JP4356724B2

JP4356724B2 - 赤外線式ガス検知装置およびそのガス検知方法

Info

Publication number: JP4356724B2
Application number: JP2006254716A
Authority: JP
Inventors: 貴彦吉田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: DE102007039884A1; CN101149341B; JP2008076182A; US7679047B2; US20080251726A1; DE102007039884B4; CN101149341A

Description

本発明は、赤外線光源、可変式波長選択フィルタ、および赤外線受光素子を備え、赤外線吸収波長における赤外線光量を測定して被測定ガスの濃度を検知する、赤外線式ガス検知装置およびそのガス検知方法に関する。

赤外線光源、可変式波長選択フィルタ、および赤外線受光素子を備え、赤外線吸収波長における赤外線光量を測定して被測定ガスの濃度を検知する赤外線式ガス検知装置が、例えば、特開２００１−２２８３２６号公報（特許文献１）に開示されている。

図８は、特許文献１に開示された赤外線式ガス検知装置（赤外線ガス分析計）の可変式波長選択フィルタ（ファブリペローフィルタ）の構成を示す断面図である。

図８のファブリペローフィルタでは、シリコンの基板１上に酸化膜２を介して第一ミラー３が形成され、第二ミラー４は、第一ミラー３上に形成された酸化膜５上に形成されて第一ミラー３に対向配置されている。

そして、第二ミラー４に形成されたエッチング孔６より酸化膜５をエッチングすることにより酸化膜５の膜厚に相当するギャップｈが第一ミラー３と第二ミラー４の間に形成され、第二ミラー４は外力が加えられることにより第一ミラー３の方向に変位可能となっている。

第一ミラー３及び第二ミラー４は例えば多結晶シリコンからなり、第一ミラー３の表面には高濃度の不純物がドープされて第一電極７が形成され、第二ミラー４の表面には高濃度の不純物がドープされて第二電極８が形成されている。

そして、第一電極７に外部から通電可能とする外部電極９が第一電極７に接触して形成され、第二電極８に外部から通電可能とする外部電極１０が第二電極８に接触して形成されている。

この場合、ファブリペローフィルタの中心波長λは、ギャップｈの長さ、すなわち酸化膜５の膜厚に相当し、例えば３１００ｎｍである。そして、第一ミラー３は、ファブリペローフィルタの下部ミラーとなるため、その光学膜厚はλ／４とする必要があり、この場合、酸化膜の膜厚は５９２ｎｍ（屈折率１．３０９）、第一ミラー３及び第二ミラー４の膜厚は２４８ｎｍ（屈折率３．１２５）となっている。

第一電極７と第二電極８に、外部電極９と外部電極１０を介して電位差を与えると、第一電極７と第二電極８との間に静電吸引力が発生し、第二ミラー４が第一ミラー３の方向に変位し、ギャップｈの長さが変化する。この電圧を変化させることにより、被測定ガスの吸収特性に対応した波長帯域の赤外線を透過させるギャップの長さを得ることができる。
特開２００１−２２８３２６号公報

図８の可変式波長選択フィルタ（ファブリペローフィルタ）は、例えばギャップの長さを３段階に可変として、３つの波長帯域の赤外線を選択的に透過させることができる。このため、上記可変式波長選択フィルタを用いた赤外線式ガス検知装置（赤外線ガス分析計）は、波長選択フィルタの枚数を増加させずに被測定ガスの２成分の濃度を同時に測定でき、小型化及び低コスト化を実現することができる。

一方、図８の可変式波長選択フィルタでは、ギャップｈにゴミがつまったり、第一電極７と第二電極８間に所定の電位差が印加されなかったりすると、被測定ガスの赤外線吸収波長が選択されず、被測定ガスの濃度を誤って検知してしまう。

