KR101792891B1

KR101792891B1 - 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈

Info

Publication number: KR101792891B1
Application number: KR1020127022557A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 이자와; 다다요시 무라카미
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2017-11-20
Also published as: US9274048B2; EP2538202A4; EP2538202A1; TW201140027A; CN104111233A; CN102762976B; KR20130042465A; CN104111233B; WO2011102316A1; CN102762976A; US20130003046A1; TWI512280B

Abstract

대상 가스가 도입되는 도입 공간(11X)을 형성하는 가스셀(10X)과, 가스셀(10X)의 일단에 배치된 적외광원(20X)과, 가스셀(10X)의 일단에 배치되며, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광을 반사 또는 투과시키는 변조경(變調鏡, 70X)과, 변조경(70X)을 투과한 광을 반사시키는 반사경(60X)과, 소정의 비교 가스가 봉입된 것으로서, 변조경(70X)을 투과한 광의 광로 상에 배치된 포화 가스실(40X)과, 가스셀(10X)의 타단에 배치되며, 변조경(70X)에 의해서 반사된 광, 및 변조경(70X)을 투과하여 포화 가스실(40X)을 통과하고, 반사경(60X)에서 반사한 광을 수광하는 수광부(30X)와, 변조경(70X)에 의해 광이 반사 및 투과된 경우의 각각에서의, 수광부(30X)의 수광 에너지값에 근거하여, 대상 가스의 농도를 산출하는 산출 회로(3X)를 구비한다.

Description

가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈{GAS CONCENTRATION CALCULATION DEVICE AND GAS CONCENTRATION MEASUREMENT MODULE}

본 발명은, 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈에 관한 것이다.

종래, 예를 들면, 이산화탄소 등의 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치가 공조 시스템의 분야 등에서 도입되어 있다. 이 가스 농도 산출 장치에서의 산출 결과에 근거하여 환기의 ON／OFF 등을 제어하는 것에 의해, 공조 시스템을 효율 좋게 작동시켜, 소비 전력의 저감을 도모하는 것이 행해지고 있다. 이와 같은 가스 농도 산출 장치에는 NDIR(Non－dispersiｖe　Infrared：비분산형 적외선 흡수)법이 이용되고 있으며, NDIR(비분산형 적외선 흡수)법이란, 적외광이 대상 가스 속을 지날 때의 감쇠(減衰)에 근거하여 가스의 농도를 산출하는 수법이다.

NDIR(비분산형 적외선 흡수)법을 이용한 가스 농도 산출 장치로서, 예를 들면, 특허 문헌 1에 기재된 것이 있다. 이 가스 농도 산출 장치는, 단일 광원으로부터의 광을 가스셀 내에 조사하고, 가스셀 내를 통과한 광을 제1 검출기와 제2 검출기에 의해서 검출하고 있다. 제1 검출기는, 피측정 가스 영역과, 측정 가스실 내에 봉입(封入)된 불활성 가스 영역으로 이루어지는 광로를 통과한 광을 검출하고 있다. 제2 검출기는, 피측정 가스 영역과, 비교 가스실 내에 봉입된 피측정 가스와 동종의 가스 영역으로 이루어지는 광로를 통과한 광을 검출하고 있다. 또, 조사 광량의 증감을 제2 검출기로 검출하고, 제1 검출기의 출력을 교정하는 것이 개시되어 있다.

또, 특허 문헌 2에는, 실린더 내의 샘플 가스 농도를 검출하는 가스 농도 산출 장치가 기재되어 있다. 여기에서는, 실린더 내를 왕복 이동하는 피스톤의 헤드에 반사경을 마련함과 아울러, 실린더의 헤드에는 실린더 내를 향하여 광원과 검출기를 배치한다. 이와 같은 구성에 의해, 광원으로부터 나와서 또한 피스톤 상의 반사경에서 반사된 광이 검출기로 수광된다. 피스톤의 왕복 이동에 수반하여, 반사경을 경유하는 광원으로부터 검출기까지의 광로 길이가 변화하기 때문에, 검출기에 수광되는 에너지가 변화한다. 그리고, 검출기로부터 출력되는 출력값의 변화에 근거하여, 샘플 가스의 농도가 산출된다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 2007－256242호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 평5－180760호 공보

상기 특허 문헌 1에 기재된 가스 농도 산출 장치에서는, 제1 검출기 및 제2 검출기라고 하는 각각 별도의 두 개의 수광 소자를 이용하여 가스의 농도를 산출하고 있다. 이 때문에, 수광 소자 자체의 개체차(個體差, 감도, 노이즈 특성의 차이, 혹은 그들의 주위 온도에 대한 차이나 장기(長期) 변화에 대한 차이 등)가 가스 농도의 측정 정밀도에 악영향을 끼쳐 버린다. 이와 같은 악영향은, 수광 소자 각각의 개체차에 의하는 것이기 때문에, 양쪽 수광 소자로부터의 출력값의 비(比) 등을 이용함으로써 캔슬(cancel)되는 것은 아니다.

상기 특허 문헌 2의 가스 농도 산출 장치에서는, 단일의 수광 소자를 이용하기 때문에, 수광 소자의 개체차에 의한 문제점은 없다고 말할 수 있다. 그러나, 특허 문헌 2의 기술에서는, 광원으로부터 검출기까지의 광로 길이를 변화시키기 위한 수단인 반사경이 피스톤의 헤드에 마련되고 또한 광로의 방향과 동일한 방향으로 상하 운동을 행하고 있다. 이 때문에, 정밀도가 높은 계측을 실현하기 위해서는, 피스톤의 운동, 즉 반사경의 운동을 계측시에 일시 정지시킬 필요가 있다. 반사경이 정지하지 않고 광로의 방향과 동일한 방향으로 움직이고 있는 경우에는, 광로 길이가 안정하지 않아, 정밀도가 높은 계측을 할 수 없기 때문이다. 따라서, 피스톤의 일시 운동 정지에 의해, 참조광(參照光)의 측정 타이밍과 신호광의 측정 타이밍과의 사이에 대폭적인 시간 어긋남이 생겨 버린다. 참조광의 측정 타이밍과 신호광의 측정 타이밍과의 사이에 대폭적인 시간 어긋남이 생기게 되면, 각각의 측정 결과의 비에 근거하여 산출된 가스 농도에도 대폭적인 시간 어긋남 만큼 오차가 생기게 된다.

또, 특허 문헌 2의 기술에서는, 실린더의 상하 운동의 진동이나 표면의 변질 등이 광의 검출 정밀도에 악영향을 미치게 된다. 또 신호의 취득은 상하 사점(死点)이 되므로, 측정 간격이 실린더의 운동 속도에 종속하게 되어, 고속화 대응에 어려움이 있다. 단일의 수광 소자를 이용하는 경우에 있어서, 참조광의 측정 타이밍과 신호광의 측정 타이밍과의 사이에 시간 어긋남이 생기게 되면, 각각의 측정 결과의 비에 근거하여 산출된 가스 농도에도 시간 어긋남 만큼 오차가 생기게 된다.

이에, 본 발명의 하나의 측면은 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 수광 소자의 개체차에 의한 문제점을 방지하고, 또한 광로 길이가 안정하지 않는 것에 의한 문제점을 방지하는 것이 가능한 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명의 다른 하나의 측면은, 수광 소자의 개체차에 의한 문제점을 방지하고, 또한 광로 길이를 변화시키기 위한 요소의 진동에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지하며, 게다가 광의 측정 시간 어긋남에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 억제하는 것이 가능한 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명의 또 다른 하나의 측면은, 수광 소자의 개체차에 의한 문제점을 방지하고, 또한 광로 길이를 변화시키기 위한 요소가 광로의 방향과 동일한 방향으로 운동하는 것에 의한 문제점을 방지하는 것이 가능한 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 하나의 측면에서의 가스 농도 산출 장치는, 가스 농도 계측 모듈 및 가스 농도 산출 모듈을 구비하며, 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치로서, 상기 가스 농도 계측 모듈은, 상기 대상 가스가 도입(導入)되는 도입 공간을 형성하는 가스셀과, 상기 가스셀의 일단에 배치된 광원과, 상기 가스셀의 상기 일단 또는 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광을 반사 또는 투과시키는 반사 전환 수단과, 상기 반사 전환 수단을 투과한 광을 반사시키는 반사 수단과, 소정의 비교 가스가 봉입된 것으로서, 상기 반사 전환 수단을 투과한 광의 광로 상에 배치된 비교 가스셀과, 상기 가스셀의 상기 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 것으로서 상기 반사 전환 수단에 의해서 반사된 광, 및 상기 광원으로부터 방사된 것으로서 상기 반사 전환 수단을 투과하여 상기 비교 가스셀을 통과하고, 상기 반사 수단에 의해서 반사한 광을 수광하는 수광 수단을 구비하며, 상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 반사 전환 수단에 의해 광이 반사 및 투과된 경우의 각각에서의, 상기 수광 수단의 수광 에너지값에 근거하여, 상기 대상 가스의 상기 농도를 산출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 하나의 측면에서의 가스 농도 계측 모듈은, 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에서의 가스 농도 계측 모듈로서, 상기 대상 가스가 도입되는 도입 공간을 형성하는 가스셀과, 상기 가스셀의 일단에 배치된 광원과, 상기 가스셀의 상기 일단 또는 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광을 반사 또는 투과시키는 반사 전환 수단과, 상기 반사 전환 수단을 투과한 광을 반사시키는 반사 수단과, 소정의 비교 가스가 봉입된 것으로서, 상기 반사 전환 수단을 투과한 광의 광로 상에 배치된 비교 가스셀과, 상기 가스셀의 상기 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 것으로서 상기 반사 전환 수단에 의해서 반사된 광, 및 상기 광원으로부터 방사된 것으로서 상기 반사 전환 수단을 투과하여 상기 비교 가스셀을 통과하고, 상기 반사 수단에 의해서 반사한 광을 수광하는 수광 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈에 의하면, 수광 수단이, 반사 전환 수단에 의해서 반사된 광 및 반사 전환 수단을 투과하여 비교 가스셀을 통과한 광의 양쪽 모두를 수광하기 때문에, 반사 전환 수단에 의해서 반사와 투과가 전환된 경우의 각각에서의 광을 다른 수광 수단에서 별도로 수광하는 경우의, 수광 수단의 개체차에 의한 문제점이 방지된다. 또, 반사 전환 수단을 대상 가스가 도입된 가스셀의 일단 또는 타단에 배치하는 구성으로 했으므로, 즉 가스셀 외에 반사 전환 수단을 배치했기 때문에, 반사 전환 수단에 의해서 반사와 투과가 전환된 경우의 각각의 광이 가스셀 내의 대상 가스 속을 통과하는 광로 길이에 변화가 없다. 이 때문에, 대상 가스 속을 통과하는 광의 광로 길이가 안정하지 않는 것에 의한 문제점을 방지할 수 있다.

또, 본 발명에서, 상기 반사 전환 수단은, 상기 광원으로부터 방사된 광에 대한 반사율을 전기적으로 조정하여 광의 반사와 투과를 전환하는 반사율 조정 수단인 것이 바람직하다.

이 경우에는, 수광 수단이 수광하는 광에서의 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위한 수단은 반사율 조정 수단이며, 이 반사율 조정 수단의 동작은 반사율의 전기적인 제어에 따른다. 따라서, 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위해서 진동 등을 수반하지 않아, 해당 진동에 의한 위치 어긋남이나 부가적인 노이즈 등이 없기 때문에, 가스 농도 계측 모듈의 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 반사율 조정 수단이 반사율을 전기적으로 제어하는 것에 의해, 반사율 전환을 고속으로 행할 수 있다. 따라서, 수광 수단이 수광하는 광 측정 타이밍에서의 시간 어긋남이 없는 것과 같든가, 있어도 매우 짧아, 의사(擬似) 동시 측정이 가능해진다.

또한, 이와 같은 효과를 가져오는 반사율 조정 수단으로서는, 공간 광 변조기(SLM)나 액정 광학 소자가 바람직하다.

또, 본 발명에서, 상기 반사 전환 수단은, 상기 광원으로부터 방사된 광에 대해서 회전에 의해 반사와 투과를 전환하는 회전 기구인 것이 바람직하다.

이 경우에는, 수광 수단이 수광하는 광에서의 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위한 수단은 회전 기구이며, 이 회전 기구가 회전을 행하고 있어도, 가스셀 외부에 회전 기구가 배치되어 있기 때문에, 반사와 투과가 전환된 경우의 각각의 광이 가스셀 내의 대상 가스 속을 통과하는 광로 길이에 변화가 없다. 따라서, 예를 들면 상기 특허 문헌 2의 경우와는 달리, 광로 길이가 안정하므로, 회전 기구를 일시 정지할 필요가 없다. 그 결과, 회전 기구의 일시 운동 정지에 의해 광 측정 타이밍에 대폭적인 시간 어긋남이 생겨 버리는 등의 문제점을 방지할 수 있다.

또, 본 발명에서, 상기 회전 기구를, 반사판과 구멍으로 이루어진 회전경(回轉鏡)으로 구성해도 좋다.

이 경우에는, 반사판과 구멍으로 이루어진 회전경으로 간결한 구성이 가능해진다.

또, 본 발명에서, 상기 반사 수단은, 각도가 다른 복수의 반사면을 구비하여, 상기 반사 전환 수단을 투과한 광을, 상기 복수의 반사면에서 순차 반사시키고 또한 상기 반사면에서의 반사마다 상기 비교 가스셀을 통과시키는 것이 바람직하다.

이 경우에는, 반사 수단의 반사면에서 반사한 광이 복수회 비교 가스셀 속을 통과하기 때문에, 비교 가스셀 내를 통과하는 광로를 길게 할 수 있다. 이 때문에, 광원으로부터 방사된 광의 특성을, 비교 가스셀 내에서 충분히 변화시킬 수 있다. 또, 광이 복수회 비교 가스셀을 통과하는 구성으로 했으므로, 비교 가스셀을 대형화하지 않고 소형의 비교 가스셀에 의해서, 비교 가스셀을 통과하는 광의 광로 길이를 길게 할 수 있다.

또, 본 발명에서, 상기 소정의 비교 가스는, 상기 대상 가스와 동종의 포화 가스인 것이 바람직하다. 대상 가스에 맞추어 밴드 패스 필터 및 비교 가스를 변경함으로써, 복수 종류의 가스의 계측도 가능하다.

이 경우에는, 대상 가스와 동종의 포화 가스를 광이 통과할 때의 특성의 변화를 이용하여, 수광 수단에 의한 수광 에너지값의 차이를 발생시킬 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 광원과 상기 수광 수단과의 사이의 광로 상에 배치되며, 소정 파장의 광만을 통과시키는 밴드 패스 필터를 더 구비하는 것이 바람직하다.

밴드 패스 필터에 의해, 수광되는 광의 파장대(波長帶)를 동일 파장대로 할 수 있어, 다른 파장대의 광이 수광되는 것에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 광원은, 적외선을 방사하는 것인 것이 바람직하다.

적외선이 대상 가스를 통과할 때에 에너지가 감쇠(減衰)하는 현상을 이용하여, 대상 가스의 농도를 산출할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 대상 가스는 이산화탄소인 것이 바람직하다.

광이 이산화탄소를 통과할 때에 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 대상 가스의 농도를 산출할 수 있다.

상기 대상 가스가 다른 상기 수광 수단을 복수 구비하는 상기 가스 농도 계측 모듈과, 복수의 상기 수광 수단에 대응하는 복수의 상기 가스 농도 산출 모듈을 구비하는 것이 바람직하다.

이 경우에는, 밴드 패스 필터, 비교 가스 및 수광부를 늘림으로써 동시에 복수 가스의 계측도 가능하다. 이 경우, 밴드 패스 필터는 수광부 전면(前面)에 배치하는 것이 바람직하다. 또, 대상 가스가 다른 가스 농도 계측 모듈을 복수 구비함으로써, 복수의 가스의 농도를 동시에 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 하나의 측면에서의 가스 농도 산출 장치는, 가스 농도 계측 모듈 및 가스 농도 산출 모듈을 구비하며, 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치로서, 상기 가스 농도 계측 모듈은, 상기 대상 가스가 도입되는 도입 공간을 형성하는 가스셀과, 상기 가스셀 내에 배치된 광원과, 상기 가스셀의 일단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광에 대한 반사율을 전기적으로 조정하는 반사율 조정 수단과, 상기 가스셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 직접 방사되는 직접광, 및 상기 광원으로부터 방사되고 또한 상기 반사율 조정 수단에 의해 반사되는 반사광을 수광하는 수광 수단을 구비하며, 상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 반사율 조정 수단에 의해 상기 반사율이 전기적으로 조정된 경우의 각각에서의, 상기 수광 수단의 수광 에너지값의 비에 근거하여, 상기 대상 가스의 상기 농도를 산출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 다른 하나의 측면에서의 가스 농도 계측 모듈은, 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에서의 가스 농도 계측 모듈로서, 상기 대상 가스가 도입되는 도입 공간을 형성하는 가스셀과, 상기 가스셀 내에 배치된 광원과, 상기 가스셀의 일단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광에 대한 반사율을 전기적으로 조정하는 반사율 조정 수단과, 상기 가스셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 직접 방사되는 직접광, 및 상기 광원으로부터 방사되고 또한 상기 반사율 조정 수단에 의해 반사되는 반사광을 수광하는 수광 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈에 의하면, 수광 수단이 직접광 및 반사광의 양쪽 모두를 수광하기 때문에, 직접광 및 반사광을 각각 다른 수광 수단에서 수광하는 경우나, 반사율 조정 수단에 의해 반사율이 전기적으로 조정된 경우의 각각에서의 광을 다른 수광 수단에서 별도로 수광하는 경우의, 수광 수단의 개체차에 의한 문제점이 방지된다.

