受光ユニット及び濃度測定装置
【課題】小型で、複数種類の気体の濃度測定を精度良く行うことができる濃度測定装置を提供する。
【解決手段】濃度測定装置は、雰囲気が充填されたセル内の一端部に赤外線を放射する光源を配し他端部に赤外線を受光する受光ユニット８を配した気体サンプル室を有している。受光ユニット８は、光源と相対する側に開口部１１ａが形成されたユニット本体１１と、前記一端部から前記他端部に向かう方向に沿って延びユニット本体１１の内部空間を複数の空間１０ａ，１０ｂに分割する分割部材１２と、空間１０ａ，１０ｂの開口部１１ａ側に夫々配され透過する赤外線の波長が互いに異なる複数のフィルタ１５ａ，１５ｂと、空間１０ａ，１０ｂ夫々に配されフィルタ１５ａ，１５ｂを透過した赤外線を受光する複数のセンサ１４ａ，１４ｂと、を有している。
【解決手段】濃度測定装置は、雰囲気が充填されたセル内の一端部に赤外線を放射する光源を配し他端部に赤外線を受光する受光ユニット８を配した気体サンプル室を有している。受光ユニット８は、光源と相対する側に開口部１１ａが形成されたユニット本体１１と、前記一端部から前記他端部に向かう方向に沿って延びユニット本体１１の内部空間を複数の空間１０ａ，１０ｂに分割する分割部材１２と、空間１０ａ，１０ｂの開口部１１ａ側に夫々配され透過する赤外線の波長が互いに異なる複数のフィルタ１５ａ，１５ｂと、空間１０ａ，１０ｂ夫々に配されフィルタ１５ａ，１５ｂを透過した赤外線を受光する複数のセンサ１４ａ，１４ｂと、を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、雰囲気に含まれる二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素などの所定の気体の濃度を測定する濃度測定装置に用いられる受光ユニット及びこの受光ユニットを有した濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素などの所定の気体の濃度を測定する濃度測定装置には、従来から種々の気体サンプル室が用いられてきた。従来の気体サンプル室は、雰囲気が充填された筒状のセルと、セルの一端部に配された赤外線を放射する光源と、セルの他端部に配された受光器と、を有している（例えば特許文献１を参照。）。
【０００３】
上記受光器は、赤外線センサと、この赤外線センサと光源との間に配置されて所定の波長の赤外線のみを透過させるフィルタとを有している。フィルタを透過する赤外線波長は、測定対象の気体に対する測定濃度範囲により定められている。即ち、フィルタを透過する赤外線波長は、測定対象の気体の測定範囲が０ｐｐｍから数千ｐｐｍオーダーであれば最も減衰し易い赤外線波長が選択されるなど、測定対象の気体の測定濃度範囲に応じて適切に選ばれている。
【０００４】
上述した従来の気体サンプル室即ち濃度測定装置は、フィルタを介して赤外線センサが受光した光源からの赤外線の強さを測定することで、前記雰囲気中の前述した測定対象の気体の濃度を測定する。
【０００５】
また、上述した従来の濃度測定装置は、測定対象の気体が複数種類ある場合は、上述した構成の気体サンプル室を複数設けていた。このため、濃度測定装置が大型化する傾向にあった。
【０００６】
そこで、１つのセル内に複数の受光部を設けることにより小型化を図った濃度測定装置が特許文献２に考案されている。しかしながらこの濃度測定装置は、単純に１つのセル内に複数の受光器を設けた構成であることから、一つの受光器のフィルタを透過した赤外線が他の受光器の赤外線センサに受光されてしまう可能性があり、精度の高い濃度測定ができないという問題があった。
【特許文献１】特開平０５−０５２７４２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７２７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、雰囲気中の測定対象となる複数種類の気体の濃度測定を同時に精度良く行うことができ、搭載される装置を小型化できる受光ユニット及びこの受光ユニットを有した濃度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、雰囲気が充填されるセルの一端部に配された光源からの光を受光する、前記セルの他端部に配された受光ユニットであって、前記光源と相対する側に開口部が形成された箱状の箱状部材と、前記一端部から前記他端部に向かう方向に沿って延び、前記箱状部材の内部空間を複数の空間に分割する分割部材と、前記複数の空間の前記開口部側にそれぞれ配され、予め定められた波長の光のみを透過させるとともに透過させる光の波長が互いに異なる複数のフィルタと、前記複数の空間それぞれに配され、前記フィルタを透過した光を受光する複数のセンサと、を有していることを特徴とする受光ユニットである。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記分割部材が、ユニット本体内の空間を、互いに容積が異なる複数の空間に分割していることを特徴とするものである。このため、容積が大きな空間に配されたセンサは、容積が小さな空間に配されたセンサと比較して、光源からの光をより多く受光することが可能となり、測定対象の気体の濃度について、より高感度で測定することができる。
【００１０】
請求項３に記載された発明は、請求項１または請求項２に記載された発明において、前記複数のセンサの受光面が、前記一端部から前記他端部に向かう方向に対して傾斜して配されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載された発明は、セル内の一端部に光源を配し、他端部に前記光源からの光を受光する受光ユニットを配した気体サンプル室と、前記受光ユニットが受光した前記光源からの光の強さに基づいて、前記気体サンプル室内の予め定められた気体の濃度を算出する濃度算出部と、を有した濃度測定装置において、前記受光ユニットとして、請求項１〜３のうち１項に記載の受光ユニットを有していることを特徴とする濃度測定装置である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の本発明は、雰囲気が充填されるセルの一端部に配された光源からの光を受光する、前記セルの他端部に配された受光ユニットが、前記光源と相対する側に開口部が形成された箱状の箱状部材と、前記一端部から前記他端部に向かう方向に沿って延び、前記箱状部材の内部空間を複数の空間に分割する分割部材と、前記複数の空間の前記開口部側にそれぞれ配され、予め定められた波長の光のみを透過させるとともに透過させる光の波長が互いに異なる複数のフィルタと、前記複数の空間それぞれに配され、前記フィルタを透過した光を受光する複数のセンサと、を有していることから、雰囲気中の測定対象となる複数種類の気体の濃度測定を同時に精度良く行うことができ、搭載される装置を小型化できる受光ユニットを提供することができる。
【００１３】
請求項２に記載の本発明は、前記分割部材が、ユニット本体内の空間を、互いに容積が異なる複数の空間に分割していることから、雰囲気中の測定対象となる複数種類の気体の濃度測定を同時に精度良く行うことができる。
【００１４】
請求項３に記載の本発明は、前記複数のセンサの受光面が、前記一端部から前記他端部に向かう方向に対して傾斜して配されていることから、光源から各センサまでの距離を短くすることができるので、光源の光が拡散する前に各センサが多量の光を受光でき、そのために、各気体の濃度を高精度に測定することができる。
【００１５】
請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３のうち１項に記載の受光ユニットを有していることから、小型で、雰囲気中の測定対象となる複数種類の気体の濃度測定を同時に精度良く行うことができる濃度測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る濃度測定装置を、図１乃至図６を参照して説明する。
