JP4758769B2 - ガス検知装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、単一波長の半導体レーザの光を、往路用の光ファイバを介してメタンガスが含まれるガスセルに導き、ガスセル内を透過した光を復路用の光ファイバを介して受光素子に導くガスセンサが開示されている。これは、半導体レーザが照射した光と、受光素子が受光した光との強度の差により、ガスセル内でメタンガスに吸収された光の強度が判り、この強度よりメタンガスの濃度が判るというものである。
しかし、光ファイバは小さな径で曲げることはできず、また、過度な曲げによってストレスを与えることも好ましくない。このため、これを機械的に保護するために、大きなケースが必要となったり、配線を誘導する部材が必要となったりする場合がある。これにより、ガスセンサ自体の構造が大型化したり、部品点数が増えたりし、コストアップの要因ともなる。また、ガスセンサが大型化すると、ガス管などへの設置が困難となる場合もある。
側面に前記測定対象のガスが流入する複数の孔を備えた筒状のガス導入部と、前記ガス導入部の一方の端部に備えられ、前記ガス導入部の内壁に接触して保持された鏡と、前記ガス導入部の他方の端部に備えられ、前記ガス導入部の内壁に接触して保持されると共に、前記赤外線を前記ガス導入部の筒内に投光する投光管、及び前記鏡に反射して前記ガス導入部から筒外に射出される前記赤外線を受光する受光管の2本の光ファイバを単一のレンズとを直接接合させたレンズユニットと、を備え、前記ガス導入部の内壁は、両端部側が中央部に比べて大きな内径を有し、前記両端部側と前記中央部側との境界部分が、前記ガス導入部の軸心に直交且つ互いに平行する面となった2つの段部を有し、これら段部で前記鏡及び前記レンズユニットを係止すると共に、前記軸心に沿って筒内に向かって前記鏡及び前記レンズユニットの少なくとも一方を押圧する押圧部を有することを特徴とする。
また、ガス導入部の軸心に沿って筒内に向かって鏡及びレンズユニットの少なくとも一方が押圧されるので、精度よく取り付けられた光学系を確実に保持することができる。
本発明のガス検知装置10は、測定対象のガス雰囲気中に透過させた赤外線の強度変化に基づいて、ガス雰囲気中の被検知ガスの濃度を測定するものである。例えば、空気や窒素などに含有されるメタンガスを検知する場合、これらの混合気が測定対象のガスであり、メタンガスが被検知ガスである。メタンガスは、特定の波長の光を吸収する性質を有している。従って、光源の波長を赤外領域であるメタンガス吸収線(波長λ=1.6537μm)付近に一致させ、この光を測定対象のガス雰囲気中に透過させる。このガス雰囲気中にメタンガスの含有量が多ければ、透過させた光の強度は、赤外吸収によって減衰する。この減衰量を検出することにより、測定対象のガス雰囲気中の被検知ガスの濃度を測定する。
ガス導入部1は、円筒、四角筒、三角筒、六角筒、八角筒など、筒状であれば断面の形状は特に問わないが、以下、本例では円筒形を例として説明する。鏡2は、ガス導入部1の一方の端部に備えられ、ガス導入部の内壁に接触して保持される。レンズユニット3は、ガス導入部1の他方の端部、即ち、鏡2とは反対側の端部に備えられ、ガス導入部1の内径に接触して保持される。レンズユニット3は、赤外線をガス導入部1の筒内に投光する投光管4aと、鏡2に反射してガス導入部1から筒外に出射される赤外線を受光する受光管4bとの2本の光ファイバ4を有する。これら2本の光ファイバ4が、単一のコリメータレンズであるレンズ30と接合されてレンズユニット3を構成する。
この孔5をレンズユニット3のレンズ30の直前や鏡2の鏡面21の直前に設けると、レンズ30や鏡2の表面が汚れた場合に、綿棒等で汚れを拭き取るための穴(清掃孔51、52)としても利用することができる。
