JPH0772078A

JPH0772078A - 赤外線式ガスセンサー

Info

Publication number: JPH0772078A
Application number: JP21871993A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Kawamura; 達朗河村; Takayuki Takeuchi; 孝之竹内; Kenji Iijima; 賢二飯島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1993-09-02
Publication date: 1995-03-17

Abstract

(57)【要約】【目的】被検出ガスの発生及び増加を、同時に存在す
る妨害ガスの発生及び増加に影響されることなく検出で
きる赤外線式ガスセンサーを提供する。【構成】被検出空間１０に被検出ガスの吸収スペクト
ルである第１の波長λ１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６から第２の波長λ２の波長の
光に対応するセンサー７の出力を差分器８により差し引
きし補償する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【０００８】メタンガスの吸収断面積σは１０^-22ｍ²程
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
¹⁹ｍ^-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。

【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）

【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。

【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。

【００１２】

【実施例】

＜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。

【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。

【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，Ｐｂ_1-xＬａ_xＴｉ_1-x/4Ｏ
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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

【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

【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

【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

【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

【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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。