또, 본 발명에서, 수광 수단이 수광하는 광에서의 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위한 수단은 반사율 조정 수단이며, 이 반사율 조정 수단의 동작은 반사율의 전기적인 제어에 따른다. 따라서, 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위해서 진동 등을 수반하지 않아, 해당 진동에 의한 위치 어긋남이나 부가적인 노이즈 등이 없기 때문에, 가스 농도 계측 모듈의 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 반사율 조정 수단이 반사율을 전기적으로 제어를 행하는 것에 의해, 반사율 전환을 고속으로 행할 수 있다. 따라서, 수광 수단이 수광하는 광 측정 타이밍에서의 시간 어긋남이 없는 것과 같든가, 있어도 매우 짧아, 의사 동시 측정이 가능해진다.

이상에 의해, 본 발명에 의하면, 수광 수단의 개체차에 의한 문제점, 진동에 의한 오차, 시간 어긋남에 의한 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이와 같은 효과를 가져오는 반사율 조정 수단으로서는, 전기 광학 디바이스(EO 디바이스)나 액정 광학 소자가 바람직하다.

밴드 패스 필터에 의해, 수광되는 광의 파장대를 동일 파장대로 할 수 있어, 다른 파장대의 광이 수광되는 것에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 광원은, 적외선을 방사하는 것이 바람직하다.

적외선이 대상 가스를 통과할 때에 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 대상 가스의 농도를 산출할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 대상 가스의 상기 농도와 상기 비와의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스 또는 근사식을 미리 격납하는 격납 수단을 더 구비하며, 상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 데이타베이스 또는 상기 근사식에 근거하여, 상기 비에 상응하는 상기 농도를 산출하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 미리 준비한 데이타베이스 또는 근사식에 근거하여, 대상 가스의 농도를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 대상 가스가 다른 상기 수광 수단을 복수 구비하는 상기 가스 농도 계측 모듈과, 복수의 상기 수광 수단에 대응하는 복수의 상기 가스 농도 산출 모듈을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 대상 가스가 다른 가스 농도 계측 모듈을 복수 구비함으로써, 복수의 가스의 농도를 동시에 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

또, 본 발명의 또 다른 하나의 측면에서의 가스 농도 산출 장치는, 가스 농도 계측 모듈 및 가스 농도 산출 모듈을 구비하며, 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치로서, 상기 가스 농도 계측 모듈은, 상기 대상 가스가 도입되는 도입 공간을 형성하는 가스셀과, 상기 가스셀 내에 배치된 광원과, 상기 가스셀의 일단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광을 회전에 의해 반사 또는 투과하는 회전 기구와, 상기 가스셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 직접 방사되는 직접광, 및 상기 광원으로부터 방사되고 또한 상기 회전 기구에 의해 반사되는 반사광을 수광하는 수광 수단을 구비하며, 상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 회전 기구에 의해 상기 광이 반사 또는 투과된 경우의 각각에서의, 상기 수광 수단의 수광 에너지값의 비에 근거하여, 상기 대상 가스의 상기 농도를 산출하고, 상기 회전 기구는, 상기 광원으로부터 상기 수광 수단까지의 광로의 방향과 다른 방향으로 상기 회전을 행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 또 다른 하나의 측면에서의 가스 농도 계측 모듈은, 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에서의 가스 농도 계측 모듈로서, 상기 대상 가스가 도입되는 도입 공간을 형성하는 가스셀과, 상기 가스셀 내에 배치된 광원과, 상기 가스셀의 일단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광을 회전에 의해 반사 또는 투과하는 회전 기구와, 상기 가스셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 직접 방사되는 직접광, 및 상기 광원으로부터 방사되고 또한 상기 회전 기구에 의해 반사되는 반사광을 수광하는 수광 수단을 구비하며, 상기 회전 기구는, 상기 광원으로부터 상기 수광 수단까지의 광로의 방향과 다른 방향으로 상기 회전을 행하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈에 의하면, 수광 수단이 직접광 및 반사광의 양쪽 모두를 수광하기 때문에, 직접광 및 반사광을 각각 다른 수광 수단에서 수광하는 경우나, 회전 기구에 의해 광이 반사 또는 투과된 경우의 각각에서의 광을 다른 수광 수단에서 별도로 수광하는 경우의, 수광 수단의 개체차에 의한 문제점이 방지된다.

또, 본 발명에서, 수광 수단이 수광하는 광에서의 광로 길이의 차이나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위한 수단은 회전 기구이며, 이 회전 기구는 광원으로부터 수광 수단까지의 광로의 방향과 다른 방향으로 회전을 행하는 것에 의해, 광을 반사 또는 투과한다. 여기서,「광로의 방향과 다른 방향으로 회전」이란, 예를 들면 회전 기구의 회전축을 광로와 동일한 방향으로 하여 회전 기구가 광로의 방향과 수직인 평면상에서 회전하는 것에 의해 가능해진다. 즉, 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위해서, 회전 기구가 광로의 방향을 따라서 운동을 행할 필요가 없고, 이 때문에, 회전 기구가 회전을 행하고 있어도, 회전 기구와 수광 수단과의 사이의 절대적인 거리에는 변동이 없다. 따라서, 예를 들면 상기 특허 문헌 2의 경우와는 달리, 광로 길이가 안정하므로, 회전 기구를 일시 정지할 필요가 없다. 그 결과, 회전 기구의 일시 운동 정지에 의해 광 측정 타이밍에 대폭의 시간 어긋남이 생겨 버리는 것을 방지할 수 있다.

이상에 의해, 본 발명에 의하면, 수광 수단의 개체차에 의한 문제점이나, 광로 길이를 변화시키기 위한 요소가 광로의 방향과 동일한 방향으로 운동하는 것에 의한 문제점을 방지할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 회전 기구를, 반사판과 구멍으로 이루어진 회전경으로 구성해도 좋다.

반사판과 구멍으로 이루어진 회전경으로 간결한 구성이 가능해진다.

또, 본 발명에서는, 상기 회전경이 상기 광원으로부터 상기 수광 수단까지의 상기 광로의 방향과 대략 수직인 방향으로 상기 회전을 행하도록 구성해도 좋다.

예를 들면 회전경의 회전축을 광로와 대체로 동일한 방향으로 하는 것에 의해, 회전경을 광로의 방향과 대략 수직인 방향으로 회전시킬 수 있다. 이것에 의해, 광의 반사와 투과를 명확하게 전환할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 회전 기구를, 미소(微小) 전자 기계 시스템(MEMS) 액추에이터와 미러로 구성해도 좋다.

이 경우에는, MEMS 액추에이터를 이용하는 것에 의해, 회전시의 진동을 억제하면서도 고속 회전이 가능해진다. 따라서, 진동에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다. 또, MEMS 액추에이터의 고속 회전에 의해, 광의 반사와 투과의 전환이 고속으로 행해지게 되어, 수광 수단의 광 측정 타이밍에서의 시간 어긋남이 없는 것과 같든가, 있어도 매우 짧아, 의사 동시 측정이 가능해진다.

광이 이산화탄소를 통과할 때에 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 대상 가스의 농도를 산출할 수 있다. 또한, 가스는 이산화탄소에 한정되지 않는다. 게다가 밴드 패스 및 수광부만을 늘림으로써 복수 가스의 계측도 가능하다.

본 발명의 하나의 측면에 의하면, 수광 소자의 개체차에 의한 문제점을 방지하고, 또한 광로 길이가 안정하지 않는 것에 의한 문제점을 방지하는 것이 가능한 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈을 제공할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 하나의 측면에 의하면, 수광 수단의 개체차에 의한 문제점을 방지하고, 또한 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위한 요소의 진동에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지하며, 게다가 광의 측정 시간 어긋남에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 억제하는 것이 가능한 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈을 제공할 수 있다.

또, 본 발명 또 다른 하나의 측면에 의하면, 수광 수단의 개체차에 의한 문제점이나, 광로 길이를 변화시키기 위한 요소가 광로의 방향과 동일한 방향으로 운동하는 것에 의한 문제점을 방지할 수 있는 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈을 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에서의 가스 농도 산출 장치(1X)의 개략 단면도이다.
도 2는 제2 실시 형태에서의 가스 농도 산출 장치(1XA)의 개략 단면도이다.
도 3은 제3 실시 형태에서의 가스 농도 산출 장치(1XB)의 개략 단면도이다.
도 4는 반사경(60X)의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 5는 가스 농도 산출 장치(1X)의 변형예에서의 개략 단면도이다.
도 6은 가스 농도 산출 장치(1X)의 변형예에서의 개략 단면도이다.
도 7은 가스 농도 산출 장치(1X)의 변형예에서의 개략 단면도이다.
도 8은 도 7에서의 반사 전환 유니트(300XA)를 화살표(L) 방향으로부터 본 도면이다.
도 9는 가스 농도 산출 장치(1Y)를 나타내는 개략 단면도이다.
도 10은 광로 길이나 수광 에너지값에 차이를 발생시키기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 격납부(4Y)의 격납 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 격납부(4Y)에 격납되는 데이타베이스의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은 격납부(4Y)에 격납되는 그래프의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14는 가스 농도 산출 장치(1Y)에 의한 이산화탄소 농도 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 15는 가스 농도 산출 장치(1Y)의 변형예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 16은 가스 농도 산출 장치(1Y)의 변형예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1Z)를 나타내는 개략 단면도이다.
도 18은 제5 실시 형태에서, 광로 길이나 수광 에너지값에 차이를 발생시키기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 격납부(4Z)의 격납 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 격납부(4Z)에 격납되는 데이타베이스의 일례를 나타내는 도면이다.
도 21은 격납부(4Z)에 격납되는 그래프의 일례를 나타내는 도면이다.
도 22는 가스 농도 산출 장치(1Z)에 의한 이산화탄소 농도 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 23은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1ZA)를 나타내는 개략 단면도이다.
도 24는 제6 실시 형태에서, 광로 길이나 수광 에너지값에 차이를 발생시키기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 가스 농도 산출 장치(1Z)의 변형예를 나타내는 개략 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관한 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈의 바람직한 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하여, 중복하는 설명을 생략한다.

[제1 실시 형태］

제1 실시 형태는, 변조경(變調鏡, 70X)을, 가스셀(10X)의 일단(적외광원(20X)이 배치되는 측)에 배치한 경우이다.

(가스 농도 산출 장치(1X)의 전체 구성)

우선, 제1 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1X)의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 1은, 가스 농도 산출 장치(1X)를 나타내는 개략 단면도이다. 가스 농도 산출 장치(1X)는, 적외광원(20X, 특허 청구 범위의「광원」에 상당)으로부터의 광을 수광하고, 그 에너지값을 측정하는 가스 농도 계측 모듈(2X)과, 가스 농도 계측 모듈(2X)에 의한 측정 결과에 근거하여 가스 농도를 산출하는 산출 회로(3X, 특허 청구 범위의「가스 농도 산출 모듈」에 상당)를 포함하여 구성되어, 대상 가스의 농도를 산출하는 것이다. 산출 회로(3X)에 의해서 산출된 가스 농도는, 도시하지 않은 제어 장치 등으로 출력되어, 예를 들면 공조 시스템 등의 제어에 이용된다. 또한, 제1 실시 형태에서는, 가스 농도 계측 모듈(2X)로 도입되는 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소를 농도 산출의 대상 가스로 한 경우의 예에 대해서 설명한다.

가스 농도 계측 모듈(2X)은, 가스셀(10X)과, 적외광원(20X)을 포함하는 반사 전환 유니트(100X)와, 수광부(30X, 특허 청구 범위의「수광 수단」에 상당)를 포함하여 구성된다.

가스셀(10X)은, 내부에 샘플 가스(50X)가 도입되는 도입 공간(11X)을 형성하는 것이다. 가스셀(10X)은, 가스셀(10X)의 일단측에, 도입 공간(11X) 내로 샘플 가스(50X)를 도입하기 위한 가스 도입부(12X)가 마련되며, 가스셀(10X)의 타단측에, 도입 공간(11X) 내의 샘플 가스(50X)를 외부로 배출하기 위한 가스 배출부(13X)가 마련되어 있다. 가스 도입부(12X)나 가스 배출부(13X)로서, 가스셀의 내벽(예를 들면 상부나 저부)에 다수 마련된 구멍을 이용해도 괜찮다.

반사 전환 유니트(100X)는, 가스셀(10X)의 일단에 배치되며, 적외광원(20X)과, 변조경(變調鏡, 70X, 특허 청구 범위의「반사 전환 수단, 반사율 조정 수단」에 상당)과, 포화 가스(41X, 특허 청구 범위의「비교 가스」에 상당)가 봉입된 포화 가스실(40X, 특허 청구 범위의「비교 가스셀」에 상당)과, 반사경(60X, 특허 청구 범위의「반사 수단」에 상당)과, 밴드 패스 필터(90X)를 포함하여 구성된다.

적외광원(20X)은, 적외선을 방사하는 것이다. 제1 실시 형태에서는, 적외광원(20X)으로서, 4.2μm ~ 4.3μm의 파장역을 포함한 광을 방사하는 것을 이용한다. 적외광원(20X)으로부터의 적외선은 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소 분자(51X)에 의해 흡수되어 감쇠한다.

변조경(70X)은, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광에 대한 반사율을 전기적으로 조정하는 것이다. 여기서, 변조경(70X)은, 반사율을 전기적으로 조정하는 것에 의해, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광을 전반사(全反射) 또는 전투과(全透過) 시킨다. 변조경(70X)에서 반사된 광은, 수광부(30X)로 향하여 방사된다. 또한, 제1 실시 형태에서는, 변조경(70X)으로서, 예를 들면 액정 광학 소자나 공간 광 변조기(SLM)를 채용하고 있다. 이것 이외에, 유전체(誘電體)나 금속 메시(mesh) 등으로 반사율의 제어를 행하는 다른 수법을 이용해도 좋다.

반사경(60X)은, 변조경(70X)을 투과한 광을 수광부(30X)로 향하여 반사시키는 것이다. 여기서, 변조경(70X)과 반사경(60X)과의 사이에는 포화 가스실(40X)이 배치되어 있다. 이 때문에, 변조경(70X)을 투과한 광은 포화 가스실(40X) 내의 포화 가스(41X)를 통과하여 반사경(60X)에서 반사한다. 반사경(60X)에서 반사한 광은, 다시 포화 가스(41X)를 통과하고, 변조경(70X)을 투과하여 수광부(30X)로 입사한다.

포화 가스실(40X) 내에 봉입되는 포화 가스(41X)는, 샘플 가스(50X)와 동종의 포화 가스를 이용한다.

밴드 패스 필터(90X)는, 적외광원(20X)과 수광부(30X)와의 사이의 광로 상에 배치되며, 소정 파장의 광만을 통과시키는 것이다. 제1 실시 형태에서는, 밴드 패스 필터(90X)는, 반사 전환 유니트(100X) 내에 배치되며, 4.2μm ~ 4.3μm의 파장역의 광만을 투과하는 것을 이용한다. 또, 밴드 패스 필터(90X)를 반사 전환 유니트(100X) 내에 마련하지 않는 경우에는, 예를 들면, 수광부(30X)와 가스셀(10X)과의 사이에 마련할 수도 있다.

또한, 반사 전환 유니트(100X)의 케이스(101X) 내는, 예를 들면, 적외광원(20X)이 방사하는 적외선에 대해서 불활성인 불활성 가스나, 샘플 가스(50X)가 충전되어 있는 것으로 한다.

수광부(30X)는, 가스셀(10X)의 타단에 배치되며, 적외광원(20X)으로부터 방사된 것으로서 변조경(70X)에 의해서 반사된 광, 및 적외광원(20X)으로부터 방사된 것으로서 변조경(70X)을 투과하여 포화 가스실(40X)을 통과한 광의 양쪽 모두를 수광하는 수광 소자이다. 즉, 하나의 수광부(30X)가, 포화 가스실(40X)을 통과한 광과, 포화 가스실(40X)을 통과하고 있지 않는 광의 양쪽 모두를 수광한다. 따라서, 복수 종류의 광을 수광하기 위해서 복수의 수광 수단을 각각 이용하는 경우에 비해, 수광 수단의 개체차에 의한 폐해가 전무하다.

(수광 에너지값에 차이를 발생시키기 위한 구조)

수광부(30X)에서 수광되는 광의 수광 에너지값의 차이에 대해서 설명한다. 여기에서는, 변조경(70X)에서의 광의 반사 또는 투과의 제어를 행하는 것에 의해, 수광부(30X)에 의해서 수광되는 광의 수광 에너지값에 차이를 발생시키는 것이다.

구체적으로는, 변조경(70X)이 광을 반사시키는 상태로 제어되고 있는 경우, 도 1 중에 화살표로 나타내는 광로(A)와 같이, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광은 변조경(70X)에서 반사하고, 반사한 광은 가스셀(10X) 내의 샘플 가스(50X) 속을 통과하여 수광부(30X)로 입사한다.

한편, 변조경(70X)이 광을 투과시키는 상태로 제어되고 있는 경우, 도 1 중에 화살표로 나타내는 광로(B)와 같이, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광은 변조경(70X)을 투과하고, 포화 가스실(40X)을 통과하여 반사경(60X)에서 반사한다. 반사경(60X)에서 반사한 광은, 다시 포화 가스실(40X)을 통과하여 변조경(70X)을 투과하고, 또 가스셀(10X) 내의 샘플 가스(50X) 속을 통과하여 수광부(30X)로 입사한다.

