ガス検知器校正装置
【課題】 ガス検知器のコラム密度測定値を短時間でより正確に校正する。
【解決手段】 ガス検知器校正装置１は、雰囲気中にガス吸収線に周波数安定化されたレーザ光を出射し、且つレーザ光の反射光を受光して雰囲気中のコラム密度を測定するガス検知器３の校正を行うもので、校正用ガスセル６、反射手段２７、パージ手段４を具備する。校正用ガスセル６は、校正されるべきガス検知器３が置かれる位置からガス検知器３が発生するレーザ光の光軸線Ｃ−Ｃに沿って所定の長さＬ以上離れて配置され、光軸線Ｃ−Ｃに対してそれぞれ傾斜して備えられてレーザ光を透過させる一対の透過窓２１と周壁とで画成され、内部に所定濃度の被検知ガスが充填される。反射手段２７は、一対の透過窓２１の一方から他方を通して校正用ガスセル６を透過したレーザ光を反射させる。パージ手段４は、ガス検知器３と校正用ガスセル６との間の光路から被検知ガスを排除する。
【解決手段】 ガス検知器校正装置１は、雰囲気中にガス吸収線に周波数安定化されたレーザ光を出射し、且つレーザ光の反射光を受光して雰囲気中のコラム密度を測定するガス検知器３の校正を行うもので、校正用ガスセル６、反射手段２７、パージ手段４を具備する。校正用ガスセル６は、校正されるべきガス検知器３が置かれる位置からガス検知器３が発生するレーザ光の光軸線Ｃ−Ｃに沿って所定の長さＬ以上離れて配置され、光軸線Ｃ−Ｃに対してそれぞれ傾斜して備えられてレーザ光を透過させる一対の透過窓２１と周壁とで画成され、内部に所定濃度の被検知ガスが充填される。反射手段２７は、一対の透過窓２１の一方から他方を通して校正用ガスセル６を透過したレーザ光を反射させる。パージ手段４は、ガス検知器３と校正用ガスセル６との間の光路から被検知ガスを排除する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の測定雰囲気のガス濃度を検知するガス検知器を校正するためのガス検知器校正装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メタン、二酸化炭素、アセチレン、アンモニア等の気体には、分子の回転や構成原子間の振動等に応じて特定波長の光を吸収する吸収帯があることは既に知られている。そして、この吸収帯を利用したガス検知器としては様々なものが提案されている。例えば下記特許文献１に開示されるガス検知器を具備したガス濃度測定装置では、光源部の半導体レーザにより周波数変調されたレーザ光を測定対象のガスが存在する大気中の測定雰囲気に向けて出射し、このレーザ光の出射に伴って測定雰囲気中を通過した透過光を受光部のフォト検出器で受光し、この受光信号から測定雰囲気中のガス濃度を測定している。
【０００３】
ここで、受光部の出力信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号（以下、１ｆ信号と略称する）には、強度変調に起因する大きなオフセットが生じる。このため、特に微小なガス濃度を高感度で測定するには、１ｆ信号に比べてオフセットのかなり小さい２倍波位相敏感検波信号（以下、２ｆ信号と略称する）が用いられる。
【０００４】
実際にガス濃度を測定するにあたっては、測定ガス吸収線に合わせた波長の測定光が測定雰囲気中を通ると、測定対象ガスにより測定光が吸収され、濃度に応じた強度で変調周波数の２倍の周波数の強度変化、すなわち２ｆが生成される。この２ｆと元の変調周波数１ｆの強度変化の比率２ｆ／１ｆの値は、ガス濃度に比例するので、この値に係数をかければガス濃度になる。
【０００５】
ところで、この種のガス検知器は、密閉された空間ではなく、大気中の測定雰囲気に周波数変調されたレーザ光を通し、測定雰囲気中で吸収されたレーザ光を受光してガス濃度の検知を行う構成である。そして、例えば測定対象ガスがメタンガスの場合、大気中には２ｐｐｍ程度のメタンガスを含有しており、その値も環境によって変化する。このため、実際にガス検知器が検知したガス濃度が正確な値を示すものか否かの判断が困難であった。従って、より正確なガス濃度の検知を行うためにはガス検知器を定期的に校正する必要があった。
【０００６】
そこで、従来、ガス検知器を校正する場合には、例えば熱収縮の小さいガラス円筒管に所定のガスを封入したガスセルと、校正対象となるガス検知器とを所定距離だけ離して設置する。そして、ガス検知器にてガスセルのガス濃度を測定し、この測定値によってガス検知器の校正を行っていた。
【特許文献１】特開２００１−２３５４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のガス検知器の校正方法では、ガスセルとガス検知装置との両者の距離や向き、大気の状態等、バラツキの影響で検知結果が安定しにくく、また、ガスセルに封入されているガス濃度自体にもバラツキがあり、正確な校正を行うことが困難であった。このため、より正確なガス検知器の校正を行うことができる装置の提供が望まれていた。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、正確なガス濃度係数が得られ、ガス検知器をより正確に校正することができるガス検知器校正装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に記載された請求項１のガス検知器校正装置は、ガス吸収線に周波数安定化されたレーザ光を雰囲気中に出射し、且つ該レーザ光の反射光を受光して前記雰囲気中のガス濃度を測定するガス検知器３の校正を行うためのガス検知器校正装置１であって、
校正されるべきガス検知器が置かれる位置から該ガス検知器が発生するレーザ光の光軸線Ｃ−Ｃに沿って所定の長さＬ以上離れて配置され、前記光軸線に対してそれぞれ傾斜して備えられてレーザ光を透過させる一対の透過窓２１と周壁とで画成され、内部に所定濃度の被検知ガスが充填される校正用ガスセル６と、
前記一対の透過窓の一方から他方を通して前記校正用ガスセルを透過したレーザ光を反射させる反射手段２７と、
前記ガス検知器と前記校正用ガスセルとの間の光路から被検知ガスを排除するパージ手段４とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２のガス検知器校正装置は、請求項１記載のガス検知器校正装置において、
前記パージ手段４は、両端に前記ガス検知器３と前記校正用ガスセル６とが着脱可能に前記ガス検知器と前記校正用ガスセルとを結ぶ測定光の光軸を囲むように形成される筒型管状をなし、内部を所定のガス状態で保持することを特徴とする。
【００１１】
請求項３のガス検知器校正装置は、請求項１記載のガス検知器校正装置において、
前記校正用ガスセル６は、前記一対の透過窓２１の表面に反射防止膜が形成され、該一対の透過窓が前記レーザ光の光軸に対して所定角度θ傾斜し、かつ所定間隔Ｌ１をおいて配置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４のガス検知器校正装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のガス検知器校正装置において、
前記反射手段２７と、
前記反射手段と前記ガス検知器３との間のレーザ光の光路長Ｌを微小に増減するように前記反射手段を駆動する駆動手段２８とを含む光路長増減手段７を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５のガス検知器校正装置は、請求項４記載のガス検知器校正装置において、
前記反射手段２７は、反射面２７ａが光軸線Ｃ−Ｃに対して所定角度傾斜して配置されており、
前記駆動手段２８は、前記反射手段を所定の回転速度で回転駆動することを特徴とする。
【００１４】
請求項６のガス検知器校正装置は、請求項４記載のガス検知器校正装置において、
前記駆動手段２８は、前記反射手段２７を光軸線Ｃ−Ｃ方向に微動駆動することを特徴とする。
【００１５】
請求項７のガス検知器校正装置は、請求項１〜６のいずれかに記載のガス検知器校正装置において、