【００１７】
濃度測定装置１は、図２に示すように、濃度の測定対象の気体を含んだ雰囲気が充填される気体サンプル室２と、制御回路部３と、受光回路部４と、濃度算出部としてのマイクロコンピュータ（以下、μｃｏｍと記載する）５と、を有している。
【００１８】
上記気体サンプル室２は、図１に示すように、セル６と、光源７と、受光ユニット８とを有している。セル６は、筒状に形成されている。図示例では、セル６は、四角筒状に形成されている。セル６には、セル６内に雰囲気を導く吸入口９ａと、セル６内の雰囲気を外部に導く出口９ｂと、が設けられている。即ち、気体サンプル室２は、吸入口９ａ、出口９ｂを有している。これら吸入口９ａ、出口９ｂは、セル６の外壁６ａを貫通していて、セル６内の気体を雰囲気と等しくするものである。
【００１９】
上記光源７は、セル６内でかつ当該セル６の一端部６ｂに設けられている。光源７は、電圧が印加されることで、光としての赤外線をセル６の他端部６ｃに向かって放射する。また、この光源として、例えば黒体炉、電球等が用いられる。
【００２０】
上記受光ユニット８は、図３及び図４に示すように、箱状部材としてのユニット本体１１と、分割部材１２と、４つのセンサとしての赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、４つのフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと、集光部材１３と、を有している。また、ユニット本体１１即ち受光ユニット８は、セル６内でかつ当該セル６の他端部６ｃに設けられている。
【００２１】
上記ユニット本体１１は、光源７と相対する側に開口部１１ａが形成され、外形が円柱状に形成された箱状に形成されている。
【００２２】
上記分割部材１２は、ユニット本体１１内に配されており、第１分割板１２ａと、第２分割板１２ｂと、で構成されている。これら第１分割板１２ａ，第２分割板１２ｂは、セル６の一端部６ｂから他端部６ｃに向かう方向に沿って延びた板状に形成されている。また、これら第１分割板１２ａ，第２分割板１２ｂは、互いに平面方向が直交する向きで、互いに一体形成されている。即ち、分割部材１２は平面視が十字状に形成されている。このような分割部材１２は、ユニット本体１１内の空間を、互いに容積が等しい４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに分割している。また、上記開口部１１ａは、これら４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに跨って形成されている。
【００２３】
上記４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、互いに同一構成であり、上述した４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄそれぞれに１つずつ配されているとともに、ユニット本体１１の上記開口部１１ａから離れた側、即ちセル６の他端部６ｃ側、に取り付けられている（図４を参照。）。即ち、これら複数の赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、同一平面上に配され、それぞれの受光面が、一端部６ｂから他端部６ｃに向かう方向に対して垂直に配されている。また、これら赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、例えば、焦電型、サーモパイル型のものが用いられる。このような赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、光源７により発せられかつ後述するフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを透過した赤外線を受光し、この赤外線の熱を電気エネルギーに変換して、センサ出力としてμｃｏｍ５に出力する。
【００２４】
上記４つのフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、上述した４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄそれぞれに対応して設けられており、上述した開口部１１ａを覆う格好でユニット本体１１に取り付けられて、赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと光源７との間に配置されている。即ち、これら複数のフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、同一平面上に配置されている。
【００２５】
また、上記フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、それぞれ、光源７からの赤外線のうち予め定められた波長の赤外線のみを透過させて、当該透過させた波長の赤外線を赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄまで導く。即ち、複数のフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、互いに透過させる赤外線の波長が異なる。
【００２６】
また、上記フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ各々を透過する赤外線波長は、濃度測定装置１が濃度の測定対象とする気体に対する測定濃度範囲により定められている。即ち、フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ各々を透過する赤外線波長は、測定範囲が０ｐｐｍから数千ｐｐｍオーダーであれば最も減衰し易い赤外線波長が選択されるなど、測定対象の気体の測定濃度範囲に応じて適切に選ばれている。
【００２７】
また、本実施形態では、空間１０ａ内に配された赤外線センサ１４ａ、及び空間１０ａの開口部１１ａ側に配されたフィルタ１５ａは、二酸化炭素の濃度を測定するために設けられている。また、このフィルタ１５ａは、例えば本実施形態では、二酸化炭素中で減衰しやすい波長である４．２７μｍの赤外線のみを透過させるように設けられている。
【００２８】
また、本実施形態では、空間１０ｂ内に配された赤外線センサ１４ｂ、及び空間１０ｂの開口部１１ａ側に配されたフィルタ１５ｂは、水蒸気の濃度を測定するために設けられている。また、このフィルタ１５ｂは、例えば本実施形態では、水蒸気中で減衰しやすい波長である１．９μｍの赤外線のみを透過させるように設けられている。
【００２９】
また、本実施形態では、空間１０ｃ内に配された赤外線センサ１４ｃ、及び空間１０ｃの開口部１１ａ側に配されたフィルタ１５ｃは、一酸化炭素の濃度を測定するために設けられている。また、このフィルタ１５ｃは、例えば本実施形態では、一酸化炭素中で減衰しやすい波長である４．６４μｍの赤外線のみを透過させるように設けられている。
【００３０】
また、本実施形態では、空間１０ｄ内に配された赤外線センサ１４ｄ、及び空間１０ｄの開口部１１ａ側に配されたフィルタ１５ｄは、基準（リファレンス）として設けられている。また、このフィルタ１５ｄは、例えば本実施形態では、大気中で全く減衰しない波長である４．０μｍまたは１．５μｍの赤外線のみを透過させるように設けられている。
【００３１】
なお、本発明のフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、必ずしも前述した波長の赤外線のみを透過させるように設けられていなくても良く、前述したように、測定対象の気体の測定濃度範囲に応じて、これら気体の濃度測定に最適な波長の赤外線のみを透過させるように設けられていれば良い。
【００３２】
