KR20130042464A

KR20130042464A - 가스 농도 산출 장치, 가스 농도 계측 모듈 및 광 검출기

Info

Publication number: KR20130042464A
Application number: KR1020127022556A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 이자와; 고에이 야마모토
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2013-04-26
Also published as: TWI506267B; WO2011102315A1; CN102762975A; US20120330568A1; TW201142271A; EP2538201A1

Abstract

가스 농도 계측 모듈(2X)은, 샘플 가스(50X)가 도입되는 도입 공간(11X)을 형성하는 가스 셀(10X)과, 가스 셀(10X)의 일단에 배치된 적외광원(21X)과, 가스 셀(10X)의 타단에 배치되며, 적외광원(21X)으로부터 방사된 적외광을 수광하는 참조광 수광 소자(31X) 및 신호광 수광 소자(32X)와, 도입 공간(11X) 내에서, 적외광원(21X)과 참조광 수광 소자(31X)와의 사이의 광로 중에 배치되며, 적외광원(21X)으로부터 방사된 적외광에 대해서 불활성인 불활성 가스가 봉입된 불활성 가스실(40X)을 구비한다. 산출 회로(3X)는, 가스 농도 계측 모듈(2X)의 참조광 수광 소자(31X)가 수광한 광의 에너지값과 신호광 수광 소자(32X)가 수광한 적외광의 에너지값과의 비에 근거하여, 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소의 농도를 산출한다.

Description

가스 농도 산출 장치, 가스 농도 계측 모듈 및 광 검출기 {GAS CONCENTRATION CALCULATION DEVICE, GAS CONCENTRATION MEASUREMENT MODULE, AND LIGHT DETECTOR}

본 발명은, NDIR(비분산형 적외선 흡수)법을 이용하여 가스의 농도 산출을 행하는 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈에 관한 것이다.

또, 본 발명은, 다른 광로 상의 광을 검출하는 광 검출기에 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 가스 셀 내에 조사하고, 가스 셀 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

그렇지만, 인용 문헌 1에 기재된 가스 농도 산출 장치는, 피측정 가스와 동종의 가스가 봉입된 비교 가스실 등을 별도로 배치할 필요가 있다. 또, 복수의 피측정 가스를 검출 대상으로 하는 경우, 피측정 가스마다 복수의 비교 가스실이 필요하게 된다. 또 가스에 의해서는 비교 가스실에 충전하는 것이 곤란한 경우도 있다.

또, 인용 문헌 2에 기재된 가스 농도 산출 장치에서는, 광로 길이를 변화시키기 위해서, 피스톤의 왕복 이동을 이용하고 있기 때문에, 동시에 다른 광로 길이의 광을 검출하는 것은 원리적으로 불가능하다. 또, 피스톤의 작동에 의한 진동 등의 영향에 의해, 피스톤이 광로 길이 방향으로 이동하여, 광로 길이가 변화하는 것에 의한 측정 오차가 발생해 버린다고 하는 문제가 있다.

또, 인용 문헌 1에 기재된 가스 농도 산출 장치에서는, 불활성 가스 영역을 통과하는 광과, 비교 가스실을 통과하는 광을, 각각 개별의 광 검출기 내의 수광 소자에 의해서 검출하고, 검출값의 비교를 행하고 있다. 이 때문에, 2개의 수광 소자의 사이에 존재하는 고유의 편차나, 환경 변화가 있던 경우에 있어서 2개의 수광 소자가 받는 영향의 차이 등에 의해, 검출값의 비교를 정확하게 행할 수 없다고 하는 문제가 있다.

이에 본 발명의 하나의 측면은, 다종다양(多種多樣)한 가스 농도를 보다 정밀도 좋게 산출할 수 있는 가스 농도 산출 장치 및 가스 농도 계측 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명의 다른 하나의 측면은, 개개의 수광 소자 사이에서의 고유의 편차를 저감하여, 측정 환경이 변동해도, 수광 소자에 의한 검출값의 비교를 정밀도 좋게 행할 수 있음과 아울러, 각 수광 소자 사이의 광의 크로스 토크(cross talk)를 저감한 광 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 하나의 측면에 관한 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 가스 셀과, 상기 가스 셀의 일단에 배치된 광원과, 상기 가스 셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사(放射)된 광을 수광하는 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단과, 상기 도입 공간 내에서, 상기 광원과 상기 참조광 수광 수단과의 사이의 광로 중에 배치되고, 상기 광원으로부터 방사된 광에 대해서 불활성인 불활성 가스가 봉입된 불활성 가스실을 구비하며, 상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 가스 농도 계측 모듈의 상기 신호광 수광 수단이 수광한 상기 광의 에너지값과 상기 참조광 수광 수단이 수광한 상기 광의 에너지값과의 비(比)에 근거하여, 상기 대상 가스의 상기 농도를 산출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 하나의 측면에 관한 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에서의 가스 농도 계측 모듈은, 상기 대상 가스가 도입되는 도입 공간을 형성하는 가스 셀과, 상기 가스 셀의 일단에 배치된 광원과, 상기 가스 셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광을 수광하는 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단과, 상기 도입 공간 내에서, 상기 광원과 상기 참조광 수광 수단과의 사이의 광로 중에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광에 대해서 불활성인 불활성 가스가 봉입된 불활성 가스실을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 도입 공간 내에서, 광원과 참조광 수광 수단과의 사이의 광로 중에 불활성 가스실을 배치했기 때문에, 광원으로부터 방사된 광은, 도입 공간 내의 대상 가스와, 불활성 가스를 통과하여 참조광 수광 수단으로 입사한다. 게다가, 광원으로부터 방사된 광은, 도입 공간 내의 대상 가스를 통과하여 신호광 수광 수단으로 입사한다. 이 때문에, 참조광 수광 수단으로 입사하는 광이 대상 가스 속을 통과하는 거리는, 신호광 수광 수단으로 입사하는 광이 대상 가스 속을 통과하는 거리에 비해, 불활성 가스가 존재하고 있는 공간만큼 짧게 된다. 따라서, 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단에 의해서, 대상 가스를 통과하는 거리가 다른 광, 즉, 대상 가스에 의한 흡수량이 다른 광을 동시에 측정할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 인용 문헌 1에 기재된 가스 농도 산출 장치와 같이 피측정 가스와 동종의 가스가 봉입된 비교 가스실 등을 이용하지 않고, 다종다양한 가스 농도를 측정할 수 있는 구성이다. 또, 복수 가스의 동시 계측도 가능하다.

또, 본 발명에서는, 광로 길이를 변화시키기 위해서 진동 등을 수반하지 않고, 해당 진동에 의한 위치 어긋남이나 부가적인 노이즈 등이 없기 때문에, 가스 농도 계측 모듈의 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 상기 불활성 가스는, 아르곤(Ar), 크세논(Xe), 질소(N)의 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 아르곤, 크세논, 질소를 광이 통과할 때 감쇠하지 않는 현상을 이용하여, 대상 가스를 통과하는 거리가 다른 광을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 하나의 측면에 관한 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 가스 셀과, 상기 가스 셀의 일단에 배치된 광원과, 상기 가스 셀의 타단측에서, 상기 광원으로부터 방사된 광을 수광하는 것으로서, 상기 광원으로부터 방사된 광이 상기 도입 공간 내를 통과하는 거리가 다른 위치에 배치된 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단을 구비하며, 상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 가스 농도 계측 모듈의 상기 신호광 수광 수단이 수광한 상기 광의 에너지값과 상기 참조광 수광 수단이 수광한 상기 광의 에너지값과의 비에 근거하여, 상기 대상 가스의 상기 농도를 산출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 하나의 측면에 관한 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에서의 가스 농도 계측 모듈은, 상기 대상 가스가 도입되는 도입 공간을 형성하는 가스 셀과, 상기 가스 셀의 일단에 배치된 광원과, 상기 가스 셀의 타단측에서, 상기 광원으로부터 방사된 광을 수광하는 것으로서, 상기 광원으로부터 방사된 광이 상기 도입 공간 내를 통과하는 거리가 다른 위치에 배치된 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단을, 광원으로부터 방사된 광이 도입 공간 내를 통과하는 거리가 다른 위치에 배치했기 때문에, 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단 중 일방에는, 타방에 비해, 대상 가스를 통과한 거리가 짧은 광이 입사한다. 따라서, 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단에 의해서, 대상 가스를 통과하는 거리가 다른 광, 즉, 대상 가스에 의한 흡수량이 다른 광을 동시에 측정할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 인용 문헌 1에 기재된 가스 농도 산출 장치와 같이 피측정 가스와 동종의 가스가 봉입된 비교 가스실 등을 이용하지 않고, 흡수량이 다른 광을 측정할 수 있는 구성이며, 다종다양한 가스의 농도를 측정할 수 있다. 또 복수 가스의 동시 계측도 가능하다.

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

본 발명에서는, 밴드 패스 필터에 의해 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단이 각각 수광하는 광을 동일 파장으로 할 수 있고, 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단이 각각 수광하는 광의 파장이 다른 것에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 상기 광원은, 적외선을 방사하는 것이 바람직하다.

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

또, 상기 대상 가스는 이산화탄소인 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 광이 이산화탄소 등의 대상 가스를 통과할 때에 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 대상 가스의 농도를 산출할 수 있다.

또, 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 발명에서는, 미리 준비한 데이타베이스 또는 근사식에 근거하여, 대상 가스의 농도를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

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

또, 본 발명의 다른 하나의 측면에 관한 광 검출기는, 다른 광로 상의 광을 각각 수광하는 복수의 수광 소자를 구비한 광 검출기로서, 1개의 상기 수광 소자가 수광하는 광과 다른 상기 수광 소자가 수광하는 광을 차폐하는 차폐 수단을 구비하며, 상기 복수의 수광 소자는, 1개의 수광 소자 칩 상에 인접하여 형성된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 다른 하나의 측면에 관한 광 검출기는, 대상 가스를 통과하는 다른 광로 상의 광을 검출하여 상기 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에서의 광 검출기로서, 상기 광 검출기는, 상기 다른 광로 상의 광을 각각 수광하는 복수의 수광 소자와, 1개의 상기 수광 소자가 수광하는 광과 다른 상기 수광 소자가 수광하는 광을 차폐하는 차폐 수단을 구비하며, 상기 복수의 수광 소자는, 1개의 수광 소자 칩 상에 인접하여 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 차폐 수단을 구비하는 것에 의해, 1개의 수광 소자로 입사하는 광이, 다른 수광 소자로 입사하는 것이 방지된다. 따라서, 각 수광 소자 사이의 광의 크로스 토크를 저감할 수 있다. 이 때문에, 다른 광로 상의 광을, 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

또, 1개의 수광 소자 칩 상에 인접하여 형성된 수광 소자를 이용하는 것에 의해, 인접하여 형성된 수광 소자는 거의 동일한 특성을 가지기 때문에, 개개의 수광 소자 사이에서의 고유의 편차를 저감할 수 있다. 이 때문에, 측정 환경이 변동해도, 각 수광 소자 사이에서의 검출값의 변동이 동일한 변화 특성이 되고, 이들의 검출값의 변동의 상쇄를 용이하게 행할 수 있다. 따라서, 각 수광 소자에 의한 검출값의 비교를 정밀도 좋게 행할 수 있다.

또, 상기 수광 소자는, 상기 수광 소자가 재치되는 패키지 기판과, 상기 수광 소자와 대향하는 위치에 패키지 캡 개구부가 형성된 것으로서 상기 패키지 기판으로부터 연장하여 상기 수광 소자를 덮는 패키지 캡에 의해서 둘러싸이며, 상기 차폐 수단은, 상기 패키지 캡과 상기 수광 소자와의 사이에 배치되며, 상기 수광 소자와 대향하는 위치에 내측 캡 개구부가 형성된 것으로서 상기 패키지 기판으로부터 연장하여 상기 수광 소자를 덮는 내측 캡과, 상기 내측 캡에서의 상기 수광 소자와 대향하는 면으로부터 상기 복수의 수광 소자의 사이의 영역으로 연장하는 내측 캡 칸막이판에 의해서 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 내측 캡과, 내측 캡 칸막이판을 구비하는 것에 의해서, 1개의 수광 소자로 입사하는 광이, 다른 수광 소자로 입사하는 것이 방지된다. 이와 같이, 내측 캡 칸막이판과 내측 캡이라고 하는 간소한 구성에 의해, 광의 크로스 토크를 저감할 수 있다고 하는 효과가 나타내어진다.

또, 상기 수광 소자는, 상기 수광 소자가 재치되는 패키지 기판과, 상기 수광 소자와 대향하는 위치에 패키지 캡 개구부가 형성된 것으로서 상기 패키지 기판으로부터 연장하여 상기 수광 소자를 덮는 패키지 캡에 의해서 둘러싸이며, 상기 차폐 수단은, 상기 패키지 캡에서의 상기 수광 소자와 대향하는 면으로부터, 상기 복수의 수광 소자의 사이의 영역으로 연장하는 칸막이판에 의해서 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 수광 소자의 사이의 영역으로 연장하는 칸막이판을 패키지 캡에 마련하는 것에 의해서, 1개의 수광 소자로 입사하는 광이, 다른 수광 소자로 입사하는 것이 방지된다. 이와 같이, 패키지 캡에 칸막이판을 마련한다고 하는 간소한 구성에 의해, 광의 크로스 토크를 저감할 수 있다고 하는 효과가 나타내어진다.

또, 상기 수광 소자는, 상기 수광 소자가 재치되는 패키지 기판과, 상기 수광 소자와 대향하는 위치에 패키지 캡 개구부가 형성된 것으로서 상기 패키지 기판으로부터 연장하여 상기 수광 소자를 덮는 패키지 캡에 의해서 둘러싸이며, 상기 차폐 수단은, 상기 패키지 캡과 상기 수광 소자와의 사이에 배치되며, 상기 수광 소자 상에 재치된 통 모양 캡에 의해서 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 수광 소자 상에 통 모양 캡을 배치하는 것에 의해서, 1개의 수광 소자로 입사하는 광이, 다른 수광 소자로 입사하는 것이 방지된다. 이와 같이, 통 모양 캡이라고 하는 간소한 구성에 의해, 광의 크로스 토크를 저감할 수 있다고 하는 효과가 나타내어진다.

또, 소정 파장의 광만을 통과시키는 것으로서, 상기 패키지 캡 개구부를 덮는 밴드 패스 필터(band-pass filter)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 밴드 패스 필터에 의해 각 수광 소자가 각각 수광하는 광을 동일 파장으로 할 수 있고, 각 수광 소자가 각각 수광하는 광의 파장이 다른 것에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 하나의 측면에 관한 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 제1 도입 공간을 형성하는 제1 가스 셀과, 상기 대상 가스가 도입되는 제2 도입 공간을 형성하는 제2 가스 셀과, 상기 제1 가스 셀 및 제2 가스 셀의 일단에 배치된 광원과, 상기 제1 가스 셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사되어 상기 제1 도입 공간을 통과한 광을 수광하는 참조광 수광 수단과, 상기 제2 가스 셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사되어 상기 제2 도입 공간을 통과한 광을 수광하는 신호광 수광 수단과, 상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도와, 상기 제2 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 변환하는 농도 변환 수단을 구비하며, 상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 가스 농도 계측 모듈의 상기 신호광 수광 수단이 수광한 상기 광의 에너지값과 상기 참조광 수광 수단이 수광한 상기 광의 에너지값과의 비에 근거하여, 상기 대상 가스의 상기 농도를 산출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 다른 하나의 측면에 관한 가스 농도 계측 모듈은, 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에서의 가스 농도 계측 모듈로서, 상기 대상 가스가 도입되는 제1 도입 공간을 형성하는 제1 가스 셀과, 상기 대상 가스가 도입되는 제2 도입 공간을 형성하는 제2 가스 셀과, 상기 제1 가스 셀 및 제2 가스 셀의 일단에 배치된 광원과, 상기 제1 가스 셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사되어 상기 제1 도입 공간을 통과한 광을 수광하는 참조광 수광 수단과, 상기 제2 가스 셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사되어 상기 제2 도입 공간을 통과한 광을 수광하는 신호광 수광 수단과, 상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도와, 상기 제2 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 변환하는 농도 변환 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 참조광 수광 수단은, 제1 도입 공간을 통과한 광을 수광한다. 신호광 수광 수단은, 제2 도입 공간을 통과한 광을 수광한다. 또, 농도 변환 수단에 의해, 제1 도입 공간 내의 대상 가스의 농도와, 제2 도입 공간 내의 대상 가스의 농도는, 서로 다른 농도로 변환된다. 이 때문에, 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단에 의해서, 대상 가스의 농도가 다른 도입 공간 내를 통과한 광, 즉, 대상 가스에 의한 흡수량이 다른 광을 동시에 측정할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 인용 문헌 1에 기재된 가스 농도 산출 장치와 같이, 피측정 가스와 동종이기는 하지만 포화 상태이기 때문에 다른 변화 특성을 나타내는 가스가 봉입된 비교 가스실 등을 이용하지 않고, 흡수량이 다른 광을 측정할 수 있는 구성이다. 특히, 본 발명에서는, 제1 가스 셀과 제2 가스 셀에 동일한 대상 가스를 도입하여 서로 다른 농도로 변환한 것이며, 인용 문헌 1과 같이, 최초부터 다른 변화 특성의 가스(비교 가스실 내의 가스)를 준비한 것은 아니다. 이 때문에, 광원의 광량이나 온도 등에 변동이 있었던 경우라도, 제1 가스 셀 및 제2 가스 셀 내의 대상 가스는 온도가 다르지만 동일한 가스이기 때문에, 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단에서의 측정값의 변화 특성이 동일하게 된다. 이와 같이, 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단에서의 측정값의 변화 특성이 동일하기 때문에, 이들의 측정값에 근거하여, 광원의 광량이나 온도 등에 의한 측정값의 변동을 용이하게 상쇄할 수 있고, 가스 농도를 보다 정밀도 좋게 산출하는 것이 가능해진다.