そこで本発明は、赤外線光源、可変式波長選択フィルタ、および赤外線受光素子を備え、赤外線吸収波長における赤外線光量を測定して被測定ガスの濃度を検知する赤外線式ガス検知装置およびそのガス検知方法であって、可変式波長選択フィルタによる赤外線吸収波長の選択不具合を防止して、被測定ガスの濃度を正確に検知することのできる赤外線式ガス検知装置およびそのガス検知方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の赤外線式ガス検知装置は、赤外線光源、可変式波長選択フィルタ、および赤外線受光素子を同一ハウジング内に備え、前記赤外線光源から前記赤外線受光素子に到る赤外線の光路内に被測定ガスが導入され、前記光路内に配置された前記可変式波長選択フィルタにより被測定ガスに固有の赤外線吸収波長が選択され、前記選択された赤外線吸収波長における赤外線光量を赤外線受光素子により測定して被測定ガスの濃度を検知する赤外線式ガス検知装置であって、前記可変式波長選択フィルタにより、大気ガスの赤外線非吸収波長帯域にある所定の２つの赤外線波長を選択し、前記選択された赤外線波長における赤外線光量を前記赤外線受光素子により測定して、前記２つの赤外線波長において測定された赤外線光量の比の１からのずれにより、可変式波長選択フィルタの波長選択動作に関する異常の有無を診断する、異常診断手段を備えてなることを特徴としている。

上記赤外線式ガス検知装置は、赤外線を放射する赤外線光源と、異なる波長の赤外線を選択的に透過させることができる可変式波長選択フィルタと、赤外線光量を測定する赤外線受光素子とを有してなり、複数の被測定ガスの濃度を測定できる、小型で安価な赤外線式ガス検知装置である。

また、上記赤外線式ガス検知装置は、可変式波長選択フィルタの波長選択動作に関する異常診断手段を備えている。この異常診断手段は、大気ガスの赤外線非吸収波長帯域にある所定の２つの赤外線波長を用いて可変式波長選択フィルタの波長選択動作に関する異常の有無を２つの赤外線波長において測定された赤外線光量の比の１からのずれにより診断するものであり、診断のための特定ガスを必要としないため、短時間で簡単に異常の有無を診断することができる。この異常診断手段により、上記赤外線式ガス検知装置においては、可変式波長選択フィルタによる赤外線吸収波長の選択不具合を防止して、被測定ガスの濃度を正確に検知することができる。
また、上記２つの赤外線波長において測定された赤外線光量の比を診断することで、赤外線光源の劣化によって放射される赤外線光量が低下した場合であっても、当該赤外線光量の低下に影響されずに、可変式波長選択フィルタの波長選択動作に関する異常の有無を診断することができる。

また、請求項２に記載のように、上記異常診断手段においては、前記２つの赤外線波長が、前記赤外線非吸収波長帯域における両端の赤外線波長であることが好ましい。

この場合には、可変式波長選択フィルタによる赤外線波長の選択にわずかな波長ずれがあった場合においても、上記赤外線非吸収波長帯域における両端の赤外線波長において測定された赤外線光量の比は、１から大きくずれることとなる。従って、可変式波長選択フィルタによる赤外線吸収波長のわずかな選択不具合についても確実に防止して、被測定ガスの濃度をより正確に検知することができる。

前記赤外線非吸収波長帯域は、例えば請求項３に記載のように、１．５５μｍ以上、１．７５μｍ以下の帯域、２．０５μｍ以上、２．３３μｍ以下の帯域、３．５μｍ以上、４．１６μｍ以下の帯域、および９．４μｍ以上、１２．４μｍ以下の帯域のいずれかとすることができる。

上記赤外線式ガス検知装置における前記可変式波長選択フィルタは、請求項４に記載のように、基板に設けられた第１ミラーと、前記第１ミラーとの間にギャップを形成し、外力が加えられることにより第１ミラーに対して変位可能に対向配置される第２ミラーと、前記第１ミラーに設けられる第１電極と、前記第２ミラーに設けられ前記第１電極に対向配置される第２電極とを有してなり、前記第１電極と第２電極との間に電位差を与えることにより前記第２ミラーを変位させ、前記赤外線光源からの赤外線を波長選択的に透過させる、ファブリペロー干渉を用いた可変式波長選択フィルタであることが好ましい。