なお、図６は、二酸化炭素に対する赤外線の透過率を示しており、図６中の横軸は赤外線の波長（μｍ）を示し、図６中の縦軸は赤外線の透過率（％）を示している。図６によれば、波長が４．２７μｍの赤外線の二酸化炭素中の透過率が、略零であることが示されており、波長が４．２７μｍの赤外線は、二酸化炭素中を殆ど透過しない（殆ど吸収されてしまう）ことが示されている。
【００３３】
上記集光部材１３は、上述したユニット本体１１よりも光源７側、即ちセル６の一端部６ｂ側、に配されている。この集光部材１３は、例えば３００度などの所定の角度の範囲の赤外線を集光して、フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄつまり赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに集中させる。このことにより、光源７から直接入射する赤外線以外にも、セル６の外壁６ａの内面で反射する赤外線も赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに集めることができるので、赤外線の受光効率を良くすることができる。なお、集光部材１３として、フレーネルレンズ等を用いることができる。
【００３４】
上記制御回路部３は、図２に示すように、発振器１６、クロック分周回路１７、定電圧回路１８などを有しており、μｃｏｍ５の命令に従って所定の周波数で光源７を点滅させる。
【００３５】
上記受光回路部４は、図５に示すように、複数のアンプ１９と、切り換え器２０と、Ａ／Ｄ変換器２１とを有している。アンプ１９は、それぞれ、赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと１対１に対応して設けられている。アンプ１９は、対応する赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄからの信号を増幅して、切り換え器２０を介してＡ／Ｄ変換器２１に向かって出力する。Ａ／Ｄ変換器２１は、赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄからの信号をデジタル信号に変換して、μｃｏｍ５に向かって出力する。
【００３６】
上記μｃｏｍ５は、制御回路部３及び受光回路部４と接続して、これらの動作を制御することで、濃度測定装置１全体の動作をつかさどる。μｃｏｍ５は、予め定められたプログラムに従って動作するコンピュータである。このμｃｏｍ５は、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＣＰＵのためのプログラム等を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種のデータを格納するとともにＣＰＵの処理作業に必要なエリアを有する読み出し専用のメモリであるＲＡＭ等を有して構成している。
【００３７】
また、μｃｏｍ５には、濃度測定装置１自体がオフ状態の間も記憶内容の保持が可能で、電気的消去・書き換え可能で、読み出し・書き込み自在なメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）が接続している。そして、このメモリには、濃度の算出に必要な吸光係数、測定距離、濃度変換係数等の各種情報を記憶するとともに、算出した濃度を外部から読出可能に時系列的に記憶する。
【００３８】
上述した構成の濃度測定装置１の動作について以下説明する。まず、発振器１６が発振してパルス信号を出力すると、クロック分周回路１７がパルス信号を分周して所望の周波数のパルス信号を定電圧回路１８に出力する。定電圧回路１８は、クロック分周回路１７からのパルス信号の入力に応じて光源７に定電圧を供給し、パルス信号の遮断に応じて光源７への定電圧の供給を遮断する。これにより、光源７にはパルス状の定電圧が供給され、光源７が点滅する。
【００３９】
上述のように光源７に定電圧が供給されると、光源７からの赤外線がセル６に入射され、ユニット本体１１の各空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに入射される。この際、測定対象の気体に応じてそれぞれ定められた波長の赤外線のみが各フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを透過し、各空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに入射される。そして、各フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを透過した赤外線は、それぞれ、各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに向かって各空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ内を進み、これら各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに受光される。
【００４０】
また、本発明では、４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが分割部材１２により互いに隔てられていることから、仮に一つのフィルタ（例えば１５ａ）を透過した赤外線がこの一つのフィルタ（例えば１５ａ）が配された一つの空間（１０ａ）以外の他の空間（１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）に向かって進んでも、分割部材１２に当たって反射されることによりこの赤外線が一つの空間（１０ａ）内の一つの赤外線センサ（１４ａ）に受光され、他の赤外線センサ（１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）に受光されてしまうことがない。よって、同一のセル６内に配置した複数の赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにより、複数の種類の気体の濃度を同時に精度良く測定することができる。
【００４１】
上述のように赤外線を受光した赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、その強度を信号として受光回路部４に向かって出力する。また、受光回路部４は、各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄからの信号をデジタル信号に変換して、μｃｏｍ５に向かって出力する。また、μｃｏｍ５は、各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが受光した赤外線の強さに基づいて、予め定められた気体の雰囲気中の濃度を測定する。
【００４２】
具体的には、濃度測定装置１のμｃｏｍ５は、基準として用いられる赤外線センサ１４ｄで受光した赤外線の強さと、二酸化炭素を測定するための赤外線センサ１４ａで受光した赤外線の強さと、水蒸気を測定するための赤外線センサ１４ｂで受光した赤外線の強さと、一酸化炭素を測定するための赤外線センサ１４ｃで受光した赤外線の強さと、を比較して、測定対象の二酸化炭素、水蒸気及び一酸化炭素の濃度を測定する。
【００４３】
本実施形態によれば、濃度測定装置１は、互いに透過する赤外線の波長が異なる４つのフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと、これらに対応した４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、を有した受光ユニット８が配された気体サンプル室２を有しているので、雰囲気に含まれる複数の種類の気体の濃度を同時に測定することができるとともに、その小型化が可能となる。
【００４４】
