾斜ｐ、、ｐ２に対応する速度ｖＩＩ　　
ｖ２で光源１に対して移動するとき、反射光４は第２図
中）のように波長λ′、λ１となる。

このため、速度ｖＩまたはｖ２の設定により波長λ′、
λ“が光吸収物５の吸収波長と異なるときこれを比較用
波長とすることができる。

前記受光装置８は、物体１７を反射しさらに光吸収物５
を透過した反射光４が入射するミラー１３゜１６と、ミ
ラー１６の反射した光を受光する光電変換作用を有する
受光素子９と、制御Ｂ手段７により反射装置６に電圧を
印加したときに同期して回路を切換えるスイッチング回
路ｌＯとを有して、制御手段７により反射装置６に電圧
を印加しないときスイッチング回路１０により受光素子
９を検出信号線１４に接続し、反射装置６に電圧を印加
したときスイッチング回路１０により受光素子９を比較
信号線１５に接続し、比較信号線１５より比較信号を取
り出し検出信号線１４より検出信号を得ている。なお、
比較信号および検出信号は比較器（図示せず）で比較し
て光吸収物５の有無を表示する表示器（図示せず）を設
けてもよいし、比較信号および検出信号をアナログまた
はデジタルのデータとして取り出して比較してもよい。

この光吸収物の検知装置は、いま光Ｂ１の投射光２の波
長λを３．３９０μｍとし、反射面３が５×１０−”ｓ
ｅｃ間に光Ｂ１の方向へ５００μｍ移動したとすると、
前記式において Ｖ　＝５００　Ｘｌ０−’１５Ｘ１０−”−１０’ｍ／
ｓ、’、　２　Ｖ　／　Ｃ−２ＸＩＯ’／３　ＸＩＯ”
　−０，６６Ｘ１０−”λ′＝λ　（１−（２ｖ／ｃＮ ＝３．３９０（１−０，６６ｘ　１０−’）−３，３９
０−０，００２ −３，３８８μｍ となる、すなわち、波長λの反射光２よりも２ｎｍ短い
波長λ′の反射光４を得ることができる。この場合、メ
タンガスの吸収波長は３．３９０μｍであるから投射光
２を検出用波長の光とし、３．３８８μｍの光をメタン
ガスに吸収されない比較用波長の光として使用すること
ができる。したがって、光吸収物５が反射装置６の前方
にない場合、受光装置８で受光する検出信号および比較
信号は予め設定された一定の関係を示すが、光吸収物５
がある場合には検出用波長の光は光吸収物５に吸収され
るため検出信号と比較信号は異なった関係となり、光吸
収物５の有無を検知することができる。

この実施例によれば、反射面３が所定の速度で移動して
ドツプラ効果により得た比較用波長ないし検出用波長の
反射光４を光吸収物５に反射するようにしたため、光吸
収物５に対する入射側の光学系は単一の光源１および反
射装置６で構成される。このため、光学系が簡単になり
かつ相互の配置精度も要求されない。

またこの実施例は、反射面３の複数の移動速度Ｑ、ｖ　
１．Ｖ２を制御手段７により設定し、第２図（５）のよ
うに一定の順序で周期的に変更することにより複数の吸
収波長を得ることもできるので、複数の光吸収物５を同
時に検知することも可能になる。

なお、前記実施例は、メタンガスの吸収波長に一致する
検出用波長を光源１の発光する波長としたが、メタンガ
スの吸収波長と一致しない比較用波長を光源１の発光す
る波長とし、反射装置６で波長変換される反射光４をメ
タンガスの吸収波長と同一の検出用波長とすることもで
きる。

この発明の第２の実施例を第３図に示す、すなわち、こ
の光吸収物の検知装置は、反射装置６が反射面３の移動
する可動反射板１１と可動反射板１１に対向する固定反
射板１２とを存するものである。

光ａｔから出た投射光２は反射面３で波長変換されなが
ら反射され、さらに固定反射板１２で反射されて再び反
射面３に入射し、相互に複数回たとえばＮ回の反射が繰
り返される。したがって、反射装置６から出る波長λ′
は、 λ′＝λ±（２Ｎ　ｖ　／　ｃ　）　λとなり、第１の
実施例と比較してＮ倍の波長の変化量が得られる。この
Ｎ回は可動反射板１１１１！：内定反射板１２とを平行
にずらすことにより制御することができる。いまλを３
．３９０μｍとし、反射面３がｌＯ“’ｓｅｃ間に５０
０μｍ移動し、光の反射繰り返し回数を１００回とする
と、 シー５００ｘｌＯ−’／　１０−’　−５ｘｌＯツλ′
−λ（１−＋　２Ｘ　１００Ｘ　５Ｘ１０”／（３Ｘ１
０”）ｌ　）−λ（１−３，３３ｘｌＯ−’） −３，３９０−０，０１１ −３，３７９μｍ となり、λよりもｌｌｎｍ短い波長の光を得ることがで
きる。このように、光源１の単一の波長λの投射光２か
ら二つ以上の波長λ、λ′、λ″の反射光４を作ること
ができて、しかも反射面３の移動速度および反射回数に
より任意の波長の反射光４を得ることができるので、広
範囲のＩｌ！１１の光吸収物５の検知が可能になる。

なお、反射面３の移動方向は移動成分が投射光２の光軸
方向と同方向であれば、前記ドツプラ効果を得ることが
できるので、この発明は反射面３の移動成分が投射光２
の光軸方向と同方向である場合を含むものである。

また前記各実施例の受光装置８は、物体１７からの反射
した光を受光したが、反射装置６を含む入射側と受光装
置８側とを対向してその間に光吸収物５が位１するよう
に構成してもよい。

〔発明の効果〕

この発明の光吸収物の検知装置によれば、反射面が所定
の速度で移動してドツプラ効果により得た比較用波長な
いし検出用波長の反射光を光吸収物に反射するようにし
たため、光吸収物に対する入射側の光学系は単一の光源
および反射装置で構成される。このため、光学系が簡単
になりかつ相互の配置精度も要求されないという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の概略説明図、第２図
は反射面の移動と波長の変化を示すグラフ、第３図は第
２の実施例の概略説明図、第４図は従来例の概略説明図
である。 １・・・光源、２・・・投射光、３・・・反射面、４・
・・反射光、５・・・光吸収物、６・・・反射装置、７
・・・制御手段、８・・・受光装置 奸跡力

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、この光源に対向配置されて前記光源の投
   射光を光吸収物へ反射するとともに前記投射光と同方向
   に移動可能な反射面を有する反射装置と、前記反射面の
   反射光が前記光吸収物の吸収波長と同じ検出用波長と前
   記吸収波長と異なる比較用波長とにドップラ効果で変化
   するように前記反射装置の前記反射面の移動速度を制御
   する制御手段と、前記反射光の前記光吸収物の透過光の
   光量を検出する受光装置とを備えた光吸収物の検知装置
   。
2. （２）前記制御手段は前記反射面を複数種類の速度に可
   変である特許請求の範囲第（１）項記載の光吸収物の検
   知装置。
3. （３）前記反射装置は、前記光源に対向して反射面が移
   動する可動反射板と、この可動反射板に対向して前記反
   射光を前記可動反射板に複数回反射させる固定反射板を
   有する特許請求の範囲第（１）項記載の光吸収物の検知
   装置。