또, 상기 농도 변환 수단은, 상기 제1 가스 셀에 부설된 제1 히터를 구비하며, 상기 제1 히터에 의해서, 상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스를 승온하는 것에 의해, 상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도와, 상기 제2 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 변환하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 제1 히터에 의해서, 제1 도입 공간 내의 대상 가스를 승온하는 것에 의해, 제1 도입 공간 내의 대상 가스는, 제2 도입 공간 내의 대상 가스와 비교하여 농도가 낮게 된다. 이와 같이, 열을 가하는 것에 의해서 대상 가스가 팽창하는 것을 이용하여, 제1 도입 공간 내의 대상 가스의 농도와, 제2 도입 공간 내의 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 용이하게 변환할 수 있다.

또, 상기 농도 변환 수단은, 상기 제1 가스 셀에 부설된 제1 히터와, 상기 제2 가스 셀에 부설된 제2 히터를 구비하며, 상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스와 상기 제2 도입 공간 내의 상기 대상 가스를 다른 온도로 승온하는 것에 의해, 상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도와, 상기 제2 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 변환하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 제1 히터와 제2 히터에 의해서, 제1 도입 공간 내의 대상 가스와 제2 도입 공간 내의 대상 가스를 다른 온도로 승온하는 것에 의해, 제1 도입 공간 내의 대상 가스와, 제2 도입 공간 내의 대상 가스가, 서로 다른 농도로 된다. 이와 같이, 열을 가하는 것에 의해서 대상 가스가 팽창하는 것을 이용하여, 제1 도입 공간 내의 대상 가스의 농도와, 제2 도입 공간 내의 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 용이하게 변환할 수 있다.

또, 상기 가스 농도 계측 모듈은, 상기 제1 가스 셀과 상기 제2 가스 셀과의 사이에 배치된 단열 부재를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 단열 부재를 구비하는 것에 의해, 제1 가스 셀과 제2 가스 셀과의 사이에서의 열 전달이 방지되어, 대상 가스를 효율적으로 승온할 수 있음과 아울러, 제1 가스 셀 내의 대상 가스와 제2 가스 셀 내의 대상 가스와의 온도차를 보다 확실히 유지할 수 있다.

또, 상기 농도 변환 수단은, 상기 광원으로부터 방사된 광에 대해서 불활성인 불활성 가스를 상기 제1 도입 공간 내로 도입하는 불활성 가스 공급부를 더 구비하며, 상기 불활성 가스 공급부로부터 상기 제1 도입 공간 내로 상기 불활성 가스를 도입하는 것에 의해, 상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도와, 상기 제2 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 변환하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 제1 도입 공간 내로 불활성 가스를 도입했으므로, 제1 도입 공간 내의 대상 가스는, 제2 도입 공간 내의 대상 가스와 비교하여 농도가 낮게 된다. 이와 같이, 불활성 가스를 제1 도입 공간 내로 도입함으로써, 제1 도입 공간 내의 대상 가스의 농도와, 제2 도입 공간 내의 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 용이하게 변환할 수 있다. 또, 불활성 가스는, 광원으로부터 방사된 광에 대해서 불활성이기 때문에, 광원의 광량이나 온도 등에 변동이 있었던 경우라도, 참조광 수광 수단에서의 측정값의 변화 특성에 영향을 주지 않는다. 이 때문에, 광원의 광량이나 온도 등에 변동이 있었던 경우라도, 제1 가스 셀 및 제2 가스 셀 내의 대상 가스는 농도가 다르지만 동일한 가스이기 때문에, 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단에서의 측정값의 변화 특성이 동일하게 된다. 따라서, 광원의 광량이나 온도 등에 의한 측정값의 변동을 용이하게 상쇄하여, 가스 농도를 보다 정밀도 좋게 산출하는 것이 가능해진다.

또, 상기 불활성 가스는, 아르곤, 크세논, 질소의 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 아르곤, 크세논, 질소를 광이 통과할 때 감쇠하지 않는 현상을 이용하여, 대상 가스의 특성을 변화시키지 않고, 희석을 행할 수 있다.

또, 상기 광원은, 적외선을 방사하는 것이 바람직하다.

또, 상기 대상 가스는 이산화탄소인 것이 바람직하다.

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

본 발명의 하나의 측면에 의하면, 다종다양한 가스 농도를 동시에 보다 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 하나의 측면에 의하면, 개개의 수광 소자 사이에서의 고유의 편차를 저감하여, 측정 환경이 변동해도, 수광 소자에 의한 검출값의 비교를 정밀도 좋게 행할 수 있음과 아울러, 각 수광 소자 사이의 광의 크로스 토크를 저감할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 하나의 측면에 의하면, 측정 환경이 변동해도, 가스 농도를 보다 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 농도와 비(比)의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스를 나타내는 도면이다.
도 3은 농도와 비의 상관 관계를 나타내는 그래프를 나타내는 도면이다.
도 4는 가스 농도 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는 가스 농도 산출 장치의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치를 나타내는 단면도이다.
도 9는 제2 실시 형태에 관한 수광부를 상세하게 나타내는 단면도이다.
도 10은 제3 실시 형태에 관한 수광부를 상세하게 나타내는 단면도이다.
도 11은 제4 실시 형태에 관한 수광부를 상세하게 나타내는 단면도이다.
도 12는 제5 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 13은 농도와 비의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스를 나타내는 도면이다.
도 14는 농도와 비의 상관 관계를 나타내는 그래프를 나타내는 도면이다.
도 15는 가스 농도 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 16은 제6 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17은 제7 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 18은 농도와 비의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스를 나타내는 도면이다.
도 19는 농도와 비의 상관 관계를 나타내는 그래프를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 가스 농도 산출 장치, 가스 농도 계측 모듈 및 광 검출기의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하여, 중복하는 설명을 생략한다.

[제1 실시 형태］

(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 장치를 나타내는 단면도이다. 가스 농도 산출 장치(1X)는, 적외광원(21X, 특허 청구 범위의「광원」에 상당)으로부터의 적외광을 수광하고, 그 에너지를 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)와, 산출 회로(3X)가 가스 농도를 산출할 때의 정보를 격납(格納)하고 있는 격납부(4X, 특허 청구 범위의「격납 수단」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 도입(導入)되는 샘플 가스 중의 이산화탄소를 농도 산출의 대상 가스로 한 경우의 예에 대해서 설명한다.

가스 농도 계측 모듈(2X)은, 내부에 샘플 가스(50X)가 도입되는 도입 공간(11X)을 형성하는 가스 셀(10X)과, 가스 셀(10X)의 일단에 배치된 광원부(20X)와, 가스 셀(10X)의 타단에 배치되어 광원부(20X)로부터 방사된 광을 수광하는 수광부(30X, 특허 청구 범위의「신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단」에 상당)를 포함하여 구성된다.

가스 셀(10X)은, 가스 셀(10X)의 일단측에, 도입 공간(11X) 내로 샘플 가스(50X)를 도입하기 위한 가스 도입부(12X)가 마련되며, 가스 셀(10X)의 타단측에, 도입 공간(11X) 내의 샘플 가스(50X)를 외부로 배출하기 위한 가스 배출부(13X)가 마련되어 있다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이 출입구를 마련하지 않고 다수의 천공 형상이라도 좋다.

광원부(20X)는, 가스 셀(10X)에 결합되는 케이스(25X)와, 케이스(25X) 내에 배치된 적외광원(21X)과, 케이스(25X)에서 적외광원(21X)과 대향하는 부위에 형성되어 적외광원(21X)이 방사하는 적외광을 케이스(25X)의 외부로 안내하기 위한 개구부(26X)와, 개구부(26X)를 덮는 밴드 패스 필터(band-pass filter, 22X) 및 창(窓) 부재(23X)를 포함하여 구성된다. 적외광원(21X)으로부터 방사된 적외광은, 창 부재(23X), 밴드 패스 필터(22X)를 통과하여 가스 셀(10X) 내로 도입된다. 여기서, 적외광원(21X)은, 4.2μm ~ 4.3μm의 파장역(波長域)의 광을 방사하는 것을 이용한다. 또, 밴드 패스 필터(22X)는, 4.2μm ~ 4.3μm의 파장역의 광만이 투과하는 것을 이용한다. 또, 창 부재(23X)는, 적외선에 대해서 높은 투과성을 가지는 재료에 의해서 구성되어 있다. 또한, 후술의 창 부재(39X, 43X)에 대해서도, 창 부재(23X)와 동일한 구성으로 한다.

수광부(30X)는, 기판(35X) 상에 배치된 참조광 수광 소자(31X, 특허 청구 범위의「참조광 수광 수단」에 상당) 및 신호광 수광 소자(32X, 특허 청구 범위의「신호광 수광 수단」에 상당)와, 참조광 수광 소자(31X) 및 신호광 수광 소자(32X)를 덮는 캡(36X)과, 캡(36X)으로부터 참조광 수광 소자(31X)와 신호광 수광 소자(32X)의 사이의 영역으로 연장하는 칸막이 벽(37X)과, 캡(36X)에서의 참조광 수광 소자(31X) 및 신호광 수광 소자(32X)와 대향하는 부위에 각각 형성된 개구부(38X)와, 개구부(38X)를 덮는 창 부재(39X)를 포함하여 구성된다. 참조광 수광 소자(31X) 및 신호광 수광 소자(32X)는, 수광한 적외광의 에너지값을, 산출 회로(3X)로 출력한다.

또, 가스 셀(10X)의 도입 공간(11X) 내에서, 적외광원(21X)과 참조광 수광 소자(31X)와의 사이의 광로 중에, 불활성 가스실(40X)이 배치된다. 불활성 가스실(40X) 내에는, 적외광원(21X)으로부터 방사되는 적외광에 대해서 불활성인 불활성 가스(41X)가 봉입되어 있다. 불활성 가스실(40X)은, 도입 공간(11X) 내에서의 수광부(30X)측의 단부에 배치되어 있다. 또, 불활성 가스실(40X)은, 적외광원(21X)으로부터의 적외광이 입사하는 측의 단부에 창 부재(43X)가 배치되어 있다. 도시는 하지 않지만, 밴드 패스 필터(22X)를 도 1에 나타낸 위치에 마련하지 않는 경우에는, 도 1의 창 부재(39X)의 장소에 밴드 패스 필터를 마련해도 좋다. 즉, 밴드 패스 필터의 배치 장소는, 광원부(20X)와 수광부(30X)와의 사이의 광로 상에 배치되는 것이면, 특별히 한정은 하지 않는다. 또한, 불활성 가스(41X)로서, 적외광원(21X)으로부터 방사된 적외광(4.2μm ~ 4.3μm의 파장)에 대해서 흡수하지 않는(불활성) 가스, 예를 들면, 아르곤(Ar)이나 크세논(Xe) 등의 불활성 가스, 질소(N) 등을 이용한다. 특히, 질소 또는 아르곤을 이용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 화학적으로 안정하고 비용면에서도 장점이 있기 때문이다.

이상의 구성에 의해, 적외광원(21X)으로부터 방사된 적외광 중, 참조광 수광 소자(31X)로 입사하는 적외광은, 도입 공간(11X) 속의 샘플 가스(50X)와 불활성 가스실(40X) 속의 불활성 가스(41X)를 통과한다. 신호광 수광 소자(32X)로 입사하는 적외광은, 도입 공간(11X) 속의 샘플 가스(50X)를 통과한다. 따라서, 참조광 수광 소자(31X)에 의해서 수광되는 적외광은, 신호광 수광 소자(32X)에 의해서 수광되는 적외광 보다도, 샘플 가스(50X) 내를 통과하는 거리가 불활성 가스(41X)가 존재하고 있는 공간만큼 짧게 된다. 즉, 참조광 수광 소자(31X) 및 신호광 수광 소자(32X)에 의해서, 샘플 가스(50X)의 이산화탄소에 의한 흡수량이 다른 적외광을 동시에 수광할 수 있다. 여기에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소 분자(51X)에 의해, 적외광이 흡수된다.

(격납부(4X)의 격납 정보)

다음에, 격납부(4X)가 격납하는 정보에 대해서 설명한다. 격납부(4X)에는, 이산화탄소의 농도와, 참조광 수광 소자(31X) 및 신호광 수광 소자(32X)가 수광하는 적외광의 에너지값의 비(比)와의 상관 관계를 나타내는 근사식이 미리 격납되어 있다.

일반적으로, 광원으로부터의 적외선 에너지값을 I₀, 수광 수단에 도달하는 적외선 에너지값을 I, 광원으로부터 수광 수단까지의 광로 길이를 l, 대상 가스의 농도를 C, 흡수 계수를 μ로 하면, 람베르트·베르(Lambert·Beer)의 법칙에 의해, 이하의 식 (1)에 나타내는 관계가 성립된다.

I = I₀ exp(－μ·C·l) … (1)

상기 관계에 근거하여, 람베르트·베르(Lambert·Beer)의 법칙을 이용하여, 각 이산화탄소의 농도마다, 참조광 수광 소자(31X)가 수광한 에너지값(A)과, 신호광 수광 소자(32X)가 수광한 에너지값(B)을 미리 산출한다. 즉, 기지(旣知)의 I₀, μ, C, l를 상기 식(1)에 대입하여, I를 구하는 것에 의해, 에너지값(A, B)을 산출한다. 또한, 에너지값(B)과 에너지값(A)의 비(B／A)를 산출한다. 이들의 산출한 값과, 이산화탄소의 농도를 매핑(mapping)하여, 도 2에 나타내는 바와 같이, 이산화탄소의 농도와 에너지값의 비의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스를 작성한다. 게다가, 도 2에 나타내는 데이타베이스로부터, 도 3에 나타내는 이산화탄소의 농도와 에너지값의 비의 상관 관계를 나타내는 그래프를 구하고, 에너지값의 비(B／A)와 이산화탄소의 농도와의 근사식(예를 들면, 농도 = f(비))을 산출한다. 산출한 근사식은, 격납부(4X)에 격납해 둔다.

또한, 제1 실시 형태에서는, 적외광원(21X)으로부터 참조광 수광 소자(31X)로 입사하는 적외광이 샘플 가스(50X) 속을 통과하는 거리를 예를 들면 2L로 하고, 적외광원(21X)으로부터 신호광 수광 소자(32X)로 입사하는 적외광이 샘플 가스(50X)를 통과하는 거리를 예를 들면 3L로 함으로써, 광로 길이를 다르게 한다. 또, 도 2의 데이타베이스에서는, 데이타베이스 작성의 편의상, 이산화탄소의 농도가 제로 ppm인 때의 에너지값(A, B)이 1이 되도록 규격화하고 있다.

참조광 수광 소자(31X)가 수광한 에너지값(A)과 신호광 수광 소자(32X)가 수광한 에너지값(B)의 비와, 이산화탄소의 농도가 대응하고 있는 것에 의해, 도 2의 데이타베이스나, 근사식을 이용하여, 참조광 수광 소자(31X) 및 신호광 수광 소자(32X)가 실제로 수광한 광의 에너지값의 비에 근거하여, 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다.

