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JPH0772078A - Infrared gas sensor - Google Patents

Infrared gas sensor

Info

Publication number
JPH0772078A
JPH0772078A JP21871993A JP21871993A JPH0772078A JP H0772078 A JPH0772078 A JP H0772078A JP 21871993 A JP21871993 A JP 21871993A JP 21871993 A JP21871993 A JP 21871993A JP H0772078 A JPH0772078 A JP H0772078A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
wavelength
detected
filter
light source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP21871993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuro Kawamura
達朗 河村
Takayuki Takeuchi
孝之 竹内
Kenji Iijima
賢二 飯島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP21871993A priority Critical patent/JPH0772078A/en
Publication of JPH0772078A publication Critical patent/JPH0772078A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an infrared gas sensor which can detect the generation and increase of a to-be-detected gas without being influenced by the generation and increase of a disturbing gas present at the same time. CONSTITUTION:A light of a first wavelength lambda1 of an absorption spectrum of a to-be-detected gas and a light of a second wavelength lambda2. different from the first wavelength are applied to a to-be-detected space 10 to measure a concentration of a disturbing gas by the use of the light of the second wavelength lambda2. An output of a sensor 7 corresponding to the light of the second wavelength lambda2 is subtracted from an output of a sensor 6 corresponding to the light of the first wavelength lambda1 by a differentiator 8 for compensation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、被検出空間における特
定のガスの発生及び増加を、当該被検出空間に共存する
他のガスの発生及び増加による影響を受けることなく検
出するガスセンサーに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor for detecting the generation and increase of a specific gas in a detected space without being affected by the generation and increase of other gases coexisting in the detected space.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、ガスセンサーとして、例えば
接触型化学センサーや赤外線分析計等が知られている。
接触型化学センサーは、センサー材料へのガス吸着によ
る熱化学的変化や電気化学的変化を測定するものであ
る。また、赤外線分析計は、基準セル、試料セル、干渉
セル等の数々のセルに赤外線を投射し、その吸収をコン
デンサーマイクロフォンで検出し、試料セル中のガス成
分を分析するものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a gas sensor, for example, a contact chemical sensor, an infrared analyzer, etc. have been known.
The contact-type chemical sensor measures thermochemical changes and electrochemical changes due to gas adsorption on the sensor material. An infrared analyzer projects infrared rays onto various cells such as a reference cell, a sample cell, and an interference cell, detects the absorption by a condenser microphone, and analyzes the gas component in the sample cell.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、接触型化学セ
ンサーの場合、センサー自身に被測定ガスが直接接触し
ない限り被測定ガスの発生又は増加を検出することがで
きない。従って、ガスの拡散速度をVd、許容検出時間
遅れをTdとすると、ガスの発生点からセンサーまでの
距離LはVd×Td以下にしなければならないという問
題点を有していた。また、一般的にガス選択性が悪く被
測定ガス以外のガスの発生による誤動作も多いという問
題点も有していた。一方、赤外線分析計の場合、赤外線
を透過する素材(CaF2、MgF2等)で作製されたセ
ル容器を複数用い、そのうち試料セルには吸引装置を付
加しなければならないため、装置の構成が大規模かつ複
雑になると言う問題点を有していた。本発明は、被検出
空間が大きく、共存ガスの影響を受けず、かつ簡単な構
成の赤外線式ガスセンサーを提供することを目的とす
る。
However, in the case of the contact type chemical sensor, the generation or increase of the measured gas cannot be detected unless the measured gas directly contacts the sensor itself. Therefore, if the gas diffusion rate is Vd and the allowable detection time delay is Td, the distance L from the gas generation point to the sensor must be Vd × Td or less. In addition, there is a problem that gas selectivity is generally poor and that many malfunctions occur due to the generation of gases other than the gas to be measured. On the other hand, in the case of an infrared analyzer, a plurality of cell containers made of a material that transmits infrared rays (CaF 2 , MgF 2, etc.) is used, and a suction device must be added to the sample cell, so the device configuration is It had a problem that it became large and complicated. An object of the present invention is to provide an infrared gas sensor which has a large space to be detected, is not affected by coexisting gas, and has a simple structure.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の赤外線式ガスセンサーは、光源と、
前記光源から発せられた光を被検出空間に投射する光学
系と、第1の波長λ1の光のみを所定の透過率Tf1で
透過する第1のフィルターと、前記被検出空間及び前記
第1のフィルターを透過した光の強度を測定する第1の
光センサーと、前記第1の波長λ1とは異なる第2の波
長λ2の光のみを所定の透過率Tf2で透過する第2の
フィルターと、前記被検出空間及び前記第2のフィルタ
ーを透過した光の強度を測定する第2の光センサー2
と、前記第1の光センサーの出力から前記第2の光セン
サーの出力を減算する減算手段と、前記減算手段からの
出力信号から前記被検出空間における前記第1の波長λ
1の光を吸収する被検出ガスの発生及び増加を検出する
検出手段とを具備するように構成されている。上記構成
において、光源は点滅可能であり、検出手段は、減算手
段からの出力を光源を点滅駆動するための駆動信号を参
照信号として位相検波することが好ましい。また、常時
点灯する光源を機械的チョッパーにより点滅させること
が好ましい。また、本発明の第2の赤外線式ガスセンサ
ーは、光源と、前記光源から発せられた光を被検出空間
に投射する光学系と、第1の波長λ1の光のみを所定の
透過率Tf1で透過する第1のフィルターと、前記第1
の波長λ1とは異なる第2の波長λ2の光のみを所定の
透過率Tf2で透過する第2のフィルターと、前記第1
及び第2のフィルターを交互に切り替える切り換え手段
と、前記被検出空間及び前記切り換え手段にり切り替え
られた前記第1又は第2のフィルターを透過した光の強
度を測定する光センサーと、前記切り換え手段の切り替
え信号を参照信号として前記光センサーの出力を位相検
波し、前記被検出空間における前記第1の波長λ1の光
を吸収する被検出ガスの発生及び増加を検出する検出手
段とを具備するように構成されている。上記構成におい
て、切り換え手段は、第1及び第2のフィルターを有
し、所定方向に回転するチョッピングブレードであるこ
とが好ましい。また、本発明の第3の赤外線式ガスセン
サーは、点滅可能な第1の光源と、第1の波長λ1の光
のみを所定の透過率Tf1で透過する第1のフィルター
と、前記第1の光源から発せられ前記第1のフィルター
を透過した光を被検出空間に投射する第1の光学系と、
点滅可能な第2の光源と、前記第1の波長λ1とは異な
る第2の波長λ2の光のみを所定の透過率Tf2で透過
するフィルター2と、前記第2の光源から発せられ前記
第2のフィルターを透過した光を前記被検出空間に投射
する第2の光学系と、前記被検出空間を透過した前記第
1の光源からの光及び前記第2の光源からの光のそれぞ
れの強度を測定する光センサーと、前記第1又は第2の
光源の点滅信号を参照信号として前記光センサーの出力
を位相検波し、前記被検出空間における前記第1の波長
λ1の光を吸収する被検出ガスの発生及び増加を検出す
る検出手段とを具備するように構成されている。上記構
成において、第1の光学系と第2の光学系とは同一の光
学系を兼用したものであることが好ましい。また、本発
明の第4の赤外線式ガスセンサーは、光源と、前記光源
から発せられた光を被検出空間に投射する光学系と、第
1の波長λ1の光のみを所定の透過率Tf1で透過する
第1のフィルターと、前記被検出空間及び前記第1のフ
ィルターを透過した光の強度を測定する第1の光センサ
ーと、前記第1の光センサーの出力を対数信号に変換す
る第1の対数変換手段と、前記第1の波長λ1とは異な
る第2の波長λ2の光のみを所定の透過率Tf2で透過
する第2のフィルターと、前記被検出空間及び前記第2
のフィルターを透過した光の測定を検知する第2の光セ
ンサーと、前記第2の光センサーの出力を対数信号に変
換する第2の対数変換手段と、前記第2の対数変換回路
の出力強度を調整する利得調整手段と、前記第1の対数
変換手段の出力から前記利得調整手段の出力を減算する
減算手段と、前記減算手段からの出力信号から前記被検
出空間における前記第1の波長λ1の光を吸収する被検
出ガスの発生及び増加を検出する検出手段とを具備する
ように構成されている。
To achieve the above object, a first infrared gas sensor according to the present invention comprises a light source,
An optical system that projects the light emitted from the light source into the detection space, a first filter that transmits only light of the first wavelength λ1 with a predetermined transmittance Tf1, the detection space and the first space. A first optical sensor for measuring the intensity of light transmitted through the filter; a second filter for transmitting only light of a second wavelength λ2 different from the first wavelength λ1 with a predetermined transmittance Tf2; A second optical sensor 2 for measuring the intensity of light transmitted through the space to be detected and the second filter.
And subtracting means for subtracting the output of the second optical sensor from the output of the first optical sensor, and the first wavelength λ in the detected space from the output signal from the subtracting means.
It is configured to include a detection unit that detects the generation and increase of the gas to be detected that absorbs one light. In the above structure, it is preferable that the light source is capable of blinking, and the detecting means phase-detects the output from the subtracting means with a drive signal for blinking the light source as a reference signal. Further, it is preferable to blink the light source that is always turned on by a mechanical chopper. The second infrared gas sensor of the present invention includes a light source, an optical system for projecting light emitted from the light source into a space to be detected, and only light having a first wavelength λ1 at a predetermined transmittance Tf1. A first filter that transmits the light;
A second filter for transmitting only light of a second wavelength λ2 different from the wavelength λ1 of the second wavelength λ1 at a predetermined transmittance Tf2;
And a switching means for alternately switching the second filter, an optical sensor for measuring the intensity of light transmitted through the detected space and the first or second filter switched to the switching means, and the switching means. And a detection means for phase-detecting the output of the photosensor using the switching signal as a reference signal to detect the generation and increase of the gas to be detected that absorbs the light of the first wavelength λ1 in the space to be detected. Is configured. In the above structure, it is preferable that the switching means is a chopping blade having first and second filters and rotating in a predetermined direction. In addition, a third infrared gas sensor of the present invention includes a first light source that can blink, a first filter that transmits only light of a first wavelength λ1 at a predetermined transmittance Tf1, and the first infrared sensor. A first optical system that projects light emitted from a light source and transmitted through the first filter into a space to be detected;
A blinkable second light source, a filter 2 for transmitting only light of a second wavelength λ2 different from the first wavelength λ1 with a predetermined transmissivity Tf2, and the second light emitted from the second light source. A second optical system that projects the light transmitted through the filter into the detection space, and the intensities of the light from the first light source and the light from the second light source that pass through the detection space. An optical sensor to be measured, and a detection gas that phase-detects the output of the optical sensor using the blinking signal of the first or second light source as a reference signal and absorbs the light of the first wavelength λ1 in the detection space. And a detection means for detecting the occurrence and increase of In the above structure, it is preferable that the first optical system and the second optical system also serve as the same optical system. The fourth infrared gas sensor of the present invention includes a light source, an optical system for projecting light emitted from the light source into a space to be detected, and only light having a first wavelength λ1 at a predetermined transmittance Tf1. A first filter that transmits the light, a first optical sensor that measures the intensity of light that has passed through the detection space and the first filter, and a first that converts the output of the first optical sensor into a logarithmic signal. Logarithmic conversion means, a second filter that transmits only light of a second wavelength λ2 different from the first wavelength λ1 with a predetermined transmittance Tf2, the detected space and the second
Second optical sensor for detecting the measurement of light transmitted through the filter, second logarithmic conversion means for converting the output of the second optical sensor into a logarithmic signal, and output intensity of the second logarithmic conversion circuit. Gain adjusting means, a subtracting means for subtracting the output of the gain adjusting means from the output of the first logarithmic converting means, and an output signal from the subtracting means for the first wavelength λ1 in the detected space. Detection means for detecting the generation and increase of the gas to be detected which absorbs the light.

