JP2002350341A - 一酸化炭素濃度検出装置 - Google Patents
一酸化炭素濃度検出装置Info
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- JP2002350341A JP2002350341A JP2001157709A JP2001157709A JP2002350341A JP 2002350341 A JP2002350341 A JP 2002350341A JP 2001157709 A JP2001157709 A JP 2001157709A JP 2001157709 A JP2001157709 A JP 2001157709A JP 2002350341 A JP2002350341 A JP 2002350341A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 微量の一酸化炭素ガスであっても、検出濃度
の精度の向上を図った一酸化炭素濃度検出装置を提供す
る。 【解決手段】 一酸化炭素濃度検出装置11は、検出対
象ガスの通路を形成する導波管2と、この通路内に赤外
光を照射する光源3と、この光源3から照射された光を
受光する受光手段及び受光した光の透過特性によって一
酸化炭素の濃度を検出する検出手段を備えた検出装置4
と、COの吸収帯に透過の窓を持つ第1狭帯域フィルタ
51及び第2狭帯域フィルタ61と、を備える。
の精度の向上を図った一酸化炭素濃度検出装置を提供す
る。 【解決手段】 一酸化炭素濃度検出装置11は、検出対
象ガスの通路を形成する導波管2と、この通路内に赤外
光を照射する光源3と、この光源3から照射された光を
受光する受光手段及び受光した光の透過特性によって一
酸化炭素の濃度を検出する検出手段を備えた検出装置4
と、COの吸収帯に透過の窓を持つ第1狭帯域フィルタ
51及び第2狭帯域フィルタ61と、を備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体中の一酸化炭
素の濃度を検出するための一酸化炭素濃度検出装置に関
するものである。
素の濃度を検出するための一酸化炭素濃度検出装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】燃料電池を用いる自動車,バッテリー,
コジェネレーションシステム等においては、一酸化炭素
の濃度を検出する必要がある。
コジェネレーションシステム等においては、一酸化炭素
の濃度を検出する必要がある。
【0003】例えば、電気自動車等の新しいエネルギー
源として期待されている固体高分子型燃料電池は低温動
作タイプである。従って、純水素の替わりにメタノール
やプロパンなどを改良した改良ガスを用いて発電する場
合には、改良ガス中に含まれる一酸化炭素(以下、CO
とする。)が問題となる。
源として期待されている固体高分子型燃料電池は低温動
作タイプである。従って、純水素の替わりにメタノール
やプロパンなどを改良した改良ガスを用いて発電する場
合には、改良ガス中に含まれる一酸化炭素(以下、CO
とする。)が問題となる。
【0004】すなわち、COは電量電池を構成する電極
部の触媒への被毒作用があり、電池性能を低下させるた
め、通常は選択酸化(CO→CO2)または還元(CO
+3H2→CH4+H2O)することにより、CO濃度を
100ppm以下にする必要がある。
部の触媒への被毒作用があり、電池性能を低下させるた
め、通常は選択酸化(CO→CO2)または還元(CO
+3H2→CH4+H2O)することにより、CO濃度を
100ppm以下にする必要がある。
【0005】従って、このCOの濃度を制御する必要が
あるため、ガス中のCO濃度を検出する必要がある。
あるため、ガス中のCO濃度を検出する必要がある。
【0006】そして、COガス濃度を検出する場合に
は、従来、濃度検出対象ガスの通る通路に向けて赤外領
域の光を発生させる光源と、COガスの赤外吸収帯であ
る4.6μm帯に透過窓のあるフィルタ(以下、CO用
フィルタと称する)と、このCO用フィルタを透過した
赤外線を検出する検出手段と、を備えた装置によって、
検出した赤外光の増減によってCO濃度を検出してい
た。
は、従来、濃度検出対象ガスの通る通路に向けて赤外領
域の光を発生させる光源と、COガスの赤外吸収帯であ
る4.6μm帯に透過窓のあるフィルタ(以下、CO用
フィルタと称する)と、このCO用フィルタを透過した
赤外線を検出する検出手段と、を備えた装置によって、
検出した赤外光の増減によってCO濃度を検出してい
た。
【0007】ここで、赤外領域の光を発生させる光源と
しては、タングステンランプを適用していた。
しては、タングステンランプを適用していた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、下記のような問題が生じて
いた。
ような従来技術の場合には、下記のような問題が生じて
いた。
【0009】上述したCOガスの吸収帯(4.6μm)
近傍には、その低波長側には4.24μm付近に中心波
長を持つCO2ガスの大きな吸収帯があり、また、高波
長側には4.8μm付近に中心波長を持つCO2ガスの
小さな吸収帯が存在する。
近傍には、その低波長側には4.24μm付近に中心波
長を持つCO2ガスの大きな吸収帯があり、また、高波
長側には4.8μm付近に中心波長を持つCO2ガスの
小さな吸収帯が存在する。
【0010】また、上述した、改良ガス中には、雑ガス
として、20%近くの二酸化炭素(以下、CO2とす
る。)ガスも含まれる。
として、20%近くの二酸化炭素(以下、CO2とす
る。)ガスも含まれる。
【0011】従って、検出対象ガスの中にCO2が含ま
れている場合には、COフィルタの帯域は、CO2吸収
域に重ならない必要がある。
れている場合には、COフィルタの帯域は、CO2吸収
域に重ならない必要がある。
【0012】ここで、フィルタの特性として、角度依存
性があり、フィルタ面に対して垂直よりも角度をもって
入射する赤外線については、フィルタの透過域が低波長
側にシフトすることが分かっている。図11は角度依存
性を示したもので、入射角がフィルタ面に対して垂直な
場合を入射角0°とし、垂直からの角度を入射角とし
て、入射角0°から入射角45°までのいくつかについ
て、低波長側にフィルタの透過域がシフトする様子を示
している。
性があり、フィルタ面に対して垂直よりも角度をもって
入射する赤外線については、フィルタの透過域が低波長
側にシフトすることが分かっている。図11は角度依存
性を示したもので、入射角がフィルタ面に対して垂直な
場合を入射角0°とし、垂直からの角度を入射角とし
て、入射角0°から入射角45°までのいくつかについ
て、低波長側にフィルタの透過域がシフトする様子を示
している。
【0013】従って、上述した4.6μm帯に透過の窓
のあるCO用フィルタを用いた場合においては、このC
O用フィルタのフィルタ面に対して、ある入射角度(限
界角度θ)以上の赤外光が入射した場合には、透過域が
低波長側にシフトしてCO2の吸収域に重なってしまっ
ていた。
のあるCO用フィルタを用いた場合においては、このC
O用フィルタのフィルタ面に対して、ある入射角度(限
界角度θ)以上の赤外光が入射した場合には、透過域が
低波長側にシフトしてCO2の吸収域に重なってしまっ
ていた。
【0014】なお、限界角度θとは、フィルタの透過域
の裾野が赤外線入射角の影響で低波長側へシフトした場
合に、CO2の吸収域の裾野にぎりぎり重ならないとこ
ろまでシフトした場合の赤外線入射角を意味する。
の裾野が赤外線入射角の影響で低波長側へシフトした場
合に、CO2の吸収域の裾野にぎりぎり重ならないとこ
ろまでシフトした場合の赤外線入射角を意味する。
【0015】このように、CO用フィルタの透過域が低
波長側にシフトしても、CO2の透過域に重ならないよ
うにするためには、角度依存性のシフト分を考慮した場
合で、透過域が重ならないように、CO用フィルタの透
過域を狭くすることが考えられる。
波長側にシフトしても、CO2の透過域に重ならないよ
うにするためには、角度依存性のシフト分を考慮した場
合で、透過域が重ならないように、CO用フィルタの透
過域を狭くすることが考えられる。