이와 같이, 변조경(70X)을 투과 상태로 제어한 경우에는, 변조경(70X)을 반사 상태로 제어한 경우와 비교하여, 광이 포화 가스실(40X) 속을 통과하는 만큼 광로 길이가 길게 된다. 또, 포화 가스실(40X)에 봉입된 포화 가스(41X) 속을 적외광선이 통과하는 것에 의해, 포화 가스에 의해서 광의 에너지가 흡수된다. 따라서, 수광부(30X)가, 포화 가스실(40X)을 통과한 광을 수광하는 경우(변조경(70X)을 광이 투과한 경우)에는, 포화 가스실(40X)을 통과하지 않는 광을 수광하는 경우(변조경(70X)에서 광이 반사한 경우)와 비교하여, 에너지값이 낮은 광을 수광한다.

이상과 같이, 제1 실시 형태에서, 수광 에너지값의 변경은 변조경(70X)에 의해 전기적으로 행해진다. 이 때문에, 컴팩트하고, 게다가 가동부를 없앨 수 있으며, 진동에 의한 위치 어긋남이나 부가적인 노이즈 등의 폐해가 없어, 정밀도가 향상한다. 게다가, 변조 속도가 기계식에 비해 큰 폭으로 고속화할 수 있다.

(이산화탄소의 농도 산출 처리)

다음에, 수광부(30X)가 수광한 광의 수광 에너지값으로부터, 산출 회로(3X)가 이산화탄소의 농도를 산출하는 처리에 대해서 설명한다. 수광부(30X)는, 변조경(70X)에서 반사되어 샘플 가스(50X)만을 통과한 광의 수광 에너지값과, 변조경(70X)을 투과하여 포화 가스실(40X)과 샘플 가스(50X)를 통과한 광의 수광 에너지값을 산출 회로(3X)로 출력한다. 산출 회로(3X)는, 포화 가스실(40X)과 샘플 가스(50X)를 통과한 광의 수광 에너지값에 근거하여 방사광량의 증감을 산출하고, 샘플 가스(50X)만을 통과한 광의 수광 에너지값을 교정하는 것에 의해, 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다. 또한, 2개의 수광 에너지값에 근거하여 가스 농도를 산출하는 순서에 대해서는, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 종래부터 알려진 가스 상관법을 이용하여 산출할 수 있는 것이며, 상세한 설명을 생략한다.

(제1 실시 형태의 작용·효과)

이어서, 제1 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1X)의 작용 및 효과에 대해서 설명한다. 제1 실시 형태의 가스 농도 산출 장치(1X)에 의하면, 수광부(30X)가, 변조경(70X)에 의해서 반사된 광, 및 변조경(70X)을 투과하여 포화 가스실(40X)을 통과한 광의 양쪽 모두를 수광하기 때문에, 변조경(70X)에 의해서 반사와 투과가 전환된 경우의 각각에서의 광을 다른 수광부(30X)에서 별도로 수광하는 경우의, 수광부(30X)의 개체차에 의한 문제점이 방지된다. 또, 샘플 가스(50X)가 도입된 가스셀(10X)의 일단에 변조경(70X)을 배치하는 구성으로 했으므로, 즉 가스셀(10X) 외부에 변조경(70X)을 배치했기 때문에, 변조경(70X)에 의해서 반사와 투과가 전환된 경우의 각각의 광이 샘플 가스(50X)를 통과하는 광로 길이에 변화가 없다. 이 때문에, 샘플 가스(50X) 속을 통과하는 광의 광로 길이가 안정하지 않는 것에 의한 문제점을 방지할 수 있다.

또, 제1 실시 형태에서, 수광부(30X)가 수광하는 광에서의 광로 길이의 차이나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위한 수단은 변조경(70X)이며, 이 변조경(70X)의 동작은 반사율의 전기적인 제어에 따른다. 따라서, 광로 길이의 차이나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위해서 진동 등을 수반하지 않아, 해당 진동에 의한 위치 어긋남이나 부가적인 노이즈 등이 없기 때문에, 가스 농도 계측 모듈(2X)의 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 변조경(70X)이 반사율을 전기적으로 제어하는 것에 의해, 반사율 전환을 고속으로 행할 수 있다. 따라서, 수광부(30X)가 수광하는 광 측정 타이밍에서의 시간 어긋남이 없는 것과 같든가, 있어도 매우 짧아, 의사 동시 측정이 가능해진다.

또한, 이와 같은 효과를 가져오는 변조경(70X)으로서는, 공간 광 변조기(SLM)나 액정 광학 소자가 바람직하다.

또, 샘플 가스(50X)와 동종의 포화 가스(41X) 속을 적외광원(20X)으로부터 방사된 광이 통과할 때의 특성의 변화를 이용하여, 수광부(30X)에 의한 수광 에너지값의 차이를 발생시킬 수 있다.

또, 밴드 패스 필터(90X)에 의해, 수광되는 광의 파장대를 동일 파장대로 할 수 있어, 다른 파장대의 광이 수광되는 것에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 적외광원(20X)이 적외선을 방사하는 것에 의해, 적외선이 샘플 가스(50X)를 통과할 때에 이산화탄소에 의해서 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 샘플 가스(50X)의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다.

또, 적외광원(20X)으로부터 방사된 적외광이 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소를 통과할 때에 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다. 또한, 사용하는 광의 파장을 밴드 패스 필터에서 선택하고, 비교 가스를 측정하는 가스로 함으로써, 측정할 수 있는 가스의 종류는 이산화탄소에 한정하지 않고 임의로 취할 수 있는 것은 명백하다.

[제2 실시 형태］

제2 실시 형태는, 변조경(70X)을, 가스셀(10X)의 타단측(수광부(30X)가 배치되는 측)에 배치한 경우이다. 또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성물에 대해서는, 동일 번호를 부여하여 상세한 설명을 생략한다.

(가스 농도 산출 장치(1XA)의 전체 구성)

우선, 제2 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1XA)의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 2는, 가스 농도 산출 장치(1XA)를 나타내는 개략 단면도이다. 가스 농도 산출 장치(1XA)는, 적외광원(20X, 특허 청구 범위의「광원」에 상당)으로부터의 광을 수광하고, 그 에너지값을 측정하는 가스 농도 계측 모듈(2XA)과, 가스 농도 계측 모듈(2XA)에 의한 측정 결과에 근거하여 가스 농도를 산출하는 산출 회로(3X, 특허 청구 범위의「가스 농도 산출 모듈」에 상당)를 포함하여 구성되어, 대상 가스의 농도를 산출하는 것이다. 산출 회로(3X)에 의해서 산출된 가스 농도는, 도시하지 않은 제어 장치 등으로 출력되어, 예를 들면 공조 시스템 등의 제어에 이용된다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 가스 농도 계측 모듈(2XA)로 도입되는 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소를 농도 산출의 대상 가스로 한 경우의 예에 대해서 설명한다.

가스 농도 계측 모듈(2XA)은, 가스셀(10X)과, 반사 전환 유니트(100XA)와, 적외광원(20X)을 포함하여 구성된다.

적외광원(20X)은, 가스셀(10X)의 일단에 배치되며, 적외선을 방사하는 것이다. 제2 실시 형태에서는, 적외광원(20X)으로서, 4.2㎛ ~ 4.3㎛의 파장역을 포함한 광을 방사하는 것을 이용한다. 적외광원(20X)으로부터의 적외선은 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소 분자(51X)에 의해 흡수되어 감쇠한다.

반사 전환 유니트(100XA)는, 가스셀(10X)의 타단에 배치되며, 수광부(30X, 특허 청구 범위의「수광 수단」에 상당)와, 변조경(70X, 특허 청구 범위의「반사 전환 수단, 반사율 조정 수단」에 상당)과, 포화 가스(41X, 특허 청구 범위의「비교 가스」에 상당)가 봉입된 포화 가스실(40X, 특허 청구 범위의「비교 가스셀」에 상당)과, 반사경(60X, 특허 청구 범위의「반사 수단」에 상당)과, 밴드 패스 필터(90X)를 포함하여 구성된다.

변조경(70X)은, 적외광원(20X)으로부터 방사되어 샘플 가스(50X)를 통과한 광에 대한 반사율을 전기적으로 조정하는 것이다. 여기서, 변조경(70X)은, 반사율을 전기적으로 조정하는 것에 의해, 적외광원(20X)으로부터 방사되어 샘플 가스(50X)를 통과한 광을 전반사 또는 전투과 시킨다. 변조경(70X)에서 반사된 광은, 수광부(30X)로 향하여 방사된다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 변조경(70X)으로서, 예를 들면 액정 광학 소자나 공간 광 변조기(SLM)를 채용하고 있다. 이것 이외에, 유전체나 금속 메시 등으로 반사율의 제어를 행하는 다른 수법을 이용해도 좋다.

수광부(30X)는, 적외광원(20X)으로부터 방사되어 샘플 가스(50X)를 통과한 것으로서 변조경(70X)에 의해서 반사된 광, 및 적외광원(20X)으로부터 방사되어 샘플 가스(50X)를 통과한 것으로서 반사경(60X)에서 반사되고 또한 포화 가스실(40X)을 통과한 광의 양쪽 모두를 수광하는 수광 소자이다. 즉, 하나의 수광부(30X)가, 포화 가스실(40X)을 통과한 광과, 포화 가스실(40X)을 통과하고 있지 않는 광의 양쪽 모두를 수광한다. 따라서, 복수 종류의 광을 수광하기 위해서 복수의 수광 수단을 각각 이용하는 경우에 비해, 수광 수단의 개체차에 의한 폐해가 전무하다.

또한, 반사 전환 유니트(100XA)의 케이스(101XA) 내는, 예를 들면, 적외광원(20X)이 방사하는 적외선에 대해서 불활성인 불활성 가스나, 샘플 가스(50X)가 충전되어 있는 것으로 한다.

(수광 에너지값에 차이를 발생시키기 위한 구조)

구체적으로는, 변조경(70X)이 광을 반사시키는 상태로 제어되고 있는 경우, 도 2 중에 화살표로 나타내는 광로(A1)와 같이, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광은 가스셀(10X) 속의 샘플 가스(50X)를 통과하여 변조경(70X)에서 반사하고, 반사한 광은 수광부(30X)로 입사한다.

한편, 변조경(70X)이 광을 투과시키는 상태로 제어되고 있는 경우, 도 2 중에 화살표로 나타내는 광로(B1)와 같이, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광은 가스셀(10X) 속의 샘플 가스(50X)를 통과하여 변조경(70X)을 투과하고, 포화 가스실(40X)을 통과하여 반사경(60X)에서 반사한다. 반사경(60X)에서 반사한 광은, 다시 포화 가스실(40X)을 통과하여 변조경(70X)을 투과하고, 수광부(30X)로 입사한다.

이와 같이, 변조경(70X)을 투과 상태로 제어한 경우에는, 변조경(70X)을 반사 상태로 제어한 경우와 비교하여, 광이 포화 가스실(40X) 속을 통과하는 만큼 광로 길이가 길게 된다. 또, 포화 가스실(40X)에 봉입된 포화 가스(41X) 속을 적외광선이 통과하는 것에 의해, 포화 가스에 의해서 광의 에너지가 흡수된다. 따라서, 수광부(30X)가, 포화 가스실(40X)을 통과한 광을 수광하는 경우(변조경(70X)을 광이 투과한 경우)에는, 포화 가스실(40X)을 통과하지 않는 광을 수광하는 경우(변조경(70X)에서 광이 반사한 경우)와 비교하여, 수광 에너지값이 낮게 된다.

이상과 같이, 제2 실시 형태에서, 수광 에너지값의 변경은 변조경(70X)에 의해 전기적으로 행해진다. 이 때문에, 컴팩트하고, 게다가 가동부를 없앨 수 있으며, 진동에 의한 위치 어긋남이나 부가적인 노이즈 등의 폐해가 없어, 정밀도가 향상한다. 게다가, 변조 속도가 기계식에 비해 큰 폭으로 고속화할 수 있다.

(이산화탄소의 농도 산출 처리)

수광부(30X)가 수광한 광의 에너지값으로부터, 산출 회로(3X)가 이산화탄소의 농도를 산출하는 처리에 대해서는, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 종래부터 알려진 가스 상관법을 이용하여 산출할 수 있는 것이며, 상세한 설명을 생략한다.

(제2 실시 형태의 작용·효과)

이어서, 제2 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1XA)의 작용 및 효과에 대해서 설명한다. 제2 실시 형태의 가스 농도 산출 장치(1XA)에 의하면, 수광부(30X)가, 변조경(70X)에 의해서 반사된 광, 및 변조경(70X)을 투과하여 포화 가스실(40X)을 통과한 광의 양쪽 모두를 수광하기 때문에, 변조경(70X)에 의해서 반사와 투과가 전환된 경우의 각각에서의 광을 다른 수광부(30X)에서 별도로 수광하는 경우의, 수광부(30X)의 개체차에 의한 문제점이 방지된다. 또, 샘플 가스(50X)가 도입된 가스셀(10X)의 타단에 변조경(70X)을 배치하는 구성으로 했으므로, 즉 가스셀(10X) 외부에 변조경(70X)을 배치했기 때문에, 변조경(70X)에 의해서 광의 반사와 투과를 전환해도, 샘플 가스(50X)를 통과하는 광의 광로 길이에 변화가 없다. 이 때문에, 샘플 가스(50X) 속을 통과하는 광의 광로 길이가 안정하지 않는 것에 의한 문제점을 방지할 수 있다.

또, 제2 실시 형태에서, 수광부(30X)가 수광하는 광에서의 광로 길이의 차이나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위한 수단은 변조경(70X)이며, 이 변조경(70X)의 동작은 반사율의 전기적인 제어에 따른다. 따라서, 광로 길이의 차이나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위해서 진동 등을 수반하지 않아, 해당 진동에 의한 위치 어긋남이나 부가적인 노이즈 등이 없기 때문에, 가스 농도 계측 모듈(2XA)의 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

[제3 실시 형태］

제3 실시 형태는, 회전경(回轉鏡, 80X)을 이용하여, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광을 반사 또는 투과시키는 것이다. 또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성물에 대해서는, 동일 번호를 부여하여 상세한 설명을 생략한다.

(가스 농도 산출 장치(1XB)의 전체 구성)

우선, 제3 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1XB)의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 3은, 가스 농도 산출 장치(1XB)를 나타내는 개략 단면도이다. 가스 농도 산출 장치(1XB)는, 적외광원(20X, 특허 청구 범위의「광원」에 상당)으로부터의 광을 수광하고, 그 에너지값을 측정하는 가스 농도 계측 모듈(2XB)과, 가스 농도 계측 모듈(2XB)에 의한 측정 결과에 근거하여 가스 농도를 산출하는 산출 회로(3X, 특허 청구 범위의「가스 농도 산출 모듈」에 상당)를 포함하여 구성되어, 대상 가스의 농도를 산출하는 것이다. 산출 회로(3X)에 의해서 산출된 가스 농도는, 도시하지 않은 제어 장치 등으로 출력되어, 예를 들면 공조 시스템 등의 제어에 이용된다. 또한, 제3 실시 형태에서는, 가스 농도 계측 모듈(2XB)로 도입되는 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소를 농도 산출의 대상 가스로 한 경우의 예에 대해서 설명한다.

가스 농도 계측 모듈(2XB)은, 가스셀(10X)과, 적외광원(20X)을 포함하는 반사 전환 유니트(100XB)와, 수광부(30X, 특허 청구 범위의「수광 수단」에 상당)를 포함하여 구성된다.

가스셀(10X)은, 내부에 샘플 가스(50X)가 도입되는 도입 공간(11X)을 형성하는 것이다. 가스셀(10X)은, 가스셀(10X)의 일단측에, 도입 공간(11X) 내에 샘플 가스(50X)를 도입하기 위한 가스 도입부(12X)가 마련되며, 가스셀(10X)의 타단측에, 도입 공간(11X) 내의 샘플 가스(50X)를 외부로 배출하기 위한 가스 배출부(13X)가 마련되어 있다.

반사 전환 유니트(100XB)는, 가스셀(10X)의 일단에 배치되며, 적외광원(20X)과, 회전경(80X, 특허 청구 범위의「반사 전환 수단, 회전 기구」에 상당)과, 포화 가스(41X, 특허 청구 범위의「비교 가스」에 상당)가 봉입된 포화 가스실(40X, 특허 청구 범위의「비교 가스셀」에 상당)과, 반사경(60X, 특허 청구 범위의「반사 수단」에 상당)과, 밴드 패스 필터(90X)를 포함하여 구성된다.

적외광원(20X)은, 적외선을 방사하는 것이다. 제3 실시 형태에서는, 적외광원(20X)으로서, 4.2㎛ ~ 4.3㎛의 파장역을 포함한 광을 방사하는 것을 이용한다. 적외광원(20X)으로부터의 적외선은 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소 분자(51X)에 의해 흡수되어 감쇠한다.

회전경(80X)은, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광을 회전에 의해 반사 또는 통과시키는 것이다. 회전경(80X)은, 반사판(81X)과 구멍(82X)으로 이루어지며, 회전 구동 기구(83X)에 의해 회전 방향이나 회전 속도 등이 제어된다. 구멍(82X)은 프레임(82aX)에 의해 둘러싸여서 이루어지는 공간이다.