前記反射手段２７の反射面２７ａが乱反射面をなすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のガス検知器校正装置によれば、ガスコラム密度ＰＬの確定した系を構築しているので、この確定したガスコラム密度ＰＬから未確定のガス濃度係数Ｃを確定して取得することができる。そして、この確定したガス濃度係数Ｃをガス検知器３のガス濃度係数パラメータとしてガス検知器３に設定しておけば、ガス検出時にこの設定されたガス濃度係数を使用して検出コラム密度を算出することで校正されたガス濃度を得ることができる。その結果、従来に比べ、ガス検知器のガス濃度測定値を短時間で正確に校正することができる。
【００１７】
請求項２のガス検知器校正装置によれば、パージ管５内の気圧が外部よりも高く保たれるため、外部から余計なガスが進入するのを防ぐことができる。
【００１８】
請求項３のガス検知器校正装置によれば、レーザ光が透過窓２１を通過する際のレーザ光の反射やレーザ光の干渉による影響を防ぐことができる。
【００１９】
請求項４〜６のガス検知器校正装置によれば、ガス検知器３の投受光面と反射板２７の反射面２７ａとの間の距離Ｌを微小に変化させ、ガス検知器３と反射板２７との間でレーザ光が共振することなく、レーザ光の干渉を防ぐことができる。
【００２０】
請求項７のガス検知器校正装置によれば、校正用ガスセル６を透過してきたレーザ光を乱反射させて再び校正用ガスセル６に反射させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。図１は本発明に係るガス検知器校正装置の全体構成を示す概略図であって、校正対象のガス検知器が取り付けられた状態を示す図、図２は図１のガス検知器校正装置の校正用標準ガスセルの外観図、図３は校正用標準ガスセルの断面図である。
【００２２】
本例のガス検知器校正装置は、特に、密閉された空間ではなく、例えばメタンガスなどの測定対象ガスを含む大気を測定雰囲気とし、この測定雰囲気である大気中にガス吸収線に周波数安定化されたレーザ光を出射し、測定雰囲気中で吸収されたレーザ光の反射光を受光して測定雰囲気中に含まれる測定対象ガスのガス濃度を測定するガス検知器の校正を行う場合に適している。
【００２３】
図１に示すように、ガス検知器校正装置１は、校正対象となるガス検知器３、パージ手段４の構成部品であるパージ管５、校正用ガスセル６、光路長増減手段としての反射機構７が本体をなす基台２上に載置される。以下、基台２、パージ手段４、校正用ガスセル６、反射機構７の各構成について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
まず、基台２は、詳細には図示しないが、ガス検知器３、パージ管５、校正用ガスセル６、反射機構７を支持するための例えば複数の支持部材２ａを有し、この支持部材２ａがレール状のガイド部材２ｂに対して移動可能に設けられている。図１の例では、校正用ガスセル６が基台２の右側に設置され、パージ管５の左端にガス検知器３が装着され、パージ管５の右端に校正用ガスセル６が装着された状態で支持部材２ａに支持される。また、校正用ガスセル６の右側に所定距離をおいて反射機構７が支持部材２ａに支持される。これにより、図１において左からガス検知器３、パージ管５、校正用ガスセル６、反射機構７の順に各部品が基台２上に位置決め配置される。校正用ガスセル６は、制御ボックス８上に配置されている。制御ボックス８内には、後述する駆動手段２８の動作を制御する制御器が収納されている。
【００２５】
次に、パージ手段４は、両端にガス検知器３と校正用ガスセル６とが着脱可能にガス検知器３と校正用ガスセル６とを結ぶレーザ光（測定光）の光軸Ｃ−Ｃ（図１の破線）を囲むように形成される筒型管状をなし、内部をパージガスによる所定のガス状態に保持している。
【００２６】
さらに説明すると、パージ手段４は、図１に示すように、筒状のパージ管５と、このパージ管５にパイプ１１を介して接続されたパージガスボンベ１２を備えて構成される。パージ管５は、例えばアクリルやガラス等により筒状に形成され、両端開口の一方にガス検知器３が挿入装着され、他方に校正用ガスセル６が挿入装着される。パージガスボンベ１２は、パージガスとして、例えば安価な窒素ガス（標準ガスを含まない）が封入されている。また、パージガスボンベ１２は、パイプ１１との間を開栓、閉栓するバルブ１２ａを有している。
【００２７】
パージ手段４は、バルブ１２ａを開栓することにより、パージガスボンベ１２内の窒素ガスをパージ管５にパイプ１１を介して供給し、パージ管５内をパージガスによるガス状態に保持している。この際、パージ管５の両端にはガス検知器３と校正用ガスセル６とが挿入により装着されており、これらの装着部分に隙間があってもパージ管５内のパージガスがその隙間から抜け、パージ管５内の気圧が外部よりも高く保たれるため、外部から余計なガスが進入するのを防ぐことができる。これにより、パージ管５は、両端にガス検知器３と校正用ガスセル６が挿入保持できる形状であればよく、パージ管５自身を簡単に製作することができる。
【００２８】
なお、パージ管５の両端開口の内径は、挿入装着されるガス検知器３の投受光部の外径および校正用ガスセルの外径に応じて適宜決定される。
【００２９】
また、パージ管５は、内面を例えば黒の艶消し面に形成して反射抑制面とすることができる。これにより、パージ管５内をレーザ光が通過するときにパージ管５の内面が鏡面となって反射するのを抑制することができる。
【００３０】
次に、校正用ガスセル６は、図３に示すように、ガス雰囲気長Ｌ１が例えば１００ｍｍ、内径Ｌ２が例えば８０ｍｍ以上で形成される。校正用ガスセル６は、例えばアルミニウム等の金属や熱収縮の小さいガラス等からなる筒状部材をセル本体６ａとしている。図２および図３に示すように、セル本体６ａの上部には、それぞれにバルブ１３ａ，１４ａを有する中空状の２つの継手１３，１４が取り付けられている。これら２つの継手１３，１４は、基端部１３ｂ，１４ｂがセル本体６ａの内部に連通している。また、継手１３の先端部１３ｃは、図１に示すように、パイプ１５を介して真空ポンプ１６に接続されている。さらに、継手１４の先端部１４ｃは、パイプ１７を介して標準ガスボンベ１８に接続されている。
【００３１】
真空ポンプ１６は、標準ガスボンベ１８までのパイプ１７の経路内を含め、校正用ガスセル６のセル本体６ａ内を真空にしている。標準ガスボンベ１８には、予め正確に校正されたメタンガスが標準ガスとして封入されている。図１の例では、標準ガスボンベ１８が３本で構成され、１０００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、５０００ｐｐｍのメタンガスが封入されている。また、標準ガスボンベ１８には、それぞれパイプ１７との間を開栓、閉栓するバルブ１８ａが設けられている。これら標準ガスボンベ１８に充填された標準ガスは、いずれか一つのバルブ１８ａを開栓することにより、校正用ガスセル６のセル本体６ａにパイプ１７を介して供給される。
【００３２】
また、セル本体６ａの開口両端６ｂ，６ｂには、レーザ光が透過することができるように、透過窓としての一対のガラス窓２１，２１が取り付けられている。各ガラス窓２１は、例えば材質がＢＫ７からなるウエッジガラスで形成されている。また、各ガラス窓２１は、中心軸（ガス検知器３の光軸線）Ｃ−Ｃに対して所定角度θ（例えば１０°前後）傾斜して開口両端６ｂに取り付けられる。また、各ガラス窓２１の表面には、反射防止膜２２として、例えば１．６５μｍ波長用のＡＲコーティングが施されている。さらに、開口両端６ｂにおける各ガラス窓２１の外側には、内部を密閉するための例えばシリコンゴム等からなるガスケット２３が配置される。これら一対のガラス窓２１とガスケット２３とは、固定手段２４によって固定される。
【００３３】
本例において、固定手段２４は、開口両端６ｂにネジが形成されたネジ部２４ａと、ネジ部２４ａに締着されるように外周にネジが形成された環状のナット２４ｂとで構成される。そして、ガラス窓２１とガスケット２３は、セル本体６ａの開口両端６ｂに外部から装着された後、環状のナット２４ｂをネジ部２４ａに締着することで固定される。
【００３４】