そして、これら４つのフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄとの間の空間が分割部材１２により４つに分割されているので、一つのフィルタ（例えば１５ａ）を透過した赤外線が、この一つのフィルタ（例えば１５ａ）が配された一つの空間（１０ａ）以外の他の空間（１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）に配された他の赤外線センサ（１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）に受光されてしまうことがなく、精度の良い濃度測定を行うことができる。
【００４５】
また、４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが同一のパッケージ即ちユニット本体１１に配されており、さらに同一の光源７からの赤外線を受光するので、温度条件や光源７の経時劣化等の環境的な条件が全て同一になり、４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ間の環境的な特性に対する感度補正を容易に行うことができる。
【００４６】
また、上記気体サンプル室２が機械的な駆動系を有していないので、長期に亘って安定した濃度測定を行うことができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る濃度測定装置を、図７を参照して説明する。また、同図において、前述した第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
本実施形態の濃度測定装置は、図７に示す受光ユニット１０８を有する気体サンプル室（図１を参照。）を有し、それ以外は第１の実施形態と同一の構成となっている。
【００４９】
上記受光ユニット１０８は、ユニット本体１１と、分割部材１１２と、４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ（不図示）と、４つのフィルタ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄと、集光部材１３（不図示）と、を有している。また、ユニット本体１１即ち受光ユニット１０８は、セル６内でかつ当該セル６の他端部６ｃに設けられている（図１を参照。）。
【００５０】
上記分割部材１１２は、ユニット本体１１内に配された４つの分割板１１２ａで構成されている。これら分割板１１２ａは、それぞれ、セル６の一端部６ｂから他端部６ｃに向かう方向（図１を参照。）に沿って延びた板状に形成され、幅方向の一端部同士が互いに連ねられ、幅方向の他端部がユニット本体１１の内表面に連ねられて、互いに一体形成されている。このような分割部材１１２は、ユニット本体１１内の空間を、互いに容積が異なる４つの空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに分割している。また、上記４つの空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄのうち、最も容積が大きく形成された空間１１０ａは、雰囲気中の測定対象となる複数種類の気体のうち、最も低濃度の気体の濃度を測定するために設けられた空間である。また、ユニット本体１１の開口部１１ａは、これら４つの空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに跨って形成されている。
【００５１】
上記４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、互いに同一構成であり、第１の実施形態と同様に、上述した４つの空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄそれぞれに１つずつ配されているとともに、ユニット本体１１の開口部１１ａから離れた側、即ちセル６の他端部６ｃ側、に取り付けられている。
【００５２】
上記４つのフィルタ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄは、上述した４つの空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄそれぞれに対応して設けられており、ユニット本体１１の開口部１１ａを覆う格好でユニット本体１１に取り付けられて、赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと光源７との間に配置されている。
【００５３】
上述した構成の受光ユニット１０８を有する濃度測定装置は、第１の実施形態と同様に、光源７に定電圧が供給されると、光源７からの赤外線がセル６に入射され、ユニット本体１１の各空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに入射される。この際、測定対象の気体に応じてそれぞれ定められた波長の赤外線のみが各フィルタ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄを透過し、各空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに入射される。そして、各フィルタ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄを透過した赤外線は、それぞれ、各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに向かって各空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ内を進み、これら各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに受光される。そして、第１の実施形態と同様に、予め定められた気体の雰囲気中の濃度を測定する。
【００５４】
本実施形態によれば、雰囲気中の測定対象となる複数種類の気体のうち、最も低濃度の気体の濃度を測定する空間１１０ａの容積が、他の空間１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄの容積よりも大きく形成されていることから、この空間１１０ａに配された赤外線センサ１４ａに受光される赤外線量を多くすることができるので、前記最も低濃度の気体の濃度を高精度に測定することができる。
【００５５】
このように、本発明では、ユニット本体１１内の空間を、測定対象の気体の濃度に応じて互いに容積が異なる複数の空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに分割することにより、低濃度の気体の濃度を高精度に測定することができる。
【００５６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る濃度測定装置を、図８を参照して説明する。また、同図において、前述した第１，２の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５７】
本実施形態の濃度測定装置は、図８に示す受光ユニット２０８を有する気体サンプル室（図１を参照。）を有し、それ以外は第１の実施形態と同一の構成となっている。
【００５８】
上記受光ユニット２０８は、ユニット本体１１と、分割部材１２と、４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、４つのフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと、集光部材１３と、を有している。また、ユニット本体１１即ち受光ユニット２０８は、セル６内でかつ当該セル６の他端部６ｃに設けられている（図１を参照。）。
【００５９】
上記４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、互いに同一構成であり、４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄそれぞれに１つずつ配されているとともに、ユニット本体１１の開口部１１ａから離れた側、即ちセル６の他端部６ｃ側、に取り付けられている。