반사경(60X)은, 회전경(80X)의 구멍(82X)을 통과한 광을 수광부(30X)로 향하여 반사시키는 것이다. 여기서, 회전경(80X)의 반사판(81X)과 반사경(60X)과의 사이에는 포화 가스실(40X)이 배치되어 있다. 이 때문에, 회전경(80X)의 구멍(82X)을 통과한 광은 포화 가스실(40X) 내의 포화 가스(41X)를 통과하여 반사경(60X)에서 반사한다. 반사경(60X)에서 반사한 광은, 다시 포화 가스(41X)를 통과하고, 회전경(80X)의 구멍(82X)을 통과하여 수광부(30X)로 입사한다. 또한, 도 3에서는, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광이, 회전경(80X)의 구멍(82X)을 통과하여 반사경(60X)에서 반사되는 상태를 나타내고 있다.

밴드 패스 필터(90X)는, 적외광원(20X)과 수광부(30X)와의 사이의 광로 상에 배치되며, 소정 파장의 광만을 통과시키는 것이다. 제3 실시 형태에서는, 밴드 패스 필터(90X)는, 반사 전환 유니트(100XB) 내에 배치되며, 4.2㎛ ~ 4.3㎛의 파장역의 광만을 투과하는 것을 이용한다. 또, 밴드 패스 필터(90X)를 반사 전환 유니트(100XB) 내에 마련하지 않는 경우에는, 예를 들면, 수광부(30X)와 가스셀(10X)과의 사이에 마련할 수도 있다.

또한, 반사 전환 유니트(100XB)의 케이스(101XB) 내는, 예를 들면, 적외광원(20X)이 방사하는 적외선에 대해서 불활성인 불활성 가스나, 샘플 가스(50X)가 충전되어 있는 것으로 한다.

수광부(30X)는, 가스셀(10X)의 타단에 배치되며, 적외광원(20X)으로부터 방사된 것으로서 회전경(80X)의 반사판(81X)에 의해서 반사된 광, 및 적외광원(20X)으로부터 방사된 것으로서 회전경(80X)의 구멍(82X)을 통과하여 포화 가스실(40X)을 통과한 광의 양쪽 모두를 수광하는 수광 소자이다. 즉, 하나의 수광부(30X)가, 포화 가스실(40X)을 통과한 광과, 포화 가스실(40X)을 통과하고 있지 않는 광의 양쪽 모두를 수광한다. 따라서, 복수 종류의 광을 수광하기 위해서 복수의 수광 수단을 각각 이용하는 경우에 비해, 수광 수단의 개체차에 의한 폐해가 전무하다.

(수광 에너지값에 차이를 발생시키기 위한 구조)

수광부(30X)에서 수광되는 광의 수광 에너지값의 차이에 대해서 설명한다. 여기에서는, 회전경(80X)을 회전시켜, 광을 반사판(81X)에서 반사시키는 것, 또는 구멍(82X)을 통과시키는 것의 제어를 행하는 것에 의해, 수광부(30X)에 의해서 수광되는 광의 수광 에너지값에 차이를 발생시키는 것이다.

구체적으로는, 반사판(81X)의 회전에 의해, 회전경(80X)이 반사판(81X)에 의해서 광을 반사시키는 상태로 제어되고 있는 경우, 도 3 중에 화살표로 나타내는 광로(A2)와 같이, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광은 회전경(80X)의 반사판(81X)에서 반사하고, 반사한 광은 가스셀(10X) 내의 샘플 가스(50X) 속을 통과하여 수광부(30X)로 입사한다.

한편, 회전경(80X)이 구멍(82X)에 의해서 광을 통과시키는 상태로 제어되고 있는 경우, 도 3 중에 화살표로 나타내는 광로(B2)와 같이, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광은 회전경(80X)의 구멍(82X)을 통과하고, 포화 가스실(40X)을 통과하여 반사경(60X)에서 반사한다. 반사경(60X)에서 반사한 광은, 다시 포화 가스실(40X)을 통과하여 회전경(80X)의 구멍(82X)을 통과하고, 게다가 가스셀(10X) 내의 샘플 가스(50X) 속을 통과하여 수광부(30X)로 입사한다.

이와 같이, 회전경(80X)이 구멍(82X)에 의해서 광을 통과시키는 상태로 제어되고 있는 경우에는, 반사판(81X)에 의해서 광을 반사시키는 상태로 제어되고 있는 경우와 비교하여, 광이 포화 가스실(40X) 속을 통과하는 만큼 광로 길이가 길게 된다. 또, 포화 가스실(40X)에 봉입된 포화 가스(41X) 속을 적외광선이 통과하는 것에 의해, 포화 가스에 의해서 광의 에너지가 흡수된다. 따라서, 수광부(30X)가, 포화 가스실(40X)을 통과한 광을 수광하는 경우(구멍(82X)을 광이 통과한 경우)에는, 포화 가스실(40X)을 통과하지 않는 광을 수광하는 경우(반사판(81X)에서 광이 반사한 경우)와 비교하여, 수광 에너지값이 낮게 된다.

이상과 같이, 제3 실시 형태에서, 수광 에너지값의 변경은 회전경(80X)의 회전에 의해 행해진다. 회전경(80X)은, 샘플 가스(50X)가 도입되는 가스셀(10X)의 일단에 배치되는 구성이기 때문에, 회전경(80X)이 회전을 행하고 있어도, 반사판(81X)에서 반사한 광과 구멍(82X)을 통과한 광이, 대상 가스 속을 통과하는 광로 길이에 변화가 없다. 따라서, 광로 길이가 안정하므로, 회전경(80X)을 일시 정지하지 않아도, 정밀도가 높은 계측을 실현할 수 있다. 그 결과, 회전경(80X)의 일시 운동 정지에 의해 광 측정 타이밍에 대폭적인 시간 어긋남이 생겨 버리는 것을 방지할 수 있다.

(이산화탄소의 농도 산출 처리)

다음에, 수광부(30X)가 수광한 광의 에너지값으로부터, 산출 회로(3X)가 이산화탄소의 농도를 산출하는 처리에 대해서 설명한다. 수광부(30X)는, 회전경(80X)의 반사판(81X)에서 반사되어 샘플 가스(50X)만을 통과한 광의 수광 에너지값과, 회전경(80X)의 구멍(82X)을 투과하여 포화 가스실(40X)과 샘플 가스(50X)를 통과한 광의 수광 에너지값을 산출 회로(3X)로 출력한다. 산출 회로(3X)는, 포화 가스실(40X)과 샘플 가스(50X)를 통과한 광의 수광 에너지값에 근거하여 방사광량의 증감을 산출하고, 샘플 가스(50X)만을 통과한 광의 수광 에너지값을 교정하는 것에 의해, 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다. 또한, 2개의 수광 에너지값에 근거하여 가스 농도를 산출하는 순서에 대해서는, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 종래부터 알려진 가스 상관법을 이용하여 산출할 수 있는 것이며, 상세한 설명을 생략한다.

(제3 실시 형태의 작용·효과)

이어서, 제3 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1XB)의 작용 및 효과에 대해서 설명한다. 제3 실시 형태의 가스 농도 산출 장치(1XB)에 의하면, 수광부(30X)가, 회전경(80X)의 반사판(81X)에 의해서 반사된 광, 및 회전경(80X)의 구멍(82X)을 통과하여 포화 가스실(40X)을 통과한 광의 양쪽 모두를 수광하기 때문에, 회전경(80X)에 의해서 반사와 통과가 전환된 경우의 각각에서의 광을 다른 수광부(30X)에서 별도로 수광하는 경우의, 수광부(30X)의 개체차에 의한 문제점이 방지된다. 또, 샘플 가스(50X)가 도입된 가스셀(10X)의 일단에 회전경(80X)을 배치하는 구성으로 했으므로, 즉 가스셀(10X) 외부에 회전경(80X)을 배치했기 때문에, 회전경(80X)에 의해서 광의 반사와 통과를 전환해도, 샘플 가스(50X)를 통과하는 광의 광로 길이에 변화가 없다. 이 때문에, 샘플 가스(50X) 속을 통과하는 광의 광로 길이가 안정하지 않는 것에 의한 문제점을 방지할 수 있다.

또, 예를 들면 상기 특허 문헌 2의 경우와는 달리, 광로 길이가 안정하므로, 회전경(80X)을 일시 정지할 필요가 없다. 그 결과, 회전경(80X)의 일시 운동 정지에 의해 광 측정 타이밍에 대폭적인 시간 어긋남이 생겨 버리는 등의 문제점을 방지할 수 있다.

또, 회전경(80X)을, 반사판(81X)과 구멍(82X)에 의해서 구성함으로써, 간소한 구성이 가능해진다. 이 경우에는, 회전 부분이 얇은 원반으로 구성할 수 있기 때문에, 반사판(81X)을 회전시키기 위한 구동 전력이 적어 좋고, 회전경(80X)을 소형화할 수 있다.

또한, 본 발명의 하나의 측면은 상기 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도 1 ~ 3에 나타내는 바와 같이 반사경(60X)을 변조경(70X)이나 회전경(80X)의 후단에 배치하는 구성을 대신하여, 도 4에 나타내는 바와 같이, 원추형의 포화 가스실(40XA)을 이용하여, 포화 가스실(40XA)의 주위면에 반사경(60XA)을 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 적외광원(20X)으로부터 방사되어 변조경(70X) 또는 회전경(80X)을 투과한 광이, 반사경(60XA)의 내측에서 순차 반사하고, 반사마다 광이 포화 가스실(40XA)을 통과한다. 이것에 의해, 포화 가스실(40XA) 내를 통과하는 광로 길이를 길게 할 수 있고, 적외광원(20X)으로부터 방사된 광의 에너지를, 포화 가스실(40X)의 포화 가스(41X)에 의해서 충분히 흡수시킬 수 있다. 또, 광이 복수회 비교 가스셀을 통과하는 구성으로 했으므로, 비교 가스셀을 대형화하지 않고 소형의 비교 가스셀에 의해서, 비교 가스셀을 통과하는 광의 광로 길이를 길게 할 수 있다.

또한, 도 4에서는, 원추 모양의 반사경(60XA)을 이용하여 복수회 광을 반사시키는 것으로 했지만, 형상은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 복수의 반사면으로 구성된 삼각추 모양이나 사각추 모양이라도 괜찮다. 또한, 특허 청구 범위에서의「각도가 다른 복수의 반사면」이란, 반사경(60XA)을 원추 모양으로 형성한 경우와 같이, 반사면을 곡면으로 형성한 경우를 포함하는 것이다.

또, 포화 가스실(40X)과 밴드 패스 필터(90X)를 착탈 가능한 구성으로 할 수도 있다. 이 경우에는, 각각 다른 포화 가스(41X)를 봉입한 복수의 포화 가스실(40X)이나, 각각 다른 파장의 광을 통과시키는 복수의 밴드 패스 필터(90X)를 준비하는 것에 의해, 가스셀(10X) 내로 도입하는 샘플 가스(50X)나 측정 대상으로 하는 가스의 종류에 따라, 최적인 포화 가스실(40X)이나 밴드 패스 필터(90X)를 선택하여 사용할 수 있어, 다양한 종류의 가스의 농도를 측정하는 것이 가능해진다.

또, 1개의 변조경(70X) 또는 회전경(80X)에 대해서, 가스셀(10X) 및 수광부(30X)를 복수개 구비하여, 각각 다른 종류의 가스를 가스셀(10X) 내로 도입할 수도 있다. 이 경우에는, 복수 종류의 가스 농도를 동시에 측정할 수 있다.

다음에, 복수 종류의 가스가 혼재한 샘플 가스의 가스 농도를 검출하는 가스 농도 산출 장치의 변형예를 나타낸다. 상술한 바와 같이 종류가 다른 가스의 농도를 산출하기 위해서는 다른 파장의 광과 측정하고 싶은 가스를 포화 가스로 한 비교 가스실을 이용하여, 각각 가스 농도를 측정할 필요가 있다. 이것을 실현하기 위해, 본 변형예에서의 가스 농도 계측 모듈에서는, 반사 전환 유니트와 수광 수단의 세트를 복수 이용하여, 수광 수단마다 가스 농도 산출 모듈을 마련한 것이다. 도 5는, 4종류의 가스가 혼재한 샘플 가스의 각 가스의 가스 농도를 측정하는 가스 농도 산출 장치(1XC)를 나타내는 개략 단면도이다. 반사 전환 유니트(200XA ~ 200XD)가 수광부(30XA ~ 30XD)에 비해 부피가 크기 때문에, 가스셀(10XA)의 양단에서, 도 5 중의 맨 위의 계단에는 좌측에 반사 전환 유니트(200XA), 우측에 수광부(30XA)를 배치하고, 그 다음의 계단에는 좌측에 수광부(30XB), 우측에 반사 전환 유니트(200XB)를 배치하고, 그 다음의 계단에는 좌측에 반사 전환 유니트(200XC), 우측에 수광부(30XC)를 배치하며, 그 다음의 계단에는 좌측에 수광부(30XD), 우측에 반사 전환 유니트(200XD)를 배치한다. 이것에 의해, 각 반사 전환 유니트와 각 수광부의 세트가 공통의 가스셀(10XA)을 이용하는 경우라도 가스 농도 산출 장치(1XC) 전체가 작게 된다.

가스셀(10XA)의 외부에 배치된 반사 전환 유니트(200XA ~ 200XD)에는, 측정에 이용하는 파장의 광을 방사하는 광원(20XA ~ 20XD)이 각각 배치되어 있다. 또한, 방사하는 광의 파장 범위가 넓고, 각 가스의 흡수에 이용할 수 있는 파장역을 포함하는 것이면, 하나의 광원을 이용할 수 있다. 각 반사 전환 유니트(200XA ~ 200XD)는, 상술한 제1 실시 형태의 반사 전환 유니트(100X)와 동일한 구성을 가지고 있으며, 각 반사 전환 유니트(200XA ~ 200XD) 내의 비교 가스실에는 측정 대상으로 하는 가스에 대응하는 포화 가스가 봉입되어 있다. 각 반사 전환 유니트(200XA ~ 200XD)의 광원(20XA ~ 20XD)으로부터 방사된 광은, 각 반사 전환 유니트(200XA ~ 200D)에 구비된 반사경 또는 변조경에서 반사되어, 각각 수광부(30XA ~ 30XD)로 입사한다.

또, 각 수광부(30XA ~ 30XD)에는 각각 밴드 패스 필터(90XA ~ 90XD)가 배치된다. 각 밴드 패스 필터(90XA ~ 90XD)는, 각 수광부(30XA ~ 30XD)에서 측정 대상이 되는 가스가 흡수하는 파장의 광을 투과하고, 그것 이외의 파장의 광을 차단하는 광학 소자로서, 각 수광부(30XA ~ 30XD)마다 다른 것으로 되어 있다. 각 수광부(30XA ~ 30XD)가 수광한 광의 에너지값에 근거하여, 산출 회로(3XA ~ 3XD)가 측정 대상으로 하는 가스의 농도를 산출한다.

상술의 변형예에서는, 반사 전환 유니트(200XA ~ 200XD)와 수광부(30XA ~ 30XD)를 엇갈리게 배치했지만, 도 6에 나타내는 가스 농도 산출 장치(1XD)와 같이, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 광원(20XA ~ 20XD)과, 광원(20XA ~ 20XD)으로부터 방사된 광을 각각 수광하는 수광부를 구비하는 반사 전환 유니트(300XA ~ 300XD)를 가스셀(10XA)의 양단에 엇갈리게 배치해도 괜찮다.

또, 도 7에 다른 변형예에서의 가스 농도 산출 장치(1XE)를 나타낸다. 도 8은, 가스 농도 산출 장치(1XE)의 반사 전환 유니트(300XA)를 도 7에서의 화살표(L) 방향에서 본 도면이다. 본 변형예에서의 가스 농도 산출 장치(1XE)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 가스셀(10XA)의 일방측에 반사 전환 유니트(300XA ~ 300XD)를 배치하고, 타방측에 광원(20XA ~ 20XD)을 일치시켜 배치한 것이다. 반사 전환 유니트(300XA ~ 300XD)는, 도 2를 이용하여 설명한 제2 실시 형태에서의 반사 전환 유니트(100XA)와 동일한 구성으로 되어 있다. 이 반사 전환 유니트(300XA ~ 300XD)는, 각 광원(20XA ~ 20XD)으로부터 방사된 광을 반사경 및 변조경에 의해서, 반사 유니트(300XA ~ 300XD)의 정렬 방향과 직교하는 방향으로 반사시켜 수광부에서 수광한다. 즉, 광원(20XA ~ 20XD)으로부터 방사된 광을 반사경 및 변조경에 의해서 도 7의 지면 안쪽을 향하여 반사시켜, 수광부(30X)에서 수광한다. 또한, 도 7, 도 8에 나타내는 가스 농도 산출 장치(1XE)의 경우, 복수의 가스의 측정에 이용하는 파장의 광을 방사하는 광원이면, 각 가스마다의 광원(20XA ~ 20XD)을 준비하지 않아도 하나로 해결할 수도 있다.

또, 가스 농도 산출 장치(1X, 1XA ~ 1XE)에서 산출된 가스의 농도는, 공조 제어 이외에도, 가스의 농도를 산출하는 여러 가지 기기에 적용할 수 있다.