【0016】しかし、フィルタの透過域を狭くするには
フィルタの製作上限界があり、CO用フィルタの透過域
を狭くするというだけで、CO2の吸収域に重ならない
ようにすることはできなかった。なお、現在知られてい
るフィルタの透過域は中心波長4.6μm近辺の半値幅
は0.13〜0.33μm程度であり、所望の半値幅で
ある0.05μm以下のものは存在していない。
フィルタの製作上限界があり、CO用フィルタの透過域
を狭くするというだけで、CO2の吸収域に重ならない
ようにすることはできなかった。なお、現在知られてい
るフィルタの透過域は中心波長4.6μm近辺の半値幅
は0.13〜0.33μm程度であり、所望の半値幅で
ある0.05μm以下のものは存在していない。
【0017】従って、CO2の吸収域に重なってしまう
と、CO2の吸収分も検知してしまうため、出力誤差を
生んでしまっていた。特に、CO濃度が低い場合には、
誤差が大きくなってしまっていた。
と、CO2の吸収分も検知してしまうため、出力誤差を
生んでしまっていた。特に、CO濃度が低い場合には、
誤差が大きくなってしまっていた。
【0018】また、光源にタングステンランプを適用す
る場合には、通常、バルブ材に鉛ガラスを使用するた
め、4μm以上の赤外光が鉛ガラスに吸収されてしまう
ため、赤外光の強度が小さくなり、ガス濃度に対する出
力電圧が微弱になるため、CO濃度が低い場合には誤差
が大きくなっていた。また、検出回路部分にかかる負担
が大きくなっていた。
る場合には、通常、バルブ材に鉛ガラスを使用するた
め、4μm以上の赤外光が鉛ガラスに吸収されてしまう
ため、赤外光の強度が小さくなり、ガス濃度に対する出
力電圧が微弱になるため、CO濃度が低い場合には誤差
が大きくなっていた。また、検出回路部分にかかる負担
が大きくなっていた。
【0019】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、微量
の一酸化炭素ガスであっても、検出濃度の精度の向上を
図った一酸化炭素濃度検出装置を提供することにある。
ためになされたもので、その目的とするところは、微量
の一酸化炭素ガスであっても、検出濃度の精度の向上を
図った一酸化炭素濃度検出装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の一酸化炭素濃度検出装置にあっては、一酸化
炭素と二酸化炭素を含む検出対象ガスの通路を形成する
導波管と、前記通路内に赤外光を照射する光源と、一酸
化炭素の吸収帯に透過の窓を持つ狭帯域フィルタと、前
記光源により照射され、前記狭帯域フィルタを透過した
光を受光する受光手段と、該受光手段によって受光した
光の透過特性によって一酸化炭素の濃度を検出する検出
手段と、を備えた一酸化炭素濃度検出装置において、前
記光源と前記受光手段との間に、前記狭帯域フィルタを
2枚配置することを特徴とする。
に本発明の一酸化炭素濃度検出装置にあっては、一酸化
炭素と二酸化炭素を含む検出対象ガスの通路を形成する
導波管と、前記通路内に赤外光を照射する光源と、一酸
化炭素の吸収帯に透過の窓を持つ狭帯域フィルタと、前
記光源により照射され、前記狭帯域フィルタを透過した
光を受光する受光手段と、該受光手段によって受光した
光の透過特性によって一酸化炭素の濃度を検出する検出
手段と、を備えた一酸化炭素濃度検出装置において、前
記光源と前記受光手段との間に、前記狭帯域フィルタを
2枚配置することを特徴とする。
【0021】従って、狭帯域フィルタを2枚配置するこ
とで、1枚の場合に比べて赤外光の透過領域を格段に狭
くすることができる。
とで、1枚の場合に比べて赤外光の透過領域を格段に狭
くすることができる。
【0022】前記受光手段に向けて光を集光する集光手
段を設けると共に、該集光手段よりも光源側に1枚の狭
帯域フィルタを配置し、該集光手段よりも受光手段側に
1枚の狭帯域フィルタを配置するとよい。
段を設けると共に、該集光手段よりも光源側に1枚の狭
帯域フィルタを配置し、該集光手段よりも受光手段側に
1枚の狭帯域フィルタを配置するとよい。
【0023】すなわち、集光手段においては、通常、光
が集光部に向けて屈折するため、集光手段よりも受光手
段側のフィルタに対して浅い角度で進入してしまう光が
生ずる。これにより、集光手段よりも光源側にフィルタ
がない場合には、所望の波長よりも低波長の光までもフ
ィルタを透過してしまう。
が集光部に向けて屈折するため、集光手段よりも受光手
段側のフィルタに対して浅い角度で進入してしまう光が
生ずる。これにより、集光手段よりも光源側にフィルタ
がない場合には、所望の波長よりも低波長の光までもフ
ィルタを透過してしまう。
【0024】これに対して、本発明の場合には、集光手
段よりも光源側にもフィルタを設けることにより、予め
所望の波長よりも低波長の光を遮断することができるた
め、集光手段による屈折による弊害を防止できる。
段よりも光源側にもフィルタを設けることにより、予め
所望の波長よりも低波長の光を遮断することができるた
め、集光手段による屈折による弊害を防止できる。
【0025】前記狭帯域フィルタは、波長4.6μmを
含む狭帯域に透過の窓を持つとよい。
含む狭帯域に透過の窓を持つとよい。
【0026】前記光源を球状のセラミックヒータとする
と共に、該セラミックヒータから照射された光のうち、
前記受光手段方向以外に放射された光を該受光手段に向
けて反射するリフレクタを備えるとよい。
と共に、該セラミックヒータから照射された光のうち、
前記受光手段方向以外に放射された光を該受光手段に向
けて反射するリフレクタを備えるとよい。
【0027】これにより、セラミックヒータから発せら
れた赤外光の強度分布をむらなく均一に照射することが
でき、また、赤外光の強度低下を防止できる。
れた赤外光の強度分布をむらなく均一に照射することが
でき、また、赤外光の強度低下を防止できる。
【0028】また、本発明の一酸化炭素濃度検出装置に
あっては、一酸化炭素と二酸化炭素を含む検出対象ガス
の通路を形成する導波管と、前記通路内に赤外光を照射
する光源と、一酸化炭素の吸収帯に透過の窓を持つ狭帯
域フィルタと、前記光源により照射され、前記狭帯域フ
ィルタを透過した光を受光する受光手段と、該受光手段
によって受光した光の透過特性によって一酸化炭素の濃
度を検出する検出手段と、を備えた一酸化炭素濃度検出
装置において、前記光源から照射された光のうち、前記
受光手段方向以外に放射された光を該受光手段に向けて
反射するリフレクタを備えることを特徴とする。
あっては、一酸化炭素と二酸化炭素を含む検出対象ガス
の通路を形成する導波管と、前記通路内に赤外光を照射
する光源と、一酸化炭素の吸収帯に透過の窓を持つ狭帯
域フィルタと、前記光源により照射され、前記狭帯域フ
ィルタを透過した光を受光する受光手段と、該受光手段
によって受光した光の透過特性によって一酸化炭素の濃
度を検出する検出手段と、を備えた一酸化炭素濃度検出
装置において、前記光源から照射された光のうち、前記
受光手段方向以外に放射された光を該受光手段に向けて
反射するリフレクタを備えることを特徴とする。
【0029】従って、赤外光を効率良く利用できる。
【0030】前記導波管内の通路を、略全域にわたって
前記光源から前記狭帯域フィルタに向かうにつれて通路
面積が徐々に狭くなる形状とするとよい。
前記光源から前記狭帯域フィルタに向かうにつれて通路
面積が徐々に狭くなる形状とするとよい。
【0031】これにより、狭帯域フィルタに対して浅い
角度で進入する光を低減できる。
角度で進入する光を低減できる。
【0032】前記受光手段に隣接して、リファレンスデ
ータを得るためのリファレンス受光手段及びリファレン
スフィルタを設けると共に、前記導波管内の通路を、前
記光源から前記狭帯域フィルタに向かうにつれて徐々に
通路面積が狭くなる第1通路と、前記光源から前記リフ
ァレンスフィルタに向かうにつれて徐々に通路面積が狭
くなる第2通路に分岐させるとよい。
ータを得るためのリファレンス受光手段及びリファレン
スフィルタを設けると共に、前記導波管内の通路を、前
記光源から前記狭帯域フィルタに向かうにつれて徐々に
通路面積が狭くなる第1通路と、前記光源から前記リフ
ァレンスフィルタに向かうにつれて徐々に通路面積が狭
くなる第2通路に分岐させるとよい。
