JPS639842A - ガス検出装置 - 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】 （概要〕 本発明はガス検出装置（赤外線レーザ方式）において、
被測定ガスの吸収スペクトルを含まないスペクトル（以
下ベースラインと略称する）の変動によるガス濃度測定
値のゆらぎを解消するためにベースラインの測定系と補
正手段とを設けたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明はガス検出装置に係り、特に赤外線レーザ方式の
ガス検出装置（以下ガスセンサと略称する）に関する。

公害ガスセンサとしては、小型、高速、高精度なものが
要求される。赤外線レーザ方式のガスセンサは可搬型で
あり、望ましい特徴を備えているが、それ故に対環境性
能もまた高いことが要求されている。

〔従来の技術〕

第５図は従来のガスセンサの基本構成図、第６図はガス
濃度の検出原理を説明するための図を示す、第５図にお
いて、赤外線レーザ１の出射光は、レンズ２により平行
光線にされる。被測定ガス３を通過した赤外線はレンズ
４で赤外線検知器５に集光される。

赤外線レーザ１はその駆動電流を増加させることにより
出射光の発振波長は短くなり、逆に減少させると長くな
る特性を有し、波長を連続的に走査できるので、第６図
に示すような被測定ガス３の吸収スペクトルを測定する
ことができる。以下第６図を参照しながら第５図の説明
を行う。

第６図は被測定ガス３に亜硫酸ガスＳＯ□を選んだ場合
の前記吸収スペクトルの一例を示す。この図は縦軸に赤
外線の被測定ガスに対する透過率をとり、横軸に赤外線
の波長をとって波長を走査した場合の吸収スペクトル特
性を示している。この特性は波長鳥において最小点Ｐが
あり、波長λｌと々においてそれぞれピーク点Ｑ、　Ｒ
が存在する。

最小点Ｐは被測定ガスＳＯ□の存在するためにこれを通
過した赤外線が吸収され、その透過率が減少したもので
あって、ＳＯ！の存在がなければ（すなわち、ベースラ
インは）吸収作用は受けずＱ点とＲ点を結ぶ直線となる
筈をある。

第５図の信号処理回路６では、上記２つのピーク点Ｑ、
　Ｒを結ぶ線上における波長４の位置Ｐ°から前記最小
点Ｐまでの間の透過率の差ｈｈを求める。透過率の差り
は被測定ガス３の濃度に比例するから比例係数を乗算し
て濃度を算出することができ、その算出値を表示回路７
にて濃度表示を行〔発明が解決しようとする問題点〕 従来のガスセンサにおいては、赤外線検知器５から得ら
れる吸収スペクトル特性には前述のベースラインが含ま
れたものになっている。ところで、このベースラインＱ
Ｐ’Ｒは環境温度の変化に対応してＰ”点の透過率が変
動するため直線にならず、したがってＰ点とＰ゛点の透
過率の差から求める前記透過率の差りの値も変動すると
いう問題があり、正確な濃度を算出し難い欠点がある。

本発明は上記従来の欠点に鑑みて創作されたもので、透
過率の差りの変動を解消するための補正手段の提供を目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のガス検出装置は第１図に示すように、赤外線レ
ーザ１の出射光をハーフミラ−８により２分割し、その
内の１分割出射光は前記被測定ガス３を通過させた後に
第１の赤外線検知器１０に集光し、他の１分割出射光は
直接筒２の赤外線検知器１２に集光し、前記第１の赤外
線検知器１０の出力から前記第２の赤外線検知器１２の
出力を減算する減算器１３を設けたことを特徴とし、減
算器１３の出力から信号処理回路６において変動のない
透過率の差りを求め、そのｈの値に対応するガス濃度を
算出するものである。

〔作用〕

第１図において赤外線検知器１０で測定したスペクトル
は、第２図（ａ）の実線特性に示すように変動するベー
スラインが含まれた特性になっている。

赤外線検知器１２で測定したスペクトルは、第２図（ａ
）の破線特性に示すようにその一部分が実線特性に重な
った変動するベースラインのみが測定される。

したがって赤外線検知器１ｏの出力から赤外線検知器１
２の出力を減算すると、両者から変動分が相殺されて第
２図（′ｂ）に示すような変動のない吸収スペクトルが
得られ、これから求められる透過率の差りは変動成分を
含まないため濃度変換は正確に行うことができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面によって詳述する。

なお、構成、動作の説明を理解し易くするために全図を
通じて同一部分には同一符号を付してその重複説明を省
略する。

第１図は本発明のガスセンサの基本構成図、第２図は第
１同各部のスペクトル特性を示す。以下第２図を参照し
ながら第１図の説明を行う。図において、８はハーフミ
ラ−であって赤外線の平行光を２分割し、その一方は被
測定ガス３を通過した後集光１１（またはレンズ）９を
介して第１の赤外線検知器ｌＯに集光される。赤外線レ
ーザ１の波長を走査することにより第１の赤外線検知器
１０の出力から第２図（ａ）の実線特性に示すようなベ
ースライン変動を含むスペクトル特性が得られる。