さらに、セル本体６ａには、内部の圧力を例えば０気圧から２気圧の範囲内で検出する圧力検出手段としての圧力センサ２５が設けられている。なお、本例では、校正用ガスセル６の内気圧が通常１気圧に設定される。また、基台２には、圧力センサ２５からの検出信号による圧力値を表示する表示手段としてのデジタル表示器２６が設けられている。これにより、ユーザは、デジタル表示器２６に表示された値を目視で確認することにより、校正用セル６の内部圧力を容易に認識することができる。
【００３５】
なお、本例では、セル本体６ａに圧力センサ２５を設ける構成について図示したが、アナログ表示機能を有するメーター式の圧力計をセル本体６ａに設けても良い。この場合、基台２に設けられる表示手段２６としてのデジタル表示器が不要になる。
【００３６】
このように構成される校正用ガスセル６は、一対の透過窓２１とセル本体６ａの周壁によって画成された空間内に所定濃度の標準ガス（被検知ガス）が充填されるようになっている。そして、この校正用ガスセル６は、校正されるべきガス検知器３が置かれる位置からガス検知器３が発生するレーザ光の光軸線Ｃ−Ｃに沿って所定の長さＬ０（例えば１０００ｍｍ）以上離れて基台２上に配置される。
【００３７】
次に、光路長増減手段としての反射機構７は、反射手段としての反射板２７と、反射板２７をレーザ光の光軸線Ｃ−Ｃ方向に微動させる駆動手段２８とを備えて構成される。この反射板２７は、一対のガラス窓２１の一方から他方を通して校正用ガスセル６を透過したレーザ光を、再び校正用ガスセル６方向に反射させている。また、図１における反射板２７は、反射面２７ａがレーザ光の光軸線Ｃ−Ｃに対して所定角度（例えば１０°前後）傾斜している。さらに、反射板２７は、駆動手段２８によって回転可能に設けられ、回転中心が光軸線Ｃ−Ｃから微小にずれて位置している。
【００３８】
駆動手段２８は、反射板２７を所定速度（例えば６００ｒｐｍ）で回転駆動している。この駆動手段２８は、例えば各種モータ、アクチュエータ、バイブレータ等で構成することができる。そして、光軸線Ｃ−Ｃに対して傾斜した反射板２７を駆動手段２８により所定速度で回転させることでレーザ光の照射位置が変わる。これにより、ガス検知器３の投受光面と反射板２７の反射面２７ａとの間の距離Ｌが微小に変わり、ガス検知器３と反射板２７との間でレーザ光が共振することなく、レーザ光の干渉を防ぐことができる。
【００３９】
なお、図１の例の反射機構７では、反射板２７を光軸線Ｃ−Ｃに対して所定角度傾斜させ、駆動手段２８により反射板２７を回転させる構成としたが、この構成に限定されるものではない。例えば反射板２７の反射面２７ａを光軸線Ｃ−Ｃに対して垂直に配置し、反射板２７を駆動手段２８によって光軸線Ｃ−Ｃ方向に微小移動させ、ガス検知器３と反射板２７との間の距離Ｌを微小に増減させる構成とすることもできる。その際の反射板２７の移動量は、光の位相が揃わないように、使用するレーザ光の波長と異なる距離、レーザ光より若干大きければ良い。例えば使用するレーザ光の波長が１〜３μｍであれば、反射板２７の移動量は５〜１００μｍとなる。
【００４０】
また、反射板２７の反射面２７ａは、例えば微小な凹凸面からなる乱反射面とすることができる。これにより、校正用ガスセル６を透過してきたレーザ光を乱反射させて再び校正用ガスセル６に反射させることができる。さらに、反射手段は、上記反射板２７に限定されるものではなく、校正用ガスセル６のガラス窓２１と対面する側に平坦な反射面２７ａを有する構成であれば、板状でなくても良い。
【００４１】
次に、本例のガス検知器校正装置１の校正原理について説明する。
ガス検出器３のガス検出方法は、ガス測定レーザ光を出射し、測定対象から反射した微弱なレーザ光を受光し、受光信号を分析して光路中のガスコラム密度を検出している。
【００４２】
今、分圧Ｐの測定ガスが測定光路に存在し、測定光路長をＬとすると、Ｉｒ＝ＩＲ（ｅｘｐ（−αＰＬ））…数式１と表すことができる。なお、数式１において、Ｉｒ：受光レーザ光強度、Ｉ：出射レーザ光強度、Ｒ：測定光の減衰量、α：測定ガスの吸収係数、Ｐ：測定ガスの分圧、Ｌ：測定光路長である。
【００４３】
出射レーザ光強度Ｉを、Ｉ＝Ｉ0 ＋Ｉ1 ｃｏｓ（２πｆｔ＋φ）…数式２（なお、Ｉ0 ：バイアスレーザ光強度、Ｉ1 ：変調レーザ光強度、ｆ：変調周波数、φ：変調位相）、出射レーザ光周波数ωを、ω＝ω0 ＋ω1 ｃｏｓ（２πｆｔ＋φ’）…数式３（なお、ω：出射レーザ光波長、ω0 ：バイアスレーザ光波長、ω1 ：変調レーザ光波長半幅、ｆ：変調周波数、φ’：変調位相）とすると、αＰＬ、ω1 ／Δωが１より十分小さな値を取るとき数式１をフーリエ展開して検出１ｆ強度、検出２ｆ強度を求めると、Ｉ1f＝ＲＩ1 ｃｏｓ（２πｆｔ＋φ1 ）…数式４、Ｉ2f＝ＲＩ0 α0 ＰＬ（ω1 ／Δω）2 ｃｏｓ（４πｆｔ＋２φ1 ’）／２…数式５と表すことができる。
【００４４】
なお、数式４において、Ｉ1f：検出１ｆ強度、Ｒ：測定光の減衰量、Ｉ1 ：変調レーザ光強度、ｆ：変調周波数、φ1 ：検出位相である。また、数式５において、Ｉ2f：検出２ｆ強度、Ｒ：測定光の減衰量、Ｉ0 ：バイアスレーザ光強度、α0 ：測定ガス吸収線中心の吸収係数、Ｐ：測定ガスの分圧、Ｌ：測定光路長、ω1 ：変調レーザ光波長半幅、Δω：測定ガス吸収線半値半幅、ｆ：変調周波数、φ1 ’：検出位相である。
【００４５】
ここで、検出２ｆ強度と検出１ｆ強度の比を求めると、｜Ｉ2f｜／｜Ｉ1f｜＝（Ｉ0 ／Ｉ1 ）（ω1 ／Δω）2 α0 ＰＬ／２…数式６となるが、ここでガス濃度換算係数Ｃを導入し、Ｃ＝（（Ｉ0 ／Ｉ1 ）（ω1 ／Δω）2 α0 ／２）-1…数式７としてガスコラム密度ＰＬの大きさを求めると、ＰＬ＝Ｃ＊（｜Ｉ2f｜／｜Ｉ1f｜）…数式８となる。
【００４６】
なお、数式６において、Ｉ2f／Ｉ1f：検出２ｆ強度と検出１ｆ強度の比、Ｉ0 ：バイアスレーザ光強度、Ｉ1 ：変調レーザ光強度、ω1 ：変調レーザ光波長半幅、Δω：測定ガス吸収線半値半幅、α0 ：測定ガス吸収線中心の吸収係数、Ｐ：測定ガスの分圧、Ｌ：測定光路長である。
【００４７】
このように、ガスコラム密度ＰＬは、測定ガス濃度と測定距離の積と定義されるので、確定した測定距離と正確な濃度のガスがあればガス濃度係数Ｃは精密に確定できる。従って、正確なガスコラム密度を求めるためには、ガス濃度係数Ｃを精密に測定し、設定すればよいことになる。
【００４８】
そこで、本例のガス検知器校正装置１では、上述した校正原理に基づき、ガス濃度係数Ｃを精密に測定するため、ガスコラム密度ＰＬの確定した系が構築してあり、この確定したガスコラム密度ＰＬから未確定ガス濃度係数Ｃを確定する。
【００４９】
本例のガス検知器校正装置１に備えている校正用ガスセル６は、測定光路長Ｌ１が１００ｍｍに設定されている。また、１０００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、５０００ｐｐｍの標準ガスが用意してあり、また正確に１気圧の標準ガスを校正用ガスセル６に充填できるようになっている。
【００５０】
そして、１０００ｐｐｍの標準ガスを充填すれば、ガスコラム密度ＰＬ＝１０００ｐｐｍ×０．１ｍ＝１００ｐｐｍ・ｍとなり、１００ｐｐｍ・ｍのコラム密度が校正装置１に設定される。同様に２０００ｐｐｍの標準ガスであれば２００ｐｐｍ・ｍ、５０００ｐｐｍの標準ガスであれば５００ｐｐｍ・ｍのコラム密度が設定される。
【００５１】
本例のガス検知器校正装置では、校正対象のガス検知器３を装着し、上記３種類のコラム密度で｜２ｆ｜／｜１ｆ｜値をガス検知器３で測定する。そして、測定した｜２ｆ｜／｜１ｆ｜値とコラム密度ＰＬを用いて、ガス濃度係数Ｃを取得する。この取得したガス濃度係数Ｃをガス検知器３のガス濃度係数パラメータとしてガス検知器３にパソコン等から設定する。これにより、ガス検知器３は、ガス検出時にこの設定されたガス濃度係数を使用して検出コラム密度を算出すれば、校正されたコラム密度を得ることができる。
【００５２】
以下、本例のガス検知器校正装置１を用いたガス濃度係数Ｃの取得方法について、その手順に沿って具体的に説明する。
【００５３】
（１）校正対象となるガス検知器３の投受光部をパージ管５に挿入してガス検知器３を基台２上に位置決め載置する。