上記可変式波長選択フィルタは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて容易に形成できる小型フィルタであり、第１電極と第２電極との間に電位差を与えるだけ駆動することができ、任意の赤外線波長を容易に選択することができる。

以上のように上記赤外線式ガス検知装置は、複数の被測定ガスの濃度を測定できる小型で安価な赤外線式ガス検知装置であって、異常診断手段により、可変式波長選択フィルタによる赤外線吸収波長の選択不具合を防止して、被測定ガスの濃度を正確に検知することができる。従って請求項５に記載のように、上記赤外線式ガス検知装置は、過酷な環境下で使用される車載用の赤外線式ガス検知装置として好適である。

請求項６〜９に記載の発明は、上記赤外線式ガス検知装置によるガス検知方法の発明である。

これらのガス検知方法によって得られる効果については、上記赤外線式ガス検知装置において説明した効果と同様であり詳細説明は省略するが、特に請求項６に記載のように、上記赤外線式ガス検知装置における異常診断手段を用いた可変式波長選択フィルタの波長選択動作に関する異常の有無の診断は、被測定ガスの濃度を検知する前に実施する。これは、請求項９に記載のように、赤外線式ガス検知装置の電源ＯＮ毎に実施することが好ましいが、さらに細かくして、被測定ガスの濃度を検知する毎に異常の有無の診断を実施するようにしてもよい。

また、上記赤外線式ガス検知装置を車の排気ガス成分の検知に用いる場合には、主なガス成分がＣＯｘ、ＮＯｘ、ＳＯｘ等となり、これらガス成分の赤外線吸収波長は３〜８μｍの赤外線波長帯域にある。従って、請求項８に記載のように、前記赤外線式ガス検知装置が、車載用の赤外線式ガス検知装置である場合には、前記赤外線非吸収波長帯域が、２．０５μｍ以上、２．３３μｍ以下の帯域と、９．４μｍ以上、１２．４μｍ以下の帯域であり、当該２つの赤外線非吸収波長帯域において、前記異常の有無を診断することが好ましい。これにより、測定範囲である赤外線波長帯域３〜８μｍに隣接した両側の大気ガスの赤外線非吸収波長帯域である、２．０５μｍ以上、２．３３μｍ以下の帯域と、９．４μｍ以上、１２．４μｍ以下の帯域で、可変式波長選択フィルタの波長選択動作に関する異常の有無が診断される。このため、他の大気ガスの赤外線非吸収波長帯域において診断する場合に較べて、被測定ガスである排気ガス成分の濃度をより正確に検知することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。

図１は、赤外線光源、可変式波長選択フィルタ、および赤外線受光素子を備えてなる赤外線式ガス検知装置の一例で、赤外線式ガス検知装置１００の模式的な断面図である。図２は、図１の赤外線式ガス検知装置１００の制御系統を示すブロック図である。図３は、可変式波長選択フィルタの一例で、可変式波長選択フィルタ３０の模式的な断面図である。また、図４は、本発明の赤外線式ガス検知装置およびそのガス検知方法を説明するための図で、赤外線式ガス検知装置１００のガス検知方法を示すフロー図である。

図１に示す赤外線式ガス検知装置１００は、赤外線を放射する赤外線光源２０、異なる波長の赤外線を選択的に透過させることができる可変式波長選択フィルタ３０、および赤外線を感知する赤外線受光素子４０を、同一のハウジング５０内に備えている。尚、図１と図２における符号６０は、赤外線光源２０や可変式波長選択フィルタ３０を駆動制御するための回路や赤外線受光素子４０からの信号を演算処理する回路が組み込まれた制御回路（基板）である。