(이산화탄소의 농도 산출 처리)

다음에, 참조광 수광 소자(31X) 및 신호광 수광 소자(32X)가 수광한 광의 에너지값으로부터, 산출 회로(3X)가, 이산화탄소의 농도를 산출하는 처리의 흐름에 대해서 설명한다. 또한, 산출 회로(3X)는, CPU 등을 포함하여 구성된 회로이다. 도 4는, 이산화탄소 농도 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.

스텝(S101X)에서 산출 회로(3X)는, 참조광 수광 소자(31X)에서 수광된 광의 에너지값(A)과 신호광 수광 소자(32X)에서 수광된 광의 에너지값(B)을 취득한다.

다음에, 스텝(S102X)에서 산출 회로(3X)는, 취득한 에너지값(B)과 에너지값(A)의 비(B／A)를 산출한다. 스텝(S103X)에서 산출 회로(3X)는, 격납부(4X)에 격납된 근사식을 이용하여, 스텝(S102X)에서 산출한 비(B／A)로부터 이산화탄소의 농도를 산출한다. 근사식을 이용하여 농도를 산출하는 것에 의해, 산출 처리를 용이하게 행할 수 있다.

스텝(S104X)에서 산출 회로(3X)는, 산출된 이산화탄소의 농도를 나타내는 신호를, 도시하지 않은 제어 장치 등으로 출력한다. 이산화탄소의 농도를 나타내는 신호는, 예를 들면, 제어 장치에서 공조 제어 등에 이용된다.

(제1 실시 형태의 작용·효과)

제1 실시 형태에서는, 도입 공간(11X) 내에서, 적외광원(21X)과 참조광 수광 소자(31X)와의 사이의 광로 중에 불활성 가스(41X)를 배치했기 때문에, 적외광원(21X)으로부터 방사된 적외광은, 도입 공간(11X) 내의 샘플 가스(50X)와, 불활성 가스(41X)를 통과하여 참조광 수광 소자(31X)로 입사한다. 게다가, 적외광원(21X)으로부터 방사된 적외광은, 도입 공간(11X) 내의 샘플 가스(50X)를 통과하여 신호광 수광 소자(32X)로 입사한다.

이 때문에, 참조광 수광 소자(31X)로 입사하는 적외광이 샘플 가스(50X) 속을 통과하는 거리는, 신호광 수광 소자(32X)로 입사하는 적외광이 샘플 가스(50X) 속을 통과하는 거리에 비해 불활성 가스(41X)가 존재하고 있는 공간만큼 짧게 된다. 따라서, 참조광 수광 소자(31X) 및 신호광 수광 소자(32X)에 의해서, 샘플 가스(50X) 속을 통과하는 거리가 다른 적외광, 즉, 샘플 가스(50X) 내의 이산화탄소에 의한 흡수량이 다른 적외광을 동시에 측정할 수 있다.

또, 가스 농도 산출 장치(1X)는, 인용 문헌 1에 기재된 가스 농도 산출 장치와 같이 피측정 가스와 동종의 가스가 봉입된 비교 가스실 등을 이용하지 않고, 흡수량이 다른 광을 측정할 수 있는 구성이며, 다종다양(多種多樣)한 가스의 농도를 측정할 수 있다. 또 다종 동시 계측도 가능하다.

또, 광로 길이를 변화시키기 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, 불활성 가스실(40X)에 봉입하는 불활성 가스(41X)로서, 아르곤, 크세논, 질소를 이용하는 것에 의해, 이들의 가스 속을 적외광이 통과할 때에 감쇠하지 않는 현상을 이용하여, 샘플 가스(50X)를 통과하는 거리가 다른 적외광을 얻을 수 있다.

또, 밴드 패스 필터(22X)에 의해, 참조광 수광 소자(31X) 및 신호광 수광 소자(32X)가 각각 수광하는 광을 동일 파장으로 할 수 있어, 참조광 수광 소자(31X) 및 신호광 수광 소자(32X)가 각각 수광하는 광의 파장이 다른 것에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 적외광원(21X)이 적외선을 방사하는 것에 의해, 적외선이 샘플 가스(50X)를 통과할 때에 이산화탄소에 의해서 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다.

또, 적외광이 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소를 통과할 때에 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 샘플 가스(50X) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다.

미리, 격납부(4X) 내에 근사식을 격납해 두는 것에 의해, 근사식에 근거하여 대상 가스의 농도를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

(변형예)

본 발명의 하나의 측면은, 상술한 제1 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도 4의 스텝(S103X)에서, 산출 회로(3X)는 근사식을 이용하여 이산화탄소의 농도를 산출하는 것으로 했지만, 근사식을 이용하지 않고 이산화탄소의 농도를 산출해도 괜찮다. 이 경우, 미리, 도 2에 나타내는 데이타베이스를 테이블화한 것을 격납부(4X)에 격납해 둔다. 산출 회로(3X)는, 취득한 에너지값(A)과 에너지값(B)을, 격납부(4X)에 격납된 테이블과 비교하고, 해당 테이블로부터 농도를 직접 산출해도 괜찮다. 이 경우에는, 도 2에 나타내는 데이타베이스로부터 에너지의 비(B／A)와 이산화탄소의 농도와의 사이의 근사식을 산출할 것까지도 없고, 테이블을 이용하여 농도를 산출할 수 있다.

또, 불활성 가스실(40X)을 이용하지 않고, 샘플 가스(50X) 속을 통과하는 광의 광로 길이를 변경할 수 있다. 예를 들면, 도 5에 나타내는 가스 농도 산출 장치(1XA)와 같이, 가스 셀(10XA)의 형상에 단차를 마련하고, 참조광 수광 소자(31XA)를 신호광 수광 소자(32XA) 보다도 적외광원(21X)측에 배치해도 괜찮다.

이와 같이, 참조광 수광 소자(31XA) 및 신호광 수광 소자(32XA)를, 적외광원(21X)으로부터 방사된 적외광이 도입 공간(11XA) 내를 통과하는 거리가 다른 위치에 배치했기 때문에, 참조광 수광 소자(31XA)에는, 신호광 수광 소자(32XA)에 비해, 샘플 가스(50X)를 통과한 거리가 짧은 적외광이 입사한다. 따라서, 참조광 수광 소자(31XA) 및 신호광 수광 소자(32XA)에 의해서, 샘플 가스(50X)를 통과하는 거리가 다른 광, 즉, 샘플 가스(50X) 내의 이산화탄소에 의한 흡수량이 다른 적외광을 동시에 측정할 수 있다.

또한, 상기 제1 실시 형태에서는, 가스 농도 산출 장치(1X, 1XA)에 의해서 이산화탄소의 농도를 산출하는 경우에 대해서 설명했지만, 이것 이외의 가스의 농도를 산출 가능하다는 것은 말할 필요도 없다. 또, 농도를 측정하려고 하는 가스에 따라, 광원이나 밴드 패스 필터의 종류를 적절히 추가하는 것에 의해, 복수의 가스의 농도를 동시에 산출할 수 있다. 또, 적외광원(21X)으로부터 참조광 수광 소자(31X)로 입사하는 적외광이 샘플 가스(50X) 속을 통과하는 거리를 2L로 하고, 적외광원(21X)으로부터 신호광 수광 소자(32X)로 입사하는 적외광이 샘플 가스(50X)를 통과하는 거리를 3L로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 농도를 측정하려고 하는 가스의 측정 레인지(range)나 정밀도 등으로부터 적절히 최적화를 행할 수 있다.

여기서, 도 6에 복수 종류의 가스가 혼재한 샘플 가스의 가스 농도를 검출하기 위한 변형예를 나타낸다. 상술한 바와 같이 종류가 다른 가스의 농도를 산출하려면, 복수의 피측정 가스의 각각에 흡수되는 다른 파장의 광을 가스 셀 내에 각각 방사하는 광원과, 각각의 광원으로부터의 광이 샘플 가스를 통과하는 영역에서 광로 길이가 다른 2개의 광로를 구성하도록 참조광 수광 소자와 신호광 수광 소자를 배치한 검출부를 1개 유니트로 하여, 각각의 유니트에서 가스 농도를 측정할 필요가 있다. 이에, 본원의 가스 농도 계측 모듈에서, 불활성 가스실 및 참조광 수광 소자와, 신호광 수광 소자를 한 쌍으로 한 검출부를 복수 이용하고, 각 검출부 각각에 가스 농도 산출 모듈을 접속함으로써, 실현 가능하다. 도 6에는, 일 예로서, 4 종류의 가스가 혼재한 샘플 가스의 가스 농도를 측정하는 가스 농도 산출 장치(1XB)를 예시하고 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 가스 농도 산출 장치(1XB)는, 대상 가스가 다른 수광부(130XA ~ 130XD)를 구비하는 가스 농도 계측 모듈(2XA)와, 수광부(130XA ~ 130XD)에 대응하는 가스 농도 산출 모듈(산출 회로(3XA ~ 3XD) 및 격납부(4XA ~ 4XD))을 구비한다. 가스 셀(110X)의 일단측에는 각각 다른 파장의 광을 방사하는 광원(121XA ~ 121XD)이 배치되어 있다. 각 광원(121XA ~ 121XD)으로부터 방사된 광은, 각각 수광부(130XA ~ 130XD)에서 수광된다. 또한, 방사하는 광의 파장 범위가 넓고, 각 대상 가스의 흡수에 이용할 수 있는 파장역을 포함하는 것이면, 하나의 광원을 이용할 수 있다.

수광부(130XA ~130XD)는, 각각 참조광 수광 소자(131XA ~ 131XD)와 신호광 수광 소자(132XA ~ 132XD)를 구비하고 있다. 광원(121XA ~ 121XD)과, 참조광 수광 소자(131XA ~ 131XD)와의 사이의 광로 중에, 광원(121XA ~ 121XD)으로부터 방사된 광에 대해서 각각 불활성인 불활성 가스가 봉입된 불활성 가스실(140XA ~ 140XD)이 배치되어 있다. 여기서, 불활성 가스실(140XA ~ 140XD) 및 참조광 수광 소자(131XA ~ 131XD)와 신호광 수광 소자(132XA ~ 132XD)를 각각 1 쌍으로 하여 검출부가 구성되어 있다. 또, 각 검출부가 측정 대상으로 하는 가스가 흡수하는 파장의 광을 투과시키고, 그것 이외의 파장의 광을 차단하는 밴드 패스 필터(122XA ~ 122XD)가, 각 광원(121XA ~ 121XD)의 전면(前面)에 각각 배치된다. 또한, 각 검출부마다 산출되는 가스 농도의 산출 방법에 대해서는, 상술의 알고리즘과 동일하다.

또, 도 7에, 불활성 가스실을 이용하지 않고, 광원으로부터 참조광 수광 소자까지의 거리와, 광원으로부터 신호광 수광 소자까지의 거리를 다르게 한 것으로하여, 4 종류의 가스가 혼재한 샘플 가스의 가스 농도를 측정하는 가스 농도 산출 장치(1XC)를 예시하고 있다. 즉, 가스 셀(210X)의 형상에 단차를 마련하고, 광원(121XA)으로부터 방사된 광을 수광하는 수광부(230XA)에서, 참조광 수광 소자(231XA)를 신호광 수광 소자(232XA) 보다도 광원(121XA)측에 배치한 것이다. 마찬가지로, 광원(121XB ~ 121XD)으로부터 방사된 광을 각각 수광하는 각 수광부(230XB ~ 230XD)에 대해서도, 참조광 수광 소자(231XB ~ 231XD)를 신호광 수광 소자(232XB ~ 232XD) 보다도 각각 광원(121XB ~ 121XD)측에 배치한 것이다.

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

이하의 제2 ~ 제4 실시 형태에서는, 본 발명의 다른 하나의 측면에 관한 광 검출기를, 샘플 가스를 통과하는 다른 광로 상의 광을 검출하여, 샘플 가스 중의 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에 이용되는 광 검출기에 적용한 경우에 대해서 설명한다.

[제2 실시 형태］

(가스 농도 산출 장치(1Y)의 전체 구성)

제2 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1Y)의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 8은, 가스 농도 산출 장치를 나타내는 단면도이다. 가스 농도 산출 장치(1Y)는, 적외광원(21Y)이 방사한 적외광을 수광하고, 그 에너지를 측정하는 수광 모듈(2Y)과, 수광 모듈(2Y)에 의한 측정 결과에 근거하여 가스 농도를 산출하는 산출 회로(3Y)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, 제2 실시 형태에서는, 수광 모듈(2Y)로 도입되는 샘플 가스 중의 이산화탄소를 농도 산출의 대상 가스로 한 경우의 예에 대해서 설명한다.

수광 모듈(2Y)은, 내부에 샘플 가스(50Y)가 도입되는 도입 공간(11Y)을 형성하는 가스 셀(10Y)과, 가스 셀(10Y) 내의 일단에 배치된 광원부(20Y)와, 가스 셀(10Y) 내의 타단에 배치된 비교 가스실(41Y) 및 측정 가스실(42Y)과, 가스 셀(10Y)의 타단에 접속되어 광원부(20Y)의 적외광원(21Y)으로부터 방사된 광을 수광하는 수광부(30Y, 특허 청구 범위의「광 검출기」에 상당)를 포함하여 구성된다.

가스 셀(10Y)은, 도입 공간(11Y) 내에 샘플 가스(50Y)를 도입하기 위한 가스 도입부(12Y)가 마련되고, 게다가, 도입 공간(11Y) 내의 샘플 가스(50Y)를 외부로 배출하기 위한 가스 배출부(13Y)가 마련되어 있다.

광원부(20Y)는, 적외광을 방사하는 적외광원(21Y)과, 적외광원(21Y)으로부터 방사된 적외광을 도입 공간(11Y) 내를 향하여 반사시키는 반사 부재(22Y)와, 적외선에 대해서 높은 투과성을 나타내는 재료로 이루어지는 창 부재(23Y)로 구성되어 있다.

비교 가스실(41Y)은, 대상 가스와 동종의 가스가 봉입되어 있다. 또, 측정 가스실(42Y)은, 적외광에 대해서 불활성인 가스가 봉입되어 있다.

수광부(30Y)는, 참조광 수광 소자(31Y, 특허 청구 범위의「수광 소자」에 상당)와, 신호광 수광 소자(32Y, 특허 청구 범위의「수광 소자」에 상당)를 포함하여 구성된다. 신호광 수광 소자(32Y)는, 적외광원(21Y)으로부터 방사된 것으로서, 광로(L1) 상을 진행하여 측정 가스실(42Y)을 통과한 적외광을 수광한다. 또, 참조광 수광 소자(31Y)는, 적외광원(21Y)으로부터 방사된 것으로서, 광로(L2)를 진행하여 비교 가스실(41Y)을 통과한 적외광을 수광한다. 수광부(30Y)는, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)가 수광한 적외광의 에너지값을, 산출 회로(3Y)로 출력한다.

이상의 구성에 의해, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)는, 통과하는 가스실(비교 가스실(41Y), 측정 가스실(42Y))이 다른 것에 의해 에너지값이 다른 적외광을 수광한다. 산출 회로(3Y)는, 참조광 수광 소자(31Y)에서 수광된 에너지값에 근거하여 방사광량의 증감을 산출하고, 신호광 수광 소자(32Y)에서 검출된 검출값을 교정하는 것에 의해, 샘플 가스(50Y) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다. 또한, 가스 농도 산출 장치(1Y) 중, 수광부(30Y)의 구성 이외의 구성에 대해서는, 상기에서 설명한 특허 문헌 1에 기재된 기술과 동일하여, 상세한 설명을 생략한다. 또, 2개의 에너지값에 근거하여 가스 농도를 산출하는 순서에 대해서도, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 종래부터 알려진 가스 상관법을 이용하여 산출할 수 있어, 상세한 설명을 생략한다.

(수광부(30Y)의 상세 구조)

다음에, 수광부(30Y)의 상세 구조에 대해서 설명한다. 도 9에, 수광부(30Y)의 상세 구조를 나타낸다. 수광부(30Y)는, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)가 형성된 수광 소자 칩(34Y)이 재치되는 패키지 기판(35Y)과, 패키지 기판(35Y)으로부터 연장하여 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)를 덮는 패키지 캡(36Y)을 포함하여 구성된다. 또, 패키지 캡(36Y)은, 참조광 수광 소자(31Y)와 대향하는 위치에 패키지 캡 개구부(36aY)가 형성되고, 신호광 수광 소자(32Y)와 대향하는 위치에 패키지 캡 개구부(36bY)가 형성되어 있다. 또, 수광부(30Y)는, 패키지 캡 개구부(36aY, 36bY)를 덮는 밴드 패스 필터(38Y)를 더 포함하여 구성된다.