（２）反射板２７を駆動手段２８により規定の速度で回転させる。
（３）パージガスボンベ１２のバルブ１２ａを開けてパージ管５内にパージガスを流す。これにより、パージ管５内をパージガスのみで満たす。
（４）校正用ガスセル６、標準ガスボンベ１８の全てのバルブ１３ｃ，１４ｃ，１８ａを閉める。
（５）校正用ガスセル６の標準ガスボンベ１８につながっているバルブ１４ｃを開ける。
（６）校正用ガスセル６の真空ポンプ１６につながっているバルブ１３ｃを開ける。
（７）真空ポンプ１６を動作させ、校正用ガスセル６内を真空にする。
（８）校正用ガスセル６の真空ポンプ１６につながっているバルブ１３ｃを閉める。
（９）１０００ｐｐｍの標準ガスボンベ１８のバルブ１８ａを開ける。
（１０）標準ガスが校正用ガスセル６内に１気圧になるまで標準ガスを入れる。
（１１）標準ガスボンベ１８のバルブ１８ａを閉める。
（１２）校正用ガスセル６の標準ガスボンベ１８につながっているバルブ１４ｃを閉める。
（１３）（３）〜（１２）の作業を複数回繰り返す。この作業は、前回のガスを真空ポンプ１６の動作により排除し、前回の残留ガスの影響による測定誤差を無くすために行われる。
（１４）校正対象となるガス検知器３により｜２ｆ｜／｜１ｆ｜値（ガス濃度）を測定し、記録する。
（１５）１０００ｐｐｍの標準ガスボンベ１８を２０００ｐｐｍの標準ガスボンベ１８に取り替え、（３）〜（１４）の作業を複数回繰り返す。
（１６）２０００ｐｐｍの標準ガスボンベ１８を５０００ｐｐｍの標準ガスボンベ１８に取り替え、（３）〜（１４）の作業を複数回繰り返す。
（１７）駆動手段２８による反射板２７の回転を止める。
（１８）全てのガスボンベ１２，１８のバルブ１２ａ，１８ａを閉める。
（１９）校正用ガスセル６のバルブ１３ｃ，１４ｃを開ける。
（２０）校正対象となるガス検知器３を基台２から取りはずす。
【００５４】
このように、本例のガス検知器校正装置では、ガスコラム密度ＰＬの確定した系を構築しているので、この確定したガスコラム密度ＰＬから未確定ガス濃度係数Ｃを確定することができる。すなわち、本例のガス検知器校正装置１の基台２に校正対象のガス検知器３を装着し、１００ｐｐｍ・ｍ、２００ｐｐｍ・ｍ、５００ｐｐｍ・ｍの３種類のコラム密度で｜２ｆ｜／｜１ｆ｜値をガス検知器３で測定する。そして、測定した｜２ｆ｜／｜１ｆ｜値とコラム密度ＰＬを用いて、数式８からガス濃度係数Ｃを取得することができる。これにより、取得したガス濃度係数Ｃをガス検知器３のガス濃度係数パラメータとしてガス検知器３に設定しておけば、ガス検出時にこの設定されたガス濃度係数を使用して検出コラム密度を算出することで校正されたガス濃度を得ることができる。これにより、従来に比べ、ガス検知器のガス濃度測定値を短時間で正確に校正することができる。
【００５５】
なお、本例のガス検知器校正装置では、比例関係にあるガス濃度と電圧（｜２ｆ｜／｜１ｆ｜値）のオフセット量が補正できるように、標準ガスとして１０００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、５０００ｐｐｍの３種類の濃度を用意したが、少なくとも２種類の濃度の標準ガスを用意すれば良い。
【００５６】
本例のガス検知器校正装置において、パージ手段４は、両端にガス検知器３と校正用ガスセル６とが着脱可能にガス検知器３と校正用ガスセル６とを結ぶ測定光の光軸Ｃ−Ｃを囲むように形成される筒型管状をなし、内部を所定のガス状態で保持する構成である。これにより、パージ管５内の気圧が外部よりも高く保たれるため、外部から余計なガスが進入するのを防ぐことができる。
【００５７】
また、校正用ガスセル６は、一対の透過窓２１の表面に反射防止膜が形成され、一対の透過窓２１がレーザ光の光軸Ｃ−Ｃに対して所定角度θ傾斜し、かつ所定間隔Ｌ１をおいて配置される構成なので、レーザ光が透過窓２１を通過する際のレーザ光の反射やレーザ光の干渉による影響を防ぐことができる。
【００５８】
さらに、光路長増減手段としての反射機構７は、反射手段としての反射板２７と、反射板２７とガス検知器３との間のレーザ光の光路長Ｌを微小に増減するように反射板２７を駆動する駆動手段２８とを含む構成である。具体的には、反射面２７ａが光軸線Ｃ−Ｃに対して所定角度傾斜して配置された反射手段２７を駆動手段２８により所定の回転速度で回転駆動する構成、反射板２７を駆動手段２８により光軸線Ｃ−Ｃ方向に微動駆動する構成である。これにより、ガス検知器３の投受光面と反射板２７の反射面２７ａとの間の距離Ｌを微小に変化させ、ガス検知器３と反射板２７との間でレーザ光が共振することなく、レーザ光の干渉を防ぐことができる。
【００５９】
また、本例のガス検知器校正装置において、反射手段２７の反射面２７ａが乱反射面をなす構成なので、校正用ガスセル６を透過してきたレーザ光を乱反射させて再び校正用ガスセル６に反射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係るガス検知器校正装置の全体構成を示す概略図であって、校正対象のガス検知器が取り付けられた状態を示す図である。
【図２】図１のガス検知器校正装置の校正用標準ガスセルの外観図である。
【図３】校正用標準ガスセルの断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ ガス検知器校正装置
２ 基台
２ａ 支持部材
２ｂ ガイド部材
３ ガス検知器
４ パージ手段
５ パージ管
６ 校正用ガスセル
６ａ セル本体
６ｂ 両端
７ 反射機構（光路長増減手段）
８ 制御ボックス
１１ パイプ
１２ パージガスボンベ
１２ａ バルブ
１３，１４ 継手
１３ａ，１４ａ バルブ
１３ｂ，１４ｂ 基端部
１３ｃ，１４ｃ 先端部
１５ パイプ
１６ 真空ポンプ
１７ パイプ
１８ 標準ガスボンベ
２１ ガラス窓（透過窓）
２２ 反射防止膜
２３ ガスケット
２４ 固定手段
２４ａ ネジ部
２４ｂ ナット部
２５ 圧力検出手段
２６ 表示手段
２７ 反射板（反射手段）
２７ａ 反射面
２８ 駆動手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の測定雰囲気のガス濃度を検知するガス検知器を校正するためのガス検知器校正装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メタン、二酸化炭素、アセチレン、アンモニア等の気体には、分子の回転や構成原子間の振動等に応じて特定波長の光を吸収する吸収帯があることは既に知られている。そして、この吸収帯を利用したガス検知器としては様々なものが提案されている。例えば下記特許文献１に開示されるガス検知器を具備したガス濃度測定装置では、光源部の半導体レーザにより周波数変調されたレーザ光を測定対象のガスが存在する大気中の測定雰囲気に向けて出射し、このレーザ光の出射に伴って測定雰囲気中を通過した透過光を受光部のフォト検出器で受光し、この受光信号から測定雰囲気中のガス濃度を測定している。
【０００３】
ここで、受光部の出力信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号（以下、１ｆ信号と略称する）には、強度変調に起因する大きなオフセットが生じる。このため、特に微小なガス濃度を高感度で測定するには、１ｆ信号に比べてオフセットのかなり小さい２倍波位相敏感検波信号（以下、２ｆ信号と略称する）が用いられる。
【０００４】
実際にガス濃度を測定するにあたっては、測定ガス吸収線に合わせた波長の測定光が測定雰囲気中を通ると、測定対象ガスにより測定光が吸収され、濃度に応じた強度で変調周波数の２倍の周波数の強度変化、すなわち２ｆが生成される。この２ｆと元の変調周波数１ｆの強度変化の比率２ｆ／１ｆの値は、ガス濃度に比例するので、この値に係数をかければガス濃度になる。
【０００５】