赤外線光源２０には白熱電球などの安価な熱源が用いられ、例えば白熱電球からは、図１中に矢印線で示した波長域２μｍから１０μｍの連続波長の赤外線が放射される。

赤外線式ガス検知装置１００の重要構成部品の一つである可変式波長選択フィルタ３０の構造を、図３に示す。

図３に示す可変式波長選択フィルタ３０は、図８に示した可変式波長選択フィルタと同様で、ファブリペロー干渉を用いた可変式波長選択フィルタとなっている。図３の可変式波長選択フィルタ３０は、反射防止膜３２を介してシリコン（Ｓｉ）からなる基板３１に設けられた第１ミラー３３と、第１ミラー３３との間にギャップＧを形成し、外力が加えられることにより第１ミラー３３に対して変位可能に対向配置される第２ミラー３４と、第１ミラー３３に設けられる第１電極３５と、第２ミラー３４に設けられ第１電極３５に対向配置される第２電極３６とを有している。基板３１の材料は、シリコンに限らず、石英等であってもよい。第１ミラー３３、第２ミラー３４、第１電極３５および第２電極３６は、任意波長の赤外線を反射、透過、もしくは屈折する機能を持ったモリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等の薄膜からなり、これらが基板３１上に積層された構造となっている。また、第１ミラー３３と第２ミラー３４の間のギャップＧは、孔Ｈを介した犠牲層のエッチングにより形成する。このように、図３の可変式波長選択フィルタ３０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて容易に形成できる小型フィルタとなっている。

ファブリペロー干渉を用いた可変式波長選択フィルタ３０は、ギャップ長ａの２倍または４倍波長の赤外線を第１ミラー３３と第２ミラー３４の間で多重反射させて干渉が起こさせ、当該特定波長の赤外線のみを透過させるフィルタである。可変式波長選択フィルタ３０では、第１電極３５と第２電極３６との間に電位差を与え、静電引力で第２ミラー３４を変位させることでギャップ長ａを可変とし、これにより透過させる赤外線の波長選択を行う。図３の可変式波長選択フィルタ３０は、第１電極３５と第２電極３６の間に印加する電位差を変更するだけで、ギャップ長ａを連続的に異なる値に駆動することができ、これによって任意波長の赤外線を容易に選択することができる。

以上のようにして、図３の可変式波長選択フィルタ３０は、図１と図２に示した赤外線光源２０からの連続波長を持った赤外線を波長選択的に透過させ、任意の所望する選択波長を持った赤外線のみを赤外線受光素子４０に供給する。

赤外線受光素子４０は、サーモパイル（直列接続された熱電対）や焦電式の赤外線−電圧変換素子であり、受光した赤外線を吸収して、吸収量に応じた電圧を出力する。

赤外線式ガス検知装置１００では、図１に示すように、可変式波長選択フィルタ３０と赤外線受光素子４０がステム５１とケース５２で構成される缶パッケージに封入されており、赤外線は、透過窓５３を通って可変式波長選択フィルタ３０に入射する。図１に示すように、赤外線光源２０から赤外線受光素子４０に到る赤外線の光路内の空間に被測定ガスが導入され、被測定ガスに固有の赤外線波長で赤外線吸収が起きる。赤外線式ガス検知装置１００では、図２に示すように、光路内に配置された可変式波長選択フィルタ３０により、被測定ガスに固有の赤外線吸収波長が選択される。この選択された赤外線吸収波長における赤外線光量を赤外線受光素子４０により測定して、被測定ガスの濃度を検知する。赤外線受光素子４０の出力電圧は、制御回路６０の演算処理部に送られ、後述する図４のガス検知方法を示すフロー図の所定のステップにおいて、演算や判定の処理がなされる。