[제4 실시 형태］

(가스 농도 산출 장치(1Y)의 전체 구성)

우선, 제4 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1Y)의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 9는, 가스 농도 산출 장치(1Y)를 나타내는 개략 단면도이다. 가스 농도 산출 장치(1Y)는, 광원(20Y)으로부터의 광을 수광하고, 그 에너지값을 측정하는 가스 농도 계측 모듈(2Y)과, 가스 농도 계측 모듈(2Y)에 의한 측정 결과에 근거하여 가스 농도를 산출하는 산출 회로(3Y, 특허 청구 범위의「가스 농도 산출 모듈」에 상당)와, 산출 회로(3Y)가 가스 농도를 산출할 때에 필요한 정보를 격납하고 있는 격납부(4Y, 특허 청구 범위의「격납 수단」에 상당)를 포함하여 구성되어, 대상 가스의 농도를 산출하는 것이다. 산출 회로(3Y)에 의해서 산출된 가스 농도는, 도시하지 않은 제어 장치 등으로 출력되어, 예를 들면 공조 시스템 등의 제어에 이용된다. 또한, 제4 실시 형태에서는, 가스 농도 계측 모듈(2Y)로 도입되는 샘플 가스(60Y) 중의 이산화탄소를 농도 산출의 대상 가스로 한 경우의 예에 대해서 설명한다.

가스 농도 계측 모듈(2Y)은, 가스셀(10Y)과, 광원(20Y)과, 변조경(30Y, 특허 청구 범위의「반사율 조정 수단」에 상당)과, 밴드 패스 필터(40Y)와, 수광부(50Y, 특허 청구 범위의「수광 수단」에 상당)를 포함하여 구성된다.

가스셀(10Y)은, 내부에 샘플 가스(60Y)가 도입되는 도입 공간(11Y)을 형성하는 것이다. 가스셀(10Y)은, 가스셀(10Y)의 일단측에, 도입 공간(11Y) 내로 샘플 가스(60Y)를 도입하기 위한 가스 도입부(12Y)가 마련되고, 가스셀(10Y)의 타단측에, 도입 공간(11Y) 내의 샘플 가스(60Y)를 외부로 배출하기 위한 가스 배출부(13Y)가 마련되어 있다. 가스 배출부(13Y)는, 가스셀의 내벽(예를 들면 저부)에 다수의 구멍이 마련되어 있는 것으로 해도 좋다.

광원(20Y)은, 가스셀(10Y) 내에 배치되어 있으며, 적외선을 방사하는 것이다. 제4 실시 형태에서는, 광원(20Y)으로서, 4.2㎛ ~ 4.3㎛의 파장역의 광을 포함하는 광을 방사하는 것을 이용한다. 도 9에서는, 광원(20Y)이 가스셀(10Y) 내의 중앙의 저부에 배치되어 있는 예를 나타내고 있지만, 이것에 한정하지 않고, 광원(20Y)이 가스셀(10Y) 내의 중앙의 상부나 중앙부에 배치되어 있어도 좋고, 변조경(30Y)측이나 수광부(50Y)측에 어느 정도 치우쳐서 배치되어 있어도 좋다. 광원(20Y)으로부터의 적외선은 샘플 가스(60Y) 중의 이산화탄소 분자(61Y)에 의해 흡수되어 감쇠한다.

변조경(30Y)는, 가스셀(10Y)의 일단에 배치되며, 광원(20Y)으로부터 방사된 광에 대한 반사율을 전기적으로 조정하는 것이다. 제4 실시 형태에서는, 변조경(30Y)으로서, 예를 들면 액정 광학 소자나 전기 광학 디바이스(EO 디바이스)를 채용하고 있다. 이것 외에, 유전체나 금속 메시 등으로 반사율의 제어를 행하는 다른 수법을 이용해도 좋다.

밴드 패스 필터(40Y)는, 광원(20Y)와 수광부(50Y)와의 사이의 광로 상에 배치되며, 소정 파장의 광만을 통과시키는 것이다. 제4 실시 형태에서는, 밴드 패스 필터(40Y)는, 가스셀(10Y)의 수광부(50Y)측의 단부에 배치되며, 4.2㎛ ~ 4.3㎛의 파장역의 광만을 투과하는 것을 이용한다.

수광부(50Y)는, 가스셀(10Y)의 타단에 배치되며, 광원(20Y)으로부터 직접 방사되는 직접광, 및 광원(20Y)으로부터 방사되고 또한 변조경(30Y)에 의해 반사되는 반사광의 양쪽 모두를 수광하는 수광 소자이다. 즉, 하나의 수광부(50Y)가 직접광 및 반사광의 양쪽 모두를 수광한다. 환언하면, 변조경(30Y)에 의해 반사율이 전기적으로 조정된 경우의 각각에서의 광(후술하는 바와 같이, 직접광, 및 직접광과 반사광의 합계 등)을 하나의 수광부(50Y)가 수광한다. 따라서, 복수 종류의 광을 수광하기 위해서 복수의 수광 수단을 각각 이용하는 경우에 비해, 수광 수단의 개체차에 의한 폐해가 전무하다.

(광로 길이나 수광 에너지값에 차이를 발생시키기 위한 구조)

도 10은, 제4 실시 형태에서, 광로 길이나 수광 에너지값에 차이를 발생시키기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 9과 마찬가지로, 가스셀(10Y)의 중앙부에 배치된 광원(20Y)으로부터 출발하여 수광부(50Y)에 도달하는 광의 광로 길이 및 수광 에너지값의 변경은, 변조경(30Y)의 반사율의 변경에 의해서 행해진다. 본 설명에서는, 설명의 편의를 위해, 변조경(30Y)이 전반사(변조경(30Y)이 ON) 또는 전투과(변조경(30Y)이 OFF)하는 것에 의해, 반사율을 조정하는 것으로 하여 설명한다.

도 10의 (A)은, 변조경(30Y)이 ON인 상태가 되어, 광원(20Y)으로부터 도달한 광을 모두 반사하는 상태를 나타낸다. 그림 10의 (A)에서, 광원(20Y)로부터 방사되어 수광부(50Y)에 직접 도달하는 광인 직접광은 I1(→)으로 표시되어 있고, 직접광이 통과하는 광로의 길이는 대체로 L이다. 또, 반사광에 대해서는, I1(←)(광원(20Y)으로부터 방사되어 변조경(30Y)에 도달하는 광) 및 I2(변조경(30Y)에 의해 반사되어 수광부(50Y)에 도달하는 광)로 표시되고 있으며, 반사광이 통과하는 광로의 길이는 대체로 3L(L ＋ 2L)이다. 변조경(30Y)이 ON인 상태에서는, 직접광 및 반사광의 양쪽 모두가 각각 L 및 3L의 광로를 거쳐 수광부(50Y)에 도달되어, 수광 에너지값이 측정된다. 한편, 도 10의 (B)는, 변조경(30Y)이 OFF인 상태가 되어, 광원(20Y)으로부터 도달한 광을 전부 반사하지 않고 투과하고 있는 상태를 나타낸다.이 경우에는, 직접광만이 대체로 L의 광로를 거쳐 수광부(50Y)에 도달되어, 수광 에너지값이 측정된다. 또한, 도 10에서는, 해칭(hatching)의 유무에 의해 변조경(30Y)의 ON／OFF를 나타내고 있다. 또, 도 10의 (B)에서는 반사하지 않는 광을 투과하는 것을 기재하고 있지만, 이것에 한정하지 않고, 흡수하도록 해도 좋다.

이상과 같이, 제4 실시 형태에서, 광로 길이 및 수광 에너지값의 변경은 변조경(30Y)에 의해 전기적으로 행해진다. 이 때문에, 컴팩트하고, 게다가 가동부를 없앨 수 있으며, 진동에 의한 위치 어긋남이나 부가적인 노이즈 등의 폐해가 없어, 정밀도가 향상한다. 게다가, 변조 속도가 기계식에 비해 큰 폭으로 고속화할 수 있다.

(격납부(4Y)의 격납 정보)

다음에, 격납부(4Y)가 격납하는 정보에 대해서 설명한다. 격납부(4Y)에는, 변조경(30Y)에 의해 반사율이 전기적으로 조정된 경우의 각각에서의, 수광부(50Y)의 수광 에너지값의 비와, 대상 가스인 이산화탄소의 농도와의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스 또는 근사식이 미리 격납되어 있다.

도 11은, 격납부(4Y)의 격납 정보를 설명하기 위한 도면이다. 도 11은, 기본적으로는 도 9나 도 10과 동일한 도면이지만, 이하의 설명을 위해서 필요한 요소만을 남기고, 광로 길이에 대해서는 L이나 2L로 개략적으로 표시하고 있다. 도 11에서는, 이하와 같은 식 (1) ~ (3)이 성립한다.

I = I1(→) ＋ I1(←) … (1)

I1(→)／I = x … (2)

I1(←)／I = 1-x … (3)

여기서, I는 광원(20Y)으로부터 방사되는 적외선의 토탈 에너지값이고, I1(→)는 직접광으로서 도 11에서 광원(20Y)으로부터 우측 방향으로 방사되는 적외선의 에너지값이고, I1(←)는 도 11에서 광원(20Y)으로부터 좌측 방향으로 방사되는 적외선의 에너지값이며, x는 I1(→)와 I1(←)의 분배 비율이다.

도 11에서, 변조경(30Y)이 ON인 상태인 경우에는, 람베르트·베르(Lambert·Beer) 법칙에 의해, 이하와 같은 식 (4) ~ (7)이 성립한다.

I1(→) = xIexp(－KCL) … (4)

I1(←) = (1－x)Iexp(－KCL) … (5)

I2 = (I1(←)Ron)exp(－2KCL) = (((1－x)Iexp(－KCL))Ron)exp(－2KCL) … (6)

Ion = I1(→) + I2 = xIexp(－KCL)＋(((1－x)Iexp(－KCL))Ron)exp(－2KCL) … (7)

여기서, K는 흡수 계수이고, C는 가스셀(10Y) 내로 도입된 샘플 가스(60Y) 중의 이산화탄소의 농도이고, L은 광원(20Y)으로부터 수광부(50Y)까지의 거리이고, 2L은 변조경(30Y)으로부터 수광부(50Y)까지의 거리이고, I2는 반사광으로서 광원(20Y)으로부터 좌측 방향으로 방사되고 또한 변조경(30Y)에 의해 반사된 적외선의 에너지값이고, Ron는 변조경(30Y)의 ON 상태에서의 반사율이며, Ion는 변조경(30Y)이 ON인 상태로 수광부(50Y)에 도달하는 적외선의 토탈(total) 에너지로서, 직접광과 반사광과의 합계 에너지값이다.

또, 도 11에서, 변조경(30Y)이 OFF인 상태인 경우에는, 람베르트·베르 법칙에 의해, 이하와 같은 식 (8) ~ (11)이 성립한다.

I1(→) = xIexp(－KCL) … (8)

I1(←) = (1－x)Iexp(－KCL) … (9)

I2 = (I1(←)Roff)exp(－2KCL) = (((1－x)Iexp(－KCL))Roff)exp(－2KCL) … (10)

Ioff = I1(→) ＋ I2 = xIexp(－KCL) ＋ (((1－x)Iexp(－KCL))Roff)exp(－2KCL) … (11)

여기서, Roff는 변조경(30Y)이 OFF인 상태에서의 반사율이고, Ioff는 변조경(30Y)이 OFF인 상태로 수광부(50Y)에 도달하는 적외선의 토탈 에너지로서, 직접광과 반사광과의 합계 에너지값이다.

변조경(30Y)이 ON인 상태로 수광부(50Y)가 수광한 광의 에너지값(Ion)과 변조경(30Y)이 OFF인 상태로 수광부(50Y)가 수광한 광의 에너지값(Ioff)의 비(특허 청구 범위의「상기 반사율 조정 수단에 의해 상기 반사율이 전기적으로 조정된 경우의 각각에서의, 상기 수광 수단의 수광 에너지값의 비」에 상당)는 이하와 같다.

Ion／Ioff = [xIexp(－KCL) ＋ (((1－x)Iexp(－KCL))Ron)exp(－2KCL)]／[xIexp(－KCL) ＋ (((1－x) Iexp(－KCL))Roff)exp(－2KCL)] … (12)

만일, Roff = 0 또한 x = 0.5, 즉 변조경(30Y)이 OFF인 상태에는 완전하게 투명(전투과)이고, 한편 광원(20Y)의 분배는 절반인 경우에는, Ion와 Ioff의 비에 대해서 하기의 관계가 성립한다.

Ion／Ioff = (1＋(Ron)exp(－2KCL)) … (13)

여기서, 장치 구성에 의해 Ron, K, L은 정수가 되기 때문에, 상기의 식 (13)은 이하와 같이 고쳐 쓸 수 있다.

C = f(Ratio(투명경(透明鏡)) … (14)

여기서, Ratio(투명경)는 Roff = 0 또한 x = 0.5인 경우의 Ion과 Ioff의 비이고, f는 함수이며, Ratio(투명경)와 농도(C)와의 상관 관계를 나타내는 근사식이다. 격납부(4Y)는 이 식 (14)의 근사식(f)을 나타내는 정보를 격납하고 있다.

한편, 상기의 근사식(f)을 구하는 대신에, 기지(旣知)의 I, K, C, L, x, Ron, Roff를 이용하고, 또한 상기 (7)이나 (11)을 이용하여, 각각의 경우에서의 Ion이나 Ioff를 산출하며, 그 비인 Ion／Ioff를 산출하도록 해도 좋다. 그리고, 그 결과를 테이블로 하여 데이타베이스를 작성한다. 도 12는 이와 같이 작성한 데이타베이스의 일례를 나타낸다. 도 12의 데이타베이스에는, Ion／I, Ioff／I, Ion／Ioff의 각 값에 대응하는 이산화탄소의 농도가 나타내어져 있다.

게다가, 도 12의 데이타베이스를 이용하여, 도 13에 나타내는 그래프를 구해도 좋다. 도 13에 나타내는 그래프는, 이산화탄소의 농도와 비(Ion／Ioff)와의 상관 관계 등을 나타내고 있다. 도 13에서, G1는 이산화탄소의 농도와 비(Ion／Ioff)와의 상관 관계를 나타내는 그래프이고, G2는 이산화탄소의 농도와 비(Ion／I)와의 상관 관계를 나타내는 그래프이며, G3는 이산화탄소의 농도와 비(Ioff／I)와의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 격납부(4Y)는 이와 같은 데이타베이스 또는 그래프를 나타내는 정보를 격납하고 있다. 또한, 도 12나 도 13에서는, 데이타베이스나 그래프를 알기 쉽게 하기 위해, 이산화탄소의 농도가 제로 ppm인 때에, 각 에너지값의 광원으로부터 방사되는 에너지값(I)에 대한 비, Ion／I가 1이 되도록, Ioff／I가 0.5가 되도록, I1(→)／I, I1(←)／I 및 I2／I가 0.5가 되도록 나타내고 있지만, 실제 측정에서는 광원으로부터 방사되는 에너지(I)는 측정할 수 없기 때문에, 데이타베이스나 그래프에 나타내어진 값 중, 측정값으로서 얻어지는 값은 에너지값의 비(Ion／Ioff)뿐이다.

이상에 의해, 식 (14)의 근사식(f)이나, 도 12의 데이타베이스, 또는 도 13의 그래프에 근거하여, 이산화탄소의 농도와 Ion／Ioff와의 상관 관계를 알 수 있으므로, Ion／Ioff가 측정되면, 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있게 된다.

(이산화탄소의 농도 산출 처리)

다음에, 수광부(50Y)가 수광한 광의 에너지값으로부터, 산출 회로(3Y)가 이산화탄소의 농도를 산출하는 처리의 흐름에 대해서 설명한다. 산출 회로(3Y)는, 변조경(30Y)에 의해 반사율이 전기적으로 조정된 경우의 각각에서의, 수광부(50Y)의 수광 에너지값의 비(상기 Ion／Ioff)에 근거하고, 게다가 상기 설명한 근사식(f)이나, 도 12의 데이타베이스, 또는 도 13의 그래프 근거하여, 해당 비에 상응하는 이산화탄소의 농도를 산출하는 것으로서, CPU 등을 포함하여 구성된 연산 회로이다. 도 14는, 이산화탄소 농도 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.

스텝(S101Y)에서 산출 회로(3Y)는, 변조경(30Y)이 ON인 상태로 수광부(50Y)가 수광한 광의 에너지값(Ion)과, 변조경(30Y)이 OFF인 상태로 수광부(50Y)가 수광한 광의 에너지값(Ioff)을 취득한다.

다음에, 스텝(S102Y)에서 산출 회로(3Y)는, 취득한 에너지값(Ion)과 에너지값(Ioff)의 비(Ion／Ioff)를 산출한다. 스텝(S103Y)에서 산출 회로(3Y)는, 격납부(4Y)에 격납된 근사식(f)을 이용하여, 스텝(S103Y)에서 산출한 비(Ion／Ioff)로부터 이산화탄소의 농도를 산출한다. 근사식(f)을 이용하여 농도를 산출하는 것에 의해, 산출 처리를 용이하게 행할 수 있다.

스텝(S104Y)에서 산출 회로(3Y)는, 산출된 이산화탄소의 농도를 나타내는 신호를, 도시하지 않은 제어 장치 등으로 출력한다. 이산화탄소의 농도를 나타내는 신호는, 예를 들면, 제어 장치에서 공조 제어 등에 이용된다.