밴드 패스 필터(38Y)는, 소정 파장의 광만을 통과시키는 것이다. 또, 밴드 패스 필터(38Y)는, 패키지 캡(36Y)에 고정되는 구성이라도 좋고, 패키지 캡(36Y)과 내측 캡(37Y, 상세한 것은 후술함)에 끼워 넣어 고정되는 구성이라도 괜찮다.

또, 수광부(30Y)는, 패키지 캡(36Y)의 내측에서, 패키지 기판(35Y)으로부터 연장하여 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)를 덮는 내측 캡(37Y)을 더 포함하여 구성된다. 내측 캡(37Y)은, 참조광 수광 소자(31Y)와 대향하는 위치에 내측 캡 개구부(37aY)가 형성되고, 신호광 수광 소자(32Y)와 대향하는 위치에 내측 캡 개구부(37bY)가 형성되어 있다. 또, 내측 캡(37Y)은, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)와 대향하는 면으로부터, 참조광 수광 소자(31Y)와 신호광 수광 소자(32Y)의 사이의 영역(A)으로 연장하는 내측 캡 칸막이판(37cY)을 가지고 있다. 또한, 내측 캡(37Y) 및 내측 캡 칸막이판(37cY)이, 특허 청구 범위의「차폐 수단」에 상당한다.

참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)는, 수광 소자의 제조 공정에서 1개의 수광 소자 칩 상에 복수개 형성되는 수광 소자 중, 인접하여 형성된 것을 이용한다. 또, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)는, 제조 공정에서 서로 떼어 놓지 않고, 칩 기판(33Y) 상에 형성된 그대로의 상태의 것을 이용한다. 또, 참조광 수광 소자(31Y)와 신호광 수광 소자(32Y)의 사이의 영역(A)은, 홈 가공에 의해서 형성할 수 있다.

또한, 적외광을 수광하는 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)의 재료로서, 홈 가공에 의해서 영역(A)을 형성하는 경우에는, 예를 들면, PbSe, InSb, InAsSb, MCT 등의 양자형(量子型) 소자나, 서모파일(thermopile), 서미스터(thermistor), 초전(焦電) 소자 등의 열형(熱型) 소자를 이용할 수 있다. 또한, 열형 소자를 이용하는 경우에는, 수광 소자를 냉각하기 위한 냉각기는 불필요해진다. 또, 양자형 소자를 이용하는 경우에는, 수광 소자를 냉각하기 위한 냉각기를 적절히 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 내측 캡 칸막이판(37cY)은, 내측 캡(37Y)에서의 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)와 대향하는 면으로부터, 칩 기판(33Y)까지 연장하고 있다. 이것에 의해, 내측 캡(37Y)과 패키지 기판(35Y)으로 둘러싸이는 영역이, 내측 캡 칸막이판(37cY)에 의해서, 참조광 수광 소자(31Y)가 배치되는 측의 영역과 신호광 수광 소자(32Y)가 배치되는 측의 영역으로 분할된다.

또, 패키지 캡(36Y), 내측 캡(37Y), 내측 캡 칸막이판(37cY)은, 적외선을 차폐하는 재료에 의해서 구성되어 있다.

(제2 실시 형태의 작용·효과)

제2 실시 형태는 이상의 구성으로 하는 것에 의해, 내측 캡(37Y)의 내측에서, 참조광 수광 소자(31Y)측의 영역과 신호광 수광 소자(32Y)측의 영역을 내측 캡 칸막이판(37cY)에 의해서 분할할 수 있다. 따라서, 적외광원(21Y)으로부터 광로(L1)를 통과하여 신호광 수광 소자(32Y)로 입사해야 할 적외광이, 내측 캡(37Y)의 내측으로 진입한 후에 참조광 수광 소자(31Y)로 입사하지 않는다. 또, 신호광 수광 소자(32Y)의 표면에서 반사한 적외광에 대해서도, 참조광 수광 소자(31Y)로 입사하지않는다. 마찬가지로, 적외광원(21Y)으로부터 광로(L2)를 통과하여 참조광 수광 소자(31Y)로 입사해야 할 적외광, 및 참조광 수광 소자(31Y)의 표면에서 반사한 적외광이, 신호광 수광 소자(32Y)로 입사하지 않는다.

이 때문에, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y) 사이에서의 광의 크로스 토크를 저감할 수 있어, 다른 광로 상의 광을, 수광부(30Y)에 의해서 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

또, 수광 소자 칩(34Y) 상에 인접하여 형성된 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)를 이용하는 것에 의해, 인접하여 형성된 수광 소자는 거의 동일한 특성을 가지기 때문에, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y) 사이에서의 고유의 편차를 저감할 수 있다. 이 때문에, 측정 환경이 변동해도, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y) 사이에서의 검출값의 변동이 동일한 변화 특성이 되고, 이들의 검출값의 변동의 상쇄를 용이하게 행할 수 있다. 따라서, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)에 의한 검출값의 비교를 정밀도 좋게 행할 수 있다.

또, 내측 캡 칸막이판(37cY)과 내측 캡(37Y)에 의해서, 참조광 수광 소자(31Y)와 신호광 수광 소자(32Y)와의 사이에서의 광의 크로스 토크가 저감된다. 이와 같이, 내측 캡 칸막이판(37cY)과 내측 캡(37Y)이라고 하는 간소한 구성에 의해, 광의 크로스 토크를 저감할 수 있다고 하는 효과가 나타내어진다.

또한, 도시는 하지 않지만, 패키지 캡(36Y)의 패키지 캡 개구부(36aY, 36bY)에 단차를 형성하고, 그 단차를 이용하여, 가스 셀(10Y)과 수광부(30Y)를 접속할 수 있다. 이 경우에는, 예를 들면, 가스 셀(10Y)로부터 수광부(30Y)로 광을 안내하는 도광관(導光管)을 단차 부분에 끼워 넣거나, 광 파이버 등을 끼워 넣을 수 있다. 이것에 의해, 가스 셀(10Y)로부터 수광부(30Y)로, 보다 확실히 적외광을 안내할 수 있다.

[제3 실시 형태］

제3 실시 형태는, 제2 실시 형태에서의 가스 농도 산출 장치(1Y)의 수광부(30Y)를, 구성이 다른 수광부(30YA, 특허 청구 범위의「광 검출기」에 상당)로 치환한 것이며, 수광부(30YA) 이외의 구성에 대해서는 설명을 생략한다. 또, 제3 실시 형태에서의 수광부(30YA)에 대해서, 제2 실시 형태에서의 수광부(30Y)와 동일 구성 요소에 대해서는, 동일 번호를 부여하여 설명을 생략한다.

(수광부(30YA)의 상세 구조)

수광부(30YA)의 상세한 구조에 대해서 설명한다. 도 10에, 수광부(30YA)의 상세 구조를 나타낸다. 수광부(30YA)는, 참조광 수광 소자(31Y, 특허 청구 범위의「수광 소자」에 상당) 및 신호광 수광 소자(32Y, 특허 청구 범위의「수광 소자」에 상당)가 형성된 수광 소자 칩(34Y)이 재치되는 패키지 기판(35Y)과, 패키지 기판(35Y)으로부터 연장하여 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)를 덮는 패키지 캡(36YA)을 포함하여 구성된다. 또, 패키지 캡(36YA)은, 참조광 수광 소자(31Y)와 대향하는 위치에 패키지 캡 개구부(36aY)가 형성되고, 신호광 수광 소자(32Y)와 대향하는 위치에 패키지 캡 개구부(36bY)가 형성되어 있다. 또, 수광부(30YA)는, 패키지 캡 개구부(36aY, 36bY)를 덮는 밴드 패스 필터(38Y)를 더 포함하여 구성된다. 또한, 밴드 패스 필터(38Y)는, 패키지 캡(36YA)에 고정되어 있다.

또, 패키지 캡(36YA)은, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)와 대향하는 면으로부터 참조광 수광 소자(31Y)와 신호광 수광 소자(32Y)의 사이의 영역(A)으로 연장하는 칸막이판(37dY, 특허 청구 범위의「차폐 수단」에 상당)을 가지고 있다.

이것에 의해, 패키지 캡(36YA)과 패키지 기판(35Y)으로 둘러싸이는 영역이, 칸막이판(37dY)을 사이에 두고, 참조광 수광 소자(31Y)가 배치되는 측의 영역과 신호광 수광 소자(32Y)가 배치되는 측의 영역으로 분할된다.

또, 패키지 캡(36YA), 칸막이판(37dY)은, 적외선을 차폐하는 재료에 의해서 구성되어 있다.

(제3 실시 형태의 작용·효과)

제3 실시 형태는 이상의 구성으로 하는 것에 의해, 패키지 캡(36YA)의 내측에서, 참조광 수광 소자(31Y)측의 영역과 신호광 수광 소자(32Y)측의 영역을 칸막이판(37dY)에 의해서 분할할 수 있다. 따라서, 적외광원(21Y)으로부터 광로(L1)를 통과하여 신호광 수광 소자(32Y)로 입사해야 할 적외광이, 패키지 캡(36YA)의 내측으로 진입한 후에 참조광 수광 소자(31Y)로 입사하지 않는다. 또, 신호광 수광 소자(32Y)의 표면에서 반사한 적외광에 대해서도, 참조광 수광 소자(31Y)로 입사하지 않는다. 마찬가지로, 적외광원(21Y)으로부터 광로(L2)를 통과하여 참조광 수광 소자(31Y)로 입사해야 할 적외광, 및 참조광 수광 소자(31Y)의 표면에서 반사한 적외광이, 신호광 수광 소자(32Y)로 입사하지 않는다.

이 때문에, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y) 사이에서의 광의 크로스 토크를 저감할 수 있어, 다른 광로 상의 광을, 수광부(30YA)에 의해서 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

또, 수광 소자 칩(34Y) 상에 인접하여 형성된 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)를 이용하는 것에 의해, 인접하여 형성된 수광 소자는 거의 동일한 특성을 가지기 때문에, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y) 사이에서의 고유의 편차를 저감할 수 있다. 이 때문에, 측정 환경이 변동해도, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y) 사이에서의 검출값의 변동이 동일한 변화 특성이 되어, 이들의 검출값의 변동의 상쇄를 용이하게 행할 수 있다. 따라서, 참조광 수광 소자(31Y) 및 신호광 수광 소자(32Y)에 의한 검출값의 비교를 정밀도 좋게 행할 수 있다.

또, 칸막이판(37dY)을 구비하는 패키지 캡(36YA)에 의해서, 참조광 수광 소자(31Y)와 신호광 수광 소자(32Y)와의 사이에서의 광의 크로스 토크가 저감된다. 이와 같이, 패키지 캡(36YA)의 내측에 칸막이판(37dY)을 마련한다고 하는 간소한 구성에 의해, 광의 크로스 토크를 저감할 수 있다고 하는 효과가 나타내어진다.

[제4 실시 형태］

제4 실시 형태는, 제2 실시 형태에서의 가스 농도 산출 장치(1Y)의 수광부(30Y)를, 구성이 다른 수광부(30YB, 특허 청구 범위의「광 검출기」에 상당)로 치환한 것이며, 수광부(30YB) 이외의 구성에 대해서는 설명을 생략한다. 또, 제4 실시 형태에서의 수광부(30YB)에 대해서, 제2 실시 형태에서의 수광부(30Y)와 동일 구성 요소에 대해서는, 동일 번호를 부여하여 설명을 생략한다.

(수광부(30YB)의 상세 구조)

수광부(30YB)의 상세한 구조에 대해서 설명한다. 도 11에, 수광부(30YB)의 상세 구조를 나타낸다. 수광부(30YB)는, 참조광 수광 소자(31YB, 특허 청구 범위의「수광 소자」에 상당) 및 신호광 수광 소자(32YB, 특허 청구 범위의「수광 소자」에 상당)가 형성된 수광 소자 칩(34YB)과, 수광 소자 칩(34YB)이 재치되는 패키지 기판(35Y)과, 패키지 기판(35Y)으로부터 연장하여 수광 소자 칩(34YB)을 덮는 패키지 캡(36Y)을 포함하여 구성된다. 또, 패키지 캡(36Y)은, 참조광 수광 소자(31YB)와 대향하는 위치에 패키지 캡 개구부(36aY)가 형성되고, 신호광 수광 소자(32YB)와 대향하는 위치에 패키지 캡 개구부(36bY)가 형성되어 있다. 또, 수광부(30YB)는, 패키지 캡 개구부(36aY, 36bY)를 덮는 밴드 패스 필터(38Y)를 더 포함하여 구성된다. 또한, 밴드 패스 필터(38Y)는, 패키지 캡(36Y)에 고정되어 있다.

또, 수광부(30YB)는, 수광 소자 칩(34YB) 상에서 참조광 수광 소자(31YB)와 대응하는 위치에 재치된 통 모양의 통 모양 캡(39YA, 특허 청구 범위의 「차폐 수단」에 상당)과, 신호광 수광 소자(32YB)와 대응하는 위치에 재치된 통 모양의 통 모양 캡(39YB, 특허 청구 범위의 「차폐 수단」에 상당)을 더 포함하여 구성된다. 통 모양 캡(39YA)은, 패키지 캡 개구부(36aY)로부터 패키지 캡(36Y)의 내측으로 진입한 적외광을 참조광 수광 소자(31YB)로 안내하는 것이다. 또, 통 모양 캡(39YB)은, 패키지 캡 개구부(36bY)로부터 패키지 캡(36Y)의 내측으로 진입한 적외광을 신호광 수광 소자(32YB)로 안내하는 것이다. 또한, 통 모양 캡(39YA, 39YB)은, 적외선을 차폐하는 재료에 의해서 구성되어 있다.

참조광 수광 소자(31YB) 및 신호광 수광 소자(32YB)는, 수광 소자의 제조 공정에서 1개의 수광 소자 칩(34YB) 상에 복수개 형성되는 수광 소자 중, 인접하여 형성된 것을 이용한다.

(제4 실시 형태의 작용·효과)

제4 실시 형태는 이상의 구성으로 하는 것에 의해, 수광부(30YB)의 패키지 캡 개구부(36aY)로부터 패키지 캡(36Y)의 내측으로 진입한 적외광은, 통 모양 캡(39YA)에 의해서 참조광 수광 소자(31YB)로 안내된다. 또, 패키지 캡 개구부(36bY)로부터 패키지 캡(36Y)의 내측으로 진입한 적외광은, 통 모양 캡(39YB)에 의해서 신호광 수광 소자(32YB)로 안내된다. 따라서, 적외광원(21Y)으로부터 광로(L1)를 통과하여 신호광 수광 소자(32YB)로 입사해야 할 적외광이, 패키지 캡(36Y)의 내측으로 진입한 후에 참조광 수광 소자(31YB)로 입사하지 않는다. 또, 신호광 수광 소자(32YB)의 표면에서 반사한 적외광에 대해서도, 참조광 수광 소자(31YB)로 입사하지 않는다. 마찬가지로, 적외광원(21Y)으로부터 광로(L2)를 통과하여 참조광 수광 소자(31YB)로 입사해야 할 적외광, 및 참조광 수광 소자(31YB)의 표면에서 반사한 적외광이, 신호광 수광 소자(32YB)로 입사하지 않는다.

이 때문에, 참조광 수광 소자(31YB) 및 신호광 수광 소자(32YB) 사이에서의 광의 크로스 토크를 저감할 수 있어, 다른 광로 상의 광을, 수광부(30YB)에 의해서 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

또, 수광 소자 칩(34YB) 상에 통 모양 캡(39YA, 39YB)을 재치하는 것에 의해, 참조광 수광 소자(31YB)와 신호광 수광 소자(32YB)와의 사이에서의 광의 크로스 토크가 저감된다. 이와 같이, 통 모양 캡(39YA, 39YB)이라고 하는 간소한 구성에 의해, 광의 크로스 토크를 저감할 수 있다고 하는 효과가 나타내어진다.

또, 수광 소자 칩(34YB) 상에 인접하여 형성된 참조광 수광 소자(31YB) 및 신호광 수광 소자(32YB)를 이용하는 것에 의해, 인접하여 형성된 수광 소자는 거의 동일한 특성을 가지기 때문에, 참조광 수광 소자(31YB) 및 신호광 수광 소자(32YB)사이에서의 고유의 편차를 저감할 수 있다. 이 때문에, 측정 환경이 변동해도, 참조광 수광 소자(31YB) 및 신호광 수광 소자(32YB) 사이에서의 검출값의 변동이 동일한 변화 특성이 되어, 이들의 검출값의 변동의 상쇄를 용이하게 행할 수 있다. 따라서, 참조광 수광 소자(31YB) 및 신호광 수광 소자(32YB)에 의한 검출값의 비교를 정밀도 좋게 행할 수 있다.