以上のように、赤外線式ガス検知装置１００は、赤外線を放射する赤外線光源２０と、異なる波長の赤外線を選択的に透過させることができる可変式波長選択フィルタ３０と、赤外線光量を測定する赤外線受光素子４０とを有してなり、複数の被測定ガスの濃度を測定できる、小型で安価な赤外線式ガス検知装置である。

次に、図１と図２に示す赤外線式ガス検知装置１００に付加される可変式波長選択フィルタ３０の波長選択動作に関する異常診断手段について、図４のガス検知方法を示すフロー図を例にして説明する。

赤外線式ガス検知装置１００のガス検知方法においては、ステップＳ１において赤外線式ガス検知装置１００の電源をＯＮし、ステップＳ２において赤外線光源２０の電源をＯＮした後、大気ガスの赤外線非吸収波長帯域を利用して、可変式波長選択フィルタ３０の波長選択動作に関する異常の有無を診断する。

図５〜図７は、「赤外線工学」（久野治義著）に開示された、０．６〜１９μｍの波長帯域における赤外線の大気透過率を示した図である。図５〜図７からわかるように、１．５５μｍ以上、１．７５μｍ以下の帯域、２．０５μｍ以上、２．３３μｍ以下の帯域、３．５μｍ以上、４．１６μｍ以下の帯域、および９．４μｍ以上、１２．４μｍ以下の帯域では、赤外線の透過率がほぼ１００％となっており、上記可変式波長選択フィルタ３０の波長選択動作に関する異常診断は、これら大気ガスの赤外線非吸収波長帯域を利用する。

再び図３に戻って説明すると、ステップＳ２で赤外線光源２０の電源をＯＮした後、ステップＳ３において、可変式波長選択フィルタ３０の選択波長が上記赤外線非吸収波長帯域内にある所定の第１診断用波長λＦ１となるように、可変式波長選択フィルタ３０を駆動する。例えば、第１診断用波長λＦ１を、２．０５μｍ以上、２．３３μｍ以下の赤外線非吸収波長帯域内にある、２．１μｍとする。次に、ステップＳ４で第１診断用波長λＦ１における赤外線光量を赤外線受光素子４０で測定し、ステップＳ５において赤外線受光素子４０の出力ＶＦ１をメモリに記録する。

次に、再びステップＳ３に戻り、可変式波長選択フィルタ３０の選択波長が上記第１診断用波長λＦ１と異なる別の赤外線非吸収波長帯域内にある第２診断用波長λＦ２となるように、可変式波長選択フィルタ３０を駆動する。例えば、第２診断用波長λＦ２を、２．０５μｍ以上、２．３３μｍ以下の赤外線非吸収波長帯域内にある、２．３μｍとする。尚、この例では第２診断用波長λＦ２が第１診断用波長λＦ１と同じ赤外線非吸収波長帯域内にあるが、第１診断用波長λＦ１と第２診断用波長λＦ２は、異なる赤外線非吸収波長帯域内にあってもよい。次に、ステップＳ４で第２診断用波長λＦ１における赤外線光量を赤外線受光素子４０で測定し、ステップＳ５において赤外線受光素子４０の出力ＶＦ２をメモリに記録する。

次に、ステップＳ６において、第１診断用波長λＦ１における出力ＶＦ１と第２診断用波長λＦ２における出力ＶＦ２の比ＶＦ１／ＶＦ２を演算し、この比ＶＦ１／ＶＦ２がほぼ１であるか否かをステップＳ７において判定する。第１診断用波長λＦ１と第２診断用波長λＦ２とでは、波長が近いため赤外線光源２０が放射する赤外線光量はほとんど変わらず、どちらも赤外線非吸収波長帯域内にある。このため、比ＶＦ１／ＶＦ２がほぼ１であれば、次の光源診断のステップＳ９へと進む。一方、比ＶＦ１／ＶＦ２が１からずれていれば、可変式波長選択フィルタ３０の波長選択動作に異常が有り、第１診断用波長λＦ１と第２診断用波長λＦ２の少なくとも一方が赤外線非吸収波長帯域から外れたと考えられる。従って、この場合にはステップ８へ進み、可変式波長選択フィルタ３０の異常発生を表示する。