【0005】[0005]

【作用】本発明の原理を以下に説明する。酸素、窒素等
の対称2原子分子、ヘリウム、アルゴン等の単原子分子
以外の分子は、赤外領域において各分子固有の吸収スペ
クトルを持っている。従って、被検出ガスの吸収スペク
トルの1つの吸収波長である第1の波長λ1の光を被検
出空間に投射し、この第1の波長λ1の光の吸収率を測
定することにより被検出ガスの発生及び増加を検出する
ことができる。しかし、一般的には、波長λ1の光を吸
収するガスが被検出ガスのみである場合は少なく、同時
に存在する他のガスも吸収を示す場合が多い。例えば、
メタンガスの吸収スペクトルの1つである7.7μm帯
域には、水蒸気の吸収スペクトルが重畳している。この
場合、波長7.7μmの光の吸収率はメタンガスと水蒸
気の濃度によって決定される。従って、この波長の吸収
率のみを測定していると、水蒸気の増加をメタンガスの
増加と誤検出してしまう。水蒸気は赤外域に広範な吸収
スペクトルを有し、これは水の会合状態によっては、更
に広がることがある。このほか、大気中に存在する二酸
化炭素、オゾン等も同様に広範な吸収スペクトルを有し
ており、これらの吸収スペクトルが全く重畳しない波長
に吸収スペクトルを有する分子は限られている。
The principle of the present invention will be described below. Molecules other than symmetrical diatomic molecules such as oxygen and nitrogen and monatomic molecules such as helium and argon have absorption spectra specific to each molecule in the infrared region. Therefore, the light of the first wavelength λ1 which is one absorption wavelength of the absorption spectrum of the gas to be detected is projected into the space to be detected, and the absorptance of the light of the first wavelength λ1 is measured to detect the gas to be detected. Occurrences and increases can be detected. However, in general, the gas that absorbs light of wavelength λ1 is rarely the only gas to be detected, and other gases that are present at the same time often also absorb. For example,
The absorption spectrum of water vapor is superimposed on the 7.7 μm band, which is one of the absorption spectra of methane gas. In this case, the absorption rate of light having a wavelength of 7.7 μm is determined by the concentrations of methane gas and water vapor. Therefore, if only the absorptance at this wavelength is measured, an increase in water vapor will be erroneously detected as an increase in methane gas. Water vapor has a broad absorption spectrum in the infrared region, which may be further spread depending on the association state of water. In addition, carbon dioxide, ozone, and the like existing in the atmosphere also have a wide absorption spectrum, and molecules having an absorption spectrum at wavelengths at which these absorption spectra do not overlap at all are limited.