본 발명의 다른 하나의 측면은, 상술한 제2 ~ 제4 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 수광부(30Y, 30YA, 30YB)에서 이용한 밴드 패스 필터(38Y)를, 광을 투과시키는 창 부재로 치환할 수도 있다. 이 경우에는, 적외광원(21Y)으로부터 수광부(30Y, 30YA, 30YB)까지의 사이의 광로(L1, L2) 상의 소정의 위치에, 밴드 패스 필터를 마련한다.

또, 수광부(30Y, 30YA, 30YB)에서는, 각각 2개의 수광 소자(31Y, 32Y, 31YB, 32YB)를 구비한 경우에 대해서 설명했지만, 수광 소자의 수는 이것에 한정되는 것은 아니고, 3개 이상이라도 괜찮다.

또한, 상기 제2 ~ 제4 실시 형태에서는, 가스 농도 산출 장치(1Y)에 의해서 이산화탄소의 농도를 산출하는 경우에 대해서 설명했지만, 이것 이외의 가스의 농도를 산출 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

또, 광원으로서 적외선을 방사하는 적외광원(21Y)을 이용하는 것으로 했지만, 다른 파장역의 광을 방사하는 것이라도 괜찮다. 이 경우에는, 광원이 방사하는 광의 파장역을 수광 가능한 참조광 수광 소자(31Y, 31YB) 및 신호광 수광 소자(32Y, 32YB)를 이용한다.

또, 상기 제2 ~ 제4 실시 형태에서, 가스 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치로서, 비교 가스실(41Y) 및 측정 가스실(42Y)을 구비한 가스 농도 산출 장치(1Y)를 예로 설명했지만, 가스 농도를 산출하는 장치 구성에 대해서는 이것에 한정되는 것은 아니다.

또, 상기 제2 ~ 제4 실시 형태에서는, 본 발명의 다른 하나의 측면에 관한 광 검출기를, 가스 농도 산출 장치에 이용되는 광 검출기에 적용한 경우를 예로 설명했지만, 다른 광로 상의 광을 수광하는 것이면, 본 발명의 다른 하나의 측면에 관한 광 검출기를 다른 여러 가지 장치에 적용 가능하다.

[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 12는, 가스 농도 산출 장치를 나타내는 개략 단면도이다. 가스 농도 산출 장치(1Z)는, 적외광원(21Z, 특허 청구 범위의「광원」에 상당)으로부터의 적외광을 수광하고, 그 에너지를 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 때의 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 중의 이산화탄소를 농도 산출의 대상 가스로 한 경우의 예에 대해서 설명한다.

가스 농도 계측 모듈(2Z)은, 내부에 샘플 가스(50Z)가 도입되는 승온측 도입 공간(11Z, 특허 청구 범위의「제1 도입 공간」에 상당)을 형성하는 승온측 가스 셀(10Z, 특허 청구 범위의「제1 가스 셀」에 상당)과, 내부에 샘플 가스(50Z)가 그대로 도입되는 상온측 도입 공간(61Z, 특허 청구 범위의「제2 도입 공간」에 상당)을 형성하는 상온측 가스 셀(60Z, 특허 청구 범위의「제2 가스 셀」에 상당)과, 승온측 가스 셀(10Z) 및 상온측 가스 셀(60Z)의 일단에 배치된 광원부(20Z)와, 승온측 가스 셀(10Z) 및 상온측 가스 셀(60Z)의 타단에 배치되어 광원부(20Z)로부터 방사된 광을 수광하는 수광부(30Z, 특허 청구 범위의「신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단」에 상당)를 포함하여 구성된다.

또, 가스 농도 계측 모듈(2Z)은, 승온측 가스 셀(10Z)에 부설된 히터(15Z, 특허 청구 범위의「제1 히터, 농도 변환 수단」에 상당)와, 승온측 가스 셀(10Z)과 상온측 가스 셀(60Z)과의 사이에 배치된 단열 부재(70Z)를 더 구비한다. 히터(15Z)는, 승온측 도입 공간(11Z) 내의 샘플 가스(50Z)를 승온시킨다. 또한, 제5 실시 형태에서는, 승온측 도입 공간(11Z)으로 도입되는 샘플 가스(50Z, 상온：예를 들면, 25도)를, 히터(15Z)에 의해서 10도 승온하고, 승온 후 샘플 가스(51Z)를 얻는 것으로 한다. 따라서, 승온측 도입 공간(11Z) 내의 승온 후 샘플 가스(51Z)는, 이산화탄소의 농도를 측정하려고 하는 샘플 가스(50Z)와 동일한 가스인 상온측 도입 공간(61Z) 내의 샘플 가스(50Z) 보다도 10도 높은 온도가 된다.

승온측 가스 셀(10Z)은, 승온측 가스 셀(10Z)의 일단측에서, 승온측 도입 공간(11Z) 내로 샘플 가스(50Z)를 도입하기 위한 가스 도입부(12Z)가 마련되며, 승온측 가스 셀(10Z)의 타단측에서, 승온측 도입 공간(11Z) 내의 승온 후 샘플 가스(51Z)를 외부로 배출하기 위한 가스 배출부(13Z)가 마련되어 있다. 또, 상온측 가스 셀(60Z)에는, 상온측 가스 셀(60Z)의 일단측에서, 상온측 도입 공간(61Z) 내로 샘플 가스(50Z)를 도입하기 위한 가스 도입부(62Z)가 마련되며, 상온측 가스 셀(60Z)의 타단측에, 상온측 도입 공간(61Z) 내로 도입된 샘플 가스(50Z)를 외부로 배출하기 위한 가스 배출부(63Z)가 마련되어 있다.

또한, 도시는 하지 않지만, 가스 도입부(12Z) 및 가스 도입부(62Z)는, 샘플 가스(50Z)를 도입하기 위한 동일한 도입관에 접속되어 있고, 승온측 가스 셀(10Z) 및 상온측 가스 셀(60Z) 내로 동일한 샘플 가스(50Z)가 도입된다. 또한, 도 12에서, 승온측 가스 셀(10Z) 및 상온측 가스 셀(60Z) 내의 점은, 가스의 분자를 나타내는 것이며, 점의 밀도가 진한 부분은 밀도가 엷은 부분과 비교하여 가스의 농도가 진한 것으로 한다. 또, 후술의 도 16, 도 17에 대해서도, 도 12와 마찬가지로, 가스 셀 내의 점에 의해서 가스의 농도를 나타내는 것으로 한다.

광원부(20Z)는, 승온측 가스 셀(10Z) 및 상온측 가스 셀(60Z)에 결합되는 케이스(25Z)와, 케이스(25Z) 내에 배치된 적외광원(21Z)과, 케이스(25Z)에서 적외광원(21Z)과 대향하는 부위에 형성되어 적외광원(21Z)이 방사하는 적외광을 케이스(25Z)의 외부로 안내하기 위한 개구부(26Z)와, 개구부(26Z)를 덮는 창 부재(23Z)를 포함하여 구성된다. 적외광원(21Z)으로부터 방사된 적외광은, 창 부재(23Z)를 통과하여 승온측 가스 셀(10Z) 내 및 상온측 가스 셀(60Z) 내로 도입된다. 여기서, 적외광원(21Z)은, 4.2μm ~ 4.3μm의 파장역의 광을 방사하는 것을 이용한다. 또, 창 부재(23Z)는, 적외선에 대해서 높은 투과성을 가지는 재료에 의해서 구성되어 있다.

수광부(30Z)는, 기판(35Z) 상에 배치된 참조광 수광 소자(31Z, 특허 청구 범위의「참조광 수광 수단」에 상당) 및 신호광 수광 소자(32Z, 특허 청구 범위의「신호광 수광 수단」에 상당)와, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)를 덮는 캡(36Z)과, 캡(36Z)으로부터 참조광 수광 소자(31Z)와 신호광 수광 소자(32Z)의 사이의 영역으로 연장하는 칸막이 벽(37Z)과, 캡(36Z)에서의 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)와 대향하는 부위에 각각 형성된 개구부(38Z)와, 개구부(38Z)를 덮는 밴드 패스 필터(39Z)를 포함하여 구성된다. 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)는, 수광한 적외광의 에너지값을, 산출 회로(3Z)로 출력한다. 밴드 패스 필터(39Z)는, 4.2μm ~ 4.3μm의 파장역의 광만이 투과하는 것을 이용한다. 또, 참조광 수광 소자(31Z)는, 승온측 가스 셀(10Z)의 타단과 대향하고, 신호광 수광 소자(32Z)는, 상온측 가스 셀(60Z)의 타단과 대향하고 있다.

또, 도시는 하지 않지만, 밴드 패스 필터(39Z)를 도 12에 나타낸 위치에 마련하지 않는 경우에는, 도 12의 창 부재(23Z)의 장소에 밴드 패스 필터를 마련해도 좋다. 즉, 밴드 패스 필터의 배치 장소는, 광원부(20Z)와 수광부(30Z)와의 사이의 광로 상에 배치되는 것이면, 특별히 한정은 하지 않는다.

이상의 구성에 의해, 적외광원(21Z)으로부터 방사된 적외광 중, 참조광 수광 소자(31Z)로 입사하는 적외광은, 승온측 도입 공간(11Z) 내에서 10도 승온된 승온 후 샘플 가스(51Z)를 통과한다. 신호광 수광 소자(32Z)로 입사하는 적외광은, 상온측 도입 공간(61Z) 내의 샘플 가스(50Z)를 통과한다. 이와 같이, 참조광 수광 소자(31Z)에 의해서 수광되는 적외광은, 신호광 수광 소자(32Z)에 의해서 수광되는 적외광과 비교하여, 열 팽창에 의해서 농도가 낮게 된 승온 후 샘플 가스(51Z)를 통과한다. 즉, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)는, 샘플 가스(50Z(50Z, 51Z))의 농도가 다른 것에 의해, 샘플 가스(50Z(50Z, 51Z)) 중의 이산화탄소에 의해서 흡수되는 양이 다른 적외광을 동시에 수광할 수 있다. 또한, 승온 후 샘플 가스(51Z)는 샘플 가스(50Z)에 대해서 농도가 낮아, 적외광이 통과한 경우에, 이산화탄소에 의한 흡수량이 적다. 이 때문에, 참조광 수광 소자(31Z)는, 신호광 수광 소자(32Z)와 비교하여, 높은 에너지값의 적외광을 수광한다.

(격납부(4Z)의 격납 정보)

다음에, 격납부(4Z)가 격납하는 정보에 대해서 설명한다. 격납부(4Z)에는, 이산화탄소의 농도와, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)가 수광하는 적외광의 에너지값의 비와의 상관 관계를 나타내는 근사식이 미리 격납되어 있다.

일반적으로, 광원으로부터의 적외선 에너지값을 I₀, 수광 수단에 도달하는 적외선 에너지값을 I, 광원으로부터 수광 수단까지의 광로 길이를 l, 대상 가스의 농도를 C, 흡수 계수를 μ로 하면, 람베르트·베르(Lambert·Beer)의 법칙에 의해, 다음과 같은 식 (1)에 나타내는 관계가 성립된다.

I = I₀ exp(－μ·C·l) … (1)

상기 관계에 근거하여, 람베르트·베르(Lambert·Beer)의 법칙을 이용하여, 승온측 도입 공간(11Z) 및 상온측 도입 공간(61Z)으로 도입되는 샘플 가스(50Z) 내의 이산화탄소의 농도(C)마다, 참조광 수광 소자(31Z)가 수광하는 에너지값(A)과, 신호광 수광 소자(32Z)가 수광하는 에너지값(B)을 미리 산출한다.

우선, 신호광 수광 소자(32Z)가 수광하는 에너지값(B)을 산출하는 경우에는, 기지(旣知)의 I₀, μ, C, l를 상기 식 (1)에 대입하여, I를 구하는 것에 의해, 에너지값(B)을 산출한다. 여기서, 상기 식 (1)에서, 농도(C)는, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도를 나타내는 것이다.

다음에, 참조광 수광 소자(31Z)가 수광하는 에너지값(A)에 대해서도, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도(C)마다, 상기 식 (1)을 이용하여 산출한다. 이 때, 참조광 수광 소자(31Z)가 수광하는 적외광은, 승온 후 샘플 가스(51Z)를 통과한다. 따라서, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도(C)로부터, 승온 후 샘플 가스(51Z) 중의 이산화탄소의 농도(C1)를 산출한다. 산출한 농도(C1)와, 기지의 I₀, μ, l를 상기 식 (1)에 대입하여, I를 구하는 것에 의해, 에너지값(A)을 산출한다. 이것에 의해, 이산화탄소의 농도(C)의 샘플 가스(50Z)를 승온측 도입 공간(11Z) 내로 도입한 경우에서, 참조광 수광 소자(31Z)가 수광하는 에너지값(A)을, 식 (1)을 이용하여 산출할 수 있다. 또한, 승온 후 샘플 가스(51Z)는, 샘플 가스(50Z) 보다도 10도 높은 온도로 되어 있다. 따라서, 예를 들면, 기체의 상태 방정식 PV = nRT를 이용하는 것에 의해, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도(C)로부터, 승온 후 샘플 가스(51Z) 중의 이산화탄소의 농도(C1)를 계산에 의해서 구할 수 있다. 또는, 농도(C)와 농도(C1)를 개별적으로 측정한 후에, 식 (1)을 각각 이용하여 에너지값(A, B)을 구해도 괜찮다.

게다가, 에너지값(B)과 에너지값(A)의 비(B／A)를 산출한다. 이들의 산출한 값과, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도를 매핑하여, 도 13에 나타내는 바와 같이, 이산화탄소의 농도와 에너지값의 비의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스를 작성한다. 게다가, 도 13에 나타내는 데이타베이스로부터, 도 14에 나타내는 이산화탄소의 농도와 에너지값의 비의 상관 관계를 나타내는 그래프를 구하고, 에너지값의 비(B／A)와 이산화탄소의 농도와의 근사식(예를 들면, 농도 = f(비))을 산출한다. 산출한 근사식은, 격납부(4Z)에 격납해 둔다.

또한, 도 13의 데이타베이스에서는, 데이타베이스 작성의 편의상, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도가 제로 ppm인 때의 에너지값(A, B)이 1이 되도록 규격화하고 있다.

참조광 수광 소자(31Z)가 수광하는 에너지값(A)과 신호광 수광 소자(32Z)가 수광하는 에너지값(B)의 비와, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도가 대응하고 있는 것에 의해, 산출한 근사식을 이용하여, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)가 실제로 수광한 광의 에너지값의 비에 근거하여, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다.

(이산화탄소의 농도 산출 처리)

다음에, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)가 수광한 광의 에너지값으로부터, 산출 회로(3Z)가, 이산화탄소의 농도를 산출하는 처리의 흐름에 대해서 설명한다. 또한, 산출 회로(3Z)는, CPU 등을 포함하여 구성된 회로이다. 도 15는, 이산화탄소 농도 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.

스텝(S101Z)에서 산출 회로(3Z)는, 참조광 수광 소자(31Z)에서 수광된 광의 에너지값(A)과 신호광 수광 소자(32Z)에서 수광된 광의 에너지값(B)을 취득한다.

다음에, 스텝(S102Z)에서 산출 회로(3Z)는, 취득한 에너지값(B)과 에너지값(A)의 비(B／A)를 산출한다. 스텝(S103Z)에서 산출 회로(3Z)는, 격납부(4Z)에 격납된 근사식을 이용하여, 스텝(S102Z)에서 산출한 비(B／A)로부터 이산화탄소의 농도를 산출한다. 근사식을 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.

(제5 실시 형태의 작용·효과)

제5 실시 형태에서, 참조광 수광 소자(31Z)는, 승온측 도입 공간(11Z)을 통과한 적외광을 수광한다. 신호광 수광 소자(32Z)는, 상온측 도입 공간(61Z)을 통과한 적외광을 수광한다. 또, 히터(15Z)에 의해, 승온측 도입 공간(11Z) 내로 도입되는 샘플 가스(50Z)의 온도를 소정의 온도로 승온하여 승온 후 샘플 가스(51Z)를 얻는다. 이것에 의해, 승온 후 샘플 가스(51Z) 내의 이산화탄소의 농도와, 상온측 도입 공간(61Z) 내의 샘플 가스(50Z) 내의 이산화탄소의 농도는, 서로 다른 농도로 된다. 이 때문에, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)에 의해서, 이산화탄소의 농도가 다른 도입 공간(승온측 도입 공간(11Z), 상온측 도입 공간(61Z)) 내를 통과한 적외광, 즉, 이산화탄소에 의한 흡수량이 다른 적외광을 동시에 측정할 수 있다.