以上の説明から明らかなように、上記した異常診断においては、診断用の２つの赤外線波長λＦ１，λＦ２が、赤外線非吸収波長帯域における両端の赤外線波長であることが好ましい。この場合には、可変式波長選択フィルタ３０による赤外線波長の選択にわずかな波長ずれがあった場合においても、上記赤外線非吸収波長帯域における両端の赤外線波長λＦ１，λＦ２において測定された赤外線光量の比は、１から大きくずれることとなる。従って、可変式波長選択フィルタ３０による赤外線吸収波長のわずかな選択不具合についても確実に防止して、被測定ガスの濃度をより正確に検知することができる。

また、以上説明した可変式波長選択フィルタ３０の波長選択動作に関する異常診断では、赤外線非吸収波長帯域にある所定の２つの赤外線波長λＦ１，λＦ２において赤外線光量の測定を実施し、これら赤外線光量の比ＶＦ１／ＶＦ２によって異常の有無を診断した。これによれば、赤外線光源２０の劣化によって放射される赤外線光量が低下した場合であっても、当該赤外線光量の低下に影響されずに、可変式波長選択フィルタ３０の波長選択動作に関する異常の有無を診断することができる。しかしながらこれに限らず、赤外線非吸収波長帯域にある所定の波長λＦ０で赤外線光源２０が放射する赤外線光量（出力Ｖ０）が予めわかっている場合には、この波長λＦ０においてのみ赤外線光量（出力ＶＦ０）の測定を実施し、比ＶＦ０／Ｖ０によって異常の有無を診断するようにしてもよい。

再び図４に戻り、可変式波長選択フィルタ３０の異常無しを確認したら、次にステップ９へ進む。ステップＳ９以降は従来の赤外線式ガス検知装置のガス検知方法において行う一般的なステップと同様であり、以下に簡略化して説明する。

赤外線光源２０の劣化による異常の有無を診断するため、ステップＳ９において、可変式波長選択フィルタ３０の選択波長を光源診断用波長λＬとなるように、可変式波長選択フィルタ３０を駆動する。次に、ステップＳ１０で光源診断用波長λＬにおける赤外線光量を赤外線受光素子４０で測定し、ステップＳ１１において出力ＶＬが規定値以上にあるか否かをステップＳ１１において判定する。出力ＶＬが規定値以上であれば、次の測定のステップＳ１３へと進む。一方、出力ＶＬが規定値より小さければ、赤外線光源２０に異常が有り、放射する赤外線光量が低下したと考えられる。従って、この場合にはステップ１２へ進み、赤外線光源２０の異常発生を表示する。

赤外線光源２０の異常無しを確認したら、次にステップ１３へ進む。

被測定ガスの濃度を測定するため、ステップＳ１３において、可変式波長選択フィルタ３０の選択波長を被測定ガスの赤外線吸収波長λＳ１となるように、可変式波長選択フィルタ３０を駆動する。次に、ステップＳ１４で赤外線吸収波長λＳ１における赤外線光量を赤外線受光素子４０で測定し、ステップＳ１５において赤外線受光素子４０の出力ＶＳ１をメモリに記録する。次に、ステップＳ１６において出力ＶＳ１から被測定ガスの濃度Ｎ１を算出し、ステップＳ１７において算出された被測定ガスの濃度Ｎ１を表示する。被測定ガスが複数個ある場合には、上記ステップ１３〜ステップ１７を繰り返す。