【0006】妨害ガスの影響を受け易い分子濃度を検出
するには、妨害ガス濃度を他の波長で測定して、これを
用いて補償する必要がある。この詳細な方法を、数式を
用いて以下に説明する。なお、簡単のため吸収率でなく
透過率に置き換えて考える。被検出分子である第1の分
子と妨害分子である第2の分子が共存する大気中(被検
出空間)に光を投射したときの透過率は以下に示す(式
1)の様ないわゆるランベルト・ベールーの法則で表さ
れる。 T(λ)=T1(λ)・T2(λ) ・・・・(式1) ここで、 T1(λ)=EXP(−σ1(λ)・N1・L) T2(λ)=EXP(−σ2(λ)・N2・L) 但し、 T(λ) :波長λの光に対する被検出空間の透過率 T1(λ):第1の分子の吸収による波長λの光に対す
る被検出空間の透過率 T2(λ):第2の分子の吸収による波長λの光に対す
る被検出空間の透過率 σ1(λ):第1の分子の波長λの光に対する吸収断面
積 σ2(λ):第2の分子の波長λの光に対する吸収断面
積 N1 :単位体積当たりの第1の分子の数 N2 :単位体積当たりの第2の分子の数 L :被検出空間中の光路長 である。なお、上記(式1)は第1及び第2の分子の濃
度が十分に低く、互いの吸収断面積が干渉しない時のみ
成立するが、ガスセンサーが使用される一般的状況にお
いては、この条件は満足されていると考えてさしつかえ
ない。
To detect the concentration of molecules susceptible to interfering gases, it is necessary to measure the interfering gas concentration at other wavelengths and use it to compensate. This detailed method will be described below using mathematical expressions. For the sake of simplicity, the transmissivity will be used instead of the absorptivity. The transmittance when light is projected into the atmosphere (detection space) in which the first molecule that is the molecule to be detected and the second molecule that is the interfering molecule coexist is the so-called Lambert as shown in (Equation 1) below. -It is expressed by Beeru's law. T (λ) = T1 (λ) · T2 (λ) ··· (Equation 1) where T1 (λ) = EXP (−σ1 (λ) · N1 · L) T2 (λ) = EXP (− σ2 (λ) · N2 · L) where T (λ): transmittance of the detected space for light of wavelength λ T1 (λ): transmittance of the detected space for light of wavelength λ due to absorption of the first molecule T2 (λ): Transmittance of the space to be detected with respect to light of wavelength λ due to absorption of the second molecule σ1 (λ): Absorption cross section of light of wavelength λ of the first molecule σ2 (λ): Second molecule Cross-section for light of wavelength λ of N1: number of first molecules per unit volume N2: number of second molecules per unit volume L: optical path length in the space to be detected. The above (formula 1) is established only when the concentrations of the first and second molecules are sufficiently low and the absorption cross sections do not interfere with each other, but in a general situation where a gas sensor is used, this condition is satisfied. You can think of yourself as satisfied.

【0007】第1の分子の検出に最も有利である吸収波
長(第1の波長)λ1を、その吸収断面積、光源の分光
放射発散度、光センサーの分光特性等に基づいて決定す
る。この時、第2の分子も第1の波長λ1において吸収
スペクトルを有するものとし、以下に示す条件式(式2
及び2’)を満足させる第2の波長λ2を選択する。 σ1(λ2)=0 ・・・・(式2) σ2(λ1)=σ2(λ2)>0 ・・・・(式2’) ここで、波長λ1、λ2に対する透過率の対数の差をS
lとして(式3)に示す。 Sl=ln(T(λ1))−ln(T(λ2)) =ln(T1(λ1)・T2(λ1)) −ln(T1(λ2)・T2(λ2)) =−σ1(λ1)・N1・L ・・・・(式3) このSlは、第2の分子の濃度N2にかかわらず、第1
の分子の濃度N1に比例する。すなわち、被検出分子の
発生及び増加を、共存する分子の妨害を受けることなく
検出することができる。
The absorption wavelength (first wavelength) λ1 that is most advantageous for detecting the first molecule is determined based on its absorption cross section, the spectral radiant emittance of the light source, the spectral characteristics of the optical sensor, and the like. At this time, it is assumed that the second molecule also has an absorption spectrum at the first wavelength λ1, and the following conditional expression (equation 2
And a second wavelength λ2 that satisfies 2 ′). σ1 (λ2) = 0 ... (Equation 2) σ2 (λ1) = σ2 (λ2)> 0 (Equation 2 ′) where the difference in logarithm of the transmittance with respect to the wavelengths λ1 and λ2 is S
It is shown in (Formula 3) as l. Sl = ln (T (λ1))-ln (T (λ2)) = ln (T1 (λ1) · T2 (λ1))-ln (T1 (λ2) · T2 (λ2)) = -σ1 (λ1) · N1 · L (Equation 3) This Sl is the first regardless of the concentration N2 of the second molecule.
Is proportional to the concentration N1 of the molecule. That is, the generation and increase of the molecule to be detected can be detected without being interfered with by the coexisting molecule.

【0008】メタンガスの吸収断面積σは10-222
度(圧力等によって変化する)である。従って、1気圧
における検出濃度を1ppm=N=2.7×10
19-3,被検出空間の光路長Lを10mとした時、上記
(式1)の指数部分は以下に示す(式4)のようにな
る。 σ・N・L=2.7×10-2<<1 ・・・・(式4) (式4)の条件を満たす時、(式1)を以下に示す(式
5)のように表現してもさしつかえない。 T(λ)=1−σ1(λ)・N1・L−σ2(λ)・N2・L ・・・(式5) ここで、(式2)が成立していると、波長λ1、λ2に
対する透過率の差Sは(式6)のようになる。 S=T(λ1)−T(λ2) =1−σ1(λ1)・N1・L−σ2(λ1)・N2・L −(1−σ1(λ2)・N1・L−σ2(λ2)・N2・L) =−σ1(λ1)・N1・L ・・・・(式6) このSはSlと同様に、第2の分子の濃度N2にかかわ
らず、第1の分子の濃度N1に比例する。
The absorption cross section σ of methane gas is about 10 −22 m 2 (varies depending on the pressure). Therefore, the detected concentration at 1 atm is 1 ppm = N = 2.7 × 10
When the optical path length L of the detected space is 19 m -3 and 10 m, the exponent part of the above (Equation 1) is as shown in the following (Equation 4). σ · N · L = 2.7 × 10 −2 << 1 ... (Equation 4) When the condition of (Equation 4) is satisfied, (Equation 1) is expressed as (Equation 5) below. But it doesn't matter. T ([lambda]) = 1- [sigma] 1 ([lambda]) N1.L- [sigma] 2 ([lambda]) N2.L (Equation 5) Here, if (Equation 2) is satisfied, wavelengths λ1 and λ2 are satisfied. The transmittance difference S is expressed by (Equation 6). S = T (λ1) -T (λ2) = 1-σ1 (λ1) · N1 · L-σ2 (λ1) · N2 · L- (1-σ1 (λ2) · N1 · L-σ2 (λ2) · N2 .L) =-. Sigma.1 (.lamda.1) .N1.L ... (Equation 6) This S is proportional to the concentration N1 of the first molecule regardless of the concentration N2 of the second molecule, like S1. .