【００６０】
また、４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、それぞれの受光面が、セル６の一端部６ｂから他端部６ｃに向かう方向（図８中に矢印Ｋで示す。）に対して傾斜して配されている。また、これら４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの受光面の縁部でかつ最も開口部１１ａ寄りに位置付けられた縁部から開口部１１ａまでの距離は互いに等しくされている。さらに、これら４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの受光面の縁部でかつ最も開口部１１ａから離れた側に位置付けられた縁部同士は、互いに同一平面状に位置付けられている。
【００６１】
本実施形態によれば、４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの受光面が、一端部６ｂから他端部６ｃに向かう方向Ｋに対して傾斜して配されていることから、光源７から４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの受光面の縁部でかつ最も開口部１１ａ寄りに位置付けられた縁部までの距離、即ち光源７から各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄまでの距離、を短くすることができるので、各フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを透過した赤外線が拡散する前に各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが多量の赤外線を受光でき、そのために、各気体の濃度を高精度に測定することができる。
【００６２】
また、前述した第１〜３の実施形態では、光として赤外線を用いている。しかしながら、本発明では、赤外線以外の種々の光を用いても良い。
【００６３】
また、前述した第１〜３の実施形態では、濃度測定装置１が二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素の濃度を測定している。しかしながら、本発明では、濃度測定装置１がＮＯx、ＳＯx、Ｈ2Ｓ、Ｏ3、ＣＨ4、ＮＯなどの二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素以外の種々の気体の濃度を測定しても良い。
【００６４】
また、前述した第１〜３の実施形態では、分割部材１２，１１２がユニット本体１１内の空間を、４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ／１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに分割していたが、本発明は「４つの空間」に限定されず、分割部材がユニット本体１１内の空間を、２つ以上の複数の空間に分割しているもの全てを含む。
【００６５】
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる濃度測定装置を構成する気体サンプル室の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示された濃度測定装置の構成を示す説明図である。
【図３】図１に示された気体サンプル室の受光ユニットの正面を模式的に示す説明図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示す説明図である。
【図５】図２に示された濃度測定装置の受光回路の構成を示す説明図である。
【図６】二酸化炭素に対する赤外線の透過率を示したグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる濃度測定装置を構成する受光ユニットの正面を模式的に示す説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態にかかる濃度測定装置を構成する受光ユニットの断面を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 濃度測定装置
２ 気体サンプル室
５ マイクロコンピュータ（濃度算出部）
６ セル
７ 光源
８，１０８，２０８ 受光ユニット
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 空間
１１ ユニット本体（箱状部材）
１１ａ 開口部
１２，１１２ 分割部材
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 赤外線センサ（センサ）
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ フィルタ
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ 空間
１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄ フィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、雰囲気に含まれる二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素などの所定の気体の濃度を測定する濃度測定装置に用いられる受光ユニット及びこの受光ユニットを有した濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素などの所定の気体の濃度を測定する濃度測定装置には、従来から種々の気体サンプル室が用いられてきた。従来の気体サンプル室は、雰囲気が充填された筒状のセルと、セルの一端部に配された赤外線を放射する光源と、セルの他端部に配された受光器と、を有している（例えば特許文献１を参照。）。
【０００３】
上記受光器は、赤外線センサと、この赤外線センサと光源との間に配置されて所定の波長の赤外線のみを透過させるフィルタとを有している。フィルタを透過する赤外線波長は、測定対象の気体に対する測定濃度範囲により定められている。即ち、フィルタを透過する赤外線波長は、測定対象の気体の測定範囲が０ｐｐｍから数千ｐｐｍオーダーであれば最も減衰し易い赤外線波長が選択されるなど、測定対象の気体の測定濃度範囲に応じて適切に選ばれている。
【０００４】
上述した従来の気体サンプル室即ち濃度測定装置は、フィルタを介して赤外線センサが受光した光源からの赤外線の強さを測定することで、前記雰囲気中の前述した測定対象の気体の濃度を測定する。
【０００５】
また、上述した従来の濃度測定装置は、測定対象の気体が複数種類ある場合は、上述した構成の気体サンプル室を複数設けていた。このため、濃度測定装置が大型化する傾向にあった。
【０００６】
そこで、１つのセル内に複数の受光部を設けることにより小型化を図った濃度測定装置が特許文献２に考案されている。しかしながらこの濃度測定装置は、単純に１つのセル内に複数の受光器を設けた構成であることから、一つの受光器のフィルタを透過した赤外線が他の受光器の赤外線センサに受光されてしまう可能性があり、精度の高い濃度測定ができないという問題があった。