最後に、ステップＳ１８において赤外線光源２０の電源をＯＦＦし、ステップＳ１９において赤外線式ガス検知装置１００の電源をＯＦＦして、被測定ガスの濃度測定を終了する。尚、図４のフロー図は、赤外線式ガス検知装置１００の電源ＯＮ毎に可変式波長選択フィルタ３０の波長選択動作に関する異常診断を実施するステップ構成となっているが、さらに細かくして、被測定ガスの濃度を検知する毎に異常の有無の診断を実施するようにしてもよい。

以上、図４のガス検知方法を示すフロー図を例にして説明したように、上記した赤外線式ガス検知装置１００は、可変式波長選択フィルタ３０により、大気ガスの赤外線非吸収波長帯域にある赤外線波長を選択し、選択された赤外線波長における赤外線光量を赤外線受光素子４０により測定して参照赤外線光量と比較することにより、可変式波長選択フィルタ３０の波長選択動作に関する異常の有無を診断する、異常診断手段を備えている。この異常診断手段は、大気ガスの赤外線非吸収波長帯域にある赤外線波長を用いて可変式波長選択フィルタ３０の波長選択動作に関する異常の有無を診断するものであり、診断のための特定ガスを必要としないため、短時間で簡単に異常の有無を診断することができる。この異常診断手段により、上記赤外線式ガス検知装置１００においては、可変式波長選択フィルタ３０による赤外線吸収波長の選択不具合を防止して、被測定ガスの濃度を正確に検知することができる。

以上のように上記赤外線式ガス検知装置１００は、複数の被測定ガスの濃度を測定できる小型で安価な赤外線式ガス検知装置であって、異常診断手段により可変式波長選択フィルタ３０による赤外線吸収波長の選択不具合を防止して、被測定ガスの濃度を正確に検知することができる。従って、上記赤外線式ガス検知装置１００は、過酷な環境下で使用される車載用の赤外線式ガス検知装置として好適である。

上記したように、赤外線式ガス検知装置１００を車の排気ガス成分の検知に用いる場合には、主なガス成分がＣＯｘ、ＮＯｘ、ＳＯｘ等となり、これらガス成分の赤外線吸収波長は３〜８μｍの赤外線波長帯域にある。従って、赤外線式ガス検知装置１００が車載用の赤外線式ガス検知装置である場合には、２．０５μｍ以上、２．３３μｍ以下の帯域と、９．４μｍ以上、１２．４μｍ以下の帯域の２つの赤外線非吸収波長帯域において、異常の有無を診断することが好ましい。これらの赤外線非吸収波長帯域は、測定範囲である赤外線波長帯域３〜８μｍに隣接した大気ガスの赤外線非吸収波長帯域であり、他の大気ガスの赤外線非吸収波長帯域において診断する場合に較べて、被測定ガスである排気ガス成分の濃度をより正確に検知することができる。

赤外線光源、可変式波長選択フィルタ、および赤外線受光素子を備えてなる赤外線式ガス検知装置の一例で、赤外線式ガス検知装置１００の模式的な断面図である。図１の赤外線式ガス検知装置１００の制御系統を示すブロック図である。可変式波長選択フィルタの一例で、可変式波長選択フィルタ３０の模式的な断面図である。本発明の赤外線式ガス検知装置およびそのガス検知方法を説明するため図で、赤外線式ガス検知装置１００のガス検知方法を示すフロー図である。赤外線の大気透過率を示した図である。赤外線の大気透過率を示した図である。赤外線の大気透過率を示した図である。特許文献１に開示された赤外線式ガス検知装置の可変式波長選択フィルタの構成を示す断面図である。

符号の説明

１００赤外線式ガス検知装置
２０赤外線光源
３０可変式波長選択フィルタ
３１基板
３３第１ミラー
３４第２ミラー
Ｇギャップ
３５第１電極
３６第２電極
４０赤外線受光素子
５０ハウジング
６０制御回路（基板）