이상, 근사식(f)을 이용한 경우에 대해서 설명했지만, 도 12에 나타낸 테이블을 이용하는 경우에는, 스텝(S102Y)에서 산출한 비(Ion／Ioff)를 이용하여 테이블을 검색하고, 상응하는 농도값을 스텝(S104Y)에서의 출력값으로서 출력해도 좋다. 또, 도 13에 나타낸 그래프를 이용하는 경우에는, 스텝(S102Y)에서 산출한 비(Ion／Ioff)에 상응하는 농도값을 도 13의 그래프로부터 읽어내어, 해당 농도값을 스텝(S104Y)에서의 출력값으로서 출력해도 좋다.

(제4 실시 형태의 작용·효과)

이어서, 제4 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1Y)의 작용 및 효과에 대해서 설명한다. 제4 실시 형태의 가스 농도 산출 장치(1Y)에 의하면, 수광부(50Y)가 직접광 및 반사광의 양쪽 모두를 수광하기 때문에, 직접광 및 반사광을 각각 다른 수광부(50Y)에서 수광하는 경우나, 변조경(30Y)에 의해 반사율이 전기적으로 조정된 경우의 각각에서의 광을 다른 수광부(50Y)에서 별도로 수광하는 경우의, 수광부(50Y)의 개체차에 의한 문제점이 방지된다.

또, 제4 실시 형태에서, 수광부(50Y)가 수광하는 광에서의 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위한 수단은 변조경(30Y)이며, 이 변조경(30Y)의 동작은 반사율의 전기적인 제어에 따른다. 따라서, 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위해서 진동 등을 수반하지 않아, 해당 진동에 의한 위치 어긋남이나 부가적인 노이즈 등이 없기 때문에, 가스 농도 계측 모듈(2Y)의 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 변조경(30Y)이 반사율을 전기적으로 제어를 행하는 것에 의해, 반사율 전환을 고속으로 행할 수 있다. 따라서, 수광부(50Y)가 수광하는 광 측정 타이밍에서의 시간 어긋남이 없는 것과 같든가, 있어도 매우 짧아, 의사 동시 측정이 가능해진다.

이상에 의해, 제4 실시 형태에 의하면, 수광부(50Y)의 개체차에 의한 문제점, 진동에 의한 오차, 시간 어긋남에 의한 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이와 같은 효과를 가져오는 변조경(30Y)으로서는, 전기 광학 디바이스(EO 디바이스)나 액정 광학 소자가 바람직하다.

또, 밴드 패스 필터에 의해, 수광되는 광의 파장대를 동일 파장대로 할 수 있어, 다른 파장대의 광이 수광되는 것에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 제4 실시 형태에 의하면, 미리 준비한 데이타베이스 또는 근사식에 근거하여, 대상 가스의 농도를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

(변형예)

이상, 본 발명의 바람직한 제4 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명의 하나의 측면이 상기 제4 실시 형태에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다.

(변형예 1)

예를 들면, 상기 제4 실시 형태에서는, 가스 농도 산출 장치(1Y)에 의해서 이산화탄소의 농도를 산출하는 경우에 대해서 설명했지만, 측정에 사용하는 광의 파장을 바꿈으로써, 이것 이외의 가스의 농도를 산출 가능하다는 것은 말할 필요도 없다. 또, 농도를 측정하려고 하는 가스의 종류나 측정 레인지(range), 게다가 측정 정밀도 등에 따라, 광원의 종류나 가스셀의 형상에 대해서 적절히 최적화를 행할 수 있다.

(변형예 2)

도 15 및 도 16에 복수 종류의 가스가 혼재한 샘플 가스(60Y)의 가스 농도를 일괄 처리로 하여 검출하기 위한 변형예를 나타낸다. 상술한 바와 같이 종류가 다른 가스의 농도를 산출하려면, 다른 광의 파장을 이용하여, 각각 가스 농도를 측정할 필요가 있지만, 본원의 가스 농도 측정 모듈에서는, 수광 수단을 복수 이용하는 것과, 수광 수단마다 가스 농도 산출 모듈을 마련함으로써, 복수 종류의 가스에 대한 농도 측정을 일괄 처리로 하여 실현 가능해진다. 즉, 도 15 및 도 16에 나타내는 바와 같이, 대상 가스가 다른 수광 수단(50YA, 50YB, 50YC, 50YD)을 복수 구비하는 가스 농도 계측 모듈(2Y)과, 복수의 수광 수단(50YA, 50YB, 50YC, 50YD)에 대응하는 복수의 가스 농도 산출 모듈(산출 회로(3YA, 3YB, 3YC, 3YD) 및 격납부(4YA, 4YB, 4YC, 4YD))을 구비하는 것에 의해, 복수 종류의 가스가 혼재한 샘플 가스(60Y)에서의 복수의 가스 농도를 동시에 검출할 수 있다.

도 15 및 도 16은, 4종류의 가스가 혼재한 샘플 가스(60Y)의 각 가스의 가스 농도를 측정하는 장치를 예시하고 있다. 가스셀(10Y)의 내부에는, 측정에 이용하는 파장의 광을 방사하는 광원이 배치되어 있다. 방사하는 광의 파장 범위가 넓고, 각 가스의 흡수에 이용할 수 있는 파장역을 포함하는 것이면, 도 15에 나타내는 바와 같이, 하나의 광원(20Y)을 이용할 수 있다. 또, 도 16에 나타내는 바와 같이, 각 수광 수단(50YA, 50YB, 50YC, 50YD)에서 검출하는 파장 범위의 광을 각각 방사하는 다른 종류의 광원(20YA, 20YB, 20YC, 20YD)을 수광 수단(50YA, 50YB, 50YC, 50YD) 마다 마련해도 상관없다. 또, 변조경에서, 반사율을 제어할 수 있는 파장 범위가 좁은 경우는, 도 16에 나타내는 바와 같이, 각 가스의 흡수에 이용할 수 있는 파장마다 대응하여 4개의 변조경(30YA, 30YB, 30YC, 30YD)을 이용하여, 각각 ON-OFF 제어를 행하도록 해도 좋다.

도 15 및 도 16에서, 각 수광 수단(50YA, 50YB, 50YC, 50YD)에 각각 배치된 밴드 패스 필터(40YA, 40YB, 40YC, 40YD)는, 각 수광 수단(50YA, 50YB, 50YC, 50YD)에서 측정 대상이 되는 가스가 흡수하는 파장의 광을 투과하고, 그것 이외의 파장의 광을 차단하는 광학 소자로서, 각 수광 수단(50YA, 50YB, 50YC, 50YD) 마다 다른 밴드 패스 필터(40YA, 40YB, 40YC, 40YD)가 배치된다. 또, 가스셀(10Y)에는, 샘플 가스(60Y)가 공급되어, 측정이 행해진다. 또, 각 수광 수단(50YA, 50YB, 50YC, 50YD) 마다 산출되는 가스 농도의 산출 방법에 대해서는, 상술의 알고리즘과 동일하다. 또한, 도 16에서는, 가스셀(10Y)이 각 수광 수단(50YA, 50YB, 50YC, 50YD) 마다 분할된 형태로 되어 있지만, 이것에 한정하지 않고, 도 15에 나타낸 바와 같이, 모든 수광 수단(50YA, 50YB, 50YC, 50YD)에 공통의 하나의 가스셀(10Y)이라도 좋다.

(변형예 3)

또, 가스 농도 산출 장치(1Y)를, 변조경(30Y)이 전반사(Ron=1) 및 전투과(Roff = 0) 하도록 구성해도 좋으며, 이 경우에는, 이하의 수식이 성립한다.

Ion = I1(→) ＋ I2 = xIexp(－KCL) ＋ (((1－x)Iexp(－KCL)))exp(－2KCL) … (15)

Ioff = I1(→) = xIexp(－KCL) … (16)

(변형예 4)

또, 상기 제4 실시 형태에서는, 특허 청구 범위의「상기 반사율 조정 수단에 의해 상기 반사율이 전기적으로 조정된 경우」에 대해서, 변조경(30Y)이 ON／OFF 되는 경우를 예시했지만, 이것에 한정하지 않고, 변조경(30Y)이 ON인 상태를 유지하면서도 반사율을 다르게 하는 경우를, 특허 청구 범위의「상기 반사율 조정 수단에 의해 상기 반사율이 전기적으로 조정된 경우」의 일례로 해도 좋다.

(변형예 5)

또, 가스 농도 산출 장치(1Y)에서 산출된 가스의 농도는, 공조 제어 이외에도, 가스의 농도를 산출하는 여러 가지 기기에 적용할 수 있다.

[제5 실시 형태]

(가스 농도 산출 장치(1Z)의 전체 구성)

우선, 제5 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1Z)의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 17은, 가스 농도 산출 장치(1Z)를 나타내는 개략 단면도이다. 가스 농도 산출 장치(1Z)는, 광원(20Z)으로부터의 광을 수광하고, 그 에너지값을 측정하는 가스 농도 계측 모듈(2Z)과, 가스 농도 계측 모듈(2Z)에 의한 측정 결과에 근거하여 가스 농도를 산출하는 산출 회로(3Z, 특허 청구 범위의「가스 농도 산출 모듈」에 상당)와, 산출 회로(3Z)가 가스 농도를 산출할 때에 필요한 정보를 격납하고 있는 격납부(4Z, 특허 청구 범위의「격납 수단」에 상당)를 포함하여 구성되어, 대상 가스의 농도를 산출하는 것이다. 산출 회로(3Z)에 의해서 산출된 가스 농도는, 도시하지 않은 제어 장치 등으로 출력되어, 예를 들면 공조 시스템 등의 제어에 이용된다. 또한, 제5 실시 형태에서는, 가스 농도 계측 모듈(2Z)로 도입되는 샘플 가스(60Z) 중의 이산화탄소를 농도 산출의 대상 가스로 한 경우의 예에 대해서 설명한다.

가스 농도 계측 모듈(2Z)은, 가스셀(10Z)과, 광원(20Z)과, 회전경(30Z, 특허 청구 범위의「회전 기구」에 상당)과, 밴드 패스 필터(40Z)와, 수광부(50Z, 특허 청구 범위의「수광 수단」에 상당)를 포함하여 구성된다.

가스셀(10Z)은, 내부에 샘플 가스(60Z)가 도입되는 도입 공간(11Z)을 형성하는 것이다. 가스셀(10Z)은, 가스셀(10Z)의 일단측에, 도입 공간(11Z) 내로 샘플 가스(60Z)를 도입하기 위한 가스 도입부(12Z)가 마련되고, 가스셀(10Z)의 타단측에, 도입 공간(11Z) 내의 샘플 가스(60Z)를 외부로 배출하기 위한 가스 배출부(13Z)가 마련되어 있다. 가스 배출부(13Z)는, 가스셀의 내벽(예를 들면 저부)에 다수의 구멍이 마련되어 있는 것으로 해도 좋다.

광원(20Z)은, 가스셀(10Z) 내에 배치되어 있으며, 적외선을 방사하는 것이다. 제5 실시 형태에서는, 광원(20Z)으로서, 4.2㎛ ~ 4.3㎛의 파장역의 광을 포함하는 광을 방사하는 것을 이용한다. 도 17에서는, 광원(20Z)이 가스셀(10Z) 내의 중앙의 저부에 배치되어 있는 예를 나타내고 있지만, 이것에 한정하지 않고, 광원(20Z)이 가스셀(10Z) 내의 중앙의 상부나 중앙부에 배치되어 있어도 좋고, 회전경(30Z)측이나 수광부(50Z)측에 어느 정도 치우쳐서 배치되어 있어도 좋다. 광원(20Z)으로부터의 적외선은 샘플 가스(60Z) 중의 이산화탄소 분자(61Z)에 의해 흡수되어 감쇠한다.

회전경(30Z)은, 가스셀(10Z)의 일단(10aZ)측에 배치되며, 광원(20Z)으로부터 방사된 광을 회전에 의해 반사 또는 투과하는 것이다. 회전경(30Z)은, 광원(20Z)으로부터 수광부(50Z)까지의 광로의 방향과 다른 방향으로 회전 또는 운동을 행하는 것에 의해, 광을 반사 또는 투과한다. 도 17에 나타낸 XYZ 좌표계로 말하면, 광원(20Z)으로부터 수광부(50Z)까지의 광로의 방향은 X 방향이며, 회전경(30Z)의 회전은 YZ면을 따라서 행해진다. 즉, 회전경(30Z)은, 광로의 방향인 X 방향과는 수직인 YZ면 상에서 회전한다. 도 17에는 회전경(30Z)의 YZ 면 상에서의 회전을 화살표로 나타내고 있다. 환언하면, 이 경우에 광로의 방향과 회전경(30Z)의 회전축과는 동일한 X 방향이 되지만, 회전경(30Z)의 단부(30aZ)는 YZ면 상에서 원을 그리면서 회전한다. 또한, 장치 구성상, 광로의 방향과 회전경(30Z)의 회전축이 대체로 동일한 방향이면 좋다. 회전경(30Z)이 광로의 방향인 X 방향을 따라서 운동하는 것은 아니다. 제5 실시 형태에서는, 회전경(30Z)은, 반사판(31Z)과 구멍(32Z)으로 이루어지며, 회전 구동 기구(33Z)에 의해 회전 방향이나 회전 속도 등이 제어된다. 구멍(32Z)은 프레임(32aZ)에 의해 둘러싸여서 이루어지는 공간이다. 가스셀(10Z)의 일단(10aZ)측에는 적외선에 대해서 높은 투과성을 가지는 재료로 이루어진 창부(窓部, 14Z)가 마련되어 있다.

밴드 패스 필터(40Z)는, 광원(20Z)과 수광부(50Z)와의 사이의 광로 상에 배치되며, 소정 파장의 광만을 통과시키는 것이다. 제5 실시 형태에서는, 밴드 패스 필터(40Z)는, 가스셀(10Z)의 수광부(50Z)측의 단부에 배치되며, 4.2㎛ ~ 4.3㎛의 파장역의 광만을 투과하는 것을 이용한다.

수광부(50Z)는, 가스셀(10Z)의 타단에 배치되며, 광원(20Z)으로부터 직접 방사되는 직접광, 및 광원(20Z)으로부터 방사되고 또한 회전경(30Z)에 의해 반사되는 반사광의 양쪽 모두를 수광하는 수광 소자이다. 즉, 하나의 수광부(50Z)가 직접광 및 반사광의 양쪽 모두를 수광한다. 환언하면, 회전경(30Z)에 의해 광이 반사 또는 투과된 경우의 각각에서의 광(후술하는 바와 같이, 직접광, 및 직접광과 반사광의 합계)을 하나의 수광부(50Z)가 수광한다. 따라서, 복수 종류의 광을 수광하기 위해서 복수의 수광 수단을 각각 이용하는 경우에 비해, 수광 수단의 개체차에 의한 폐해가 전무하다.

도 18은, 제5 실시 형태에서, 광로 길이나 수광 에너지값에 차이를 발생시키기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 17과 마찬가지로, 가스셀(10Z)의 중앙 저부에 배치된 광원(20Z)으로부터 출발하여 수광부(50Z)에 도달하는 광의 광로 길이 및 수광 에너지값의 변경은, 회전경(30Z)의 회전에 의해서 행해진다. 본 설명에서는, 설명의 편의를 위해, 회전경(30Z)이 전반사 또는 전투과하는 것에 의해, 반사율을 조정하는 것으로 하여 설명한다.

도 18의 (A)은, 회전경(30Z)의 회전에 의해 반사판(31Z)이 가스셀(10Z)의 일단(10aZ)측에 광원(20Z)과 대면하도록 위치되며, 광원(20Z)으로부터 도달한 광을 모두 가스셀(10Z) 내로 반사하는 상태를 나타낸다. 도 18의 (A)에서, 광원(20Z)으로부터 방사되어 수광부(50Z)에 직접 도달하는 광인 직접광은 I1(→)으로 표시되어 있으며, 직접광이 통과하는 광로의 길이는 대체로 L이다. 또, 반사광에 대해서는, I1(←)(광원(20Z)으로부터 방사되어 반사판(31Z)에 도달하는 광) 및 I2(반사판(31Z))에 의해 반사되어 수광부(50Z)에 도달하는 광)로 표시되어 있으며, 반사광이 통과하는 광로의 길이는 대체로 3L(L ＋ 2L)이다. 반사판(31Z)이 광원(20Z)과 대면하도록 위치된 상태에서는, 직접광 및 반사광의 양쪽 모두가 각각 L 및 3L의 광로를 거쳐 수광부(50Z)에 도달되어, 수광 에너지값이 측정된다. 한편, 도 18의 (B)는, 회전경(30Z)의 회전에 의해 구멍(32Z)이 가스셀(10Z)의 일단(10aZ)측에 광원(20Z)과 대면하도록 위치된 상태가 되며, 광원(20Z)으로부터 도달한 광을 전부 반사하지 않고 투과하고 있는 모습을 나타낸다. 이 경우에는, 직접광만이 대체로 L의 광로를 거쳐 수광부(50Z)에 도달되어, 수광 에너지값이 측정된다. 또한, 도 18의 (B)에서는 반사하지 않는 광을 구멍(32Z)에 의해 투과하는 것을 기재하고 있지만, 이것에 한정하지 않고, 흡수하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 구멍(32Z) 대신에 흡수체(도시하지 않음)를 마련할 수 있다.