【0033】これにより、フィルタに対して浅い角度で
進入する光を、より一層低減できる。
進入する光を、より一層低減できる。
【0034】前記光源を球状のセラミックヒータとする
とよい。
とよい。
【0035】これにより、セラミックヒータから発せら
れた赤外光の強度分布をむらなく均一に照射することが
できる。
れた赤外光の強度分布をむらなく均一に照射することが
できる。
【0036】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。
【0037】(第1の実施の形態)図1,図9,図10
及び図13を参照して、本発明の第1の実施の形態に係
る一酸化炭素濃度検出装置について説明する。図1は本
発明の第1の実施の形態に係る一酸化炭素濃度検出装置
の模式的断面図である。図9はフィルタ1枚の場合と2
枚の場合の赤外光透過特性を比較した図である。図10
は図9におけるCO 2の吸収域との関係を示す図であ
る。図13は従来利用したフィルタと本実施の形態で利
用するフィルタの透過特性を比較した図である。
及び図13を参照して、本発明の第1の実施の形態に係
る一酸化炭素濃度検出装置について説明する。図1は本
発明の第1の実施の形態に係る一酸化炭素濃度検出装置
の模式的断面図である。図9はフィルタ1枚の場合と2
枚の場合の赤外光透過特性を比較した図である。図10
は図9におけるCO 2の吸収域との関係を示す図であ
る。図13は従来利用したフィルタと本実施の形態で利
用するフィルタの透過特性を比較した図である。
【0038】本実施の形態に係る一酸化炭素濃度検出装
置11は、概略、検出対象ガスの通路を形成する導波管
2と、この通路内に赤外光を照射する光源3と、この光
源3から照射された光を受光する受光手段(受光素子)
及び受光した光の透過特性によって一酸化炭素(以下、
COと称する)の濃度を検出する検出手段を備えた検出
装置4と、COの吸収帯に透過の窓を持つ第1狭帯域フ
ィルタ51及び第2狭帯域フィルタ61と、を備える。
置11は、概略、検出対象ガスの通路を形成する導波管
2と、この通路内に赤外光を照射する光源3と、この光
源3から照射された光を受光する受光手段(受光素子)
及び受光した光の透過特性によって一酸化炭素(以下、
COと称する)の濃度を検出する検出手段を備えた検出
装置4と、COの吸収帯に透過の窓を持つ第1狭帯域フ
ィルタ51及び第2狭帯域フィルタ61と、を備える。
【0039】導波管2は、検出対象ガスの入口21と出
口22を備えており、入口21から導入した検出ガスを
通路に導き、出口22から排出させる。通路の内周(導
波管内壁あるいは場合によってはミラーも含む)は、効
率良く赤外光を反射する必要があるため、光沢のある金
属面が望ましい。例えば、金,アルミニウムあるいはニ
ッケル等が好適であり、メッキ,蒸着あるいはスパッタ
リング等によって、これらを表面のみに設けるようにし
てもよい。
口22を備えており、入口21から導入した検出ガスを
通路に導き、出口22から排出させる。通路の内周(導
波管内壁あるいは場合によってはミラーも含む)は、効
率良く赤外光を反射する必要があるため、光沢のある金
属面が望ましい。例えば、金,アルミニウムあるいはニ
ッケル等が好適であり、メッキ,蒸着あるいはスパッタ
リング等によって、これらを表面のみに設けるようにし
てもよい。
【0040】ここで、検出対象ガスには、濃度を検出す
る対象であるCOの他に、雑ガスとして二酸化炭素(以
下、CO2と称する)が含まれている。
る対象であるCOの他に、雑ガスとして二酸化炭素(以
下、CO2と称する)が含まれている。
【0041】そして、COの赤外吸収は約4.6μmに
現れるため、光源3としては、4.6μm付近の波長を
含む(〜5μm程度)赤外線を生ずるものであれば良
く、例えば、タングステン等をフィラメントに用いたラ
ンプ等が小さくて利用しやすい。
現れるため、光源3としては、4.6μm付近の波長を
含む(〜5μm程度)赤外線を生ずるものであれば良
く、例えば、タングステン等をフィラメントに用いたラ
ンプ等が小さくて利用しやすい。
【0042】検出装置4としては、量子型の光伝導型セ
ンサ,光起電力型センサ,熱型のサーモパイル,ボロメ
ータあるいは焦電センサなどを用いたものを好適に利用
可能である。
ンサ,光起電力型センサ,熱型のサーモパイル,ボロメ
ータあるいは焦電センサなどを用いたものを好適に利用
可能である。
【0043】第1狭帯域フィルタ51及び第2狭帯域フ
ィルタ61は、いずれも4.6±0.09μm帯に透過
の窓をもつ狭帯域フィルタであり、図13に示すように
従来用いていたフィルタ(4.4〜5.0μmに透過の
窓を持つフィルタ)よりも狭帯域のものを用いた。
ィルタ61は、いずれも4.6±0.09μm帯に透過
の窓をもつ狭帯域フィルタであり、図13に示すように
従来用いていたフィルタ(4.4〜5.0μmに透過の
窓を持つフィルタ)よりも狭帯域のものを用いた。
【0044】以上のような構成により、光源3より発せ
られた赤外光は、導波管2内の通路を通って、第1狭帯
域フィルタ51及び第2狭帯域フィルタ61により4.
6±0.09μm帯の光のみが透過し、この透過光を検
出装置4によって検出する。
られた赤外光は、導波管2内の通路を通って、第1狭帯
域フィルタ51及び第2狭帯域フィルタ61により4.
6±0.09μm帯の光のみが透過し、この透過光を検
出装置4によって検出する。
【0045】そして、導波管2内の通路内を通る検出対
象ガスのCOガス濃度によって、COガスによる赤外吸
収量が変化するため、検出装置4によって検出する透過
光の特性からCO濃度を検出することができる。
象ガスのCOガス濃度によって、COガスによる赤外吸
収量が変化するため、検出装置4によって検出する透過
光の特性からCO濃度を検出することができる。
【0046】ここで、フィルタは従来に比べて狭帯域の
ものを利用したため、雑ガスとして含まれるCO2の赤
外吸収による誤差は減少するものの、上述したように、
フィルタに入射する赤外光の角度依存性によって、透過
域が低波長側にシフトする場合にはCO2による誤差は
依然として大きい。
ものを利用したため、雑ガスとして含まれるCO2の赤
外吸収による誤差は減少するものの、上述したように、
フィルタに入射する赤外光の角度依存性によって、透過
域が低波長側にシフトする場合にはCO2による誤差は
依然として大きい。
【0047】そこで、本発明の実施の形態では、第1狭
帯域フィルタ51及び第2狭帯域フィルタ61の2枚の
フィルタを用いることで、透過域を格段に狭くすること
を可能とし、CO2の赤外吸収による誤差をほとんどな
くすことが可能となった。
帯域フィルタ51及び第2狭帯域フィルタ61の2枚の
フィルタを用いることで、透過域を格段に狭くすること
を可能とし、CO2の赤外吸収による誤差をほとんどな
くすことが可能となった。
【0048】図9は、4.6±0.09μm帯に透過の
窓をもつ狭帯域フィルタを1枚のみ用いた場合と、2枚
用いた場合を比較したものを示している。図から明らか
なように、2枚用いた場合には、1枚の場合と比較し
て、格段に透過域を格段に狭くすることが可能となり、
低波長側への裾野を0.05μm程度狭くすることがで
きた。これは、2枚用いることで、透過率を単一の場合
の透過率に比べてほぼ2乗にすることができるからであ
る。
窓をもつ狭帯域フィルタを1枚のみ用いた場合と、2枚
用いた場合を比較したものを示している。図から明らか
なように、2枚用いた場合には、1枚の場合と比較し
て、格段に透過域を格段に狭くすることが可能となり、
低波長側への裾野を0.05μm程度狭くすることがで
きた。これは、2枚用いることで、透過率を単一の場合
の透過率に比べてほぼ2乗にすることができるからであ
る。
【0049】従って、図10に示すように、4.6±
0.09μm帯に透過の窓をもつ狭帯域フィルタを1枚
のみ用いた場合には、CO2の吸収域と重なってしまう
部分が生じ、また、透過域が低波長側にシフトした場合
には大きな誤差が生じるおそれがある。
0.09μm帯に透過の窓をもつ狭帯域フィルタを1枚
のみ用いた場合には、CO2の吸収域と重なってしまう
部分が生じ、また、透過域が低波長側にシフトした場合
には大きな誤差が生じるおそれがある。
【0050】これに対して、図10に示すように、4.