ところで、この種のガス検知器は、密閉された空間ではなく、大気中の測定雰囲気に周波数変調されたレーザ光を通し、測定雰囲気中で吸収されたレーザ光を受光してガス濃度の検知を行う構成である。そして、例えば測定対象ガスがメタンガスの場合、大気中には２ｐｐｍ程度のメタンガスを含有しており、その値も環境によって変化する。このため、実際にガス検知器が検知したガス濃度が正確な値を示すものか否かの判断が困難であった。従って、より正確なガス濃度の検知を行うためにはガス検知器を定期的に校正する必要があった。
【０００６】
そこで、従来、ガス検知器を校正する場合には、例えば熱収縮の小さいガラス円筒管に所定のガスを封入したガスセルと、校正対象となるガス検知器とを所定距離だけ離して設置する。そして、ガス検知器にてガスセルのガス濃度を測定し、この測定値によってガス検知器の校正を行っていた。
【特許文献１】特開２００１−２３５４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のガス検知器の校正方法では、ガスセルとガス検知装置との両者の距離や向き、大気の状態等、バラツキの影響で検知結果が安定しにくく、また、ガスセルに封入されているガス濃度自体にもバラツキがあり、正確な校正を行うことが困難であった。このため、より正確なガス検知器の校正を行うことができる装置の提供が望まれていた。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、正確なガス濃度係数が得られ、ガス検知器をより正確に校正することができるガス検知器校正装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に記載された請求項１のガス検知器校正装置は、ガス吸収線に周波数安定化されたレーザ光を雰囲気中に出射し、且つ該レーザ光の反射光を受光して前記雰囲気中のガス濃度を測定するガス検知器３の校正を行うためのガス検知器校正装置１であって、
校正されるべきガス検知器が置かれる位置から該ガス検知器が発生するレーザ光の光軸線Ｃ−Ｃに沿って所定の長さＬ以上離れて配置され、前記光軸線に対してそれぞれ傾斜して備えられてレーザ光を透過させる一対の透過窓２１と周壁とで画成され、内部に所定濃度の被検知ガスが充填される校正用ガスセル６と、
前記一対の透過窓の一方から他方を通して前記校正用ガスセルを透過したレーザ光を反射させる反射手段２７と、
前記ガス検知器と前記校正用ガスセルとの間の光路から被検知ガスを排除するパージ手段４とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２のガス検知器校正装置は、請求項１記載のガス検知器校正装置において、
前記パージ手段４は、両端に前記ガス検知器３と前記校正用ガスセル６とが着脱可能に前記ガス検知器と前記校正用ガスセルとを結ぶ測定光の光軸を囲むように形成される筒型管状をなし、内部を所定のガス状態で保持することを特徴とする。
【００１１】
請求項３のガス検知器校正装置は、請求項１記載のガス検知器校正装置において、
前記校正用ガスセル６は、前記一対の透過窓２１の表面に反射防止膜が形成され、該一対の透過窓が前記レーザ光の光軸に対して所定角度θ傾斜し、かつ所定間隔Ｌ１をおいて配置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４のガス検知器校正装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のガス検知器校正装置において、
前記反射手段２７と、
前記反射手段と前記ガス検知器３との間のレーザ光の光路長Ｌを微小に増減するように前記反射手段を駆動する駆動手段２８とを含む光路長増減手段７を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５のガス検知器校正装置は、請求項４記載のガス検知器校正装置において、
前記反射手段２７は、反射面２７ａが光軸線Ｃ−Ｃに対して所定角度傾斜して配置されており、
前記駆動手段２８は、前記反射手段を所定の回転速度で回転駆動することを特徴とする。
【００１４】
請求項６のガス検知器校正装置は、請求項４記載のガス検知器校正装置において、
前記駆動手段２８は、前記反射手段２７を光軸線Ｃ−Ｃ方向に微動駆動することを特徴とする。
【００１５】
請求項７のガス検知器校正装置は、請求項１〜６のいずれかに記載のガス検知器校正装置において、
前記反射手段２７の反射面２７ａが乱反射面をなすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のガス検知器校正装置によれば、ガスコラム密度ＰＬの確定した系を構築しているので、この確定したガスコラム密度ＰＬから未確定のガス濃度係数Ｃを確定して取得することができる。そして、この確定したガス濃度係数Ｃをガス検知器３のガス濃度係数パラメータとしてガス検知器３に設定しておけば、ガス検出時にこの設定されたガス濃度係数を使用して検出コラム密度を算出することで校正されたガス濃度を得ることができる。その結果、従来に比べ、ガス検知器のガス濃度測定値を短時間で正確に校正することができる。
【００１７】
請求項２のガス検知器校正装置によれば、パージ管５内の気圧が外部よりも高く保たれるため、外部から余計なガスが進入するのを防ぐことができる。
【００１８】
請求項３のガス検知器校正装置によれば、レーザ光が透過窓２１を通過する際のレーザ光の反射やレーザ光の干渉による影響を防ぐことができる。
【００１９】
請求項４〜６のガス検知器校正装置によれば、ガス検知器３の投受光面と反射板２７の反射面２７ａとの間の距離Ｌを微小に変化させ、ガス検知器３と反射板２７との間でレーザ光が共振することなく、レーザ光の干渉を防ぐことができる。
【００２０】
請求項７のガス検知器校正装置によれば、校正用ガスセル６を透過してきたレーザ光を乱反射させて再び校正用ガスセル６に反射させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。図１は本発明に係るガス検知器校正装置の全体構成を示す概略図であって、校正対象のガス検知器が取り付けられた状態を示す図、図２は図１のガス検知器校正装置の校正用標準ガスセルの外観図、図３は校正用標準ガスセルの断面図である。
【００２２】
本例のガス検知器校正装置は、特に、密閉された空間ではなく、例えばメタンガスなどの測定対象ガスを含む大気を測定雰囲気とし、この測定雰囲気である大気中にガス吸収線に周波数安定化されたレーザ光を出射し、測定雰囲気中で吸収されたレーザ光の反射光を受光して測定雰囲気中に含まれる測定対象ガスのガス濃度を測定するガス検知器の校正を行う場合に適している。
【００２３】
図１に示すように、ガス検知器校正装置１は、校正対象となるガス検知器３、パージ手段４の構成部品であるパージ管５、校正用ガスセル６、光路長増減手段としての反射機構７が本体をなす基台２上に載置される。以下、基台２、パージ手段４、校正用ガスセル６、反射機構７の各構成について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
まず、基台２は、詳細には図示しないが、ガス検知器３、パージ管５、校正用ガスセル６、反射機構７を支持するための例えば複数の支持部材２ａを有し、この支持部材２ａがレール状のガイド部材２ｂに対して移動可能に設けられている。図１の例では、校正用ガスセル６が基台２の右側に設置され、パージ管５の左端にガス検知器３が装着され、パージ管５の右端に校正用ガスセル６が装着された状態で支持部材２ａに支持される。また、校正用ガスセル６の右側に所定距離をおいて反射機構７が支持部材２ａに支持される。これにより、図１において左からガス検知器３、パージ管５、校正用ガスセル６、反射機構７の順に各部品が基台２上に位置決め配置される。校正用ガスセル６は、制御ボックス８上に配置されている。制御ボックス８内には、後述する駆動手段２８の動作を制御する制御器が収納されている。
【００２５】
次に、パージ手段４は、両端にガス検知器３と校正用ガスセル６とが着脱可能にガス検知器３と校正用ガスセル６とを結ぶレーザ光（測定光）の光軸Ｃ−Ｃ（図１の破線）を囲むように形成される筒型管状をなし、内部をパージガスによる所定のガス状態に保持している。
【００２６】