ハーフミラ−８で分割された他方の赤外線は、集光鏡（
またはレンズ）１１を介して第２の赤外線検知器１２に
集光される。赤外線レーザ１の波長を走査することによ
り、第２の赤外線検知器１２の出力から第２図（ａ）の
破線特性に示すようなベースラインのみのスペクトル特
性が得られる。

減算器１３は第１の赤外線検知器１０の出力から第２の
赤外線検知器１２の出力を減算してその差分を信号処理
回路６に入力する。信号処理回路６に入力されたスペク
トルは両扉外線検知器１０．１２から変動分が相殺され
て第２図中）に示すような変動のない吸収スペクトルが
得られ、吸収率りは変動成分を含まないため濃度変換は
正確に行うことができ、このようにして得られた濃度を
表示装置７にて表示を行う。

第３図は本発明の実施例によるガスセンサの構成図を示
す。図において、赤外線レーザ１はヘリウム循環式冷凍
機１４にて約８０Ｋ（絶対温度）に冷却されている。

ヘリウム循環式冷凍機１４に封入された図示しない赤外
線レーザ１から出射された赤外線はレンズ２を介して赤
外線の平行光となり、ハーフミラ−８を介して２分割さ
れる。その一方は平面鏡２１ａ〜２１ｃと集光鏡２２ａ
〜２２ｂおよび３つの球面鏡２３ａ〜２３ｃにて構成さ
れる長光路セルを通過して第１の赤外線検知器１０に集
光され、その出力から長光路セル中の図示しない被測定
ガス３による吸収スペクトルを測定する。

他の一方の分割光は、平面鏡２４と集光鏡２５を介して
極短距離で第２の赤外線検知器１２に集光され、その出
力から被測定ガス３を含まないベースラインの吸収スペ
クトルを測定する。

減算器１３は両扉外線検知器の出力を減算することによ
り、ベースラインの変動成分を相殺した変動のない吸収
スペクトルから透過率の差りが検出され、このｈの値に
対応して信号処理回路６はガス濃度を算出し、表示装置
７にそのガス濃度を表示することができる。

第４図は本発明の他の実施例の構成図を示す。

図において、３１は図示しない被測定ガス３を封入した
赤外線透過窓を有するガスセル、３２は前記ガスセル３
１と同一構造で被測定ガス３を封入しない空のガスセル
を示す。

このように、被測定ガス３の吸収スペクトルをガスセル
３１を通過する赤外線だけで測定する場合には、前記赤
外線透過窓の干渉作用に起因するベースラインの変動が
発生して吸収量が安定しない欠点がある。

そこでこれを解決するために第１図の場合と同様に赤外
線レーザ１の出射光をハーフミラ−８により２分割し、
その内の１分割出射光は前記ガスセル３１を通過させた
後に第１の赤外線検知器１０に集光し、他の１分割出射
光は前記空のガスセル３２を通過させた後に第２の赤外
線検知器１２に集光し、前記第１の赤外線検知器１０の
出力から前記第２の赤外線検知器１２の出力を減算器１
３により減算することにより前記赤外線透過窓の干渉作
用に起因するベースラインを相殺して変動のない吸収量
を測定することができる。

〔発明の効果〕

本発明のガスセンサによれば、ベースラインの変動の影
響を抑圧することができるので、高精度で安定に測定が
可能となり、耐環境性能に優れたガスセンサが実現する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスセンサの基本構成図、第２図は第
１回答部のスペクトル特性図、第３図は本発明実施例の
構成図、 第４図は本発明の他の実施例の構成図、゛第５図は従来
のガスセンサの基本構成図、第６図はガス濃度検出原理
を説明するための図を示す。 第１図において、１は赤外線レーザ、３は被測定ガス、
１０は第１の赤外線検知器、１２は第２の赤外線検知器
、１３は減算器をそれぞれ示す。 第　１１１ オ１切名Ｊ弔−又穴７トルｑ手小主図 第２１１ １４ヘリウムｆＪ劃蒙式や！Ｊ喪′ 不沁明笑腟膚Ｉ昧回 第３図 ４発明／１代τ友耗ｇ′Ｊｎ誹戊ｍ 第４図 ｓ５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 大気中の被測定ガス（３）の吸収スペクトルを可変波長
   の赤外線レーザ（１）によって測定し、前記吸収スペク
   トルに基づきガス濃度の測定を行うガス検出装置におい
   て、 前記赤外線レーザ（１）の出射光を２分割し、その内の
   １分割出射光は前記被測定ガス（３）を通過させた後に
   第１の赤外線検知器（１０）に集光し、他の１分割出射
   光は被測定ガスを介することなく第２の赤外線検知器（
   １２）に集光し、 前記第１の赤外線検知器（１０）の出力から前記第２の
   赤外線検知器（１２）の出力を減算する減算器（１３）
   を設けたことを特徴とするガス検出装置。