6±0.09μm帯に透過の窓をもつ狭帯域フィルタを
2枚用いた場合には、CO2の吸収域と重なる部分はな
く、透過域が低波長側にシフトした場合でも誤差は無視
できる程度で済む。
6±0.09μm帯に透過の窓をもつ狭帯域フィルタを
2枚用いた場合には、CO2の吸収域と重なる部分はな
く、透過域が低波長側にシフトした場合でも誤差は無視
できる程度で済む。
【0051】このようにCO2の影響を大幅に低減する
ことが可能となったため、COガスが微量であった場合
でも、COガスの濃度を精度良く検出することが可能と
なった。
ことが可能となったため、COガスが微量であった場合
でも、COガスの濃度を精度良く検出することが可能と
なった。
【0052】なお、これまで説明した図1に示す一酸化
炭素濃度検出装置11のより具体的な例としては、光源
3にタングステンランプを用い、検出装置4として狭帯
域フィルタ(第2狭帯域フィルタ61)が備えられたサ
ーモパイルを用い、導波管2は銅パイプの内面を研磨し
たものに、ニッケル,金を光沢メッキしたものを用い、
ランプとサーモパイルを対向配置させる構成のものが挙
げられる。
炭素濃度検出装置11のより具体的な例としては、光源
3にタングステンランプを用い、検出装置4として狭帯
域フィルタ(第2狭帯域フィルタ61)が備えられたサ
ーモパイルを用い、導波管2は銅パイプの内面を研磨し
たものに、ニッケル,金を光沢メッキしたものを用い、
ランプとサーモパイルを対向配置させる構成のものが挙
げられる。
【0053】(第2の実施の形態)図2には、第2の実
施の形態が示されている。本実施の形態では、集光ホル
ダを設けて赤外光の効率向上を図った構成とする場合を
示す。
施の形態が示されている。本実施の形態では、集光ホル
ダを設けて赤外光の効率向上を図った構成とする場合を
示す。
【0054】その他の構成および作用については第1の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
【0055】図2は本発明の第2の実施の形態に係る一
酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。
酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。
【0056】本実施の形態に係る一酸化炭素濃度検出装
置12は、図2に示すように集光手段としての集光ホル
ダ71を設けることによって、赤外光を集光して、第1
狭帯域フィルタ52及び第2狭帯域フィルタ62を透過
させた後に、検出装置4によって検出させるようにし
た。
置12は、図2に示すように集光手段としての集光ホル
ダ71を設けることによって、赤外光を集光して、第1
狭帯域フィルタ52及び第2狭帯域フィルタ62を透過
させた後に、検出装置4によって検出させるようにし
た。
【0057】これにより検出装置4に入射させる赤外線
量を向上させることができ、光源3から発せられる赤外
光の効率を向上させることが可能となる。
量を向上させることができ、光源3から発せられる赤外
光の効率を向上させることが可能となる。
【0058】(第3の実施の形態)図3には、第3の実
施の形態が示されている。本実施の形態では、第1狭帯
域フィルタを集光ホルダよりも光源側に設けて、第2狭
帯域フィルタを集光ホルダよりも検出装置側に設ける構
成とする場合を示す。
施の形態が示されている。本実施の形態では、第1狭帯
域フィルタを集光ホルダよりも光源側に設けて、第2狭
帯域フィルタを集光ホルダよりも検出装置側に設ける構
成とする場合を示す。
【0059】その他の構成および作用については第2の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
【0060】図3は本発明の第3の実施の形態に係る一
酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。
酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。
【0061】本実施の形態に係る一酸化炭素濃度検出装
置15は、図3に示すように、集光ホルダ71よりも光
源3側に第1狭帯域フィルタ55を設け、集光ホルダ7
1よりも検出装置4側に第2狭帯域フィルタ65を設け
る構成とした。
置15は、図3に示すように、集光ホルダ71よりも光
源3側に第1狭帯域フィルタ55を設け、集光ホルダ7
1よりも検出装置4側に第2狭帯域フィルタ65を設け
る構成とした。
【0062】この利点について、上述した第2の実施の
形態の場合の構成と比較して、図8を参照して説明す
る。図8は図2及び図3の一部拡大図である。なお、左
側に図3の一部拡大図を示し、右側に図2の一部拡大図
を示している。
形態の場合の構成と比較して、図8を参照して説明す
る。図8は図2及び図3の一部拡大図である。なお、左
側に図3の一部拡大図を示し、右側に図2の一部拡大図
を示している。
【0063】集光ホルダ71は、検出装置4に設けられ
た不図示の受光手段(受光素子など)方向への軌道から
外れた赤外光を反射させて屈折させることによって、受
光手段に集光するものである。
た不図示の受光手段(受光素子など)方向への軌道から
外れた赤外光を反射させて屈折させることによって、受
光手段に集光するものである。
【0064】従って、直接受光手段に受光した光に対し
て、集光ホルダ71によって反射されて受光手段に導か
れる光は浅い角度で入射されることになる。
て、集光ホルダ71によって反射されて受光手段に導か
れる光は浅い角度で入射されることになる。
【0065】ここで、上記第2の実施の形態の構成の場
合には、集光ホルダ71よりも検出装置4側に第1狭帯
域フィルタ52及び第2狭帯域フィルタ62が設けられ
ている。
合には、集光ホルダ71よりも検出装置4側に第1狭帯
域フィルタ52及び第2狭帯域フィルタ62が設けられ
ている。
【0066】従って、垂直に近い状態で入射したのであ
れば、第1狭帯域フィルタ52及び第2狭帯域フィルタ
62によって遮断されるのに対して、集光ホルダ71よ
り屈折されることで第1狭帯域フィルタ52及び第2狭
帯域フィルタ62を透過する場合が生ずる。
れば、第1狭帯域フィルタ52及び第2狭帯域フィルタ
62によって遮断されるのに対して、集光ホルダ71よ
り屈折されることで第1狭帯域フィルタ52及び第2狭
帯域フィルタ62を透過する場合が生ずる。
【0067】例えば、波長λ=4.5μmの赤外光が入
射された場合に、図11に示すように入射角が0°であ
れば、第1狭帯域フィルタ52及び第2狭帯域フィルタ
62によって遮断され、透過されない。
射された場合に、図11に示すように入射角が0°であ
れば、第1狭帯域フィルタ52及び第2狭帯域フィルタ
62によって遮断され、透過されない。
【0068】しかし、図8の右図に示すように、集光ホ
ルダ71により波長λ=4.5μmの赤外光が屈折して
入射角が45°程度で入射した場合には、図11に示す
ように、第1狭帯域フィルタ52及び第2狭帯域フィル
タ62を透過することになる。
ルダ71により波長λ=4.5μmの赤外光が屈折して
入射角が45°程度で入射した場合には、図11に示す
ように、第1狭帯域フィルタ52及び第2狭帯域フィル
タ62を透過することになる。
【0069】従って、CO2による誤差の影響を多少受
けてしまうおそれがある。
けてしまうおそれがある。
【0070】これに対して、第3の実施の形態では、集
光ホルダ71よりも光源3側に第1狭帯域フィルタ55
を設けているので、集光ホルダ71に進入する前に予め
フィルタをかけることになる。
光ホルダ71よりも光源3側に第1狭帯域フィルタ55
を設けているので、集光ホルダ71に進入する前に予め
フィルタをかけることになる。
【0071】従って、波長λ=4.5μmの赤外光は第
1狭帯域フィルタ55によって遮断されるため、集光ホ
ルダ71による悪影響を防止することが可能となる。
1狭帯域フィルタ55によって遮断されるため、集光ホ
ルダ71による悪影響を防止することが可能となる。
【0072】(第4の実施の形態)図4,図12,図1
4及び図15には、第4の実施の形態が示されている。
本実施の形態では、リファレンスデータを得るための構
成を追加した場合の構成を示す。
4及び図15には、第4の実施の形態が示されている。
本実施の形態では、リファレンスデータを得るための構
成を追加した場合の構成を示す。
【0073】その他の構成および作用については第3の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
【0074】図4は本発明の第4の実施の形態に係る一
酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。図12は
本発明の第4の実施の形態に係る一酸化炭素濃度検出装
置における演算回路図である。図14及び図15はリフ
ァレンス機能の説明図である。
酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。図12は
本発明の第4の実施の形態に係る一酸化炭素濃度検出装
置における演算回路図である。図14及び図15はリフ
ァレンス機能の説明図である。