또, 가스 농도 산출 장치(1Z)는, 인용 문헌 1에 기재된 가스 농도 산출 장치와 같이, 피측정 가스와 동종이지만 포화 상태이기 때문에 다른 변화 특성을 나타내는 가스가 봉입된 비교 가스실 등을 이용하지 않고, 흡수량이 다른 적외광을 측정할 수 있는 구성이다. 특히, 승온측 가스 셀(10Z)과 상온측 가스 셀(60Z)에 동일한 샘플 가스(50Z)를 도입하여 서로 다른 농도로 변환한 것이며, 인용 문헌 1과 같이, 최초부터 다른 변화 특성의 가스(비교 가스실 내의 가스)를 준비한 것은 아니다. 이 때문에, 적외광원(21Z)의 광량이나 온도 등에 변동이 있었던 경우라도, 승온 후 샘플 가스(51Z)와 샘플 가스(50Z)는 온도가 다르지만 동일한 가스이기 때문에, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)에서의 측정값의 변화 특성이 동일하게 된다. 이와 같이, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)에서의 측정값의 변화 특성이 동일하기 때문에, 이들의 측정값에 근거하여, 적외광원(21Z)의 광량이나 온도 등에 의한 측정값의 변동을 용이하게 상쇄할 수 있어, 가스 농도를 보다 정밀도 좋게 산출하는 것이 가능해진다.

또, 광로 길이를 변화시키기 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, 가스 농도 산출 장치(1Z)는, 히터(15Z)에 의해서, 승온측 도입 공간(11Z)으로 도입된 샘플 가스(50Z)를 승온하여 승온 후 샘플 가스(51Z)를 얻는 것에 의해, 승온측 도입 공간(11Z) 내의 승온 후 샘플 가스(51Z)는, 상온측 도입 공간(61Z) 내의 샘플 가스(50Z)와 비교하여 농도가 낮게 된다. 이와 같이, 열을 가하는 것에 의해서 기체가 팽창하는 것을 이용하여, 승온측 도입 공간(11Z) 내의 승온 후 샘플 가스(51Z) 중의 이산화탄소의 농도와, 상온측 도입 공간(61Z) 내의 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도를, 서로 다른 농도로 용이하게 변환할 수 있다.

또, 단열 부재(70Z)를 구비하는 것에 의해, 승온측 가스 셀(10Z)과 상온측 가스 셀(60Z)과의 사이에서의 열 전달이 방지되어, 샘플 가스(50Z)를 효율적으로 승온할 수 있다. 또, 승온 후 샘플 가스(51Z)와 상온측 가스 셀(60Z) 내의 샘플 가스(50Z)의 온도차를 보다 확실히 유지할 수 있다.

또, 밴드 패스 필터(39Z)에 의해, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)가 각각 수광하는 광을 동일 파장으로 할 수 있어, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)가 각각 수광하는 광의 파장이 다른 것에 의한 광 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또, 적외광원(21Z)이 적외선을 방사하는 것에 의해, 적외선이 샘플 가스(50Z) 및 승온 후 샘플 가스(51Z)를 통과할 때에 이산화탄소에 의해서 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 샘플 가스(50Z) 및 승온 후 샘플 가스(51Z) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다.

또, 적외광이 샘플 가스(50Z) 및 승온 후 샘플 가스(51Z) 중의 이산화탄소를 통과할 때에 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 샘플 가스(50Z) 및 승온 후 샘플 가스(51Z) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다.

또, 미리, 격납부(4Z) 내에 근사식을 격납해 두는 것에 의해, 근사식에 근거하여 대상 가스의 농도를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

[제6 실시 형태］

제6 실시 형태는, 참조광 수광 소자(31Z)로 입사하는 적외광이 통과하는 샘플 가스(50Z)와, 신호광 수광 소자(32Z)로 입사하는 적외광이 통과하는 샘플 가스(50Z)를, 개별의 히터에 의해서 승온시키는 것이다.

(가스 농도 산출 장치(1ZA)의 전체 구성)

우선, 제6 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1ZA)의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 16은, 가스 농도 산출 장치를 나타내는 개략 단면도이다. 가스 농도 산출 장치(1ZA)는, 적외광원(21Z, 특허 청구 범위의「광원」에 상당)으로부터의 적외광을 수광하고, 그 에너지를 측정하는 가스 농도 계측 모듈(2ZA)과, 가스 농도 계측 모듈(2ZA)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 때의 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, 제6 실시 형태에서는, 가스 농도 계측 모듈(2ZA)로 도입되는 샘플 가스 중의 이산화탄소를 농도 산출의 대상 가스로 한 경우의 예에 대해서 설명한다.

가스 농도 계측 모듈(2ZA)은, 내부에 샘플 가스(50Z)가 도입되는 고온측 도입 공간(11ZA, 특허 청구 범위의「제1 도입 공간」에 상당)을 형성하는 고온측 가스 셀(10ZA, 특허 청구 범위의「제1 가스 셀」에 상당)과, 내부에 샘플 가스(50Z)가 도입되는 저온측 도입 공간(61ZA, 특허 청구 범위의「제2 도입 공간」에 상당)을 형성하는 저온측 가스 셀(60ZA, 특허 청구 범위의「제2 가스 셀」에 상당)과, 고온측 가스 셀(10ZA) 및 저온측 가스 셀(60ZA)의 일단에 배치된 광원부(20Z)와, 고온측 가스 셀(10ZA) 및 저온측 가스 셀(60ZA)의 타단에 배치되어 광원부(20Z)로부터 방사된 광을 수광하는 수광부(30Z, 특허 청구 범위의「신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단」에 상당)를 포함하여 구성된다. 또한, 도시는 하지 않지만, 가스 도입부(12Z) 및 가스 도입부(62Z)는, 샘플 가스(50Z)를 도입하기 위한 동일한 도입관에 접속되어 있으며, 고온측 가스 셀(10ZA) 및 저온측 가스 셀(60ZA) 내로 동일한 샘플 가스(50Z)가 도입된다.

또, 가스 농도 계측 모듈(2ZA)은, 고온측 가스 셀(10ZA)에 부설된 고온측 히터(15ZA, 특허 청구 범위의「제1 히터, 농도 변환 수단」에 상당)와, 저온측 가스 셀(60ZA)에 부설된 저온측 히터(65ZA, 특허 청구 범위의「제2 히터, 농도 변환 수단」에 상당)와, 고온측 가스 셀(10ZA)과 저온측 가스 셀(60ZA)과의 사이에 배치된 단열 부재(70Z)를 더 구비한다. 고온측 히터(15ZA)는, 고온측 가스 셀(10ZA)의 고온측 도입 공간(11ZA) 내로 도입된 샘플 가스(50Z)를 제1 소정 온도까지 승온시킨다. 이것에 의해, 상온 상태의 샘플 가스(50Z)로부터, 제1 소정 온도의 고온 샘플 가스(51ZA)를 얻을 수 있다. 또, 저온측 히터(65ZA)는, 저온측 가스 셀(60ZA)의 저온측 도입 공간(61ZA) 내로 도입된 샘플 가스(50Z)를, 제1 소정 온도 보다도 낮은 제2 소정 온도까지 승온시킨다. 이것에 의해, 상온 상태의 샘플 가스(50Z)로부터, 제2 소정 온도의 저온 샘플 가스(52ZA)를 얻을 수 있다. 또한, 제6 실시 형태에서는, 고온측 도입 공간(11ZA) 내의 고온 샘플 가스(51ZA)가, 저온측 도입 공간(61ZA) 내의 저온 샘플 가스(52ZA)에 대해서 10도 높은 온도가 되도록, 고온측 히터(15ZA)와 저온측 히터(65ZA)가 제어되어 있는 것으로 한다.

고온측 가스 셀(10ZA)은, 고온측 가스 셀(10ZA)의 일단측에, 고온측 도입 공간(11ZA) 내로 샘플 가스(50Z)를 도입하기 위한 가스 도입부(12Z)가 마련되며, 고온측 가스 셀(10ZA)의 타단측에, 고온측 도입 공간(11ZA)의 고온 샘플 가스(51ZA)를 외부로 배출하기 위한 가스 배출부(13Z)가 마련되어 있다. 또, 저온측 가스 셀(60ZA)에는, 저온측 가스 셀(60ZA)의 일단측에, 저온측 도입 공간(61ZA) 내로 샘플 가스(50Z)를 도입하기 위한 가스 도입부(62Z)가 마련되며, 저온측 가스 셀(60ZA)의 타단측에, 저온측 도입 공간(61ZA) 내의 저온 샘플 가스(52ZA)를 외부로 배출하기 위한 가스 배출부(63Z)가 마련되어 있다.

또한, 광원부(20Z) 및 수광부(30Z)의 구성은, 제5 실시 형태와 동일하기 때문에, 동일 번호를 부여하여 설명을 생략한다.

이상의 구성에 의해, 적외광원(21Z)으로부터 방사된 적외광 중, 참조광 수광 소자(31Z)로 입사하는 적외광은, 고온측 도입 공간(11ZA) 내에서 제1 소정 온도로 승온된 고온 샘플 가스(51ZA)를 통과한다. 신호광 수광 소자(32Z)로 입사하는 적외광은, 저온측 도입 공간(61ZA) 내에서 제2 소정 온도로 승온된 저온 샘플 가스(52ZA)를 통과한다. 즉, 참조광 수광 소자(31Z)에 의해서 수광되는 적외광은, 신호광 수광 소자(32Z)에 의해서 수광되는 적외광과 비교하여, 열 팽창에 의해서 보다 농도가 낮게 된 고온 샘플 가스(51ZA)를 통과한다. 따라서, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)는, 샘플 가스(50Z(51ZA, 52ZA))의 농도가 다른 것에 의해, 샘플 가스(50Z(51ZA, 52ZA)) 중의 이산화탄소에 의해서 흡수량이 다른 적외광을 동시에 수광할 수 있다. 또한, 고온 샘플 가스(51ZA)는, 저온 샘플 가스(52ZA) 보다도 온도가 높아, 농도가 낮기 때문에, 이산화탄소에 의한 적외광의 흡수량이 적다. 이 때문에, 참조광 수광 소자(31Z)는, 신호광 수광 소자(32Z)와 비교하여, 높은 에너지값의 적외광을 수광한다.

(격납부(4Z)의 격납 정보)

다음에, 격납부(4Z)가 격납하는 정보에 대해서 설명한다. 격납부(4Z)에는, 이산화탄소의 농도와 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)가 수광하는 적외광의 에너지값의 비와의 상관 관계를 나타내는 근사식이 미리 격납되어 있다.

또한, 고온측 도입 공간(11ZA) 및 저온측 도입 공간(61ZA) 내로 도입되는 샘플 가스(50Z)는 상온(예를 들면, 25도)으로 하고, 저온 샘플 가스(52ZA)는, 저온측 히터(65ZA)에 의해서 상온 보다도 10도 높은 제2 소정 온도(예를 들면, 35도)로 승온되어 있고, 또, 고온 샘플 가스(51ZA)는, 고온측 히터(15ZA)에 의해서 저온 샘플 가스(52ZA) 보다도 10도 높은 제1 소정 온도(예를 들면, 45도)로 승온되어 있는 것으로 한다.

또한, 제6 실시 형태에서도, 제5 실시 형태와 마찬가지로, 다음과 같은 식 (1)에 나타내는 람베르트·베르(Lambert·Beer)의 법칙을 이용하여, 고온측 도입 공간(11ZA) 및 저온측 도입 공간(61ZA)로 도입되는 샘플 가스(50Z) 내의 이산화탄소의 농도(C)마다, 참조광 수광 소자(31Z)가 수광하는 에너지값(A)과 신호광 수광 소자(32Z)가 수광하는 에너지값(B)을 미리 산출한다.

I = I₀ exp(－μ·C·l) … (1)

우선, 신호광 수광 소자(32Z)가 수광하는 에너지값(B)을 산출하는 경우에 대해서 설명한다. 신호광 수광 소자(32Z)가 수광하는 적외광은, 샘플 가스(50Z) 보다도 농도가 낮은 저온 샘플 가스(52ZA) 속을 통과한다. 이 때문에, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도(C)로부터, 저온 샘플 가스(52ZA) 중의 이산화탄소의 농도(C2)를 산출한다. 여기에서는, 저온 샘플 가스(52ZA)는, 샘플 가스(50Z, 상온) 보다도 10도 높은 온도로 되어 있다. 따라서, 제5 실시 형태와 마찬가지로, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도(C)로부터, 저온 샘플 가스(52ZA) 중의 이산화탄소의 농도(C2)를 계산에 의해서 구한다. 또는, 농도(C2)를 별도로 측정해도 괜찮다.

산출 또는 측정한 농도(C2)와, 기지의 I₀, μ, l를 상기 식 (1)에 대입하여, I를 구하는 것에 의해, 에너지값(B)을 산출한다. 이것에 의해, 이산화탄소의 농도(C)의 샘플 가스(50Z)를 저온측 도입 공간(61ZA) 내로 도입한 경우에 있어서, 신호광 수광 소자(32Z)가 수광하는 에너지값(B)을, 식 (1)을 이용하여 산출할 수 있다.

다음에, 참조광 수광 소자(31Z)가 수광하는 에너지값(A)을 산출하는 경우에는, 에너지값(B)을 산출한 경우와 마찬가지로, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도(C)로부터, 고온 샘플 가스(51ZA) 중의 이산화탄소의 농도(C3)를 산출한다. 또는, 농도(C3)를 별도로 측정해도 괜찮다. 산출 또는 측정한 농도(C3)와, 기지의 I₀, μ, l를 상기 식 (1)에 대입하여, I를 구하는 것에 의해, 에너지값(A)을 산출한다.

또한, 에너지값(A)과 에너지값(B)의 비(B／A)를 산출한다. 그리고, 제5 실시 형태와 마찬가지로, 이들의 산출한 값과, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도(C)를 매핑하여, 도 13에 나타내는 이산화탄소의 농도와 에너지값의 비의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스를 작성한다. 게다가, 도 13에 나타내는 데이타베이스로부터, 도 14에 나타내는 이산화탄소의 농도와 에너지값의 비의 상관 관계를 나타내는 그래프를 구하고, 에너지값의 비(B／A)와 이산화탄소의 농도와의 근사식(예를 들면, 농도 = f(비))을 산출한다. 산출한 근사식은, 격납부(4Z)에 격납해 둔다.

(이산화탄소의 농도 산출 처리)

참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)가 수광한 광의 에너지값으로부터, 산출 회로(3Z)가, 이산화탄소의 농도를 산출하는 처리에 대해서는, 제5 실시 형태에서 도 15를 이용하여 설명한 처리와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

(제6 실시 형태의 작용·효과)

제6 실시 형태에서는, 참조광 수광 소자(31Z)는, 고온측 도입 공간(11ZA)을 통과한 적외광을 수광한다. 신호광 수광 소자(32Z)는, 저온측 도입 공간(61ZA)을 통과한 적외광을 수광한다. 또, 저온측 히터(65ZA)에 의해, 저온측 도입 공간(61ZA) 내로 도입되는 샘플 가스(50Z)를 제2 소정 온도로 승온하여 저온 샘플 가스(52ZA)를 얻는다. 또, 고온측 히터(15ZA)에 의해, 고온측 도입 공간(11ZA) 내로 도입되는 샘플 가스(50Z)를 제2 소정 온도 보다도 높은 제1 소정 온도로 승온하여 고온 샘플 가스(51ZA)를 얻는다. 이것에 의해, 고온 샘플 가스(51ZA) 내의 이산화탄소의 농도와, 저온 샘플 가스(52ZA) 내의 샘플 가스(50Z) 내의 이산화탄소의 농도는, 서로 다른 농도로 된다. 이 때문에, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)에 의해서, 이산화탄소의 농도가 다른 도입 공간(고온측 도입 공간(11ZA), 저온측 도입 공간(61ZA)) 내를 통과한 적외광, 즉, 이산화탄소에 의한 흡수량이 다른 적외광을 동시에 측정할 수 있다.