【特許文献１】特開平０５−０５２７４２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７２７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、雰囲気中の測定対象となる複数種類の気体の濃度測定を同時に精度良く行うことができ、搭載される装置を小型化できる受光ユニット及びこの受光ユニットを有した濃度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、雰囲気が充填されるセルの一端部に配された光源からの光を受光する、前記セルの他端部に配された受光ユニットであって、前記光源と相対する側に開口部が形成された箱状の箱状部材と、前記一端部から前記他端部に向かう方向に沿って延び、前記箱状部材の内部空間を複数の空間に分割する分割部材と、前記複数の空間の前記開口部側にそれぞれ配され、予め定められた波長の光のみを透過させるとともに透過させる光の波長が互いに異なる複数のフィルタと、前記複数の空間それぞれに配され、前記フィルタを透過した光を受光する複数のセンサと、を有していることを特徴とする受光ユニットである。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記分割部材が、ユニット本体内の空間を、互いに容積が異なる複数の空間に分割していることを特徴とするものである。このため、容積が大きな空間に配されたセンサは、容積が小さな空間に配されたセンサと比較して、光源からの光をより多く受光することが可能となり、測定対象の気体の濃度について、より高感度で測定することができる。
【００１０】
請求項３に記載された発明は、請求項１または請求項２に記載された発明において、前記複数のセンサの受光面が、前記一端部から前記他端部に向かう方向に対して傾斜して配されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載された発明は、セル内の一端部に光源を配し、他端部に前記光源からの光を受光する受光ユニットを配した気体サンプル室と、前記受光ユニットが受光した前記光源からの光の強さに基づいて、前記気体サンプル室内の予め定められた気体の濃度を算出する濃度算出部と、を有した濃度測定装置において、前記受光ユニットとして、請求項１〜３のうち１項に記載の受光ユニットを有していることを特徴とする濃度測定装置である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の本発明は、雰囲気が充填されるセルの一端部に配された光源からの光を受光する、前記セルの他端部に配された受光ユニットが、前記光源と相対する側に開口部が形成された箱状の箱状部材と、前記一端部から前記他端部に向かう方向に沿って延び、前記箱状部材の内部空間を複数の空間に分割する分割部材と、前記複数の空間の前記開口部側にそれぞれ配され、予め定められた波長の光のみを透過させるとともに透過させる光の波長が互いに異なる複数のフィルタと、前記複数の空間それぞれに配され、前記フィルタを透過した光を受光する複数のセンサと、を有していることから、雰囲気中の測定対象となる複数種類の気体の濃度測定を同時に精度良く行うことができ、搭載される装置を小型化できる受光ユニットを提供することができる。
【００１３】
請求項２に記載の本発明は、前記分割部材が、ユニット本体内の空間を、互いに容積が異なる複数の空間に分割していることから、雰囲気中の測定対象となる複数種類の気体の濃度測定を同時に精度良く行うことができる。
【００１４】
請求項３に記載の本発明は、前記複数のセンサの受光面が、前記一端部から前記他端部に向かう方向に対して傾斜して配されていることから、光源から各センサまでの距離を短くすることができるので、光源の光が拡散する前に各センサが多量の光を受光でき、そのために、各気体の濃度を高精度に測定することができる。
【００１５】
請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３のうち１項に記載の受光ユニットを有していることから、小型で、雰囲気中の測定対象となる複数種類の気体の濃度測定を同時に精度良く行うことができる濃度測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る濃度測定装置を、図１乃至図６を参照して説明する。
【００１７】
濃度測定装置１は、図２に示すように、濃度の測定対象の気体を含んだ雰囲気が充填される気体サンプル室２と、制御回路部３と、受光回路部４と、濃度算出部としてのマイクロコンピュータ（以下、μｃｏｍと記載する）５と、を有している。
【００１８】
上記気体サンプル室２は、図１に示すように、セル６と、光源７と、受光ユニット８とを有している。セル６は、筒状に形成されている。図示例では、セル６は、四角筒状に形成されている。セル６には、セル６内に雰囲気を導く吸入口９ａと、セル６内の雰囲気を外部に導く出口９ｂと、が設けられている。即ち、気体サンプル室２は、吸入口９ａ、出口９ｂを有している。これら吸入口９ａ、出口９ｂは、セル６の外壁６ａを貫通していて、セル６内の気体を雰囲気と等しくするものである。
【００１９】
上記光源７は、セル６内でかつ当該セル６の一端部６ｂに設けられている。光源７は、電圧が印加されることで、光としての赤外線をセル６の他端部６ｃに向かって放射する。また、この光源として、例えば黒体炉、電球等が用いられる。
【００２０】
上記受光ユニット８は、図３及び図４に示すように、箱状部材としてのユニット本体１１と、分割部材１２と、４つのセンサとしての赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、４つのフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと、集光部材１３と、を有している。また、ユニット本体１１即ち受光ユニット８は、セル６内でかつ当該セル６の他端部６ｃに設けられている。
【００２１】
上記ユニット本体１１は、光源７と相対する側に開口部１１ａが形成され、外形が円柱状に形成された箱状に形成されている。
【００２２】
上記分割部材１２は、ユニット本体１１内に配されており、第１分割板１２ａと、第２分割板１２ｂと、で構成されている。これら第１分割板１２ａ，第２分割板１２ｂは、セル６の一端部６ｂから他端部６ｃに向かう方向に沿って延びた板状に形成されている。また、これら第１分割板１２ａ，第２分割板１２ｂは、互いに平面方向が直交する向きで、互いに一体形成されている。即ち、分割部材１２は平面視が十字状に形成されている。このような分割部材１２は、ユニット本体１１内の空間を、互いに容積が等しい４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに分割している。また、上記開口部１１ａは、これら４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに跨って形成されている。
【００２３】
上記４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、互いに同一構成であり、上述した４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄそれぞれに１つずつ配されているとともに、ユニット本体１１の上記開口部１１ａから離れた側、即ちセル６の他端部６ｃ側、に取り付けられている（図４を参照。）。即ち、これら複数の赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、同一平面上に配され、それぞれの受光面が、一端部６ｂから他端部６ｃに向かう方向に対して垂直に配されている。また、これら赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、例えば、焦電型、サーモパイル型のものが用いられる。このような赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、光源７により発せられかつ後述するフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを透過した赤外線を受光し、この赤外線の熱を電気エネルギーに変換して、センサ出力としてμｃｏｍ５に出力する。
【００２４】