【0009】次に、Sl、Sは(式2)の成立時のみ有
効であるので、(式2)の第2式(式2’)が成立しな
い時、すなわち第2の分子の波長λ1とλ2に対する吸
収断面積が等しくない時(第2の分子の吸収スペクトル
の分布から、この様にλ2を選択せざる得ない時がしば
しばある)を考える。それらの比をBとして(式7)に
示す。 B・σ2(λ1)=σ2(λ2) ・・・・(式7) (式7)が成立する時、波長λ1に対する透過率の対数
と、波長λ2に対する透過率の対数の1/Bとの差をS
l’として(式8)に示す。 Sl’=ln(T(λ1))−(1/B)・ln(T(λ2)) =−σ1(λ1)・N1・L−σ2(λ1)・N1・L +σ1(λ2)・N1・L/B+σ2(λ2)・N1・L/B =−σ1(λ1)・N1・L ・・・・(式8)
Next, since S1 and S are valid only when (Equation 2) is established, when the second equation (Equation 2 ') of (Equation 2) is not established, that is, the wavelength λ1 of the second numerator is obtained. Consider the case where the absorption cross-sections for λ2 are not equal (often there is no choice but to choose λ2 in this way from the distribution of the absorption spectrum of the second molecule). The ratio thereof is shown as B in (Equation 7). B · σ2 (λ1) = σ2 (λ2) (Equation 7) When (Equation 7) holds, the logarithm of the transmittance for the wavelength λ1 and the logarithm of the transmittance for the wavelength λ2 are 1 / B. The difference is S
It is shown in (Formula 8) as l '. Sl ′ = ln (T (λ1)) − (1 / B) · ln (T (λ2)) = − σ1 (λ1) · N1 · L−σ2 (λ1) · N1 · L + σ1 (λ2) · N1 · L / B + σ2 (λ2) · N1 · L / B = −σ1 (λ1) · N1 · L ... (Equation 8)

【0010】同様に、(式4)及び(式7)が成立する
時、波長λ1に対する透過率と、波長λ2に対する透過
率の1/Bとの差をS’として(式9)に示す。 S’=T(λ1)−(1/B)・T(λ2) =1−σ1(λ1)・N1・L−σ2(λ1)・N1・L −(1−σ1(λ2)・N1・L/B−σ2(λ2)・N1・L/B) =−σ1(λ1)・N1・L ・・・・(式9) これらSl’及びS’はSl及びSと同様に、第2の分
子の濃度N2にかかわらず、第1の分子の濃度N1に比
例する。
Similarly, when (Equation 4) and (Equation 7) are established, the difference between the transmittance for wavelength λ1 and 1 / B of the transmittance for wavelength λ2 is shown as S'in (Equation 9). S ′ = T (λ1) − (1 / B) · T (λ2) = 1−σ1 (λ1) · N1 · L−σ2 (λ1) · N1 · L − (1-σ1 (λ2) · N1 · L / B- [sigma] 2 ([lambda] 2) * N1 * L / B) =-[sigma] 1 ([lambda] 1) * N1 * L (Equation 9) These Sl 'and S'are the same as Sl and S are the second numerator. , Which is proportional to the concentration N1 of the first molecule.

【0011】以上説明した原理に基づき、被検出空間に
被検出ガスの吸収スペクトルである第1の波長λ1とは
異なる第2の波長λ2の光を照射し、妨害ガスの濃度を
第2の波長λ2の光を用いて測定する。これを用いて第
1の波長λ1の光の吸収率を補償する。その結果、被検
出空間における特定ガスの発生及び増加を、同時に存在
する他のガスの影響を受けることなく検出する。
Based on the principle described above, the space to be detected is irradiated with light having a second wavelength λ2 different from the first wavelength λ1 which is the absorption spectrum of the gas to be detected, and the concentration of the interfering gas is changed to the second wavelength. It measures using the light of (lambda) 2. This is used to compensate for the absorptance of light of the first wavelength λ1. As a result, the generation and increase of the specific gas in the detected space can be detected without being affected by the other gas existing at the same time.

【0012】[0012]

【実施例】【Example】

<第1の実施例>本発明の赤外線式ガスセンサーの第1
の実施例を図1及び図2を用いて説明する。なお、本実
施例(以下の実施例も同様)は、メタンガスセンサーと
して用いられる場合を例として説明する。また、この第
1の実施例は、多くの場合に成立する(式4)を満たす
ときに有効である。図1は第1の実施例に係る赤外線式
ガスセンサーの構成を示すブロック図であろ。図1にお
いて、赤外線式ガスセンサーは、光源1と、光源1を点
滅駆動させるための駆動回路2と、光源1から発せられ
た光を被測定空間10に照射するための光学系3と、第
1の波長λ1の光のみを透過させる第1のフィルター4
と、被測定空間10及び第1のフィルター4を透過した
光の強度を検出するための第1の光センサー6と、第2
の波長λ2の光のみを透過させる第2のフィルター5
と、被測定空間10及び第2のフィルター5を透過した
光の強度を検出するための第2の光センサー7と、第1
の光センサー6の出力と第2の光センサー7の出力との
差信号を発生させる差分器8と、差分器8の出力を駆動
回路2の駆動信号を参照信号として位相検波するロック
インアンプ9とを具備するように構成されている。
<First Embodiment> First of infrared gas sensor of the present invention
The embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. It should be noted that this embodiment (the same applies to the following embodiments) will be described by taking a case where it is used as a methane gas sensor as an example. Further, the first embodiment is effective when (Equation 4) that is satisfied in many cases is satisfied. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an infrared gas sensor according to the first embodiment. In FIG. 1, the infrared gas sensor includes a light source 1, a drive circuit 2 for driving the light source 1 to blink, an optical system 3 for irradiating the space 10 to be measured with light emitted from the light source 1, 1st filter 4 which transmits only the light of wavelength 1 of 1
A first optical sensor 6 for detecting the intensity of light transmitted through the measured space 10 and the first filter 4, and a second optical sensor 6.
Second filter 5 that transmits only light of wavelength λ2 of
A second optical sensor 7 for detecting the intensity of light transmitted through the measured space 10 and the second filter 5;
Difference device 8 for generating a difference signal between the output of the optical sensor 6 and the output of the second optical sensor 7, and a lock-in amplifier 9 for phase-detecting the output of the difference device 8 using the drive signal of the drive circuit 2 as a reference signal. And is provided.