この切削により、両端部には段部6、7が形成される。共に軸心Xに直交する段部6、7の切削面61、71は、非常に高い精度で軸心Xに対して直交する。従って、それぞれガス導入部1の外側に向いた切削面61、71は、互いに平行となる。
レンズ30の凸形状を有しない側の端面33近傍に、2本の光ファイバ4を並べて配置し、光ファイバ4a、4b間の結合効率が最大になるように光軸調整を行う。つまり、2本の光ファイバ4の端面を揃えて並べ、投光管4aから赤外線を投光し、反射面(鏡面21)で反射させて受光管4bが受光した赤外線をモニタする。そして、微調整を行って、最大出力を示す位置を決定する。
そして、図6に示すように、必要に応じてガス導入部1の端部14を図示B方向に折り曲げてレンズユニット3がガス導入部1から抜けないように筒内に向かって押圧する。従って、端部14は、レンズ押圧部9(押圧部)として機能する。もちろん、接着剤を用いてレンズユニット3をガス導入部1に固定してもよい。また、光ファイバ4の過度の折り曲げを防止するために、レンズ30と光ファイバ4との接合部から光ファイバ4の被覆42を覆う部分までゴム製カバー41が備えられる(図1参照)。
この方法では、レンズ30Aと光ファイバ4との固定に、透明のUV硬化接着剤11Aを用いる。図7に示すように、接着剤11Aが硬化していない状態で光ファイバ4に、計測用の光を入れながら位置調整を行う。つまり、2本の光ファイバ4の端面を揃えて並べ、計測用の光を投光管4aから投光する。そして、反射面(鏡面21)で反射し、受光管4bを介して受光した光量をモニタする。光量が最大となる位置(焦点位置32に相当する。)で位置調整を終了し、UV光を当てて接着材11Aを硬化させ、レンズ30Aと光ファイバ4とを固定する。接着剤11Aはその屈折率がレンズ30Aまたは光ファイバ4と同じか、それらの中間値のものを用い、接着面での反射等が生じにくいようにする。
前者の場合、各部品の公差が製品としてのガス検知装置10の性能基準を満たす範囲に収まるのであれば、部品単体として単独で製造することができるので生産性の向上に寄与する方法である。
後者の場合には、製品となるガス検知装置10ごとに、調整されるので、高精度な光軸調整が期待でき、性能の向上に寄与する方法である。
上記説明においては、鏡2は鏡面21が段部6の切削面61に係止されることにより、レンズユニット3はレンズ30(30A)の基準面31が段部7の切削面71に係止されることにより、位置決めされる。製品となるガス検知装置10ごとに、レンズユニット3が作製される場合には、個々に調整されるので比較的精度良く光軸調整が行われる。しかし、独立して作製されたレンズユニット3を用いて、ガス検知装置10が組み立てられる場合には、公差などにより光軸調整の精度が損なわれる可能性もある。
そこで、図8に示す別実施形態では、鏡2及びレンズユニット3の少なくとも何れか一方の、ガス導入部1の内壁12に接触する当たり部が凸面形状に形成されるようにした。
このように凸面形状とすると、例えば鏡2の鏡面21とガス導入部1の軸心Xとの角度を、90度を中心として微調整することができる。レンズユニット3に関しても同様である。
上記実施形態においては、例えば図1に示したように、一つの孔5の穿孔方向と、他の孔5の穿孔方向とが一直線上に乗っている。このため、孔5から流入した被検知ガスがガス導入部1に滞留せずに、筒外に出てしまう可能性がある。
図9及び図10に示すように、一つの孔5の穿孔方向と他の孔5の穿孔方向とが、一直線上に乗らないようにして孔5が設けられると、このような問題を抑制することができる。図10に示すように、孔5が穿孔方向において内壁と対向するようにして、孔5を設けると、一つの孔5の穿孔方向と他の孔5の穿孔方向とが、一直線上に乗らないようにすることができる。