上記４つのフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、上述した４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄそれぞれに対応して設けられており、上述した開口部１１ａを覆う格好でユニット本体１１に取り付けられて、赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと光源７との間に配置されている。即ち、これら複数のフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、同一平面上に配置されている。
【００２５】
また、上記フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、それぞれ、光源７からの赤外線のうち予め定められた波長の赤外線のみを透過させて、当該透過させた波長の赤外線を赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄまで導く。即ち、複数のフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、互いに透過させる赤外線の波長が異なる。
【００２６】
また、上記フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ各々を透過する赤外線波長は、濃度測定装置１が濃度の測定対象とする気体に対する測定濃度範囲により定められている。即ち、フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ各々を透過する赤外線波長は、測定範囲が０ｐｐｍから数千ｐｐｍオーダーであれば最も減衰し易い赤外線波長が選択されるなど、測定対象の気体の測定濃度範囲に応じて適切に選ばれている。
【００２７】
また、本実施形態では、空間１０ａ内に配された赤外線センサ１４ａ、及び空間１０ａの開口部１１ａ側に配されたフィルタ１５ａは、二酸化炭素の濃度を測定するために設けられている。また、このフィルタ１５ａは、例えば本実施形態では、二酸化炭素中で減衰しやすい波長である４．２７μｍの赤外線のみを透過させるように設けられている。
【００２８】
また、本実施形態では、空間１０ｂ内に配された赤外線センサ１４ｂ、及び空間１０ｂの開口部１１ａ側に配されたフィルタ１５ｂは、水蒸気の濃度を測定するために設けられている。また、このフィルタ１５ｂは、例えば本実施形態では、水蒸気中で減衰しやすい波長である１．９μｍの赤外線のみを透過させるように設けられている。
【００２９】
また、本実施形態では、空間１０ｃ内に配された赤外線センサ１４ｃ、及び空間１０ｃの開口部１１ａ側に配されたフィルタ１５ｃは、一酸化炭素の濃度を測定するために設けられている。また、このフィルタ１５ｃは、例えば本実施形態では、一酸化炭素中で減衰しやすい波長である４．６４μｍの赤外線のみを透過させるように設けられている。
【００３０】
また、本実施形態では、空間１０ｄ内に配された赤外線センサ１４ｄ、及び空間１０ｄの開口部１１ａ側に配されたフィルタ１５ｄは、基準（リファレンス）として設けられている。また、このフィルタ１５ｄは、例えば本実施形態では、大気中で全く減衰しない波長である４．０μｍまたは１．５μｍの赤外線のみを透過させるように設けられている。
【００３１】
なお、本発明のフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、必ずしも前述した波長の赤外線のみを透過させるように設けられていなくても良く、前述したように、測定対象の気体の測定濃度範囲に応じて、これら気体の濃度測定に最適な波長の赤外線のみを透過させるように設けられていれば良い。
【００３２】
なお、図６は、二酸化炭素に対する赤外線の透過率を示しており、図６中の横軸は赤外線の波長（μｍ）を示し、図６中の縦軸は赤外線の透過率（％）を示している。図６によれば、波長が４．２７μｍの赤外線の二酸化炭素中の透過率が、略零であることが示されており、波長が４．２７μｍの赤外線は、二酸化炭素中を殆ど透過しない（殆ど吸収されてしまう）ことが示されている。
【００３３】
上記集光部材１３は、上述したユニット本体１１よりも光源７側、即ちセル６の一端部６ｂ側、に配されている。この集光部材１３は、例えば３００度などの所定の角度の範囲の赤外線を集光して、フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄつまり赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに集中させる。このことにより、光源７から直接入射する赤外線以外にも、セル６の外壁６ａの内面で反射する赤外線も赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに集めることができるので、赤外線の受光効率を良くすることができる。なお、集光部材１３として、フレーネルレンズ等を用いることができる。
【００３４】
上記制御回路部３は、図２に示すように、発振器１６、クロック分周回路１７、定電圧回路１８などを有しており、μｃｏｍ５の命令に従って所定の周波数で光源７を点滅させる。
【００３５】
上記受光回路部４は、図５に示すように、複数のアンプ１９と、切り換え器２０と、Ａ／Ｄ変換器２１とを有している。アンプ１９は、それぞれ、赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと１対１に対応して設けられている。アンプ１９は、対応する赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄからの信号を増幅して、切り換え器２０を介してＡ／Ｄ変換器２１に向かって出力する。Ａ／Ｄ変換器２１は、赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄからの信号をデジタル信号に変換して、μｃｏｍ５に向かって出力する。
【００３６】
上記μｃｏｍ５は、制御回路部３及び受光回路部４と接続して、これらの動作を制御することで、濃度測定装置１全体の動作をつかさどる。μｃｏｍ５は、予め定められたプログラムに従って動作するコンピュータである。このμｃｏｍ５は、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＣＰＵのためのプログラム等を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種のデータを格納するとともにＣＰＵの処理作業に必要なエリアを有する読み出し専用のメモリであるＲＡＭ等を有して構成している。
【００３７】
また、μｃｏｍ５には、濃度測定装置１自体がオフ状態の間も記憶内容の保持が可能で、電気的消去・書き換え可能で、読み出し・書き込み自在なメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）が接続している。そして、このメモリには、濃度の算出に必要な吸光係数、測定距離、濃度変換係数等の各種情報を記憶するとともに、算出した濃度を外部から読出可能に時系列的に記憶する。
【００３８】
上述した構成の濃度測定装置１の動作について以下説明する。まず、発振器１６が発振してパルス信号を出力すると、クロック分周回路１７がパルス信号を分周して所望の周波数のパルス信号を定電圧回路１８に出力する。定電圧回路１８は、クロック分周回路１７からのパルス信号の入力に応じて光源７に定電圧を供給し、パルス信号の遮断に応じて光源７への定電圧の供給を遮断する。これにより、光源７にはパルス状の定電圧が供給され、光源７が点滅する。
【００３９】