이상과 같이, 제5 실시 형태에서, 광로 길이 및 수광 에너지값의 변경은 회전경(30Z)의 광로 길이 방향과는 다른 방향으로의 회전에 의해 행해진다. 이 때문에, 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위해서, 광로 길이 방향을 따라서 회전경(30Z)이 운동을 행할 필요가 없다. 즉, 회전경(30Z)은 회전을 행하고 있지만, 광로 길이 방향으로 움직이는 것은 아니기 때문에, 회전경(30Z)과 수광부(50Z)와의 사이의 절대적인 거리에는 변동이 없다. 따라서, 광로 길이가 안정하므로, 회전경(30Z)을 일시 정지하지 않아도, 정밀도가 높은 계측을 실현할 수 있다. 그 결과, 회전경(30Z)의 일시 운동 정지에 의해 광 측정 타이밍에 대폭의 시간 어긋남이 생겨 버리는 것을 방지할 수 있다.

(격납부(4Z)의 격납 정보)

다음에, 격납부(4Z)가 격납하는 정보에 대해서 설명한다. 격납부(4Z)에는, 회전경(30Z)에 의해 광이 반사 또는 투과된 경우의 각각에서의, 수광부(50Z)의 수광 에너지값의 비와, 대상 가스인 이산화탄소의 농도와의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스 또는 근사식이 미리 격납되어 있다.

도 19는, 격납부(4Z)의 격납 정보를 설명하기 위한 도면이다. 도 19는, 기본적으로는 도 17이나 도 18과 동일한 도면이지만, 이하의 설명을 위해서 필요한 요소만을 남기고, 광로 길이에 대해서는 L이나 2L로 개략적으로 표시하고 있다. 도 19에서는, 이하와 같은 식 (1) ~ (3)이 성립한다.

I = I1(→)＋I1(←) … (1)

I1(→)／I = x … (2)

I1(←)／I = 1－x … (3)

여기서, I는 광원(20Z)으로부터 방사되는 적외선의 토탈 에너지값이고, I1(→)은 직접광으로서 도 19에서 광원(20Z)으로부터 우측 방향으로 방사되는 적외선의 에너지값이고, I1(←)은 도 19에서 광원(20Z)으로부터 좌측 방향으로 방사되는 적외선의 에너지값이며, x는 I1(→)와 I1(←)의 분배 비율이다.

도 19에서, 회전경(30Z)의 회전에 의해 반사판(31Z)이 가스셀(10Z)의 일단(10aZ)측에 광원(20Z)과 대면하도록 위치된 경우(도 18의 (A)의 상태)에는, 람베르트·베르의 법칙에 의해, 이하와 같은 식 (4) ~ (7)이 성립한다.

I1(→) = xIexp(－KCL) … (4)

I1(←) = (1－x)Iexp(－KCL) … (5)

I2 = (I1(←)Ron)exp(－2KCL) = (((1－x)Iexp(－KCL))Ron)exp(－2KCL) … (6)

Ion = I1(→) ＋ I2 = xIexp(－KCL) ＋ (((1－x)Iexp(－KCL))Ron)exp(－2KCL) … (7)

여기서, K는 흡수 계수이고, C는 가스셀(10Z) 내로 도입된 샘플 가스(60Z) 중의 이산화탄소의 농도이고, L은 광원(20Z)으로부터 수광부(50Z)까지의 거리이고, 2L은 회전경(30Z, 반사판(31Z))으로부터 수광부(50Z)까지의 거리이고, I2는 반사광으로서 광원(20Z)으로부터 좌측 방향으로 방사되고 또한 회전경(30Z, 반사판(31Z))에 의해 반사된 적외선의 에너지값이고, Ron은 이 상태에서의 회전경(30Z, 반사판(31Z))의 반사율이며, Ion은 이 상태에서 수광부(50Z)에 도달하는 적외선의 토탈 에너지로서, 직접광과 반사광과의 합계 에너지값이다.

또, 도 19에서, 회전경(30Z)의 회전에 의해 구멍(32Z)이 가스셀(10Z)의 일단(10aZ)측에 광원(20Z)과 대면하도록 위치된 경우(도 18의 (B)의 상태)에는, 람베르트·베르의 법칙에 의해, 이하와 같은 식 (8) ~ (11)이 성립한다.

I1(→) = xIexp(－KCL) … (8)

I1(←) = (1－x)Iexp(－KCL) … (9)

Ioff = I1(→) ＋ I2 = xIexp(－KCL) ＋ (((1－x)Iexp(－KCL))Roff)exp(－2 KCL) … (11)

여기서, Roff는 이 상태에서의 회전경(30Z, 구멍(32Z))의 반사율이고, 구멍(32Z)이므로 기본적으로는 Roff는 0이다. Ioff는, 이 상태에서 수광부(50Z)에 도달하는 적외선의 토탈 에너지로서, 구멍(32Z)의 존재에 의해 반사광은 없고, 직접광만의 에너지값이다.

반사판(31Z)이 광원(20Z)과 대면하는 상태로 수광부(50Z)가 수광한 광의 에너지값(Ion)과 구멍(32Z)이 광원(20Z)과 대면하는 상태로 수광부(50Z)가 수광한 광의 에너지값(Ioff)의 비(특허 청구 범위의「상기 회전 기구에 의해 상기 광이 반사 또는 투과된 경우의 각각에서의, 상기 수광 수단의 수광 에너지값의 비」에 상당)는 이하와 같다.

Ion／Ioff = [xIexp(－KCL) ＋ (((1－x)Iexp(－KCL))Ron)exp(－2KCL)]／[xIexp(－KCL) ＋ (((1－x)Iexp(－KCL))Roff)exp(－2KCL)] … (12)

여기서, Roff = 0 또한 x = 0.5, 즉 구멍(32Z)이 광원(20Z)과 대면하는 상태에는 완전히 투명(전투과)이며, 한편 광원(20Z)의 분배는 절반인 경우에는, Ion과 Ioff의 비에 대해서 하기의 관계가 성립한다.

Ion／Ioff = (1 ＋ (Ron)exp(－2KCL)) … (13)

C = f(Ratio(투명경)) … (14)

여기서, Ratio(투명경)는 Roff = 0 또한 x = 0.5인 경우의 Ion과 Ioff의 비이고, f는 함수이며, Ratio(투명경)와 농도(C)와의 상관 관계를 나타내는 근사식이다. 격납부(4Z)는 이 식 (14)의 근사식(f)을 나타내는 정보를 격납하고 있다.

한편으로, 상기의 근사식(f)을 구하는 대신에, 기지의 I, K, C, L, x, Ron, Roff를 이용하고, 또한 상기 (7)이나 (11)을 이용하여, 각각의 경우에서의 Ion이나 Ioff를 산출하고, 그 비인 Ion／Ioff를 산출하도록 해도 좋다. 그리고, 그 결과를 테이블로 하여 데이타베이스를 작성한다. 도 20은 이와 같이 작성한 데이타베이스의 일례를 나타낸다. 도 20의 데이타베이스에는, Ion／I, Ioff／I, Ion／Ioff의 각 값에 대응하는 이산화탄소의 농도가 나타내어지고 있다.

게다가, 도 20의 데이타베이스를 이용하여, 도 21에 나타내는 그래프를 구해도 좋다. 도 21에 나타내는 그래프는, 이산화탄소의 농도와 비(Ion／Ioff)와의 상관 관계 등을 나타내고 있다. 도 21에서, G1은 이산화탄소의 농도와 비(Ion／Ioff)와의 상관 관계를 나타내는 그래프이고, G2는 이산화탄소의 농도와 비(Ion／I)와의 상관 관계를 나타내는 그래프이며, G3는 이산화탄소의 농도와 비(Ioff／I)와의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 격납부(4Z)는 이와 같은 데이타베이스 또는 그래프를 나타내는 정보를 격납하고 있다. 또한, 도 20이나 도 21에서는, 데이타베이스나 그래프를 알기 쉽게 하기 위해서, 이산화탄소의 농도가 제로 ppm인 때에, Ion／Ioff가 2가 되도록, 각 에너지값의 광원으로부터 방사되는 에너지값(I)에 대한 비, Ion／I이 1이 되도록, Ioff／I가 0.5가 되도록, I1(→)／I, I1(←)／I 및 I2／I가 0.5가 되도록 나타내고 있지만, 실제 측정에서는 광원으로부터 방사되는 에너지(I)는 측정할 수 없기 때문에, 데이타베이스나 그래프에 나타내어진 값 중, 측정값으로서 얻어지는 값은 에너지값의 비(Ion／Ioff)뿐이다.

이상에 의해, 식 (14)의 근사식(f)이나, 도 20의 데이타베이스, 또는 도 21의 그래프에 근거하여, 이산화탄소의 농도와 Ion／Ioff와의 상관 관계를 알 수 있으므로, Ion／Ioff가 측정되면, 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있게 된다.

(이산화탄소의 농도 산출 처리)

다음에, 수광부(50Z)가 수광한 광의 에너지값으로부터, 산출 회로(3Z)가 이산화탄소의 농도를 산출하는 처리의 흐름에 대해서 설명한다. 산출 회로(3Z)는, 회전경(30Z)에 의해 광이 반사 또는 투과된 경우의 각각에서의, 수광부(50Z)의 수광 에너지값의 비(상기 Ion／Ioff)에 근거하고, 게다가 상기 설명한 근사식(f)이나, 도 20의 데이타베이스, 또는 도 21의 그래프에 근거하여, 해당 비에 상응하는 이산화탄소의 농도를 산출하는 것으로서, CPU 등을 포함하여 구성된 연산 회로이다. 도 22는, 이산화탄소 농도 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.

스텝(S101Z)에서 산출 회로(3Z)는, 반사판(31Z)이 광원(20Z)과 대면하는 상태로 수광부(50Z)가 수광한 광의 에너지값(Ion)과, 구멍(32Z)이 광원(20Z)과 대면하는 상태로 수광부(50Z)가 수광한 광의 에너지값(Ioff)을 취득한다.

다음에, 스텝(S102Z)에서 산출 회로(3Z)는, 취득한 에너지값(Ion)과 에너지값(Ioff)의 비(Ion／Ioff)를 산출한다. 스텝(S103Z)에서 산출 회로(3Z)는, 격납부(4Z)에 격납된 근사식(f)을 이용하여, 스텝(S103Z)에서 산출한 비(Ion／Ioff)로부터 이산화탄소의 농도를 산출한다. 근사식(f)을 이용하여 농도를 산출하는 것에 의해, 산출 처리를 용이하게 행할 수 있다.

스텝(S104Z)에서 산출 회로(3Z)는, 산출된 이산화탄소의 농도를 나타내는 신호를, 도시하지 않은 제어 장치 등으로 출력한다. 이산화탄소의 농도를 나타내는 신호는, 예를 들면, 제어 장치에서 공조 제어 등에 이용된다.

이상, 근사식(f)을 이용한 경우에 대해서 설명했지만, 도 20에 나타낸 테이블을 이용하는 경우에는, 스텝(S102Z)에서 산출한 비(Ion／Ioff)를 이용하여 테이블을 검색하고, 상응하는 농도값을 스텝(S104Z)에서의 출력값으로서 출력해도 좋다. 또, 도 21에 나타낸 그래프를 이용하는 경우에는, 스텝(S102Z)에서 산출한 비(Ion／Ioff)에 상응하는 농도값을 도 21의 그래프로부터 읽어내어, 해당 농도값을 스텝(S104Z)에서의 출력값으로서 출력해도 좋다.

(제5 실시 형태의 작용·효과)

이어서, 제5 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1Z)의 작용 및 효과에 대해서 설명한다. 제5 실시 형태의 가스 농도 산출 장치(1Z)에 의하면, 수광부(50Z)가 직접광 및 반사광의 양쪽 모두를 수광하기 때문에, 직접광 및 반사광을 각각 다른 수광부(50Z)에서 수광하는 경우나, 회전경(30Z)에 의해 광이 반사 또는 투과된 경우의 각각에서의 광을 다른 수광부(50Z)에서 별도로 수광하는 경우의, 수광부(50Z)의 개체차에 의한 문제점이 방지된다.

또, 제5 실시 형태에서, 수광부(50Z)가 수광하는 광에서의 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위한 수단은 회전경(30Z)이며, 이 회전경(30Z)은 광원(20Z)으로부터 수광부(50Z)까지의 광로의 방향과 다른 방향으로 회전을 행하는 것에 의해, 광을 반사 또는 투과한다. 여기서,「광로의 방향과 다른 방향으로 회전」이란, 예를 들면 회전경(30Z)의 회전축을 광로와 동일한 방향으로 하는 것에 의해 가능해진다. 즉, 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위해서, 회전경(30Z)이 광로의 방향을 따라서 운동을 행할 필요가 없고, 이 때문에, 회전경(30Z)이 회전을 행하고 있어도, 회전경(30Z)과 수광부(50Z)와의 사이의 절대적인 거리에는 변동이 없다. 따라서, 예를 들면 상기 특허 문헌 2의 경우와는 달리, 광로 길이가 안정하므로, 회전경(30Z)을 일시 정지할 필요가 없다. 그 결과, 회전경(30Z)의 일시 운동 정지에 의해 광 측정 타이밍으로 큰 폭의 시간 어긋남이 생겨 버리는 것을 방지할 수 있다.

이상에 의해, 제5 실시 형태에 의하면, 수광부(50Z)의 개체차에 의한 문제점이나, 광로 길이를 변화시키기 위한 요소가 광로의 방향과 동일한 방향으로 운동하는 것에 의한 문제점을 방지할 수 있다.

또, 제5 실시 형태에 의하면, 반사판(31Z)과 구멍(32Z)으로 이루어진 회전경(30Z)으로 간결한 구성이 가능하고, 회전경(30Z)을 광로의 방향과 대략 수직인 방향으로 회전시키는 것에 의해, 광의 반사와 투과를 명확하게 전환할 수 있다.

또, 제5 실시 형태에 의하면, 미리 준비한 데이타베이스 또는 근사식에 근거하여, 대상 가스의 농도를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

[제6 실시 형태]

이어서, 본 발명의 제6 실시 형태에 대해서 설명한다. 제6 실시 형태의 가스 농도 산출 장치(1ZA)에서는, 수광부(50Z)가 수광하는 광에서의 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위한 수단이 회전경(30Z) 대신에 MEMS 액추에이터(70Z)로 구성되어 있는 것이, 제5 실시 형태와 주로 서로 다르다. 이하에서는 이 차이점을 중심으로 설명한다.

(가스 농도 산출 장치(1ZA)의 전체 구성)

도 23의 (A)는, 가스 농도 산출 장치(1ZA)를 나타내는 개략 단면도이다. MEMS 액추에이터(70Z)는, 가스셀(10Z)의 일단(10aZ)측에 배치되며, 광원(20Z)으로부터 방사된 광을 미러(71Z)를 일정 각도 회전시키는 것에 의해 반사 또는 투과하는 것이다. 여기서,「반사」란 광원(20Z)으로부터의 광을 가스셀(10Z) 내로 반사하는 것을 의미하고,「투과」란 광원(20Z)으로부터의 광을 가스셀(10Z) 내로 반사하지 않고 가스셀(10Z) 외부로 투과하거나, 또는 가스셀(10Z) 외부로 반사하는 것을 의미한다. 이하에서는, 설명의 편의상,「투과」가 광을 가스셀(10Z) 외부로 반사하는 것을 의미하는 것으로서 설명한다. 또, MEMS 액추에이터(70Z)의 회전이란, MEMS 액추에이터(70Z)에 의한 미러(71Z)의 회전을 의미한다.

MEMS 액추에이터(70Z)는, 미러(71Z)가 광원(20Z)으로부터 수광부(50Z)까지의 광로의 방향과 다른 방향으로 회전 또는 운동을 행하는 것에 의해, 광을 반사 또는 투과한다. 도 17에 나타낸 XYZ 좌표계로 말하면, 광원(20Z)으로부터 수광부(50Z)까지의 광로의 방향은 X 방향이며, MEMS 액추에이터(70Z)의 미러(71Z)는 X축과는 소정의 각도 φ만큼 다른 축(K)을 회전축으로 하여 일정 각도만 회전한다. 도 23에는 미러(71Z)의 회전을 화살표로 나타내고 있다. MEMS 액추에이터(70Z)가 광로의 방향인 X 방향을 따라서 운동하는 것은 아니다. MEMS 액추에이터(70Z)의 회전 방향이나 회전 속도 등은 도시하지 않은 회전 구동 기구에 의해 제어된다. 가스셀(10Z)의 일단(10aZ)측에는 적외선에 대해서 높은 투과성을 가지는 재료로 이루어진 창부(14Z)가 마련되어 있다. 실제로는, MEMS 액추에이터(70Z)는 도 23의 (B)에 나타낸 바와 같이, 미러(71Z)의 양단에 X 방향으로 움직이는 액추에이터 소자(73Z)를 구비하며, 한쪽이 ＋X 방향으로 움직였을 때에 다른쪽이 -X 방향으로 움직여, 미러(71Z)의 중심인 X 방향의 위치는 움직이지 않고, 미러(71Z)를 일정 각도만 회전시키고 있다. 미러(71Z)의 중심에서 광원(20Z)으로부터의 광을 반사하는 것에 의해, 미러(71Z)의 회전, 즉 MEMS 액추에이터(70Z)의 회전이 행해져도, 광원(20Z)과 미러(71Z), 미러(71Z)와 수광부(50Z)의 X 방향의 거리는 변화하지 않고 일정하게 유지할 수 있다. 또, MEMS 액추에이터(70Z)는 제5 실시 형태의 회전경(30Z)과 비교하여, 사이즈가 작기 때문에, 미러(71Z)의 양단에서는 아니고, 도 23의 (C)에 나타내는 바와 같이, 일단에만 액추에이터 소자(73Z)를 구비하여 타단은 고정해도, 실질상은, 광원(20Z)와 미러(71Z), 미러(71Z)와 수광부(50Z)의 X 방향의 거리는 변화하지 않고 일정한 것으로 간주할 수 있다.