Claims

赤外線光源、可変式波長選択フィルタ、および赤外線受光素子を同一ハウジング内に備え、前記赤外線光源から前記赤外線受光素子に到る赤外線の光路内に被測定ガスが導入され、前記光路内に配置された前記可変式波長選択フィルタにより被測定ガスに固有の赤外線吸収波長が選択され、前記選択された赤外線吸収波長における赤外線光量を赤外線受光素子により測定して被測定ガスの濃度を検知する赤外線式ガス検知装置であって、
前記可変式波長選択フィルタにより、大気ガスの赤外線非吸収波長帯域にある所定の２つの赤外線波長を選択し、前記選択された赤外線波長における赤外線光量を前記赤外線受光素子により測定して、前記２つの赤外線波長において測定された赤外線光量の比の１からのずれにより、可変式波長選択フィルタの波長選択動作に関する異常の有無を診断する、異常診断手段を備えてなることを特徴とする赤外線式ガス検知装置。
前記２つの赤外線波長が、前記赤外線非吸収波長帯域における両端の赤外線波長であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線式ガス検知装置。
前記赤外線非吸収波長帯域が、
１．５５μｍ以上、１．７５μｍ以下の帯域、２．０５μｍ以上、２．３３μｍ以下の帯域、３．５μｍ以上、４．１６μｍ以下の帯域、および９．４μｍ以上、１２．４μｍ以下の帯域のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線式ガス検知装置。
前記可変式波長選択フィルタが、
基板に設けられた第１ミラーと、前記第１ミラーとの間にギャップを形成し、外力が加えられることにより第１ミラーに対して変位可能に対向配置される第２ミラーと、前記第１ミラーに設けられる第１電極と、前記第２ミラーに設けられ前記第１電極に対向配置される第２電極とを有してなり、
前記第１電極と第２電極との間に電位差を与えることにより前記第２ミラーを変位させ、前記赤外線光源からの赤外線を波長選択的に透過させる、
ファブリペロー干渉を用いた可変式波長選択フィルタであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の赤外線式ガス検知装置。
前記赤外線式ガス検知装置が、車載用の赤外線式ガス検知装置であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の赤外線式ガス検知装置。
赤外線光源、可変式波長選択フィルタ、および赤外線受光素子を同一ハウジング内に備え、前記赤外線光源から前記赤外線受光素子に到る赤外線の光路内に、被測定ガスが導入され、前記光路内に配置された前記可変式波長選択フィルタにより、前記被測定ガスに固有の赤外線吸収波長が選択され、前記選択された赤外線吸収波長における赤外線光量を前記赤外線受光素子により測定して、被測定ガスの濃度を検知する赤外線式ガス検知装置のガス検知方法であって、
前記被測定ガスの濃度を検知する前に、
前記可変式波長選択フィルタにより、大気ガスの赤外線非吸収波長帯域にある所定の２つの赤外線波長を選択し、前記選択された赤外線波長における赤外線光量を前記赤外線受光素子により測定して、前記２つの赤外線波長において測定された赤外線光量の比の１からのずれにより、前記可変式波長選択フィルタの波長選択動作に関する異常の有無を診断することを特徴とする赤外線式ガス検知装置のガス検知方法。
前記２つの赤外線波長が、前記赤外線非吸収波長帯域における両端の赤外線波長であることを特徴とする請求項６に記載の赤外線式ガス検知装置のガス検知方法。
前記赤外線式ガス検知装置が、車載用の赤外線式ガス検知装置であり、
前記赤外線非吸収波長帯域が、２．０５μｍ以上、２．３３μｍ以下の帯域と、９．４μｍ以上、１２．４μｍ以下の帯域であり、
当該２つの赤外線非吸収波長帯域において、前記異常の有無を診断することを特徴とする請求項６または７に記載の赤外線式ガス検知装置のガス検知方法。
前記診断を、前記赤外線式ガス検知装置の電源ＯＮ毎に実施することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の赤外線式ガス検知装置のガス検知方法。