【0075】図4に示すように、本実施の形態に係る一
酸化炭素濃度検出装置16は、上記第3の実施の形態の
場合と同様に、第1集光ホルダ72よりも光源3側に第
1狭帯域フィルタ56を設け、第1集光ホルダ72より
も検出装置4側に第2狭帯域フィルタ66aを設けてい
る。
酸化炭素濃度検出装置16は、上記第3の実施の形態の
場合と同様に、第1集光ホルダ72よりも光源3側に第
1狭帯域フィルタ56を設け、第1集光ホルダ72より
も検出装置4側に第2狭帯域フィルタ66aを設けてい
る。
【0076】また、これらに隣接して、更に第2集光ホ
ルダ73を設け、この第2集光ホルダ73よりも検出装
置4側にはリファレンスフィルタ(リファレンス用の基
準バンドパスフィルタ)66bを設ける構成とした。
ルダ73を設け、この第2集光ホルダ73よりも検出装
置4側にはリファレンスフィルタ(リファレンス用の基
準バンドパスフィルタ)66bを設ける構成とした。
【0077】このリファレンスフィルタ66bは、CO
の吸収帯及びCO2の吸収帯とは重ならない領域におけ
る波長帯域の赤外光を選択的に透過するフィルタであ
り、例えば、約3.85〜4.05μmに透過の窓を持
つフィルタを好適に用いることができる。
の吸収帯及びCO2の吸収帯とは重ならない領域におけ
る波長帯域の赤外光を選択的に透過するフィルタであ
り、例えば、約3.85〜4.05μmに透過の窓を持
つフィルタを好適に用いることができる。
【0078】また、検出装置4は、このリファレンスフ
ィルタ66bを透過した光によってリファレンスデータ
を得ることができる。
ィルタ66bを透過した光によってリファレンスデータ
を得ることができる。
【0079】ただし、赤外光の透過特性を検出するため
の装置と、リファレンスデータを得るための装置は別個
独立に設けても良いことはいうまでもない。
の装置と、リファレンスデータを得るための装置は別個
独立に設けても良いことはいうまでもない。
【0080】このように、本実施の形態では、リファレ
ンスデータを得ることができる構成としたことにより、
光源3による光量変動(経時的な劣化による光量の低下
等)や雰囲気温度の変化による出力変動を補償すること
が可能となる。
ンスデータを得ることができる構成としたことにより、
光源3による光量変動(経時的な劣化による光量の低下
等)や雰囲気温度の変化による出力変動を補償すること
が可能となる。
【0081】この点について、図12,図14及び図1
5を参照して詳しく説明する。
5を参照して詳しく説明する。
【0082】演算回路については、図12に示すよう
に、差動回路と加算器を備えている。そして、第1集光
ホルダ72側の、第1狭帯域フィルタ56及び第2狭帯
域フィルタ66aを透過した透過光のデータがCO信号
として差動回路に入力され、また、第2集光ホルダ73
側の、リファレンスフィルタ66bを透過した透過光の
データ(リファレンスデータ)がリファレンス信号とし
て差動回路に入力される。
に、差動回路と加算器を備えている。そして、第1集光
ホルダ72側の、第1狭帯域フィルタ56及び第2狭帯
域フィルタ66aを透過した透過光のデータがCO信号
として差動回路に入力され、また、第2集光ホルダ73
側の、リファレンスフィルタ66bを透過した透過光の
データ(リファレンスデータ)がリファレンス信号とし
て差動回路に入力される。
【0083】そして、これら双方の出力差に比例する信
号を出力して加算器に送られる。この加算器には、検出
器に内蔵されている不図示のサーミスタからの演算後の
信号も入力されており、差動回路から送られた信号を加
算して出力する。
号を出力して加算器に送られる。この加算器には、検出
器に内蔵されている不図示のサーミスタからの演算後の
信号も入力されており、差動回路から送られた信号を加
算して出力する。
【0084】従って、光源3の劣化や導波管2内の汚れ
による反射率の低下等によって光量が変動した場合に
は、CO信号とリファレンス信号の双方に影響があるが
影響の度合いは等しい。
による反射率の低下等によって光量が変動した場合に
は、CO信号とリファレンス信号の双方に影響があるが
影響の度合いは等しい。
【0085】この場合に、差動回路はCO信号とリファ
レンス信号の差に比例する信号を出力するため、光量変
動による影響をなくすことができ、光量変動を補償する
ことが可能となる。
レンス信号の差に比例する信号を出力するため、光量変
動による影響をなくすことができ、光量変動を補償する
ことが可能となる。
【0086】また、加算器は差動回路の出力とサーミス
タ出力との差に比例する信号を出力するため、同様に、
雰囲気温度による影響をなくすことができ、雰囲気温度
の変動を補償することができる。
タ出力との差に比例する信号を出力するため、同様に、
雰囲気温度による影響をなくすことができ、雰囲気温度
の変動を補償することができる。
【0087】光量変動の補償について、図14及び図1
5を参照して、更に、具体的な例を説明する。
5を参照して、更に、具体的な例を説明する。
【0088】本実施の形態の演算回路を用いる場合に
は、図14に示すように、CO出力とリファレンス出力
の差をセンサの出力としている。ここで、CO出力はC
O濃度に応じて変化するデータであるのに対して、リフ
ァレンス出力はCO濃度に変化されないデータである。
は、図14に示すように、CO出力とリファレンス出力
の差をセンサの出力としている。ここで、CO出力はC
O濃度に応じて変化するデータであるのに対して、リフ
ァレンス出力はCO濃度に変化されないデータである。
【0089】従って、図14(a)に示すように、CO
濃度が一律に増加する範囲において、CO出力が80か
ら50まで直線的に変化するものとした場合に、リファ
レンス出力が30であるとすれば、図14(b)に示す
ように、センサの出力は50から0まで直線的に変化す
るデータが得られる。
濃度が一律に増加する範囲において、CO出力が80か
ら50まで直線的に変化するものとした場合に、リファ
レンス出力が30であるとすれば、図14(b)に示す
ように、センサの出力は50から0まで直線的に変化す
るデータが得られる。
【0090】そして、光量が低下した場合を考えると、
CO出力とリファレンス出力はそれぞれ同じ比率で出力
も低下することになり、図15(a)に示すように、C
O濃度が一律に増加する範囲において、CO出力が70
から40まで直線的に変化するものとした場合に、リフ
ァレンス出力は40となり、図15(b)に示すよう
に、センサの出力は50から0まで直線的に変化するデ
ータが得られる。
CO出力とリファレンス出力はそれぞれ同じ比率で出力
も低下することになり、図15(a)に示すように、C
O濃度が一律に増加する範囲において、CO出力が70
から40まで直線的に変化するものとした場合に、リフ
ァレンス出力は40となり、図15(b)に示すよう
に、センサの出力は50から0まで直線的に変化するデ
ータが得られる。
【0091】従って、これは上記図14(b)と同じデ
ータとなり、結局、光量変動には影響されないことが分
かる。
ータとなり、結局、光量変動には影響されないことが分
かる。
【0092】(第5の実施の形態)図5には、第5の実
施の形態が示されている。本実施の形態では、上記第1
の実施の形態における配置構成において、第1狭帯域フ
ィルタを光源の近傍に配置した構成とする場合を示す。
施の形態が示されている。本実施の形態では、上記第1
の実施の形態における配置構成において、第1狭帯域フ
ィルタを光源の近傍に配置した構成とする場合を示す。
【0093】その他の構成および作用については第1の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
【0094】図5は本発明の第5の実施の形態に係る一
酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。
酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。
【0095】本実施の形態に係る一酸化炭素濃度検出装
置13は、第1狭帯域フィルタ53を光源3の近傍に配
置して、第2狭帯域フィルタ63は、上記第1の実施の
形態の場合と同様に、検出装置4に隣接して配置した。
置13は、第1狭帯域フィルタ53を光源3の近傍に配
置して、第2狭帯域フィルタ63は、上記第1の実施の
形態の場合と同様に、検出装置4に隣接して配置した。
【0096】本実施の形態の場合には、光源3から照射
された赤外光は第1狭帯域フィルタ53を透過した後
に、検出対象ガスの通路を通って、その後、第2狭帯域
フィルタ63を透過して、検出装置4によって検出され
ることになる。
された赤外光は第1狭帯域フィルタ53を透過した後
に、検出対象ガスの通路を通って、その後、第2狭帯域
フィルタ63を透過して、検出装置4によって検出され
ることになる。
【0097】本実施の形態の場合も、基本的には、配置
構成が上記第1の実施の形態と異なるのみで、作用や効
果については上記第1の実施の形態の場合と同様であ
る。
構成が上記第1の実施の形態と異なるのみで、作用や効
果については上記第1の実施の形態の場合と同様であ
る。
【0098】(第6の実施の形態)図6には、第6の実