さらに説明すると、パージ手段４は、図１に示すように、筒状のパージ管５と、このパージ管５にパイプ１１を介して接続されたパージガスボンベ１２を備えて構成される。パージ管５は、例えばアクリルやガラス等により筒状に形成され、両端開口の一方にガス検知器３が挿入装着され、他方に校正用ガスセル６が挿入装着される。パージガスボンベ１２は、パージガスとして、例えば安価な窒素ガス（標準ガスを含まない）が封入されている。また、パージガスボンベ１２は、パイプ１１との間を開栓、閉栓するバルブ１２ａを有している。
【００２７】
パージ手段４は、バルブ１２ａを開栓することにより、パージガスボンベ１２内の窒素ガスをパージ管５にパイプ１１を介して供給し、パージ管５内をパージガスによるガス状態に保持している。この際、パージ管５の両端にはガス検知器３と校正用ガスセル６とが挿入により装着されており、これらの装着部分に隙間があってもパージ管５内のパージガスがその隙間から抜け、パージ管５内の気圧が外部よりも高く保たれるため、外部から余計なガスが進入するのを防ぐことができる。これにより、パージ管５は、両端にガス検知器３と校正用ガスセル６が挿入保持できる形状であればよく、パージ管５自身を簡単に製作することができる。
【００２８】
なお、パージ管５の両端開口の内径は、挿入装着されるガス検知器３の投受光部の外径および校正用ガスセルの外径に応じて適宜決定される。
【００２９】
また、パージ管５は、内面を例えば黒の艶消し面に形成して反射抑制面とすることができる。これにより、パージ管５内をレーザ光が通過するときにパージ管５の内面が鏡面となって反射するのを抑制することができる。
【００３０】
次に、校正用ガスセル６は、図３に示すように、ガス雰囲気長Ｌ１が例えば１００ｍｍ、内径Ｌ２が例えば８０ｍｍ以上で形成される。校正用ガスセル６は、例えばアルミニウム等の金属や熱収縮の小さいガラス等からなる筒状部材をセル本体６ａとしている。図２および図３に示すように、セル本体６ａの上部には、それぞれにバルブ１３ａ，１４ａを有する中空状の２つの継手１３，１４が取り付けられている。これら２つの継手１３，１４は、基端部１３ｂ，１４ｂがセル本体６ａの内部に連通している。また、継手１３の先端部１３ｃは、図１に示すように、パイプ１５を介して真空ポンプ１６に接続されている。さらに、継手１４の先端部１４ｃは、パイプ１７を介して標準ガスボンベ１８に接続されている。
【００３１】
真空ポンプ１６は、標準ガスボンベ１８までのパイプ１７の経路内を含め、校正用ガスセル６のセル本体６ａ内を真空にしている。標準ガスボンベ１８には、予め正確に校正されたメタンガスが標準ガスとして封入されている。図１の例では、標準ガスボンベ１８が３本で構成され、１０００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、５０００ｐｐｍのメタンガスが封入されている。また、標準ガスボンベ１８には、それぞれパイプ１７との間を開栓、閉栓するバルブ１８ａが設けられている。これら標準ガスボンベ１８に充填された標準ガスは、いずれか一つのバルブ１８ａを開栓することにより、校正用ガスセル６のセル本体６ａにパイプ１７を介して供給される。
【００３２】
また、セル本体６ａの開口両端６ｂ，６ｂには、レーザ光が透過することができるように、透過窓としての一対のガラス窓２１，２１が取り付けられている。各ガラス窓２１は、例えば材質がＢＫ７からなるウエッジガラスで形成されている。また、各ガラス窓２１は、中心軸（ガス検知器３の光軸線）Ｃ−Ｃに対して所定角度θ（例えば１０°前後）傾斜して開口両端６ｂに取り付けられる。また、各ガラス窓２１の表面には、反射防止膜２２として、例えば１．６５μｍ波長用のＡＲコーティングが施されている。さらに、開口両端６ｂにおける各ガラス窓２１の外側には、内部を密閉するための例えばシリコンゴム等からなるガスケット２３が配置される。これら一対のガラス窓２１とガスケット２３とは、固定手段２４によって固定される。
【００３３】
本例において、固定手段２４は、開口両端６ｂにネジが形成されたネジ部２４ａと、ネジ部２４ａに締着されるように外周にネジが形成された環状のナット２４ｂとで構成される。そして、ガラス窓２１とガスケット２３は、セル本体６ａの開口両端６ｂに外部から装着された後、環状のナット２４ｂをネジ部２４ａに締着することで固定される。
【００３４】
さらに、セル本体６ａには、内部の圧力を例えば０気圧から２気圧の範囲内で検出する圧力検出手段としての圧力センサ２５が設けられている。なお、本例では、校正用ガスセル６の内気圧が通常１気圧に設定される。また、基台２には、圧力センサ２５からの検出信号による圧力値を表示する表示手段としてのデジタル表示器２６が設けられている。これにより、ユーザは、デジタル表示器２６に表示された値を目視で確認することにより、校正用セル６の内部圧力を容易に認識することができる。
【００３５】
なお、本例では、セル本体６ａに圧力センサ２５を設ける構成について図示したが、アナログ表示機能を有するメーター式の圧力計をセル本体６ａに設けても良い。この場合、基台２に設けられる表示手段２６としてのデジタル表示器が不要になる。
【００３６】
このように構成される校正用ガスセル６は、一対の透過窓２１とセル本体６ａの周壁によって画成された空間内に所定濃度の標準ガス（被検知ガス）が充填されるようになっている。そして、この校正用ガスセル６は、校正されるべきガス検知器３が置かれる位置からガス検知器３が発生するレーザ光の光軸線Ｃ−Ｃに沿って所定の長さＬ０（例えば１０００ｍｍ）以上離れて基台２上に配置される。
【００３７】
次に、光路長増減手段としての反射機構７は、反射手段としての反射板２７と、反射板２７をレーザ光の光軸線Ｃ−Ｃ方向に微動させる駆動手段２８とを備えて構成される。この反射板２７は、一対のガラス窓２１の一方から他方を通して校正用ガスセル６を透過したレーザ光を、再び校正用ガスセル６方向に反射させている。また、図１における反射板２７は、反射面２７ａがレーザ光の光軸線Ｃ−Ｃに対して所定角度（例えば１０°前後）傾斜している。さらに、反射板２７は、駆動手段２８によって回転可能に設けられ、回転中心が光軸線Ｃ−Ｃから微小にずれて位置している。
【００３８】
駆動手段２８は、反射板２７を所定速度（例えば６００ｒｐｍ）で回転駆動している。この駆動手段２８は、例えば各種モータ、アクチュエータ、バイブレータ等で構成することができる。そして、光軸線Ｃ−Ｃに対して傾斜した反射板２７を駆動手段２８により所定速度で回転させることでレーザ光の照射位置が変わる。これにより、ガス検知器３の投受光面と反射板２７の反射面２７ａとの間の距離Ｌが微小に変わり、ガス検知器３と反射板２７との間でレーザ光が共振することなく、レーザ光の干渉を防ぐことができる。
【００３９】
なお、図１の例の反射機構７では、反射板２７を光軸線Ｃ−Ｃに対して所定角度傾斜させ、駆動手段２８により反射板２７を回転させる構成としたが、この構成に限定されるものではない。例えば反射板２７の反射面２７ａを光軸線Ｃ−Ｃに対して垂直に配置し、反射板２７を駆動手段２８によって光軸線Ｃ−Ｃ方向に微小移動させ、ガス検知器３と反射板２７との間の距離Ｌを微小に増減させる構成とすることもできる。その際の反射板２７の移動量は、光の位相が揃わないように、使用するレーザ光の波長と異なる距離、レーザ光より若干大きければ良い。例えば使用するレーザ光の波長が１〜３μｍであれば、反射板２７の移動量は５〜１００μｍとなる。
【００４０】
また、反射板２７の反射面２７ａは、例えば微小な凹凸面からなる乱反射面とすることができる。これにより、校正用ガスセル６を透過してきたレーザ光を乱反射させて再び校正用ガスセル６に反射させることができる。さらに、反射手段は、上記反射板２７に限定されるものではなく、校正用ガスセル６のガラス窓２１と対面する側に平坦な反射面２７ａを有する構成であれば、板状でなくても良い。
【００４１】
次に、本例のガス検知器校正装置１の校正原理について説明する。
ガス検出器３のガス検出方法は、ガス測定レーザ光を出射し、測定対象から反射した微弱なレーザ光を受光し、受光信号を分析して光路中のガスコラム密度を検出している。
【００４２】