【0013】光源1はSiC等による黒体炉でも良く、
また、点滅可能なランプでもよい。本実施例では、数H
zで点滅可能な20Wのハロゲンランプを用いた。第1
の波長λ1=7.65μmとし、第1のフィルター4は
波長λ1=7.65μm(帯域=0.2μm)の光のみ
を透過率Tf1=0.6で透過させる。第2の波長λ2
=5.25μmとし、第2のフィルター5は波長λ2=
5.25μm(帯域=0.2μm)の光のみを透過率Tf2
=0.6で透過させる。第1及び第2の光センサー6及
び7としては、感度の波長依存性がなく、冷却が不要な
焦電型光センサーを用いた。被検出空間10には、水蒸
気等を含んだごく標準的な大気が満たされている。この
第1の実施例では、ロックインアンプ9の出力が上記
(式6)に示したSに相当する。ロックインアンプ9の
出力をモニターすることにより、被検出空間10におけ
るメタンガスの発生を、湿度の増減による影響を受ける
ことなく検出することができた。
The light source 1 may be a black body furnace such as SiC,
Alternatively, a blinkable lamp may be used. In this embodiment, several H
A 20 W halogen lamp capable of flashing at z was used. First
Of the wavelength λ1 = 7.65 μm, and the first filter 4 transmits only the light of wavelength λ1 = 7.65 μm (band = 0.2 μm) with the transmittance Tf1 = 0.6. Second wavelength λ2
= 5.25 μm, the second filter 5 has a wavelength λ2 =
Transmittance Tf2 for only light of 5.25 μm (band = 0.2 μm)
= 0.6 to transmit. As the first and second photosensors 6 and 7, pyroelectric photosensors having no sensitivity wavelength dependency and requiring no cooling were used. The space 10 to be detected is filled with a very standard atmosphere containing water vapor and the like. In the first embodiment, the output of the lock-in amplifier 9 corresponds to S shown in (Equation 6) above. By monitoring the output of the lock-in amplifier 9, it was possible to detect the generation of methane gas in the detection space 10 without being affected by the increase or decrease in humidity.

【0014】図1に示した第1及び第2のフィルター4
及び5、第1及び第2の光センサー6及び7、差分器8
を一体型構成にした素子の断面構成を図2に示す。図2
において、MgO等の基板11上にスパッタ法等により
Pt等の電極12が形成されている。電極12上にはP
bTiO3、LiTaO3,Pb1-xLaxTi1-x/4
3(x=0〜0.25)等の焦電材料をスパッタ法等に
よって同一方向に配向した薄膜13及び14が形成され
ている。焦電材料の薄膜13、14上には、それぞれス
パッタ法等により電極15及び16が形成されている。
電極15及び16の材料としては、赤外域の吸収率が良
いNiCr,Sb等を用いる。電極15及び16の上に
は、それぞれ誘電体多層膜干渉フィルター17及び18
が設けられている。誘電体多層膜干渉フィルター17及
び18は図1に示す第1及び第2のフィルター4及び5
に相当し、Si,Ge,Se,Te,LiF,NaF,
CaF 2,MgF2等で形成された薄膜の組み合わせによ
り構成されている。なお、焦電材料の薄膜13と14と
の間、電極15と16との間の各素子間は、薄膜形成時
にマスクを用いるか、又は形成後にエッチングによって
分離する。また、各誘電体多層膜干渉フィルター17及
び18はそれぞれ各材料の膜厚が異なるため、マスクを
取り替えて、個々に薄膜を作製する。図2に示す一体型
素子の場合、電極15と16との間の信号が差分器8の
信号に相当する。その理由は、焦電材料の薄膜13及び
14は同一方向に配向されているので、電極12を介し
てお互いに極性が向かい合うように接続されている。従
って、電極15と16との間の信号は、誘電体多層膜干
渉フィルター17及び18をそれぞれ別個に透過した赤
外線の強度の差に相当する。このような一体型素子は、
直径2〜6mm、厚さ2〜5mm程度の容器に収納する
ことができ、装置の小型化、簡単化、低廉化、堅牢化に
有効である。
The first and second filters 4 shown in FIG.
And 5, first and second photosensors 6 and 7, and differencer 8
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of an element in which the element is integrated. Figure 2
In a substrate 11 made of MgO or the like by a sputtering method or the like.
An electrode 12 such as Pt is formed. P on the electrode 12
bTiO3, LiTaO3, Pb1-xLaxTi1-x / 4O
3Pyroelectric materials such as (x = 0 to 0.25) are applied to the sputtering method, etc.
Therefore, thin films 13 and 14 oriented in the same direction are formed.
ing. On the thin films 13 and 14 of pyroelectric material, respectively,
The electrodes 15 and 16 are formed by the putter method or the like.
The material of the electrodes 15 and 16 has a good absorption rate in the infrared region.
NiCr, Sb, etc. are used. On electrodes 15 and 16
Are dielectric multilayer interference filters 17 and 18, respectively.
Is provided. Dielectric multilayer interference filter 17 and
And 18 are the first and second filters 4 and 5 shown in FIG.
Corresponding to Si, Ge, Se, Te, LiF, NaF,
CaF 2, MgF2The combination of thin films formed by
It is composed of In addition, the thin films 13 and 14 of the pyroelectric material
Between the electrodes 15 and 16 during the thin film formation.
Using a mask, or by etching after formation
To separate. In addition, each dielectric multilayer interference filter 17 and
And 18 have different film thicknesses of each material,
Replace and make thin films individually. Integrated type shown in FIG.
In the case of a device, the signal between electrodes 15 and 16 is
Corresponds to a signal. The reason is that the thin film 13 of pyroelectric material and
Since 14 are oriented in the same direction,
Are connected so that their polarities face each other. Servant
Therefore, the signal between the electrodes 15 and 16 receives the dielectric multilayer film.
Red separately transmitted through the filters 17 and 18
It corresponds to the difference in the strength of the outside line. Such an integrated element
Store in a container with a diameter of 2 to 6 mm and a thickness of 2 to 5 mm
It is possible to make the device smaller, simpler, cheaper and more robust.
It is valid.

【0015】なお、上記第1の実施例では、光源1を点
滅させる構成としたが、光源1を常時点灯させ、機械的
チョッパー等により光源1からの光をチョッピングして
も同様の効果が得られる。また、背景雑音が十分に小さ
く、第1及び第2の光センサー6及び7、及び差分器8
の直流的安定度が十分良い場合は、光源1の点滅、機械
的チョッパー、ロックインアンプ9は不要になる。さら
に、第1の実施例では、第1の波長λ1と第2の波長λ
2に対する第2の分子の吸収断面積が等しい場合を示し
たが、これらが等しくない場合、(式7)及び(式9)
で示したように、第2のフィルター5の透過率Tf2を
1/Bにするか、または第2の光センサー7の感度もし
くはその後に挿入した増幅器の利得を1/Bにすれば良
い。
In the first embodiment, the light source 1 is made to blink, but the same effect can be obtained even if the light source 1 is constantly turned on and the light from the light source 1 is chopped by a mechanical chopper or the like. To be Further, the background noise is sufficiently small, and the first and second optical sensors 6 and 7 and the difference unit 8
If the DC stability of is good, the blinking of the light source 1, the mechanical chopper, and the lock-in amplifier 9 are unnecessary. Further, in the first embodiment, the first wavelength λ1 and the second wavelength λ1
The case where the absorption cross-sections of the second molecule with respect to 2 are equal is shown, but when they are not equal, (Equation 7) and (Equation 9)
As shown in, the transmittance Tf2 of the second filter 5 may be set to 1 / B, or the sensitivity of the second optical sensor 7 or the gain of the amplifier inserted thereafter may be set to 1 / B.