施の形態が示されている。本実施の形態では、上記第3
の実施の形態における配置構成において、第1狭帯域フ
ィルタを光源の近傍に配置した構成とする場合を示す。
施の形態が示されている。本実施の形態では、上記第3
の実施の形態における配置構成において、第1狭帯域フ
ィルタを光源の近傍に配置した構成とする場合を示す。
【0099】その他の構成および作用については第3の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
【0100】図6は本発明の第6の実施の形態に係る一
酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。
酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。
【0101】本実施の形態に係る一酸化炭素濃度検出装
置14は、第1狭帯域フィルタ54を光源3の近傍に配
置して、第2狭帯域フィルタ64は、上記第2の実施の
形態の場合と同様に、検出装置4に隣接して配置した。
置14は、第1狭帯域フィルタ54を光源3の近傍に配
置して、第2狭帯域フィルタ64は、上記第2の実施の
形態の場合と同様に、検出装置4に隣接して配置した。
【0102】本実施の形態の場合には、光源3から照射
された赤外光は第1狭帯域フィルタ54を透過した後
に、検出対象ガスの通路を通って、その後、第2狭帯域
フィルタ64を透過して、検出装置4によって検出され
ることになる。
された赤外光は第1狭帯域フィルタ54を透過した後
に、検出対象ガスの通路を通って、その後、第2狭帯域
フィルタ64を透過して、検出装置4によって検出され
ることになる。
【0103】本実施の形態の場合も、基本的には、配置
構成が上記第3の実施の形態と異なるのみで、作用や効
果については上記第3の実施の形態の場合と同様であ
る。
構成が上記第3の実施の形態と異なるのみで、作用や効
果については上記第3の実施の形態の場合と同様であ
る。
【0104】(第7の実施の形態)図7には、第7の実
施の形態が示されている。本実施の形態では、上記第4
の実施の形態における配置構成において、第1狭帯域フ
ィルタを光源の近傍に配置した構成とする場合を示す。
施の形態が示されている。本実施の形態では、上記第4
の実施の形態における配置構成において、第1狭帯域フ
ィルタを光源の近傍に配置した構成とする場合を示す。
【0105】その他の構成および作用については第4の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
【0106】図7は本発明の第7の実施の形態に係る一
酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。
酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。
【0107】本実施の形態に係る一酸化炭素濃度検出装
置17は、第1狭帯域フィルタ57を光源3の近傍に配
置して、第2狭帯域フィルタ67a及びリファレンスフ
ィルタ67bは、上記第4の実施の形態の場合と同様
に、検出装置4に隣接して配置した。
置17は、第1狭帯域フィルタ57を光源3の近傍に配
置して、第2狭帯域フィルタ67a及びリファレンスフ
ィルタ67bは、上記第4の実施の形態の場合と同様
に、検出装置4に隣接して配置した。
【0108】本実施の形態の場合には、光源3から照射
された赤外光は第1狭帯域フィルタ57を透過した後
に、検出対象ガスの通路を通って、その後、第2狭帯域
フィルタ67a及びリファレンスフィルタ67bを透過
して、検出装置4によって検出されることになる。
された赤外光は第1狭帯域フィルタ57を透過した後
に、検出対象ガスの通路を通って、その後、第2狭帯域
フィルタ67a及びリファレンスフィルタ67bを透過
して、検出装置4によって検出されることになる。
【0109】本実施の形態の場合も、基本的には、配置
構成が上記第4の実施の形態と異なるのみで、作用や効
果については上記第4の実施の形態の場合と同様であ
る。
構成が上記第4の実施の形態と異なるのみで、作用や効
果については上記第4の実施の形態の場合と同様であ
る。
【0110】(第8の実施の形態)図16は本発明の第
8の実施の形態に係る一酸化炭素濃度検出装置の模式的
断面図である。
8の実施の形態に係る一酸化炭素濃度検出装置の模式的
断面図である。
【0111】図示のように、本実施の形態に係る一酸化
炭素濃度検出装置18は、概略、入口21と出口22を
有する検出対象ガスの通路を形成する導波管2と、この
通路内に赤外光を照射する光源31と、この光源31か
ら照射された光を受光する受光手段としての第1受光素
子41及び第2受光素子42と、受光した光の透過特性
によってCOの濃度を検出する検出手段を備えた検出装
置と、COの吸収帯に透過の窓を持つ狭帯域フィルタ5
8と、を備える。
炭素濃度検出装置18は、概略、入口21と出口22を
有する検出対象ガスの通路を形成する導波管2と、この
通路内に赤外光を照射する光源31と、この光源31か
ら照射された光を受光する受光手段としての第1受光素
子41及び第2受光素子42と、受光した光の透過特性
によってCOの濃度を検出する検出手段を備えた検出装
置と、COの吸収帯に透過の窓を持つ狭帯域フィルタ5
8と、を備える。
【0112】また、第1受光素子41に集光する集光ホ
ルダ72と第2受光素子42に集光する集光ホルダ73
を備えている。
ルダ72と第2受光素子42に集光する集光ホルダ73
を備えている。
【0113】なお、第1受光素子41はCO信号を得る
ためのものであり、第2受光素子42はリファレンスデ
ータを得るためのものである。
ためのものであり、第2受光素子42はリファレンスデ
ータを得るためのものである。
【0114】基本的な構成及び動作,CO濃度の検出動
作及びリファレンスデータを利用するための動作等につ
いては上述の通りであるので、ここではその説明は省略
する。
作及びリファレンスデータを利用するための動作等につ
いては上述の通りであるので、ここではその説明は省略
する。
【0115】そして、本実施の形態においては、光源3
1から照射された赤外光のうち、第1受光素子41及び
第2受光素子42の方向以外に放射された光を、これら
第1受光素子41及び第2受光素子42に向けて反射す
るリフレクタ23を備える構成とした。
1から照射された赤外光のうち、第1受光素子41及び
第2受光素子42の方向以外に放射された光を、これら
第1受光素子41及び第2受光素子42に向けて反射す
るリフレクタ23を備える構成とした。
【0116】これにより、光源31から照射された赤外
光を効率良く利用することができ、CO濃度が低い場合
でも、精度良くCO濃度を検出することが可能となる。
光を効率良く利用することができ、CO濃度が低い場合
でも、精度良くCO濃度を検出することが可能となる。
【0117】(第9の実施の形態)図17及び図18に
は、第9の実施の形態が示されている。本実施の形態で
は、上記第8の実施の形態において、通路の形状を変え
た構成とする場合を示す。
は、第9の実施の形態が示されている。本実施の形態で
は、上記第8の実施の形態において、通路の形状を変え
た構成とする場合を示す。
【0118】その他の構成および作用については第8の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。
【0119】図17は本発明の第9の実施の形態に係る
一酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。図18
は、図17において左側から右側に向けて通路の構成を
透視した透視図である。
一酸化炭素濃度検出装置の模式的断面図である。図18
は、図17において左側から右側に向けて通路の構成を
透視した透視図である。
【0120】上述のように、集光ホルダを用いた場合に
は、狭帯域フィルタへの入射光の入射角度が浅くなるた
め、透過特性が低波長側にシフトとしてしまう。
は、狭帯域フィルタへの入射光の入射角度が浅くなるた
め、透過特性が低波長側にシフトとしてしまう。
【0121】そこで、本実施の形態では、導波管内の通
路を、略全域にわたって光源から狭帯域フィルタに向か
うにつれて通路面積が徐々に狭くなる形状とすることに
より、狭帯域フィルタに対して浅い入射角度で入射する
ことを低減する構成とした。
路を、略全域にわたって光源から狭帯域フィルタに向か
うにつれて通路面積が徐々に狭くなる形状とすることに
より、狭帯域フィルタに対して浅い入射角度で入射する
ことを低減する構成とした。
【0122】また、本実施の形態では、CO信号を得る
ための第1受光素子41と、リファレンス信号を得るた
めの第2受光素子42を設けており、これらに対してそ
れぞれ通路を設けることで、より一層、狭帯域フィルタ
に対して浅い入射角度で入射することを低減することを
可能とした。
ための第1受光素子41と、リファレンス信号を得るた
めの第2受光素子42を設けており、これらに対してそ
れぞれ通路を設けることで、より一層、狭帯域フィルタ
に対して浅い入射角度で入射することを低減することを
可能とした。
【0123】つまり、図17及び図18に示すように、