今、分圧Ｐの測定ガスが測定光路に存在し、測定光路長をＬとすると、Ｉｒ＝ＩＲ（ｅｘｐ（−αＰＬ））…数式１と表すことができる。なお、数式１において、Ｉｒ：受光レーザ光強度、Ｉ：出射レーザ光強度、Ｒ：測定光の減衰量、α：測定ガスの吸収係数、Ｐ：測定ガスの分圧、Ｌ：測定光路長である。
【００４３】
出射レーザ光強度Ｉを、Ｉ＝Ｉ0 ＋Ｉ1 ｃｏｓ（２πｆｔ＋φ）…数式２（なお、Ｉ0 ：バイアスレーザ光強度、Ｉ1 ：変調レーザ光強度、ｆ：変調周波数、φ：変調位相）、出射レーザ光周波数ωを、ω＝ω0 ＋ω1 ｃｏｓ（２πｆｔ＋φ’）…数式３（なお、ω：出射レーザ光波長、ω0 ：バイアスレーザ光波長、ω1 ：変調レーザ光波長半幅、ｆ：変調周波数、φ’：変調位相）とすると、αＰＬ、ω1 ／Δωが１より十分小さな値を取るとき数式１をフーリエ展開して検出１ｆ強度、検出２ｆ強度を求めると、Ｉ1f＝ＲＩ1 ｃｏｓ（２πｆｔ＋φ1 ）…数式４、Ｉ2f＝ＲＩ0 α0 ＰＬ（ω1 ／Δω）2 ｃｏｓ（４πｆｔ＋２φ1 ’）／２…数式５と表すことができる。
【００４４】
なお、数式４において、Ｉ1f：検出１ｆ強度、Ｒ：測定光の減衰量、Ｉ1 ：変調レーザ光強度、ｆ：変調周波数、φ1 ：検出位相である。また、数式５において、Ｉ2f：検出２ｆ強度、Ｒ：測定光の減衰量、Ｉ0 ：バイアスレーザ光強度、α0 ：測定ガス吸収線中心の吸収係数、Ｐ：測定ガスの分圧、Ｌ：測定光路長、ω1 ：変調レーザ光波長半幅、Δω：測定ガス吸収線半値半幅、ｆ：変調周波数、φ1 ’：検出位相である。
【００４５】
ここで、検出２ｆ強度と検出１ｆ強度の比を求めると、｜Ｉ2f｜／｜Ｉ1f｜＝（Ｉ0 ／Ｉ1 ）（ω1 ／Δω）2 α0 ＰＬ／２…数式６となるが、ここでガス濃度換算係数Ｃを導入し、Ｃ＝（（Ｉ0 ／Ｉ1 ）（ω1 ／Δω）2 α0 ／２）-1…数式７としてガスコラム密度ＰＬの大きさを求めると、ＰＬ＝Ｃ＊（｜Ｉ2f｜／｜Ｉ1f｜）…数式８となる。
【００４６】
なお、数式６において、Ｉ2f／Ｉ1f：検出２ｆ強度と検出１ｆ強度の比、Ｉ0 ：バイアスレーザ光強度、Ｉ1 ：変調レーザ光強度、ω1 ：変調レーザ光波長半幅、Δω：測定ガス吸収線半値半幅、α0 ：測定ガス吸収線中心の吸収係数、Ｐ：測定ガスの分圧、Ｌ：測定光路長である。
【００４７】
このように、ガスコラム密度ＰＬは、測定ガス濃度と測定距離の積と定義されるので、確定した測定距離と正確な濃度のガスがあればガス濃度係数Ｃは精密に確定できる。従って、正確なガスコラム密度を求めるためには、ガス濃度係数Ｃを精密に測定し、設定すればよいことになる。
【００４８】
そこで、本例のガス検知器校正装置１では、上述した校正原理に基づき、ガス濃度係数Ｃを精密に測定するため、ガスコラム密度ＰＬの確定した系が構築してあり、この確定したガスコラム密度ＰＬから未確定ガス濃度係数Ｃを確定する。
【００４９】
本例のガス検知器校正装置１に備えている校正用ガスセル６は、測定光路長Ｌ１が１００ｍｍに設定されている。また、１０００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、５０００ｐｐｍの標準ガスが用意してあり、また正確に１気圧の標準ガスを校正用ガスセル６に充填できるようになっている。
【００５０】
そして、１０００ｐｐｍの標準ガスを充填すれば、ガスコラム密度ＰＬ＝１０００ｐｐｍ×０．１ｍ＝１００ｐｐｍ・ｍとなり、１００ｐｐｍ・ｍのコラム密度が校正装置１に設定される。同様に２０００ｐｐｍの標準ガスであれば２００ｐｐｍ・ｍ、５０００ｐｐｍの標準ガスであれば５００ｐｐｍ・ｍのコラム密度が設定される。
【００５１】
本例のガス検知器校正装置では、校正対象のガス検知器３を装着し、上記３種類のコラム密度で｜２ｆ｜／｜１ｆ｜値をガス検知器３で測定する。そして、測定した｜２ｆ｜／｜１ｆ｜値とコラム密度ＰＬを用いて、ガス濃度係数Ｃを取得する。この取得したガス濃度係数Ｃをガス検知器３のガス濃度係数パラメータとしてガス検知器３にパソコン等から設定する。これにより、ガス検知器３は、ガス検出時にこの設定されたガス濃度係数を使用して検出コラム密度を算出すれば、校正されたコラム密度を得ることができる。
【００５２】
以下、本例のガス検知器校正装置１を用いたガス濃度係数Ｃの取得方法について、その手順に沿って具体的に説明する。
【００５３】
（１）校正対象となるガス検知器３の投受光部をパージ管５に挿入してガス検知器３を基台２上に位置決め載置する。
（２）反射板２７を駆動手段２８により規定の速度で回転させる。
（３）パージガスボンベ１２のバルブ１２ａを開けてパージ管５内にパージガスを流す。これにより、パージ管５内をパージガスのみで満たす。
（４）校正用ガスセル６、標準ガスボンベ１８の全てのバルブ１３ｃ，１４ｃ，１８ａを閉める。
（５）校正用ガスセル６の標準ガスボンベ１８につながっているバルブ１４ｃを開ける。
（６）校正用ガスセル６の真空ポンプ１６につながっているバルブ１３ｃを開ける。
（７）真空ポンプ１６を動作させ、校正用ガスセル６内を真空にする。
（８）校正用ガスセル６の真空ポンプ１６につながっているバルブ１３ｃを閉める。
（９）１０００ｐｐｍの標準ガスボンベ１８のバルブ１８ａを開ける。
（１０）標準ガスが校正用ガスセル６内に１気圧になるまで標準ガスを入れる。
（１１）標準ガスボンベ１８のバルブ１８ａを閉める。
（１２）校正用ガスセル６の標準ガスボンベ１８につながっているバルブ１４ｃを閉める。
（１３）（３）〜（１２）の作業を複数回繰り返す。この作業は、前回のガスを真空ポンプ１６の動作により排除し、前回の残留ガスの影響による測定誤差を無くすために行われる。
（１４）校正対象となるガス検知器３により｜２ｆ｜／｜１ｆ｜値（ガス濃度）を測定し、記録する。
（１５）１０００ｐｐｍの標準ガスボンベ１８を２０００ｐｐｍの標準ガスボンベ１８に取り替え、（３）〜（１４）の作業を複数回繰り返す。
（１６）２０００ｐｐｍの標準ガスボンベ１８を５０００ｐｐｍの標準ガスボンベ１８に取り替え、（３）〜（１４）の作業を複数回繰り返す。
（１７）駆動手段２８による反射板２７の回転を止める。
（１８）全てのガスボンベ１２，１８のバルブ１２ａ，１８ａを閉める。
（１９）校正用ガスセル６のバルブ１３ｃ，１４ｃを開ける。
（２０）校正対象となるガス検知器３を基台２から取りはずす。
【００５４】
このように、本例のガス検知器校正装置では、ガスコラム密度ＰＬの確定した系を構築しているので、この確定したガスコラム密度ＰＬから未確定ガス濃度係数Ｃを確定することができる。すなわち、本例のガス検知器校正装置１の基台２に校正対象のガス検知器３を装着し、１００ｐｐｍ・ｍ、２００ｐｐｍ・ｍ、５００ｐｐｍ・ｍの３種類のコラム密度で｜２ｆ｜／｜１ｆ｜値をガス検知器３で測定する。そして、測定した｜２ｆ｜／｜１ｆ｜値とコラム密度ＰＬを用いて、数式８からガス濃度係数Ｃを取得することができる。これにより、取得したガス濃度係数Ｃをガス検知器３のガス濃度係数パラメータとしてガス検知器３に設定しておけば、ガス検出時にこの設定されたガス濃度係数を使用して検出コラム密度を算出することで校正されたガス濃度を得ることができる。これにより、従来に比べ、ガス検知器のガス濃度測定値を短時間で正確に校正することができる。
【００５５】
なお、本例のガス検知器校正装置では、比例関係にあるガス濃度と電圧（｜２ｆ｜／｜１ｆ｜値）のオフセット量が補正できるように、標準ガスとして１０００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、５０００ｐｐｍの３種類の濃度を用意したが、少なくとも２種類の濃度の標準ガスを用意すれば良い。
【００５６】
本例のガス検知器校正装置において、パージ手段４は、両端にガス検知器３と校正用ガスセル６とが着脱可能にガス検知器３と校正用ガスセル６とを結ぶ測定光の光軸Ｃ−Ｃを囲むように形成される筒型管状をなし、内部を所定のガス状態で保持する構成である。これにより、パージ管５内の気圧が外部よりも高く保たれるため、外部から余計なガスが進入するのを防ぐことができる。
【００５７】