また、図11に示すように、穿孔方向を軸心Xとは直交しない方向に傾けて孔5を設けても同様の効果を得ることができる。ここで、孔5を自然拡散孔としてだけでなく、清掃孔51、52としても用いる場合には、図示のように清掃孔51、52のみ軸心Xと直交する穿孔方向としてもよい。
本発明のガス検知装置10を屋外で使用する場合には、雨などの水がガス導入部1の内部に流れ込むことがある。そこで、図12に示すように、ガス導入部1の周りに、筒状の撥水性多孔質の膜15(多孔質部)を脱着可能に取り付ける。このように構成すれば、雨などの水がガス導入部1に流れ込むことがない。増水などにより、水没したとしても内部には浸水がなく、周囲の水が無くなれば、測定対象のガスの流入が再開される。
図12に示すように、脱着可能な膜15を設ける他、ガス導入部1を多孔質で構成してもよい。この場合、ガス導入部1が多孔質部ともなる。脱着可能な膜15を設けた場合には、この膜15が目詰まりなどを起こした場合に、膜15の交換や取り外しによって、ガス導入部1へのガスの拡散を確保することができる。
尚、多孔質部(多孔質の膜15を含む)は、焼結金属を用いて構成することができる。
工場などで可燃性のガス(例えばメタンガス)を施設や機器に供給する場合、安全のために図13に示すように、ガス管を二重にする場合がある。内側の内管100にはメタンガスを通し、内管100と外管200との間には、不活性ガスとして窒素を封入する。そして、内管100にガス漏れが発生して外管200と内管100との間にメタンガスが漏れ出したていないかどうかを検知するため、図示のように外管200にガス検知装置10が設置されることがある。
2:鏡
3:レンズユニット
30:レンズ、30A:レンズ
4:光ファイバ
4a:投光管、4b:受光管
5:孔
6:段部
8:鏡押圧部材(押圧部)
9:レンズ押圧部(押圧部)
10:ガス検知装置
12:内壁
15:多孔質カバー(多孔質部)
X:軸心
Claims (6)
- 測定対象のガス雰囲気中に透過させた赤外線の強度変化に基づいて、前記ガス雰囲気中の被検知ガスの濃度を測定するガス検知装置であって、
側面に前記測定対象のガスが流入する複数の孔を備えた筒状のガス導入部と、
前記ガス導入部の一方の端部に備えられ、前記ガス導入部の内壁に接触して保持された鏡と、
前記ガス導入部の他方の端部に備えられ、前記ガス導入部の内壁に接触して保持されると共に、前記赤外線を前記ガス導入部の筒内に投光する投光管、及び前記鏡に反射して前記ガス導入部から筒外に射出される前記赤外線を受光する受光管の2本の光ファイバを単一のレンズとを直接接合させたレンズユニットと、を備え、
前記ガス導入部の内壁は、両端部側が中央部に比べて大きな内径を有し、前記両端部側と前記中央部側との境界部分が、前記ガス導入部の軸心に直交且つ互いに平行する面となった2つの段部を有し、これら段部で前記鏡及び前記レンズユニットを係止すると共に、前記軸心に沿って筒内に向かって前記鏡及び前記レンズユニットの少なくとも一方を押圧する押圧部を有するガス検知装置。 - 前記鏡及び前記レンズユニットの少なくとも何れか一方は、前記ガス導入部の内壁に接触する当たり部が凸面形状に形成される請求項1に記載のガス検知装置。
- 前記孔は、一つの孔の穿孔方向と他の孔の穿孔方向とが、一直線上に乗らないようにして設けられる請求項1又は2に記載のガス検知装置。
- 前記ガス導入部は、多孔質部を有する請求項1〜3の何れか一項に記載のガス検知装置。
- 前記多孔質部は、前記ガス導入部の外側を覆う多孔質膜である請求項4に記載のガス検知装置。
- 前記多孔質部は撥水性を有する請求項4又は5に記載のガス検知装置。
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