本実施の形態では、狭帯域フィルタ58及び第1受光素
子41に向かう第1通路24と、リファレンスフィルタ
及び第2受光素子42に向かう第2通路25とをそれぞ
れ設けた。
本実施の形態では、狭帯域フィルタ58及び第1受光素
子41に向かう第1通路24と、リファレンスフィルタ
及び第2受光素子42に向かう第2通路25とをそれぞ
れ設けた。
【0124】そして、これらはそれぞれリフレクタ23
側の断面形状を楕円形状として、各受光素子の直前では
楕円形状部の短径よりも短い直径を有する円形状となる
ように構成した。
側の断面形状を楕円形状として、各受光素子の直前では
楕円形状部の短径よりも短い直径を有する円形状となる
ように構成した。
【0125】このようにして、図17に示すように、各
通路においては、徐々にフィルタに向かって通路断面積
を小さくするような傾斜面を備えるように構成した。
通路においては、徐々にフィルタに向かって通路断面積
を小さくするような傾斜面を備えるように構成した。
【0126】以上のような構成とすることで、各フィル
タに対して浅い角度で入射することを低減することが可
能となり、透過特性が低波長側にシフトすることを抑え
ることができ、CO2の影響を低減することが可能とな
った。
タに対して浅い角度で入射することを低減することが可
能となり、透過特性が低波長側にシフトすることを抑え
ることができ、CO2の影響を低減することが可能とな
った。
【0127】(第10の実施の形態)図19〜図23に
は、第10の実施の形態が示されている。本実施の形態
では、上記各実施の形態において、光源として、球状の
セラミックヒータを適用する場合を示す。
は、第10の実施の形態が示されている。本実施の形態
では、上記各実施の形態において、光源として、球状の
セラミックヒータを適用する場合を示す。
【0128】その他の構成等は、上記各実施の形態を適
用すればよいので、その説明は省略する。
用すればよいので、その説明は省略する。
【0129】図19は本発明の第10の実施の形態に係
る一酸化炭素濃度検出装置における光源部の模式図(側
面図)であり、図20はタングステンランプを用いる場
合の模式図であり、図21は本発明の第10の実施の形
態に係る一酸化炭素濃度検出装置における光源部の模式
図であり、図22はタングステンランプとコージライト
セラミック光源のFT/IRによる赤外相対強度を示す
図であり、図23は球状のセラミックヒータを適用する
効果について説明する説明図である。
る一酸化炭素濃度検出装置における光源部の模式図(側
面図)であり、図20はタングステンランプを用いる場
合の模式図であり、図21は本発明の第10の実施の形
態に係る一酸化炭素濃度検出装置における光源部の模式
図であり、図22はタングステンランプとコージライト
セラミック光源のFT/IRによる赤外相対強度を示す
図であり、図23は球状のセラミックヒータを適用する
効果について説明する説明図である。
【0130】CO濃度が低濃度である場合に、CO濃度
を精度良く検出するためには、上述のようにCO2の影
響を低減させることも必要であるが、赤外光を効率良く
利用することも重要である。
を精度良く検出するためには、上述のようにCO2の影
響を低減させることも必要であるが、赤外光を効率良く
利用することも重要である。
【0131】この場合に、上記第8の実施の形態のよう
にリフレクタを用いることで、ある程度赤外光を効率良
く用いることができるものの、短にリフレクタを用いる
のみでは未だ不十分である。
にリフレクタを用いることで、ある程度赤外光を効率良
く用いることができるものの、短にリフレクタを用いる
のみでは未だ不十分である。
【0132】そこで、本実施の形態では、これまで説明
した各実施の形態において、更に、赤外光を効率良く利
用可能として、低濃度の場合でも、更に、精度良くCO
濃度の検出を可能とする構成を示す。
した各実施の形態において、更に、赤外光を効率良く利
用可能として、低濃度の場合でも、更に、精度良くCO
濃度の検出を可能とする構成を示す。
【0133】図21に示すように、本実施の形態では、
光源として球状のセラミックヒータ32を用い、また、
セラミックヒータ32から放射された光を全てフィルタ
側に反射させるためのリフレクタ26を設ける。
光源として球状のセラミックヒータ32を用い、また、
セラミックヒータ32から放射された光を全てフィルタ
側に反射させるためのリフレクタ26を設ける。
【0134】セラミックヒータ32の具体例としては、
コージライト(2Mg・2Al2O3・5SiO2)及び
コージライトに60%−MnO2・20%−Fe2O3・
10%−CoO・10%−CuOを30%添加したもの
等のセラミックヒータ材が好適に利用できる。
コージライト(2Mg・2Al2O3・5SiO2)及び
コージライトに60%−MnO2・20%−Fe2O3・
10%−CoO・10%−CuOを30%添加したもの
等のセラミックヒータ材が好適に利用できる。
【0135】そして、このようなセラミックヒータ材
を、鉄クロムやニクロム等の電熱線のフィラメントを中
心として、球状に焼結された形状を持つようにした。
を、鉄クロムやニクロム等の電熱線のフィラメントを中
心として、球状に焼結された形状を持つようにした。
【0136】このような球状のセラミックヒータ32
は、図22に示すように、タングステンランプに比べて
赤外強度が大きくなるため、CO吸収が増加し、低濃度
COガスの濃度検出精度が向上した。
は、図22に示すように、タングステンランプに比べて
赤外強度が大きくなるため、CO吸収が増加し、低濃度
COガスの濃度検出精度が向上した。
【0137】また、形状を球状としたことにより、リフ
レクタの反射が均一化し、センサ出力のばらつきを低減
することが可能となる。
レクタの反射が均一化し、センサ出力のばらつきを低減
することが可能となる。
【0138】この点について、図23を参照して更に詳
しく説明する。
しく説明する。
【0139】一般的に、図23(a)に示すように、ラ
ンプから放射された赤外光は、全方位に放射される。こ
の場合に、リフレクタなどを設けていなければ受光手段
に向かって放射された光のみが受光されるため、CO吸
収は少なくなり、低濃度のCOの場合には精度が悪くな
る。
ンプから放射された赤外光は、全方位に放射される。こ
の場合に、リフレクタなどを設けていなければ受光手段
に向かって放射された光のみが受光されるため、CO吸
収は少なくなり、低濃度のCOの場合には精度が悪くな
る。
【0140】従って、図23(b)に示すように、リフ
レクタ(反射鏡)を設けることで、ほぼ全ての放射光を
受光手段によって受光させることが可能となる。
レクタ(反射鏡)を設けることで、ほぼ全ての放射光を
受光手段によって受光させることが可能となる。
【0141】しかしながら、リフレクタは、通常、点光
源をもとに設計するため、タングステンランプ等を用い
た場合には、コイル状のフィラメントの複雑な形状(図
20,図23(c)参照)によって放射される光の強度
分布が一様でないために、リフレクタによって反射させ
た光の強度分布にむらが生じてしまう。
源をもとに設計するため、タングステンランプ等を用い
た場合には、コイル状のフィラメントの複雑な形状(図
20,図23(c)参照)によって放射される光の強度
分布が一様でないために、リフレクタによって反射させ
た光の強度分布にむらが生じてしまう。
【0142】これによって、受光時に強度のむらが生じ
るため、これが誤差となり検知精度を低下させる原因と
なってしまう。
るため、これが誤差となり検知精度を低下させる原因と
なってしまう。
【0143】これに対して、球状のセラミックヒータを
用いる場合には、図23(e)に示すように、点光源と
して扱うことができる。
用いる場合には、図23(e)に示すように、点光源と
して扱うことができる。
【0144】従って、図23(d)に示すように、リフ
レクタによって反射させた光の強度分布を一様にするこ
とが可能となる。
レクタによって反射させた光の強度分布を一様にするこ
とが可能となる。
【0145】以上のように、球状のセラミックヒータと
リフレクタを用いることで、光の強度の向上を図りつ
つ、光の強度分布を均一にすることができ、低濃度のC
Oの場合でも精度良く濃度を検出することが可能となっ
た。
リフレクタを用いることで、光の強度の向上を図りつ
つ、光の強度分布を均一にすることができ、低濃度のC
Oの場合でも精度良く濃度を検出することが可能となっ
た。
【0146】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、微量の
一酸化炭素ガスであっても、検出濃度の精度の向上を図
ることが可能となる。
一酸化炭素ガスであっても、検出濃度の精度の向上を図
ることが可能となる。
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る一酸化炭素濃
度検出装置の模式的断面図である。
度検出装置の模式的断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る一酸化炭素濃
度検出装置の模式的断面図である。
度検出装置の模式的断面図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態に係る一酸化炭素濃