또, 가스 농도 산출 장치(1ZA)는, 인용 문헌 1에 기재된 가스 농도 산출 장치와 같이, 피측정 가스와 동종이지만 포화 상태이기 때문에 다른 변화 특성을 나타내는 가스가 봉입된 비교 가스실 등을 이용하지 않고, 흡수량이 다른 적외광을 측정할 수 있는 구성이다. 특히, 고온측 가스 셀(10ZA)과 저온측 가스 셀(60ZA)에 동일한 샘플 가스(50Z)를 도입하여 서로 다른 농도로 변환한 것이며, 인용 문헌 1과 같이, 최초부터 다른 변화 특성의 가스(비교 가스실 내의 가스)를 준비한 것은 아니다. 이 때문에, 적외광원(21Z)의 광량이나 온도 등에 변동이 있었던 경우라도, 고온 샘플 가스(51ZA)와 저온 샘플 가스(52ZA)와는 온도가 다르지만 동일한 가스이기 때문에, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)에서의 측정값의 변화 특성이 동일하게 된다. 이와 같이, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)에서의 측정값의 변화 특성이 동일하기 때문에, 이들의 측정값에 근거하여, 적외광원(21Z)의 광량이나 온도 등에 의한 측정값의 변동을 용이하게 상쇄할 수 있어, 가스 농도를 보다 정밀도 좋게 산출하는 것이 가능해진다.

또, 가스 농도 산출 장치(1ZA)는, 고온측 히터(15ZA) 및 저온측 히터(65ZA)에 의해서, 샘플 가스(50Z)를 다른 온도로 승온하는 것에 의해, 고온 샘플 가스(51ZA)와 저온 샘플 가스(52ZA)가 다른 농도로 된다. 이와 같이, 열을 가하는 것에 의해서 기체가 팽창하는 것을 이용하여, 고온측 도입 공간(11ZA) 내의 고온 샘플 가스(51ZA) 중의 이산화탄소의 농도와, 저온측 도입 공간(61ZA) 내의 저온 샘플 가스(52ZA) 중의 이산화탄소의 농도를, 서로 다른 농도로 용이하게 변환할 수 있다.

또, 단열 부재(70Z)를 구비하는 것에 의해, 고온측 가스 셀(10ZA)과 저온측 가스 셀(60ZA)과의 사이에서의 열 전달이 방지되어, 샘플 가스(50Z)를 효율 좋게 승온할 수 있다. 또, 고온 샘플 가스(51ZA)와 저온 샘플 가스(52ZA)의 온도차를 보다 확실히 유지할 수 있다.

또, 적외광원(21Z)이 적외선을 방사하는 것에 의해, 적외선이 고온 샘플 가스(51ZA) 및 저온 샘플 가스(52ZA)를 통과할 때에 이산화탄소에 의해서 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 고온 샘플 가스(51ZA) 및 저온 샘플 가스(52ZA) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다.

또, 적외광이 고온 샘플 가스(51ZA) 및 저온 샘플 가스(52ZA) 중의 이산화탄소를 통과할 때에 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 고온 샘플 가스(51ZA) 및 저온 샘플 가스(52ZA) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다.

또한, 제6 실시 형태에서, 저온측 도입 공간(61ZA) 내로 도입된 샘플 가스(50Z)를, 저온측 히터(65ZA)에 의해서 상온 보다도 높은 제2 소정 온도로 승온하는 것으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 저온측 히터(65ZA)를, 저온측 도입 공간(61ZA) 내로 도입된 샘플 가스(50Z)를, 상온(예를 들면, 25도)으로 유지하기 위해서 이용할 수도 있다.

[제7 실시 형태］

제7 실시 형태는, 희석 가스를 이용하여 샘플 가스(50Z)를 희석하는 것에 의해, 참조광 수광 소자(31Z)로 입사하는 적외광과 신호광 수광 소자(32Z)로 입사하는 적외광을 다른 농도의 샘플 가스 속을 통과하도록 한 것이다.

(가스 농도 산출 장치(1ZB)의 전체 구성)

우선, 제7 실시 형태에 관한 가스 농도 산출 장치(1ZB)의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 17은, 가스 농도 산출 장치를 나타내는 개략 단면도이다. 가스 농도 산출 장치(1ZB)는, 적외광원(21Z, 특허 청구 범위의 「광원」에 상당)으로부터의 적외광을 수광하고, 그 에너지를 측정하는 가스 농도 계측 모듈(2ZB)과, 가스 농도 계측 모듈(2ZB)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 때의 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, 제7 실시 형태에서는, 가스 농도 계측 모듈(2ZB)로 도입되는 샘플 가스 중의 이산화탄소를 농도 산출의 대상 가스로 한 경우의 예에 대해서 설명한다.

가스 농도 계측 모듈(2ZB)은, 내부에 샘플 가스(50Z)가 도입되는 희석측 도입 공간(11ZB, 특허 청구 범위의「제1 도입 공간」에 상당)을 형성하는 희석측 가스 셀(10ZB, 특허 청구 범위의「제1 가스 셀」에 상당)과, 내부에 샘플 가스(50Z)가 그대로 도입되는 비희석측 도입 공간(61ZB, 특허 청구 범위의「제2 도입 공간」에 상당)을 형성하는 비희석측 가스 셀(60ZB, 특허 청구 범위의「제2 가스 셀」에 상당)과, 희석측 도입 공간(11ZB)에 희석 가스(특허 청구 범위의「불활성 가스」에 상당)를 도입하는 희석 가스 공급부(80Z, 특허 청구 범위의「불활성 가스 공급부, 농도 변환 수단」에 상당)와, 희석측 가스 셀(10ZB) 및 비희석측 가스 셀(60ZB)의 일단에 배치된 광원부(20Z)와, 희석측 가스 셀(10ZB) 및 비희석측 가스 셀(60ZB)의 타단에 배치되어 광원부(20Z)로부터 방사된 광을 수광하는 수광부(30Z, 특허 청구 범위의「신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단」에 상당)를 포함하여 구성된다. 또한, 도시는 하지 않지만, 가스 도입부(12Z) 및 가스 도입부(62Z)는, 샘플 가스(50Z)를 도입하기 위한 동일한 도입관에 접속되어 있고, 희석측 가스 셀(10ZB) 및 비희석측 가스 셀(60ZB) 내로 동일한 샘플 가스(50Z)가 도입된다.

희석측 가스 셀(10ZB)은, 희석측 가스 셀(10ZB)의 일단측에서, 희석측 도입 공간(11ZB) 내로 샘플 가스(50Z)를 도입하기 위한 가스 도입부(12Z)가 마련되고, 게다가, 가스 도입부(12Z)의 근방에 희석 가스 도입부(14Z)가 마련되어 있다. 희석 가스 공급부(90Z)로부터 공급되는 희석 가스는, 희석 가스 도입부(14Z)를 통과하여 희석측 도입 공간(11ZB) 내로 도입된다. 희석측 도입 공간(11ZB) 내로 희석 가스를 도입하는 것에 의해서, 샘플 가스(50Z)가 희석되어 희석 후 샘플 가스(51ZB)를 얻는다. 또, 희석측 가스 셀(10ZB)은, 희석측 가스 셀(10ZB)의 타단측에서, 희석측 도입 공간(11ZB) 내의 희석 후 샘플 가스(51ZB)를 외부로 배출하기 위한 가스 배출부(13Z)가 마련되어 있다.

또한, 제7 실시 형태에서, 샘플 가스(50Z)를 희석율 20％로 희석하여 희석 후 샘플 가스(51ZB)를 얻는 것으로 한다. 또, 희석 가스는, 적외광에 대해서 불활성인 가스가 이용되며, 예를 들면, 아르곤, 크세논, 질소 등을 이용할 수 있다.

비희석측 가스 셀(60ZB)에는, 비희석측 가스 셀(60ZB)의 일단측에서, 비희석측 도입 공간(61ZB) 내로 샘플 가스(50Z)를 도입하기 위한 가스 도입부(62Z)가 마련되고, 비희석측 가스 셀(60ZB)의 타단측에, 비희석측 도입 공간(61ZB) 내로 도입된 샘플 가스(50Z)를 외부로 배출하기 위한 가스 배출부(63Z)가 마련되어 있다.

광원부(20Z)는, 희석측 가스 셀(10ZB) 및 비희석측 가스 셀(60ZB)에 결합되는 케이스(25Z)와, 케이스(25Z) 내에 배치된 적외광원(21Z)과, 케이스(25Z)에서 적외광원(21Z)과 대향하는 부위에 형성되어 적외광원(21Z)이 방사하는 적외광을 케이스(25Z)의 외부로 안내하기 위한 개구부(26Z)와, 개구부(26Z)를 덮는 창 부재(23Z)를 포함하여 구성된다. 적외광원(21Z)으로부터 방사된 적외광은, 창 부재(23Z)를 통과하여 희석측 가스 셀(10ZB) 내 및 비희석측 가스 셀(60ZB) 내로 도입된다. 여기서, 적외광원(21Z)은, 4.2μm ~ 4.3μm의 파장역의 광을 방사하는 것을 이용한다. 또, 창 부재(23Z)는, 적외선에 대해서 높은 투과성을 가지는 재료에 의해서 구성되어 있다.

수광부(30Z)는, 기반(35Z) 상에 배치된 참조광 수광 소자(31Z, 특허 청구 범위의「참조광 수광 수단」에 상당) 및 신호광 수광 소자(32Z, 특허 청구 범위의 「신호광 수광 수단」에 상당)와, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)를 덮는 캡(36Z)과, 캡(36Z)으로부터 참조광 수광 소자(31Z)와 신호광 수광 소자(32Z)의 사이의 영역으로 연장하는 칸막이 벽(37Z)과, 캡(36Z)에서의 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)와 대향하는 부위에 각각 형성된 개구부(38Z)와, 개구부(38Z)를 덮는 밴드 패스 필터(39Z)를 포함하여 구성된다. 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)는, 수광한 적외광의 에너지값을, 산출 회로(3Z)로 출력한다. 밴드 패스 필터(39Z)는, 4.2μm ~ 4.3μm의 파장역의 광만이 투과하는 것을 이용한다. 또, 참조광 수광 소자(31Z)는, 희석측 도입 공간(11ZB)의 타단과 대향하고, 신호광 수광 소자(32Z)는, 비희석측 가스 셀(60ZB)의 타단과 대향하고 있다.

또, 도시는 하지 않지만, 밴드 패스 필터(39Z)를 도 17에 나타낸 위치에 마련하지 않는 경우에는, 도 17의 창 부재(23Z)의 장소에 밴드 패스 필터를 마련해도 좋다. 즉, 밴드 패스 필터의 배치 장소는, 광원부(20Z)와 수광부(30Z)와의 사이의 광로 상에 배치되는 것이면, 특별히 한정은 하지 않는다.

이상의 구성에 의해, 적외광원(21Z)으로부터 방사된 적외광 중, 참조광 수광 소자(31Z)로 입사하는 적외광은, 희석측 도입 공간(11ZB) 내에서 희석된 희석 후 샘플 가스(51ZB)를 통과한다. 신호광 수광 소자(32Z)로 입사하는 적외광은, 비희석측 도입 공간(61ZB) 내의 샘플 가스(50Z)를 통과한다. 이와 같이, 참조광 수광 소자(31Z)에 의해서 수광되는 적외광은, 신호광 수광 소자(32Z)에 의해서 수광되는 적외광과 비교하여, 희석 가스에 의해서 농도가 희석된 희석 후 샘플 가스(51ZB)를 통과한다. 즉, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)는, 샘플 가스(50Z(50Z, 51ZB))의 농도가 다른 것에 의해, 샘플 가스(50Z(50Z, 51ZB)) 중의 이산화탄소에 의해서 흡수되는 양이 다른 적외광을 동시에 수광할 수 있다. 또한, 희석 후 샘플 가스(51ZB)는 샘플 가스(50Z)에 대해서 농도가 낮아, 적외광이 통과한 경우에, 이산화탄소에 의한 흡수량이 적다. 이 때문에, 참조광 수광 소자(31Z)는, 신호광 수광 소자(32Z)와 비교하여, 높은 에너지값의 적외광을 수광한다.

(격납부(4Z)의 격납 정보)

I = I₀ exp(－μ·C·l) … (1)

상기 관계에 근거하여, 람베르트·베르(Lambert·Beer)의 법칙을 이용하여, 희석측 도입 공간(11ZB) 및 비희석측 도입 공간(61ZB)으로 도입되는 샘플 가스(50Z) 내의 이산화탄소의 농도(C)마다, 참조광 수광 소자(31Z)가 수광하는 에너지값(A)과 신호광 수광 소자(32Z)가 수광하는 에너지값(B)을 미리 산출한다.

신호광 수광 소자(32Z)가 수광하는 에너지값(B)을 산출하는 경우에는, 기지의 I₀,μ, C, l를 상기 식 (1)에 대입하여, I를 구하는 것에 의해, 에너지값(B)을 산출한다. 여기서, 상기 식 (1)에서, 농도(C)는, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도를 나타내는 것이다.

다음에, 참조광 수광 소자(31Z)가 수광하는 에너지값(A)에 대해서도, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도(C)마다, 상기 식 (1)을 이용하여 산출한다. 이 때, 참조광 수광 소자(31Z)가 수광하는 적외광은, 희석 후 샘플 가스(51ZB)를 통과한다. 따라서, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도(C)로부터, 희석 후 샘플 가스(51ZB) 중의 이산화탄소의 농도(C4)를 산출한다. 산출한 농도(C4)와, 기지의 I₀, μ, l를 상기 식 (1)에 대입하여, I를 구하는 것에 의해, 에너지값(A)을 산출한다. 이것에 의해, 이산화탄소의 농도(C)의 샘플 가스(50Z)를 희석측 도입 공간(11ZB) 내로 도입한 경우에서, 참조광 수광 소자(31Z)가 수광하는 에너지값(A)을, 식 (1)을 이용하여 산출할 수 있다. 또한, 제7 실시 형태에서, 희석 후 샘플 가스(51ZB)는, 샘플 가스(50Z)를 희석율 20％로 희석한 것이다. 이 때문에, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도(C)도 희석율 20％로 희석된다. 이와 같이, 희석율을 이용하는 것에 의해, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도(C)로부터, 희석 후 샘플 가스(51ZB) 중의 이산화탄소의 농도(C4)를 계산에 의해서 구할 수 있다.

또한, 에너지값(B)과 에너지값(A)의 비(B／A)를 산출한다. 이들의 산출한 값과, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도를 매핑하여, 도 18에 나타내는 바와 같이, 이산화탄소의 농도와 에너지값의 비의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스를 작성한다. 게다가, 도 18에 나타내는 데이타베이스로부터, 도 19에 나타내는 이산화탄소의 농도와 에너지값의 비의 상관 관계를 나타내는 그래프를 구하고, 에너지값의 비(B／A)와 이산화탄소의 농도와의 근사식(예를 들면, 농도 = f(비))을 산출한다. 산출한 근사식은, 격납부(4Z)에 격납해 둔다.

또한, 도 18의 데이타베이스에서는, 데이타베이스 작성의 편의상, 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도가 제로 ppm인 때의 에너지값(A, B)이 1이 되도록 규격화하고 있다.

(이산화탄소의 농도 산출 처리)

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 공기 조절의 제어 등에 이용된다.

(제7 실시 형태의 작용·효과)

제7 실시 형태에서는, 참조광 수광 소자(31Z)는, 희석측 도입 공간(11ZB)을 통과한 적외광을 수광한다. 신호광 수광 소자(32Z)는, 비희석측 도입 공간(61ZB)을 통과한 적외광을 수광한다. 또, 희석 가스 도입부(14Z)로부터 희석 가스를 희석측 도입 공간(11ZB) 내로 도입하여 샘플 가스(50Z)를 희석하여, 희석 후 샘플 가스(51ZB)를 얻는다. 이것에 의해, 희석 후 샘플 가스(51ZB) 내의 이산화탄소의 농도와, 비희석측 도입 공간(61ZB) 내의 샘플 가스(50Z) 내의 이산화탄소의 농도는, 서로 다른 농도로 된다. 이 때문에, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)에 의해서, 이산화탄소의 농도가 다른 도입 공간(희석측 도입 공간(11ZB), 비희석측 도입 공간(61ZB)) 내를 통과한 적외광, 즉, 이산화탄소에 의한 흡수량이 다른 적외광을 동시에 측정할 수 있다.