【0016】<第2の実施例>次に、本発明の赤外線式
ガスセンサーの第2の実施例を図3を用いて説明する。
なお、第2の実施例も、多くの場合成立する(式4)を
満たすときに有効である。また、図1に示す第1の実施
例と同一の番号を付した構成要素は実質的に同一である
ため、その説明を省略する。図3において、光源1は電
源19により一定強度で発光される。被測定空間10を
挟んで光学系3に対向するようにチョッピングブレード
20が設けられている。チョッピングブレード20は、
図1に示す第1の実施例における第1及び第2のフィル
ター4及び5と同じ特性を有するフィルターを少なくと
も1組有している。このチョッピングブレード20は制
御器21により回転され、第1の波長λ1の光のみを透
過させる第1のフィルター20a及び第2の波長λ2の
光のみを透過させる第2のフィルター20bを切り替え
るセレクター(切り換え手段)として機能する。光セン
サー6には、第1のフィルター20aを透過した光と第
2のフィルター20bを透過した光とが交互に到達す
る。また、制御器21からロックインアンプ9に参照信
号が供給される。ロックインアンプ9は、光センサー6
からの出力を参照信号に基づいて位相検波する。このロ
ックインアンプ9の出力がメタンガスの発生及び増加を
示す。この第2の実施例は、黒体炉のような発光強度は
大きいが熱容量も大きく点滅不可能な光源を用いる場合
や、太陽光等の背景光を利用するときに有効である。ま
た、第2の実施例では光センサーを1個しか用いていな
いため、第1の実施例と異なり光センサーの感度のばら
つきによる影響を受けることはない。
<Second Embodiment> Next, a second embodiment of the infrared gas sensor of the present invention will be described with reference to FIG.
The second embodiment is also effective when (Equation 4) which is satisfied in many cases is satisfied. Further, the constituent elements denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are substantially the same, and the description thereof will be omitted. In FIG. 3, the light source 1 is emitted by the power source 19 at a constant intensity. A chopping blade 20 is provided so as to face the optical system 3 with the measured space 10 interposed therebetween. The chopping blade 20 is
It has at least one set of filters having the same characteristics as the first and second filters 4 and 5 in the first embodiment shown in FIG. This chopping blade 20 is rotated by a controller 21, and a selector (switching) for switching between a first filter 20a that transmits only light of a first wavelength λ1 and a second filter 20b that transmits only light of a second wavelength λ2. Function). The light passing through the first filter 20a and the light passing through the second filter 20b alternately reach the optical sensor 6. Further, the reference signal is supplied from the controller 21 to the lock-in amplifier 9. The lock-in amplifier 9 is an optical sensor 6
The phase detection is performed on the output from the reference signal based on the reference signal. The output of the lock-in amplifier 9 indicates the generation and increase of methane gas. The second embodiment is effective when using a light source such as a black body furnace that has a large light emission intensity but a large heat capacity and cannot blink, or when using background light such as sunlight. Further, since only one optical sensor is used in the second embodiment, it is not affected by the variation in the sensitivity of the optical sensor unlike the first embodiment.

【0017】<第3の実施例>次に、本発明の赤外線式
ガスセンサーの第3の実施例を図4を用いて説明する。
なお、第3の実施例も、多くの場合成立する(式4)を
満たすときに有効である。また、図1に示す第1の実施
例と同一の番号を付した構成要素は実質的に同一である
ため、その説明を省略する。図4において、第1及び第
2の光源22及び23はそれぞれ点滅可能であり、駆動
回路24により交互に点灯される。駆動回路24の駆動
信号はロックインアンプ9に参照信号として供給され
る。光学系25は第1及び第2の光源22及び23から
発せられた光を被検出空間10に投射するものであり、
その直径は第1の光源22と第2の光源23との間隔よ
りも十分大きく、第1及び第2の光源22及び23から
の光を等価的に被検出空間10に投射する。光センサー
6には、第1の光源22から発せられ被検出空間10及
び第1のフィルター20aを透過した光と第2の光源2
3から発せられ被検出空間10及び第2のフィルター2
0bを透過した光とが交互に到達する。光センサー6の
出力をロックインアンプ9により位相検波する。ロック
インアンプ9の出力がメタンガスの発生及び増加を示
す。
<Third Embodiment> Next, a third embodiment of the infrared gas sensor of the present invention will be described with reference to FIG.
The third embodiment is also effective when (Equation 4) which is satisfied in many cases is satisfied. Further, the constituent elements denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are substantially the same, and the description thereof will be omitted. In FIG. 4, the first and second light sources 22 and 23 are capable of blinking, and are alternately turned on by the drive circuit 24. The drive signal of the drive circuit 24 is supplied to the lock-in amplifier 9 as a reference signal. The optical system 25 projects the light emitted from the first and second light sources 22 and 23 onto the space 10 to be detected,
The diameter is sufficiently larger than the distance between the first light source 22 and the second light source 23, and the light from the first and second light sources 22 and 23 is equivalently projected onto the detected space 10. The light emitted from the first light source 22 and transmitted through the detected space 10 and the first filter 20a is transmitted to the optical sensor 6 and the second light source 2
3 to be detected and the detection space 10 and the second filter 2
The light transmitted through 0b arrives alternately. The output of the optical sensor 6 is phase-detected by the lock-in amplifier 9. The output of the lock-in amplifier 9 indicates the generation and increase of methane gas.

【0018】第3の実施例は、第1及び第2のフィルタ
ー20a及び20bの透過率Tf1及びTf2の精度が
不十分な場合であっても有効に機能し得る。その理由を
以下に説明する。一般的に、第1及び第2のフィルター
20a及び20bとして誘電体多層膜干渉フィルターを
用い、その透過波長及び透過率は各薄膜の膜厚及び材料
の屈折率で制御する。しかし、透過波長及び透過率を独
立して制御することは不可能であるため、第1及び第2
のフィルター20a及び20bのように、それぞれ透過
波長が異なり、かつ互いの透過率比が任意に設定されて
いるフィルターを作製するのは、必ずしも容易でない。
一方、本発明の場合、透過波長には極めて高い精度が要
求されるため、透過率の作製精度が多少犠牲にされる場
合があり得る。このように透過率の制度が多少不十分な
場合であっても、第1及び第2の光源22及び23の発
光強度を制御することにより、第1及び第2のフィルタ
ー20a及び20bの透過率Tf1及びTf2の誤差を
補償することが可能となる。なお、第3の実施例では光
センサーを1個しか用いていないため、第2の実施例の
場合と同様に、光センサーの感度にばらつきによる影響
を受けることはない。
The third embodiment can effectively function even when the accuracy of the transmittances Tf1 and Tf2 of the first and second filters 20a and 20b is insufficient. The reason will be described below. Generally, a dielectric multilayer interference filter is used as the first and second filters 20a and 20b, and the transmission wavelength and the transmittance thereof are controlled by the film thickness of each thin film and the refractive index of the material. However, since it is impossible to control the transmission wavelength and the transmittance independently, the first and second
It is not always easy to fabricate filters such as the filters 20a and 20b, which have different transmission wavelengths and have mutually set transmittance ratios.
On the other hand, in the case of the present invention, since extremely high accuracy is required for the transmission wavelength, the manufacturing accuracy of the transmittance may be sacrificed to some extent. Even in the case where the transmissivity is somewhat insufficient as described above, the transmissivities of the first and second filters 20a and 20b are controlled by controlling the emission intensity of the first and second light sources 22 and 23. It is possible to compensate for the error in Tf1 and Tf2. Since only one optical sensor is used in the third embodiment, the sensitivity of the optical sensor is not affected by variations, as in the case of the second embodiment.