度検出装置の模式的断面図である。
度検出装置の模式的断面図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態に係る一酸化炭素濃
度検出装置の模式的断面図である。
度検出装置の模式的断面図である。
【図5】本発明の第5の実施の形態に係る一酸化炭素濃
度検出装置の模式的断面図である。
度検出装置の模式的断面図である。
【図6】本発明の第6の実施の形態に係る一酸化炭素濃
度検出装置の模式的断面図である。
度検出装置の模式的断面図である。
【図7】本発明の第7の実施の形態に係る一酸化炭素濃
度検出装置の模式的断面図である。
度検出装置の模式的断面図である。
【図8】図2及び図3の一部拡大図である。
【図9】フィルタ1枚の場合と2枚の場合の赤外光透過
特性を比較した図である。
特性を比較した図である。
【図10】図9におけるCO2の吸収域との関係を示す
図である。
図である。
【図11】フィルタに対する入射角度の角度依存性を示
したものである。
したものである。
【図12】本発明の第4の実施の形態に係る一酸化炭素
濃度検出装置における演算回路図である。
濃度検出装置における演算回路図である。
【図13】従来利用したフィルタと本実施の形態で利用
するフィルタの透過特性を比較した図である。
するフィルタの透過特性を比較した図である。
【図14】リファレンス機能の説明図である。
【図15】リファレンス機能の説明図である。
【図16】本発明の第8の実施の形態に係る一酸化炭素
濃度検出装置の模式的断面図である。
濃度検出装置の模式的断面図である。
【図17】本発明の第9の実施の形態に係る一酸化炭素
濃度検出装置の模式的断面図である。
濃度検出装置の模式的断面図である。
【図18】図17において左側から右側に向けて通路の
構成を透視した透視図である。
構成を透視した透視図である。
【図19】本発明の第10の実施の形態に係る一酸化炭
素濃度検出装置における光源部の模式図(側面図)であ
る。
素濃度検出装置における光源部の模式図(側面図)であ
る。
【図20】タングステンランプを用いる場合の模式図で
ある。
ある。
【図21】本発明の第10の実施の形態に係る一酸化炭
素濃度検出装置における光源部の模式図である。
素濃度検出装置における光源部の模式図である。
【図22】タングステンランプとコージライトセラミッ
ク光源のFT/IRによる赤外相対強度を示す図であ
る。
ク光源のFT/IRによる赤外相対強度を示す図であ
る。
【図23】球状のセラミックヒータを適用する効果につ
いて説明する説明図である。
いて説明する説明図である。
11,12,13,14,15,16,17,18,1
9 一酸化炭素濃度検出装置 2 導波管 21 入口 22 出口 23 リフレクタ 24 第1通路 25 第2通路 26 リフレクタ 3,31 光源 32 セラミックヒータ 4 検出装置 41 第1受光素子 42 第2受光素子 51,52,53,54,55,56,57 第1狭帯
域フィルタ 58 狭帯域フィルタ 61,62,63,64,65,66a 第2狭帯域フ
ィルタ 66b,67b リファレンスフィルタ 71,72,73 集光ホルダ
9 一酸化炭素濃度検出装置 2 導波管 21 入口 22 出口 23 リフレクタ 24 第1通路 25 第2通路 26 リフレクタ 3,31 光源 32 セラミックヒータ 4 検出装置 41 第1受光素子 42 第2受光素子 51,52,53,54,55,56,57 第1狭帯
域フィルタ 58 狭帯域フィルタ 61,62,63,64,65,66a 第2狭帯域フ
ィルタ 66b,67b リファレンスフィルタ 71,72,73 集光ホルダ
フロントページの続き (72)発明者 百武 秀治 神奈川県藤沢市辻堂新町4丁目3番1号 エヌオーケー株式会社内 (72)発明者 田村 譲 神奈川県藤沢市辻堂新町4丁目3番1号 エヌオーケー株式会社内 Fターム(参考) 2G057 AA01 AB02 AB06 AC03 BA01 GA00 2G059 AA01 BB01 CC04 DD12 DD13 DD15 EE01 GG10 HH01 JJ02 JJ03 JJ14 KK01 KK09 LL02 MM01 NN02 NN05 NN07
Claims (8)
- 【請求項1】一酸化炭素と二酸化炭素を含む検出対象ガ
スの通路を形成する導波管と、 前記通路内に赤外光を照射する光源と、 一酸化炭素の吸収帯に透過の窓を持つ狭帯域フィルタ
と、 前記光源により照射され、前記狭帯域フィルタを透過し
た光を受光する受光手段と、 該受光手段によって受光した光の透過特性によって一酸
化炭素の濃度を検出する検出手段と、を備えた一酸化炭
素濃度検出装置において、 前記光源と前記受光手段との間に、前記狭帯域フィルタ
を2枚配置することを特徴とする一酸化炭素濃度検出装
置。 - 【請求項2】前記受光手段に向けて光を集光する集光手
段を設けると共に、 該集光手段よりも光源側に1枚の狭帯域フィルタを配置
し、該集光手段よりも受光手段側に1枚の狭帯域フィル
タを配置することを特徴とする請求項1に記載の一酸化
炭素濃度検出装置。 - 【請求項3】前記狭帯域フィルタは、波長4.6μmを
含む狭帯域に透過の窓を持つことを特徴とする請求項1
または2に記載の一酸化炭素濃度検出装置。 - 【請求項4】前記光源を球状のセラミックヒータとする
と共に、 該セラミックヒータから照射された光のうち、前記受光
手段方向以外に放射された光を該受光手段に向けて反射
するリフレクタを備えることを特徴とする請求項1,2
または3に記載の一酸化炭素濃度検出装置。 - 【請求項5】一酸化炭素と二酸化炭素を含む検出対象ガ
スの通路を形成する導波管と、 前記通路内に赤外光を照射する光源と、 一酸化炭素の吸収帯に透過の窓を持つ狭帯域フィルタ
と、 前記光源により照射され、前記狭帯域フィルタを透過し
た光を受光する受光手段と、 該受光手段によって受光した光の透過特性によって一酸
化炭素の濃度を検出する検出手段と、を備えた一酸化炭
素濃度検出装置において、 前記光源から照射された光のうち、前記受光手段方向以
外に放射された光を該受光手段に向けて反射するリフレ
クタを備えることを特徴とする一酸化炭素濃度検出装
置。 - 【請求項6】前記導波管内の通路を、略全域にわたって
前記光源から前記狭帯域フィルタに向かうにつれて通路
面積が徐々に狭くなる形状とすることを特徴とする請求
項5に記載の一酸化炭素濃度検出装置。 - 【請求項7】前記受光手段に隣接して、リファレンスデ
ータを得るためのリファレンス受光手段及びリファレン
スフィルタを設けると共に、 前記導波管内の通路を、前記光源から前記狭帯域フィル
タに向かうにつれて徐々に通路面積が狭くなる第1通路
と、前記光源から前記リファレンスフィルタに向かうに
つれて徐々に通路面積が狭くなる第2通路に分岐させる
ことを特徴とする請求項6に記載の一酸化炭素濃度検出
装置。 - 【請求項8】前記光源を球状のセラミックヒータとする
ことを特徴とする請求項5,6または7に記載の一酸化
炭素濃度検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001157709A JP2002350341A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 一酸化炭素濃度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001157709A JP2002350341A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 一酸化炭素濃度検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002350341A true JP2002350341A (ja) | 2002-12-04 |
Family
ID=19001533
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001157709A Withdrawn JP2002350341A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 一酸化炭素濃度検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002350341A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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WO2012140482A1 (ja) * | 2011-04-11 | 2012-10-18 | パナソニック株式会社 | 気体成分検出装置 |
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-
2001
- 2001-05-25 JP JP2001157709A patent/JP2002350341A/ja not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080805 |