또, 가스 농도 산출 장치(1ZB)는, 인용 문헌 1에 기재된 가스 농도 산출 장치와 같이, 피측정 가스와 동종이지만 포화 상태이기 때문에 다른 변화 특성을 나타내는 가스가 봉입된 비교 가스실 등을 이용하지 않고, 흡수량이 다른 적외광을 측정할 수 있는 구성이다. 특히, 희석측 가스 셀(10ZB)과 비희석측 가스 셀(60ZB)로 동일한 샘플 가스(50Z)를 도입하여 서로 다른 농도로 변환한 것이며, 인용 문헌 1과 같이, 최초부터 다른 변화 특성의 가스(비교 가스실 내의 가스)를 준비한 것은 아니다. 이 때문에, 적외광원(21Z)의 광량이나 온도 등에 변동이 있었던 경우라도, 희석 후 샘플 가스(51ZB)와 샘플 가스(50Z)는 농도가 다르지만 동일한 가스이기 때문에, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)에서의 측정값의 변화 특성이 동일하게 된다. 이와 같이, 참조광 수광 소자(31Z) 및 신호광 수광 소자(32Z)에서의 측정값의 변화 특성이 동일하기 때문에, 이들의 측정값에 근거하여, 적외광원(21Z)의 광량이나 온도 등에 의한 측정값의 변동을 용이하게 상쇄할 수 있고, 가스 농도를 보다 정밀도 좋게 산출하는 것이 가능해진다.

또한, 희석 가스는, 적외광원(21Z)으로부터 방사된 적외광에 대해서 불활성이기 때문에, 광원의 광량이나 온도 등에 변동이 있었던 경우라도, 참조광 수광 소자(31Z)에서의 측정값의 변화 특성에 영향을 주지 않는다.

또, 희석측 도입 공간(11ZB) 내로 희석 가스를 도입했으므로, 희석측 도입 공간(11ZB) 내의 희석 후 샘플 가스(51ZB)는, 비희석측 도입 공간(61ZB) 내의 샘플 가스(50Z)와 비교하여 이산화탄소의 농도가 낮게 된다. 이와 같이, 희석 가스를 희석측 도입 공간(11ZB) 내로 도입함으로써, 희석측 도입 공간(11ZB) 내의 희석 후 샘플 가스(51ZB) 중의 이산화탄소의 농도와, 비희석측 도입 공간(61ZB) 내의 샘플 가스(50Z) 중의 이산화탄소의 농도를, 서로 다른 농도로 용이하게 변환할 수 있다.

또, 희석 가스로서, 아르곤, 크세논, 질소를 이용하는 것에 의해, 이들의 가스 속을 적외광이 통과할 때에 감쇠하지 않는 현상을 이용하여, 샘플 가스(50Z)의 특성을 변화시키지 않고, 희석을 행할 수 있다.

또, 적외광원(21Z)이 적외선을 방사하는 것에 의해, 적외선이 샘플 가스(50Z) 및 희석 후 샘플 가스(51ZB)를 통과할 때에 이산화탄소에 의해서 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 샘플 가스(50Z) 및 희석 후 샘플 가스(51ZB) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다.

또, 적외광이 샘플 가스(50Z) 및 희석 후 샘플 가스(51ZB) 중의 이산화탄소를 통과할 때에 에너지가 감쇠하는 현상을 이용하여, 샘플 가스(50Z) 및 희석 후 샘플 가스(51ZB) 중의 이산화탄소의 농도를 산출할 수 있다.

본 발명의 다른 하나의 측면은, 상술한 제5 ~ 제7 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도 15의 스텝(S103Z)에서, 산출 회로(3Z)는 근사식을 이용하여 이산화탄소의 농도를 산출하는 것으로 했지만, 근사식을 이용하지 않고 이산화탄소의 농도를 산출해도 괜찮다. 이 경우, 미리, 도 13, 도 18에 나타내는 데이타베이스를 테이블화한 것을 격납부(4Z)에 격납해 둔다. 산출 회로(3Z)는, 취득한 에너지값(A)과 에너지값(B)을, 격납부(4Z)에 격납된 테이블과 비교하여, 해당 테이블로부터 농도를 직접 산출해도 괜찮다. 이 경우에는, 도 13, 도 18에 나타내는 데이타베이스로부터 에너지의 비(B／A)와 이산화탄소의 농도와의 사이의 근사식을 산출할 필요도 없이, 테이블을 이용하여 농도를 산출할 수 있다.

또한, 상기 제5 ~ 제7 실시 형태에서는, 가스 농도 산출 장치(1Z, 1ZA, 1ZB)에 의해서 이산화탄소의 농도를 산출하는 경우에 대해서 설명했지만, 이것 이외의 가스의 농도를 산출 가능하다는 것은 말할 필요도 없다. 또, 농도를 측정하려고 하는 가스에 따라서, 광원이나 밴드 패스 필터의 종류나 희석 가스의 종류 등을 적절히 변경하는 것에 의해, 가스의 농도를 산출할 수 있다. 또, 제5, 제6 실시 형태에서의 히터에 의해서 승온하는 온도나, 제7 실시 형태에서의 샘플 가스(50Z)를 희석하는 희석율 등은, 농도를 측정하려고 하는 가스의 측정 레인지나 정밀도 등으로부터 적절히 최적화를 행할 수 있다.

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

또, 제5 실시 형태 및 제6 실시 형태에서는, 히터(15Z, 15ZA, 65ZA)를 이용하여 샘플 가스(50Z)를 승온하여, 샘플 가스(50Z)의 농도를 변환하는 것으로 했지만, 이것 이외에도 예를 들면 샘플 가스(50Z)를 쿨러에 의해서 냉각하여 농도를 변환해도 괜찮다.

1X, 1XA, 1XB, 1XC … 가스 농도 산출 장치
2X, 2XA … 가스 농도 계측 모듈 3X, 3XA ~ 3XD … 산출 회로
10X, 10XA, 110X, 210X … 가스 셀 11X, 11XA … 도입 공간
20X … 광원부 21X … 적외광원
22X, 122XA ~ 122XD … 밴드 패스 필터
30X, 130XA ~ 130XD, 230XA ~ 230XD … 수광부
31X, 31XA, 131XA ~ 131XD, 231XA ~ 231XD … 참조광 수광 소자
32X, 32XA, 132XA ~ 132XD, 232XA ~ 232XD … 신호광 수광 소자
40X, 140XA ~ 140XD … 불활성 가스실
41X … 불활성 가스 121XA ~ 121XD … 광원.
1Y … 가스 농도 산출 장치 30Y, 30YA, 30YB … 수광부
31Y, 31YB … 참조광 수광 소자 32Y, 32YB … 신호광 수광 소자 34Y, 34YB … 수광 소자 칩 35Y … 패키지 기판 36Y, 36YA … 패키지 캡
36aY, 36bY … 패키지 캡 개구부 37Y … 내측 캡
37aY, 37bY … 내측 캡 개구부 37cY … 내측 캡 칸막이판
37dY … 칸막이판 38Y … 밴드 패스 필터
39YA, 39YB … 통 모양 캡 A … 영역.
1Z, 1ZA, 1ZB … 가스 농도 산출 장치 2Z … 가스 농도 계측 모듈
3Z … 산출 회로 4Z … 격납부
10Z … 승온측 가스 셀 10ZA … 고온측 가스 셀
10ZB … 희석측 가스 셀 11Z … 승온측 도입 공간
11ZA … 고온측 도입 공간 11ZB … 희석측 도입 공간
15Z … 히터 15ZA … 고온측 히터
20Z … 광원부 21Z … 적외광원
30Z … 수광부 31Z … 참조광 수광 소자
32Z … 신호광 수광 소자 39Z … 밴드 패스 필터
60Z … 상온측 가스 셀 60ZA … 저온측 가스 셀
60ZB … 비희석측 가스 셀 61Z … 상온측 도입 공간
61ZA … 저온측 도입 공간 61ZB … 비희석측 도입 공간
65ZA … 저온측 히터 70Z … 단열 부재
80Z … 희석 가스 공급부.

Claims

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 가스 셀과,
상기 가스 셀의 일단에 배치된 광원과,
상기 가스 셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사(放射)된 광을 수광하는 신호광(信號光) 수광 수단 및 참조광(參照光) 수광 수단과,
상기 도입 공간 내에서, 상기 광원과 상기 참조광 수광 수단과의 사이의 광로(光路) 중에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광에 대해서 불활성인 불활성 가스가 봉입(封入)된 불활성 가스실을 구비하며,
상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 가스 농도 계측 모듈의 상기 신호광 수광 수단이 수광한 상기 광의 에너지값과 상기 참조광 수광 수단이 수광한 상기 광의 에너지값과의 비(比)에 근거하여, 상기 대상 가스의 상기 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 불활성 가스는, 아르곤(Ar), 크세논(Xe), 질소(N)의 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
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 가스 셀과,
상기 가스 셀의 일단에 배치된 광원과,
상기 가스 셀의 타단측에서, 상기 광원으로부터 방사된 광을 수광하는 것으로서, 상기 광원으로부터 방사된 광이 상기 도입 공간 내를 통과하는 거리가 다른 위치에 배치된 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단을 구비하며,
상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 가스 농도 계측 모듈의 상기 신호광 수광 수단이 수광한 상기 광의 에너지값과 상기 참조광 수광 수단이 수광한 상기 광의 에너지값과의 비에 근거하여, 상기 대상 가스의 상기 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광원과 상기 수광 수단과의 사이의 광로 상에 배치되며, 소정 파장의 광만을 통과시키는 밴드 패스 필터(band-pass filter)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광원은, 적외선을 방사하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 대상 가스는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 대상 가스의 상기 농도와 상기 비와의 상관 관계를 나타내는 데이타베이스 또는 근사식을 미리 격납(格納)하는 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 1 내지 청구항 7 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 가스 셀과,
상기 가스 셀의 일단에 배치된 광원과,
상기 가스 셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광을 수광하는 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단과,
상기 도입 공간 내에서, 상기 광원과 상기 참조광 수광 수단과의 사이의 광로 중에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사된 광에 대해서 불활성인 불활성 가스가 봉입된 불활성 가스실을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 계측 모듈.
대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에서의 가스 농도 계측 모듈로서,
상기 대상 가스가 도입되는 도입 공간을 형성하는 가스 셀과,
상기 가스 셀의 일단에 배치된 광원과,
상기 가스 셀의 타단측에서, 상기 광원으로부터 방사된 광을 수광하는 것으로서, 상기 광원으로부터 방사된 광이 상기 도입 공간 내를 통과하는 거리가 다른 위치에 배치된 신호광 수광 수단 및 참조광 수광 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 계측 모듈.
다른 광로 상의 광을 각각 수광하는 복수의 수광 소자를 구비한 광 검출기로서,
1개의 상기 수광 소자가 수광하는 광과 다른 상기 수광 소자가 수광하는 광을 차폐하는 차폐 수단을 구비하며,
상기 복수의 수광 소자는, 1개의 수광 소자 칩 상에 인접하여 형성된 것을 특징으로 하는 광 검출기.
청구항 11에 있어서,
상기 수광 소자는, 상기 수광 소자가 재치(載置)되는 패키지 기판과, 상기 수광 소자와 대향하는 위치에 패키지 캡 개구부가 형성된 것으로서 상기 패키지 기판으로부터 연장하여 상기 수광 소자를 덮는 패키지 캡에 의해서 둘러싸이고,
상기 차폐 수단은, 상기 패키지 캡과 상기 수광 소자와의 사이에 배치되며,
상기 수광 소자와 대향하는 위치에 내측 캡 개구부가 형성된 것으로서 상기 패키지 기판으로부터 연장하여 상기 수광 소자를 덮는 내측 캡과,
상기 내측 캡에서의 상기 수광 소자와 대향하는 면으로부터 상기 복수의 수광 소자의 사이의 영역으로 연장하는 내측 캡 칸막이판에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 검출기.
청구항 11에 있어서,
상기 수광 소자는, 상기 수광 소자가 재치되는 패키지 기판과, 상기 수광 소자와 대향하는 위치에 패키지 캡 개구부가 형성된 것으로서 상기 패키지 기판으로부터 연장하여 상기 수광 소자를 덮는 패키지 캡에 의해서 둘러싸이고,
상기 차폐 수단은, 상기 패키지 캡에서의 상기 수광 소자와 대향하는 면으로부터, 상기 복수의 수광 소자의 사이의 영역으로 연장하는 칸막이판에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 검출기.
청구항 11에 있어서,
상기 수광 소자는, 상기 수광 소자가 재치되는 패키지 기판과, 상기 수광 소자와 대향하는 위치에 패키지 캡 개구부가 형성된 것으로서 상기 패키지 기판으로부터 연장하여 상기 수광 소자를 덮는 패키지 캡에 의해서 둘러싸이고,
상기 차폐 수단은, 상기 패키지 캡과 상기 수광 소자와의 사이에 배치되며,
상기 수광 소자 상에 재치된 통 모양 캡에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 검출기.
청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 하나의 항에 있어서,
소정 파장의 광만을 통과시키는 것으로서, 상기 패키지 캡 개구부를 덮는 밴드 패스 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 검출기.
대상 가스를 통과하는 다른 광로 상의 광을 검출하여 상기 대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에서의 광 검출기로서,
상기 광 검출기는,
상기 다른 광로 상의 광을 각각 수광하는 복수의 수광 소자와,
1개의 상기 수광 소자가 수광하는 광과 다른 상기 수광 소자가 수광하는 광을 차폐하는 차폐 수단을 구비하며,
상기 복수의 수광 소자는, 1개의 수광 소자 칩 상에 인접하여 형성된 것을 특징으로 하는 광 검출기.
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 제1 도입 공간을 형성하는 제1 가스 셀과,
상기 대상 가스가 도입되는 제2 도입 공간을 형성하는 제2 가스 셀과,
상기 제1 가스 셀 및 제2 가스 셀의 일단에 배치된 광원과,
상기 제1 가스 셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사되어 상기 제1 도입 공간을 통과한 광을 수광하는 참조광 수광 수단과,
상기 제2 가스 셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사되어 상기 제2 도입 공간을 통과한 광을 수광하는 신호광 수광 수단과,
상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도와, 상기 제2 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 변환하는 농도 변환 수단을 구비하며,
상기 가스 농도 산출 모듈은, 상기 가스 농도 계측 모듈의 상기 신호광 수광 수단이 수광한 상기 광의 에너지값과 상기 참조광 수광 수단이 수광한 상기 광의 에너지값과의 비에 근거하여, 상기 대상 가스의 상기 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 농도 변환 수단은,
상기 제1 가스 셀에 부설(付設)된 제1 히터를 구비하며, 상기 제1 히터에 의해서, 상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스를 승온(昇溫)하는 것에 의해, 상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도와, 상기 제2 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 변환하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 농도 변환 수단은,
상기 제1 가스 셀에 부설된 제1 히터와, 상기 제2 가스 셀에 부설된 제2 히터를 구비하며, 상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스와 상기 제2 도입 공간 내의 상기 대상 가스를 다른 온도로 승온하는 것에 의해, 상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도와, 상기 제2 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 변환하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
상기 가스 농도 계측 모듈은, 상기 제1 가스 셀과, 상기 제2 가스 셀과의 사이에 배치된 단열 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 농도 변환 수단은, 상기 광원으로부터 방사된 광에 대해서 불활성인 불활성 가스를 상기 제1 도입 공간 내로 도입하는 불활성 가스 공급부를 더 구비하며,
상기 불활성 가스 공급부로부터 상기 제1 도입 공간 내로 상기 불활성 가스를 도입하는 것에 의해, 상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도와, 상기 제2 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 변환하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 21에 있어서,
상기 불활성 가스는, 아르곤, 크세논, 질소, 산소, 수소의 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 17 내지 청구항 22 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 17 내지 청구항 23 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광원은, 적외선을 방사하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 17 내지 청구항 24 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 대상 가스는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 가스 농도 산출 장치.
청구항 17 내지 청구항 25 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.
대상 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출 장치에서의 가스 농도 계측 모듈로서,
상기 대상 가스가 도입되는 제1 도입 공간을 형성하는 제1 가스 셀과,
상기 대상 가스가 도입되는 제2 도입 공간을 형성하는 제2 가스 셀과,
상기 제1 가스 셀 및 제2 가스 셀의 일단에 배치된 광원과,
상기 제1 가스 셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사되어 상기 제1 도입 공간을 통과한 광을 수광하는 참조광 수광 수단과,
상기 제2 가스 셀의 타단에 배치되며, 상기 광원으로부터 방사되어 상기 제2 도입 공간을 통과한 광을 수광하는 신호광 수광 수단과,
상기 제1 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도와, 상기 제2 도입 공간 내의 상기 대상 가스의 농도를, 서로 다른 농도로 변환하는 농도 변환 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 계측 모듈.