도 24는, 제6 실시 형태에서, 광로 길이나 수광 에너지값에 차이를 발생시키기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다. 광원(20Z)으로부터 출발하여 수광부(50Z)에 도달하는 광의 광로 길이 및 수광 에너지값의 변경은, MEMS 액추에이터(70Z)의 회전에 의해서 행해진다. 본 설명에서는, 설명의 편의를 위해, MEMS 액추에이터(70Z)가 입력한 광을 모두 가스셀(10Z) 내부 또는 외부로 반사하는 것에 의해, 반사율을 조정하는 것으로 하여 설명한다.

도 24의 (A)는, MEMS 액추에이터(70Z)와 미러(71Z)의 회전에 의해, 광원(20Z)으로부터 도달한 광이 모두 가스셀(10Z) 내로 반사되는 상태를 나타낸다. 도 24의 (A)에서, 광원(20Z)으로부터 방사되어 수광부(50Z)에 직접 도달하는 광인 직접광은 I1(→)으로 표시되어 있고, 직접광이 통과하는 광로의 길이는 대체로 L이다. 또, 반사광에 대해서는, I1(←)(광원(20Z)으로부터 방사되어 MEMS 액추에이터(70Z)의 미러(71Z)에 도달하는 광) 및 I2(MEMS 액추에이터(70Z)의 미러(71Z)에 의해 반사되어 수광부(50Z)에 도달하는 광)로 표시되어 있고, 반사광이 통과하는 광로의 길이는 대체로 3L(L ＋ 2L)이다. MEMS 액추에이터(70Z)의 미러(71Z)가 광원(20Z)으로부터의 광을 모두 가스셀(10Z) 내로 반사하는 상태에서는, 직접광 및 반사광의 양쪽 모두가 각각 L 및 3L의 광로를 거쳐 수광부(50Z)에 도달되어, 수광 에너지값이 측정된다. 한편, 도 24의 (B)는, MEMS 액추에이터(70Z)의 미러(71Z)의 회전에 의해, 광원(20Z)으로부터 도달한 광이 모두 가스셀(10Z) 외부로 반사되는 모습을 나타낸다. 이 경우에는, 직접광만이 대체로 L의 광로를 거쳐 수광부(50Z)에 도달되어, 수광 에너지값이 측정된다.

이상과 같이, 제6 실시 형태에서, 광로 길이 및 수광 에너지값의 변경은 MEMS 액추에이터(70Z)의 미러(71Z)의 광로 길이 방향과는 다른 방향으로의 회전에 의해 행해진다. 이 때문에, 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위해서, 광로 길이 방향을 따라서 미러(71Z)가 운동을 행할 필요가 없다. 즉, 미러(71Z)는 회전을 행하고 있지만, 광로 길이 방향으로 움직이는 것은 아니기 때문에, 미러(71Z)와 수광부(50Z)와의 사이의 절대적인 거리에는 변동이 없다. 따라서, 광로 길이가 안정하므로, 미러(71Z)를 일시 정지하지 않아도, 정밀도가 높은 계측을 실현할 수 있다. 그 결과, 미러(71Z)의 일시 운동 정지에 의해 광 측정 타이밍에 큰 폭의 시간 어긋남이 생겨 버리는 것을 방지할 수 있다.

또, 제6 실시 형태에 의하면, MEMS 액추에이터(70Z)를 이용하는 것에 의해, 회전시의 진동을 억제하면서도 고속 회전이 가능해진다. 따라서, 진동에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다. 또, MEMS 액추에이터(70Z)의 미러(71Z)의 고속 회전에 의해, 광의 반사와 투과(가스셀(10Z) 외부로 반사)의 전환이 고속으로 행해지게 되어, 수광부(50Z)의 광 측정 타이밍에서의 시간 어긋남이 없는 것과 같든가, 있어도 매우 짧아, 의사 동시 측정이 가능해진다.

(변형예)

이상, 본 발명의 또 다른 하나의 측면에서의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명의 또 다른 하나의 측면이 상기 제 5 및 제6 실시 형태에 한정 되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 예를 들면, 상기 제 5 및 제6 실시 형태에서는, 가스 농도 산출 장치(1Z, 1ZA)에 의해서 이산화탄소의 농도를 산출하는 경우에 대해서 설명했지만, 측정에 사용하는 광의 파장을 바꿈으로써, 이것 이외의 가스의 농도를 산출 가능하다는 것은 말할 필요도 없다. 또, 농도를 측정하려고 하는 가스의 종류나 측정 레인지, 게다가 측정 정밀도 등에 따라, 광원의 종류나 가스셀의 형상에 대해서 적절히 최적화를 행할 수 있다.

도 25에 복수 종류의 가스가 혼재한 샘플 가스(60Z)의 가스 농도를 일괄 처리로 하여 검출하기 위한 변형예를 나타낸다. 상술한 바와 같이 종류가 다른 가스의 농도를 산출하려면, 다른 광의 파장을 이용하여, 각각 가스 농도를 측정할 필요가 있지만, 본원의 가스 농도 측정 모듈에서는, 수광 수단을 복수 이용하는 것과, 수광 수단 마다 가스 농도 산출 모듈을 마련함으로써, 복수 종류의 가스에 대한 농도 측정을 일괄 처리로 하여 실현 가능해진다. 즉, 도 25에 나타내는 바와 같이, 대상 가스가 다른 수광 수단(50ZA, 50ZB, 50ZC, 50ZD)을 복수 구비하는 가스 농도 계측 모듈(2Z)과, 복수의 수광 수단(50ZA, 50ZB, 50ZC, 50ZD)에 대응하는 복수의 가스 농도 산출 모듈(산출 회로(3ZA, 3ZB, 3ZC, 3ZD) 및 격납부(4ZA, 4ZB, 4ZC, 4ZD))을 구비하는 것에 의해, 복수 종류의 가스가 혼재한 샘플 가스(60Z)에서의 복수의 가스 농도를 동시에 검출할 수 있다.

도 25는, 4종류의 가스가 혼재한 샘플 가스(60Z)의 각 가스의 가스 농도를 측정하는 장치를 예시하고 있다. 가스셀(10Z)의 내부에는, 측정에 이용하는 파장의 광을 방사하는 광원이 배치되어 있다. 방사하는 광의 파장 범위가 넓고, 각 가스의 흡수에 이용할 수 있는 파장역을 포함하는 것이면, 도 23에 나타내는 바와 같이, 하나의 광원(20Z)을 이용할 수 있다. 또, 도시는 하지 않지만, 각 수광 수단(50ZA, 50ZB, 50ZC, 50ZD)에서 검출하는 파장 범위의 광을 각각 방사하는 다른 종류의 광원(20ZA, 20ZB, 20ZC, 20ZD)을 수광 수단(50ZA, 50ZB, 50ZC, 50ZD) 마다 마련해도 상관없다.

도 25에서, 각 수광 수단(50ZA, 50ZB, 50ZC, 50ZD)에 각각 배치된 밴드 패스 필터(40ZA, 40ZB, 40ZC, 40ZD)는, 각 수광 수단(50ZA, 50ZB, 50ZC, 50ZD)에서 측정 대상이 되는 가스가 흡수하는 파장의 광을 투과하고, 그것 이외의 파장의 광을 차단하는 광학 소자로서, 각 수광 수단(50ZA, 50ZB, 50ZC, 50ZD) 마다 다른 밴드 패스 필터(40ZA, 40ZB, 40ZC, 40ZD)가 배치된다. 또, 가스셀(10Z)에는, 샘플 가스(60Z)가 공급되어, 측정이 행해진다. 또, 각 수광 수단(50ZA, 50ZB, 50ZC, 50ZD) 마다 산출되는 가스 농도의 산출 방법에 대해서는, 상술의 알고리즘과 동일하다. 또, 도 25에는, 제6 실시 형태를 복수화한 것을 나타냈지만, 제5 실시 형태를 복수화해도 괜찮다. 그 때에는, 상하로 늘어선 가스 농도 계측 모듈 사이에서, 회전 기구를 공유하는 것으로 하고, 한쪽이 반사하고 있을 때에는 다른쪽은 투과하는 것으로 하면 좋다.

또, 상기 제5 및 제6 실시 형태에서는, 회전경(30Z) 또는 MEMS 액추에이터(70Z)가 전반사 또는 전투과하는 경우를 일례로서 설명했지만, 이것에 한정하지 않고, 어느 정도의 반사율이나 투과율을 가져 반사 또는 투과하도록 장치를 구성해도 좋다.

또, 가스 농도 산출 장치(1Z, 1ZA)에서 산출된 가스의 농도는, 공조 제어 이외에도, 가스의 농도를 산출하는 여러 가지 기기에 적용할 수 있다.

[산업상 이용가능성]

본 발명의 하나의 측면은, 수광 소자의 개체차에 의한 문제점을 방지하고, 또한 광로 길이가 안정하지 않는 것에 의한 문제점을 방지하는 것이 가능한 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈을 제공한다.

본 발명의 다른 하나의 측면은, 수광 수단의 개체차에 의한 문제점을 방지하고, 또한 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위한 요소의 진동에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지하며, 게다가 광의 측정 시간 어긋남에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 억제하는 것이 가능한 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈을 제공한다.

본 발명의 또 다른 하나의 측면은, 수광 수단의 개체차에 의한 문제점을 방지하고, 또한 광로 길이의 변화나 수광 에너지값의 차이를 발생시키기 위한 요소가 광로의 방향과 동일한 방향으로 운동하는 것에 의한 문제점을 방지하는 것이 가능한 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈을 제공한다.

1X, 1XA ~ 1XE … 가스 농도 산출 장치
2X, 2XA, 2XB … 가스 농도 계측 모듈
3X, 3XA ~ 3XD … 산출 회로 10X … 가스 셀
11X … 도입 공간 20X … 적외광원
20XA ~ 20XD … 광원 30X … 수광부
40X … 포화 가스실 41X … 포화 가스
50X … 샘플 가스 60X, 60XA … 반사경
70X … 변조경 80X … 회전경
81X … 반사판 82X … 구멍
90X … 밴드 패스 필터
100X, 100XA, 100XB, 200XA ~ 200XD, 300XA ~ 300XD … 반사 전환 유니트.
1Y … 가스 농도 산출 장치 2Y … 가스 농도 계측 모듈
3Y … 산출 회로 4Y … 격납부
10Y … 가스셀 11Y … 도입 공간
12Y … 가스 도입부 13Y … 가스 배출부
20Y … 광원 30Y … 변조경
40Y … 밴드 패스 필터 50Y … 수광부
60Y … 샘플 가스.
1Z … 가스 농도 산출 장치 2Z … 가스 농도 계측 모듈
3Z … 산출 회로 4Z … 격납부
10Z … 가스셀 11Z … 도입 공간
12Z … 가스 도입부 13Z … 가스 배출부
20Z … 광원 30Z … 반사경
40Z … 밴드 패스 필터 50Z … 수광부
60Z … 샘플 가스 70Z … MEMS 액추에이터
71Z … 미러.

Claims

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가스 농도 계측 모듈 및 가스 농도 산출 모듈을 구비하며, 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치로서,
상기 가스 농도 계측 모듈은,
상기 대상 가스가 도입되는 도입 공간을 형성하는 가스셀과,
상기 가스셀 내에 배치된 광원과,
상기 가스셀의 일단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광에 대한 반사율을 전기적으로 조정하여, 소정의 반사율을 가지는 제1 상태와 상기 소정의 반사율과는 상이한 반사율을 가지는 제2 상태로 제어 가능한 반사율 조정 수단과,
상기 가스셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 직접 방사되어 상기 가스셀을 통과한 직접광, 및 상기 광원으로부터 방사되고 또한 상기 반사율 조정 수단에 의해 반사되어 상기 가스셀을 통과한 반사광의 양쪽을 수광하는 하나의 수광 소자인 수광 수단을 구비하며,
상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 반사율 조정 수단에 의해 상기 반사율이 전기적으로 조정되어 상기 제1 상태인 경우 상기 수광 수단이 수광한 상기 직접광 및 반사광에 의한 수광 에너지값과, 상기 제2 상태인 경우 상기 수광 수단이 수광한 상기 직접광에 의한 수광 에너지값의 비(比) 에 근거하여, 상기 대상 가스의 상기 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 반사율 조정 수단은 전기 광학 디바이스인 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 반사율 조정 수단은 액정 광학 소자인 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광원과 상기 수광 수단과의 사이의 광로 상에 배치되며, 소정 파장의 광만을 통과시키는 밴드 패스 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광원은, 적외선을 방사하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 대상 가스는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 대상 가스의 상기 농도와 상기 비와의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스 또는 근사식을 미리 격납하는 격납 수단을 더 구비하며,
상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 데이타베이스 또는 상기 근사식에 근거하여, 상기 비에 상응하는 상기 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 대상 가스가 다른 상기 수광 수단을 복수 구비하는 상기 가스 농도 계측 모듈과, 복수의 상기 수광 수단에 대응하는 복수의 상기 가스 농도 산출 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에서의 가스 농도 계측 모듈로서,
상기 대상 가스가 도입되는 도입 공간을 형성하는 가스셀과,
상기 가스셀 내에 배치된 광원과,
상기 가스셀의 일단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광에 대한 반사율을 전기적으로 조정하여, 소정의 반사율을 가지는 제1 상태와 상기 소정의 반사율과는 상이한 반사율을 가지는 제2 상태로 제어 가능한 반사율 조정 수단과,
상기 가스셀의 타단에 배치되며, 상기 반사율 조정 수단이 상기 제1 상태인 경우 상기 광원으로부터 직접 방사되어 상기 가스셀을 통과한 직접광 및 상기 광원으로부터 방사되고 또한 상기 반사율 조정 수단에 의해 반사되어 상기 가스셀을 통과한 반사광의 양쪽을 수광하고, 상기 제2 상태인 경우 상기 직접광을 수광하는 하나의 수광 소자인 수광 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 계측 모듈.
　가스 농도 계측 모듈 및 가스 농도 산출 모듈을 구비하며, 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치로서,
상기 가스 농도 계측 모듈은,
상기 대상 가스가 도입되는 도입 공간을 형성하는 가스셀과,
상기 가스셀 내에 배치된 광원과,
상기 가스셀의 일단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광을 회전에 의해 반사 또는 투과하는 회전 기구와,
상기 가스셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 직접 방사되어 상기 가스셀을 통과한 직접광, 및 상기 광원으로부터 방사되고 또한 상기 회전 기구에 의해 반사되어 상기 가스셀을 통과한 반사광의 양쪽을 수광하는 하나의 수광 소자인 수광 수단을 구비하며,
상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 회전 기구에 의해 상기 광이 반사된 경우 상기 수광 수단이 수광한 상기 직접광 및 상기 반사광에 의한 수광 에너지값과, 상기 회전 기구에 의해 상기 광이 투과된 경우 상기 수광 수단이 수광한 상기 직접광에 의한 수광 에너지값의 비에 근거하여, 상기 대상 가스의 상기 농도를 산출하고,
상기 회전 기구는, 상기 광원으로부터 상기 수광 수단까지의 광로의 방향을 회전축으로 상기 회전을 행하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 23에 있어서,
상기 회전 기구는, 반사판과 구멍으로 이루어진 회전경인 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 24에 있어서,
상기 회전경은, 상기 광원으로부터 상기 수광 수단까지의 상기 광로의 방향과 수직인 평면상에서 상기 회전을 행하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 23에 있어서,
상기 회전 기구는, 미소(微小) 전자 기계 시스템(MEMS) 액추에이터인 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 23 내지 청구항 26 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광원과 상기 수광 수단과의 사이의 광로 상에 배치되며, 소정 파장의 광만을 통과시키는 밴드 패스 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 23 내지 청구항 26 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광원은, 적외선을 방사하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 23 내지 청구항 26 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 대상 가스는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 23 내지 청구항 26 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 대상 가스의 상기 농도와 상기 비와의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스 또는 근사식을 미리 격납하는 격납 수단을 더 구비하며,
상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 데이타베이스 또는 상기 근사식에 근거하여, 상기 비에 상응하는 상기 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 23 내지 청구항 26 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 대상 가스가 다른 상기 수광 수단을 복수 구비하는 상기 가스 농도 계측 모듈과, 복수의 상기 수광 수단에 대응하는 복수의 상기 가스 농도 산출 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에서의 가스 농도 계측 모듈로서,
상기 대상 가스가 도입되는 도입 공간을 형성하는 가스셀과,
상기 가스셀 내에 배치된 광원과,
상기 가스셀의 일단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광을 회전에 의해 반사 또는 투과하는 회전 기구와,
상기 가스셀의 타단에 배치되며, 상기 회전 기구에 의해 상기 광이 반사된 경우에 상기 광원으로부터 직접 방사되어 상기 가스셀을 통과한 직접광 및 상기 광원으로부터 방사되고 또한 상기 회전 기구에 의해 반사되어 상기 가스셀을 통과한 반사광의 양쪽을 수광하고, 상기 회전 기구에 의해 상기 광이 투과된 경우 상기 직접광을 수광하는 하나의 수광 소자인 수광 수단을 구비하며,
상기 회전 기구는, 상기 광원으로부터 상기 수광 수단까지의 광로의 방향을 회전축으로 상기 회전을 행하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 계측 모듈.