【0019】<第4の実施例>次に、本発明の赤外線式
ガスセンサーの第4の実施例を図5を用いて説明する。
なお、第4の実施例は、(式4)が必ずしも満たされて
いない時にも有効である。また、図1に示す第1の実施
例と同一の符号を付した構成要素は実質的に同一である
ため、その説明を省略する。図5において、第1及び第
2の光センサー6及び7にはそれぞれ第1及び第2の対
数変換回路26及び27が接続されており、第1及び第
2の光センサー6及び7の出力は対数に変換される。利
得調整回路28は第2の対数変換回路27に接続され、
第2の対数変換回路7の出力強度を制御する。差分器8
は第1の対数変換回路26の出力と利得調整回路28の
出力との差信号を発生する。ロックインアンプ9により
差分器8の出力を位相検波する。このロックインアンプ
9の出力が被検出ガスの発生及び増加を示す。
<Fourth Embodiment> Next, a fourth embodiment of the infrared gas sensor of the present invention will be described with reference to FIG.
The fourth embodiment is effective even when (Equation 4) is not always satisfied. Further, the constituent elements denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are substantially the same, and thus the description thereof will be omitted. In FIG. 5, first and second logarithmic conversion circuits 26 and 27 are connected to the first and second photosensors 6 and 7, respectively, and the outputs of the first and second photosensors 6 and 7 are Converted to logarithm. The gain adjustment circuit 28 is connected to the second logarithmic conversion circuit 27,
The output intensity of the second logarithmic conversion circuit 7 is controlled. Differentiator 8
Generates a difference signal between the output of the first logarithmic conversion circuit 26 and the output of the gain adjustment circuit 28. The lock-in amplifier 9 detects the phase of the output of the difference unit 8. The output of the lock-in amplifier 9 indicates the generation and increase of the detected gas.

【0020】利得調整回路28の利得は、(式2)が成
立するときは1に設定し、また(式2)が成立しない時
は(式7)及び(式8)により1/Bに設定すれば良
い。さらに、利得調整回路28の利得を適当に調整する
ことにより、第1及び第2の光センサー6及び7の感度
のばらつき、第1及び第2のフィルター4及び5の透過
率の誤差を補償することができる。なお、背景雑音が十
分に小さく、第1及び第2の光センサー6及び7、差分
器8、利得調整回路28の直流的安定度が十分良い場合
は、光源1の点滅、機械的チョッパー、ロックインアン
プ9は不要になる。
The gain of the gain adjusting circuit 28 is set to 1 when (Equation 2) is satisfied, and is set to 1 / B according to (Equation 7) and (Equation 8) when (Equation 2) is not satisfied. Just do it. Further, by appropriately adjusting the gain of the gain adjusting circuit 28, it is possible to compensate for variations in the sensitivity of the first and second optical sensors 6 and 7, and errors in the transmittance of the first and second filters 4 and 5. be able to. When the background noise is sufficiently small and the DC stability of the first and second photosensors 6 and 7, the difference unit 8 and the gain adjusting circuit 28 is sufficiently good, the light source 1 blinks, the mechanical chopper, and the lock. The in-amplifier 9 becomes unnecessary.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被検出
空間に被検出ガスの吸収スペクトルである第1の波長λ
1及びこれとは異なる第2の波長λ2の光を照射し、妨
害ガスの濃度を第2の波長λ2の光を用いて測定し、測
定された第1の波長λ1の光のに対応するセンサーの出
力から第2の波長λ2の波長の光に対応するセンサーの
出力を差し引きし補償するので、被検出空間における特
定ガスの発生及び増加を、同時に存在する他のガスの影
響を受けることなく検出することができるという効果を
有する。
As described above, according to the present invention, the first wavelength λ which is the absorption spectrum of the gas to be detected is detected in the space to be detected.
1 and a different second wavelength λ2 light, the concentration of the interfering gas is measured using the second wavelength λ2 light, and the sensor corresponding to the measured first wavelength λ1 light Since the output of the sensor corresponding to the light of the second wavelength λ2 is subtracted from the output of the sensor to compensate for it, the generation and increase of the specific gas in the detection space can be detected without being affected by other gases that are present at the same time. It has the effect of being able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の赤外線式ガスセンサーの第1の実施例
の構成を示すブロック図
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment of an infrared gas sensor of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例における第1及び第2の
フィルター、第1及び第2の光センサー及び差分器を一
体型構成にした素子の構成を示す断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of an element in which the first and second filters, the first and second photosensors, and the difference device according to the first embodiment of the present invention are integrated.

【図3】本発明の赤外線式ガスセンサーの第2の実施例
の構成を示すブロック図
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a second embodiment of the infrared gas sensor of the present invention.

【図4】本発明の赤外線式ガスセンサーの第3の実施例
の構成を示すブロック図
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a third embodiment of the infrared gas sensor of the present invention.

【図5】本発明の赤外線式ガスセンサーの第4の実施例
の構成を示すブロック図
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a fourth embodiment of the infrared gas sensor of the present invention.

【符号の説明】 1:光源 2:駆動回路 3:光学系 4:第1のフィルター 5:第2のフィルター 6:第1の光センサー 7:第2の光センサー 8:差分器 9:ロックインアンプ 10:被検出空間 11:基板 12:電極 13:焦電材料の薄膜 14:焦電材料の薄膜 15:電極 16:電極 17:フィルター 18:フィルター 19:電源 20:チョッピングブレード 21:制御器 22:第1の光源 23:第2の光源 24:駆動回路 25:光学系 26:第1の対数変換回路 27:第2の対数変換回路 28:利得調整回路[Explanation of Codes] 1: Light source 2: Driving circuit 3: Optical system 4: First filter 5: Second filter 6: First optical sensor 7: Second optical sensor 8: Difference device 9: Lock-in Amplifier 10: Detected space 11: Substrate 12: Electrode 13: Pyroelectric material thin film 14: Pyroelectric material thin film 15: Electrode 16: Electrode 17: Filter 18: Filter 19: Power supply 20: Chopping blade 21: Controller 22 : First light source 23: second light source 24: drive circuit 25: optical system 26: first logarithmic conversion circuit 27: second logarithmic conversion circuit 28: gain adjustment circuit