また、校正用ガスセル６は、一対の透過窓２１の表面に反射防止膜が形成され、一対の透過窓２１がレーザ光の光軸Ｃ−Ｃに対して所定角度θ傾斜し、かつ所定間隔Ｌ１をおいて配置される構成なので、レーザ光が透過窓２１を通過する際のレーザ光の反射やレーザ光の干渉による影響を防ぐことができる。
【００５８】
さらに、光路長増減手段としての反射機構７は、反射手段としての反射板２７と、反射板２７とガス検知器３との間のレーザ光の光路長Ｌを微小に増減するように反射板２７を駆動する駆動手段２８とを含む構成である。具体的には、反射面２７ａが光軸線Ｃ−Ｃに対して所定角度傾斜して配置された反射手段２７を駆動手段２８により所定の回転速度で回転駆動する構成、反射板２７を駆動手段２８により光軸線Ｃ−Ｃ方向に微動駆動する構成である。これにより、ガス検知器３の投受光面と反射板２７の反射面２７ａとの間の距離Ｌを微小に変化させ、ガス検知器３と反射板２７との間でレーザ光が共振することなく、レーザ光の干渉を防ぐことができる。
【００５９】
また、本例のガス検知器校正装置において、反射手段２７の反射面２７ａが乱反射面をなす構成なので、校正用ガスセル６を透過してきたレーザ光を乱反射させて再び校正用ガスセル６に反射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係るガス検知器校正装置の全体構成を示す概略図であって、校正対象のガス検知器が取り付けられた状態を示す図である。
【図２】図１のガス検知器校正装置の校正用標準ガスセルの外観図である。
【図３】校正用標準ガスセルの断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ ガス検知器校正装置
２ 基台
２ａ 支持部材
２ｂ ガイド部材
３ ガス検知器
４ パージ手段
５ パージ管
６ 校正用ガスセル
６ａ セル本体
６ｂ 両端
７ 反射機構（光路長増減手段）
８ 制御ボックス
１１ パイプ
１２ パージガスボンベ
１２ａ バルブ
１３，１４ 継手
１３ａ，１４ａ バルブ
１３ｂ，１４ｂ 基端部
１３ｃ，１４ｃ 先端部
１５ パイプ
１６ 真空ポンプ
１７ パイプ
１８ 標準ガスボンベ
２１ ガラス窓（透過窓）
２２ 反射防止膜
２３ ガスケット
２４ 固定手段
２４ａ ネジ部
２４ｂ ナット部
２５ 圧力検出手段
２６ 表示手段
２７ 反射板（反射手段）
２７ａ 反射面
２８ 駆動手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス吸収線に周波数安定化されたレーザ光を雰囲気中に出射し、且つ該レーザ光の反射光を受光して前記雰囲気中のガス濃度を測定するガス検知器（３）の校正を行うためのガス検知器校正装置（１）であって、
校正されるべきガス検知器が置かれる位置から該ガス検知器が発生するレーザ光の光軸線（Ｃ−Ｃ）に沿って所定の長さ（Ｌ）以上離れて配置され、前記光軸線に対してそれぞれ傾斜して備えられてレーザ光を透過させる一対の透過窓（２１）と周壁とで画成され、内部に所定濃度の被検知ガスが充填される校正用ガスセル（６）と、
前記一対の透過窓の一方から他方を通して前記校正用ガスセルを透過したレーザ光を反射させる反射手段（２７）と、
前記ガス検知器と前記校正用ガスセルとの間の光路から被検知ガスを排除するパージ手段（４）とを備えたことを特徴とするガス検知器校正装置。
【請求項２】
前記パージ手段（４）は、両端に前記ガス検知器（３）と前記校正用ガスセル（６）とが着脱可能に前記ガス検知器と前記校正用ガスセルとを結ぶ測定光の光軸を囲むように形成される筒型管状をなし、内部を所定のガス状態で保持することを特徴とする請求項１記載のガス検知器校正装置。
【請求項３】
前記校正用ガスセル（６）は、前記一対の透過窓（２１）の表面に反射防止膜が形成され、該一対の透過窓が前記レーザ光の光軸に対して所定角度（θ）傾斜し、かつ所定間隔（Ｌ１）をおいて配置されていることを特徴とする請求項１記載のガス検知器校正装置。
【請求項４】
前記反射手段（２７）と、
前記反射手段と前記ガス検知器（３）との間のレーザ光の光路長（Ｌ）を微小に増減するように前記反射手段を駆動する駆動手段（２８）とを含む光路長増減手段（７）を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガス検知器校正装置。
【請求項５】
前記反射手段（２７）は、反射面（２７ａ）が光軸線（Ｃ−Ｃ）に対して所定角度傾斜して配置されており、
前記駆動手段（２８）は、前記反射手段を所定の回転速度で回転駆動することを特徴とする請求項４記載のガス検知器校正装置。
【請求項６】
前記駆動手段（２８）は、前記反射手段（２７）を光軸線（Ｃ−Ｃ）方向に微動駆動することを特徴とする請求項４記載のガス検知器校正装置。
【請求項７】
前記反射手段（２７）の反射面（２７ａ）が乱反射面をなすことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のガス検知器校正装置。
【請求項１】
ガス吸収線に周波数安定化されたレーザ光を雰囲気中に出射し、且つ該レーザ光の反射光を受光して前記雰囲気中のガス濃度を測定するガス検知器（３）の校正を行うためのガス検知器校正装置（１）であって、
校正されるべきガス検知器が置かれる位置から該ガス検知器が発生するレーザ光の光軸線（Ｃ−Ｃ）に沿って所定の長さ（Ｌ）以上離れて配置され、前記光軸線に対してそれぞれ傾斜して備えられてレーザ光を透過させる一対の透過窓（２１）と周壁とで画成され、内部に所定濃度の被検知ガスが充填される校正用ガスセル（６）と、
前記一対の透過窓の一方から他方を通して前記校正用ガスセルを透過したレーザ光を反射させる反射手段（２７）と、
前記ガス検知器と前記校正用ガスセルとの間の光路から被検知ガスを排除するパージ手段（４）とを備えたことを特徴とするガス検知器校正装置。
【請求項２】
前記パージ手段（４）は、両端に前記ガス検知器（３）と前記校正用ガスセル（６）とが着脱可能に前記ガス検知器と前記校正用ガスセルとを結ぶ測定光の光軸を囲むように形成される筒型管状をなし、内部を所定のガス状態で保持することを特徴とする請求項１記載のガス検知器校正装置。
【請求項３】
前記校正用ガスセル（６）は、前記一対の透過窓（２１）の表面に反射防止膜が形成され、該一対の透過窓が前記レーザ光の光軸に対して所定角度（θ）傾斜し、かつ所定間隔（Ｌ１）をおいて配置されていることを特徴とする請求項１記載のガス検知器校正装置。
【請求項４】
前記反射手段（２７）と、
前記反射手段と前記ガス検知器（３）との間のレーザ光の光路長（Ｌ）を微小に増減するように前記反射手段を駆動する駆動手段（２８）とを含む光路長増減手段（７）を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガス検知器校正装置。
【請求項５】
前記反射手段（２７）は、反射面（２７ａ）が光軸線（Ｃ−Ｃ）に対して所定角度傾斜して配置されており、
前記駆動手段（２８）は、前記反射手段を所定の回転速度で回転駆動することを特徴とする請求項４記載のガス検知器校正装置。
【請求項６】
前記駆動手段（２８）は、前記反射手段（２７）を光軸線（Ｃ−Ｃ）方向に微動駆動することを特徴とする請求項４記載のガス検知器校正装置。
【請求項７】
前記反射手段（２７）の反射面（２７ａ）が乱反射面をなすことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のガス検知器校正装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−８４３４２（Ｐ２００６−８４３４２Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７００３２（Ｐ２００４−２７００３２）
【出願日】平成１６年９月１６日（２００４．９．１６）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１６日（２００４．９．１６）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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