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源と、前記光源から発せられた光を被
検出空間に投射する光学系と、第1の波長λ1の光のみ
を所定の透過率Tf1で透過する第1のフィルターと、
前記被検出空間及び前記第1のフィルターを透過した光
の強度を測定する第1の光センサーと、前記第1の波長
λ1とは異なる第2の波長λ2の光のみを所定の透過率
Tf2で透過する第2のフィルターと、前記被検出空間
及び前記第2のフィルターを透過した光の強度を測定す
る第2の光センサー2と、前記第1の光センサーの出力
から前記第2の光センサーの出力を減算する減算手段
と、前記減算手段からの出力信号から前記被検出空間に
おける前記第1の波長λ1の光を吸収する被検出ガスの
発生及び増加を検出する検出手段とを具備する赤外線式
ガスセンサー。
1. A light source, an optical system for projecting light emitted from the light source into a space to be detected, and a first filter for transmitting only light having a first wavelength λ1 at a predetermined transmittance Tf1.
A first optical sensor that measures the intensity of light that has passed through the space to be detected and the first filter, and only light having a second wavelength λ2 different from the first wavelength λ1 has a predetermined transmittance Tf2. A second filter that transmits light, a second optical sensor 2 that measures the intensity of light that has passed through the detection space and the second filter, and the second optical sensor based on the output of the first optical sensor. Infrared comprising subtraction means for subtracting the output of the detection means and detection means for detecting the generation and increase of the detected gas that absorbs the light of the first wavelength λ1 in the detected space from the output signal from the subtracting means. Gas sensor.
【請求項2】 光源は点滅可能であり、検出手段は、減
算手段からの出力を光源を点滅駆動するための駆動信号
を参照信号として位相検波することを特徴とする請求項
1記載の赤外線式ガスセンサー。
2. The infrared type according to claim 1, wherein the light source is capable of blinking, and the detecting means phase-detects the output from the subtracting means with a drive signal for driving the light source blinking as a reference signal. Gas sensor.
【請求項3】 常時点灯する光源を機械的チョッパーに
より点滅させたことを特徴とする請求項2記載の赤外線
式ガスセンサー。
3. The infrared type gas sensor according to claim 2, wherein the light source which is constantly turned on is made to blink by a mechanical chopper.
【請求項4】 光源と、前記光源から発せられた光を被
検出空間に投射する光学系と、第1の波長λ1の光のみ
を所定の透過率Tf1で透過する第1のフィルターと、
前記第1の波長λ1とは異なる第2の波長λ2の光のみ
を所定の透過率Tf2で透過する第2のフィルターと、
前記第1及び第2のフィルターを交互に切り替える切り
換え手段と、前記被検出空間及び前記切り換え手段にり
切り替えられた前記第1又は第2のフィルターを透過し
た光の強度を測定する光センサーと、前記切り換え手段
の切り替え信号を参照信号として前記光センサーの出力
を位相検波し、前記被検出空間における前記第1の波長
λ1の光を吸収する被検出ガスの発生及び増加を検出す
る検出手段とを具備する赤外線式ガスセンサー。
4. A light source, an optical system for projecting light emitted from the light source into a space to be detected, and a first filter for transmitting only light having a first wavelength λ1 at a predetermined transmittance Tf1.
A second filter that transmits only light of a second wavelength λ2 different from the first wavelength λ1 with a predetermined transmittance Tf2;
Switching means for alternately switching the first and second filters, an optical sensor for measuring the intensity of light transmitted through the detected space and the first or second filter switched to the switching means, A detection unit that phase-detects the output of the optical sensor using the switching signal of the switching unit as a reference signal and detects the generation and increase of the detected gas that absorbs the light of the first wavelength λ1 in the detected space. Infrared gas sensor equipped.
【請求項5】 切り換え手段は、第1及び第2のフィル
ターを有し、所定方向に回転するチョッピングブレード
であることを特徴とする請求項4記載の赤外線式ガスセ
ンサー。
5. The infrared gas sensor according to claim 4, wherein the switching means is a chopping blade having first and second filters and rotating in a predetermined direction.
【請求項6】 点滅可能な第1の光源と、第1の波長λ
1の光のみを所定の透過率Tf1で透過する第1のフィ
ルターと、前記第1の光源から発せられ前記第1のフィ
ルターを透過した光を被検出空間に投射する第1の光学
系と、点滅可能な第2の光源と、前記第1の波長λ1と
は異なる第2の波長λ2の光のみを所定の透過率Tf2
で透過するフィルター2と、前記第2の光源から発せら
れ前記第2のフィルターを透過した光を前記被検出空間
に投射する第2の光学系と、前記被検出空間を透過した
前記第1の光源からの光及び前記第2の光源からの光の
それぞれの強度を測定する光センサーと、前記第1又は
第2の光源の点滅信号を参照信号として前記光センサー
の出力を位相検波し、前記被検出空間における前記第1
の波長λ1の光を吸収する被検出ガスの発生及び増加を
検出する検出手段とを具備する赤外線式ガスセンサー。
6. A blinkable first light source and a first wavelength λ.
A first filter that transmits only one light with a predetermined transmittance Tf1; and a first optical system that projects the light emitted from the first light source and transmitted through the first filter into a space to be detected, Only the second light source capable of blinking and the light having the second wavelength λ2 different from the first wavelength λ1 have a predetermined transmittance Tf2.
A second optical system that projects light emitted from the second light source and transmitted through the second filter into the detection space; and the first optical system that transmits through the detection space. An optical sensor for measuring the intensity of each of the light from the light source and the light from the second light source, and phase detection of the output of the optical sensor using the blinking signal of the first or second light source as a reference signal, The first in the detected space
Infrared gas sensor, comprising: a detection means for detecting the generation and increase of the gas to be detected which absorbs the light of wavelength λ1.
【請求項7】 第1の光学系と第2の光学系とは同一の
光学系を兼用したものであることを特徴とする請求項6
記載の赤外線式ガスセンサー。
7. The first optical system and the second optical system both use the same optical system.
Infrared gas sensor described.
【請求項8】 光源と、前記光源から発せられた光を被
検出空間に投射する光学系と、第1の波長λ1の光のみ
を所定の透過率Tf1で透過する第1のフィルターと、
前記被検出空間及び前記第1のフィルターを透過した光
の強度を測定する第1の光センサーと、前記第1の光セ
ンサーの出力を対数信号に変換する第1の対数変換手段
と、前記第1の波長λ1とは異なる第2の波長λ2の光
のみを所定の透過率Tf2で透過する第2のフィルター
と、前記被検出空間及び前記第2のフィルターを透過し
た光の測定を検知する第2の光センサーと、前記第2の
光センサーの出力を対数信号に変換する第2の対数変換
手段と、前記第2の対数変換回路の出力強度を調整する
利得調整手段と、前記第1の対数変換手段の出力から前
記利得調整手段の出力を減算する減算手段と、前記減算
手段からの出力信号から前記被検出空間における前記第
1の波長λ1の光を吸収する被検出ガスの発生及び増加
を検出する検出手段とを具備する赤外線式ガスセンサ
ー。
8. A light source, an optical system for projecting light emitted from the light source into a space to be detected, and a first filter for transmitting only light having a first wavelength λ1 at a predetermined transmittance Tf1.
A first optical sensor for measuring the intensity of light transmitted through the detected space and the first filter; first logarithmic conversion means for converting an output of the first optical sensor into a logarithmic signal; A second filter that transmits only light having a second wavelength λ2 different from the first wavelength λ1 with a predetermined transmittance Tf2; and detecting a measurement of light that has passed through the detection space and the second filter. Second photosensor, second logarithmic conversion means for converting the output of the second photosensor into a logarithmic signal, gain adjusting means for adjusting the output intensity of the second logarithmic conversion circuit, and the first Subtracting means for subtracting the output of the gain adjusting means from the output of the logarithmic converting means, and generation and increase of the detected gas that absorbs the light of the first wavelength λ1 in the detected space from the output signal from the subtracting means. Detecting means for detecting Infrared gas sensor having a.
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