上述のように光源７に定電圧が供給されると、光源７からの赤外線がセル６に入射され、ユニット本体１１の各空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに入射される。この際、測定対象の気体に応じてそれぞれ定められた波長の赤外線のみが各フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを透過し、各空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに入射される。そして、各フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを透過した赤外線は、それぞれ、各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに向かって各空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ内を進み、これら各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに受光される。
【００４０】
また、本発明では、４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが分割部材１２により互いに隔てられていることから、仮に一つのフィルタ（例えば１５ａ）を透過した赤外線がこの一つのフィルタ（例えば１５ａ）が配された一つの空間（１０ａ）以外の他の空間（１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）に向かって進んでも、分割部材１２に当たって反射されることによりこの赤外線が一つの空間（１０ａ）内の一つの赤外線センサ（１４ａ）に受光され、他の赤外線センサ（１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）に受光されてしまうことがない。よって、同一のセル６内に配置した複数の赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにより、複数の種類の気体の濃度を同時に精度良く測定することができる。
【００４１】
上述のように赤外線を受光した赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、その強度を信号として受光回路部４に向かって出力する。また、受光回路部４は、各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄからの信号をデジタル信号に変換して、μｃｏｍ５に向かって出力する。また、μｃｏｍ５は、各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが受光した赤外線の強さに基づいて、予め定められた気体の雰囲気中の濃度を測定する。
【００４２】
具体的には、濃度測定装置１のμｃｏｍ５は、基準として用いられる赤外線センサ１４ｄで受光した赤外線の強さと、二酸化炭素を測定するための赤外線センサ１４ａで受光した赤外線の強さと、水蒸気を測定するための赤外線センサ１４ｂで受光した赤外線の強さと、一酸化炭素を測定するための赤外線センサ１４ｃで受光した赤外線の強さと、を比較して、測定対象の二酸化炭素、水蒸気及び一酸化炭素の濃度を測定する。
【００４３】
本実施形態によれば、濃度測定装置１は、互いに透過する赤外線の波長が異なる４つのフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと、これらに対応した４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、を有した受光ユニット８が配された気体サンプル室２を有しているので、雰囲気に含まれる複数の種類の気体の濃度を同時に測定することができるとともに、その小型化が可能となる。
【００４４】
そして、これら４つのフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄとの間の空間が分割部材１２により４つに分割されているので、一つのフィルタ（例えば１５ａ）を透過した赤外線が、この一つのフィルタ（例えば１５ａ）が配された一つの空間（１０ａ）以外の他の空間（１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）に配された他の赤外線センサ（１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）に受光されてしまうことがなく、精度の良い濃度測定を行うことができる。
【００４５】
また、４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが同一のパッケージ即ちユニット本体１１に配されており、さらに同一の光源７からの赤外線を受光するので、温度条件や光源７の経時劣化等の環境的な条件が全て同一になり、４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ間の環境的な特性に対する感度補正を容易に行うことができる。
【００４６】
また、上記気体サンプル室２が機械的な駆動系を有していないので、長期に亘って安定した濃度測定を行うことができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る濃度測定装置を、図７を参照して説明する。また、同図において、前述した第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
本実施形態の濃度測定装置は、図７に示す受光ユニット１０８を有する気体サンプル室（図１を参照。）を有し、それ以外は第１の実施形態と同一の構成となっている。
【００４９】
上記受光ユニット１０８は、ユニット本体１１と、分割部材１１２と、４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ（不図示）と、４つのフィルタ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄと、集光部材１３（不図示）と、を有している。また、ユニット本体１１即ち受光ユニット１０８は、セル６内でかつ当該セル６の他端部６ｃに設けられている（図１を参照。）。
【００５０】
上記分割部材１１２は、ユニット本体１１内に配された４つの分割板１１２ａで構成されている。これら分割板１１２ａは、それぞれ、セル６の一端部６ｂから他端部６ｃに向かう方向（図１を参照。）に沿って延びた板状に形成され、幅方向の一端部同士が互いに連ねられ、幅方向の他端部がユニット本体１１の内表面に連ねられて、互いに一体形成されている。このような分割部材１１２は、ユニット本体１１内の空間を、互いに容積が異なる４つの空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに分割している。また、上記４つの空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄのうち、最も容積が大きく形成された空間１１０ａは、雰囲気中の測定対象となる複数種類の気体のうち、最も低濃度の気体の濃度を測定するために設けられた空間である。また、ユニット本体１１の開口部１１ａは、これら４つの空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに跨って形成されている。
【００５１】
上記４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、互いに同一構成であり、第１の実施形態と同様に、上述した４つの空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄそれぞれに１つずつ配されているとともに、ユニット本体１１の開口部１１ａから離れた側、即ちセル６の他端部６ｃ側、に取り付けられている。
【００５２】
上記４つのフィルタ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄは、上述した４つの空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄそれぞれに対応して設けられており、ユニット本体１１の開口部１１ａを覆う格好でユニット本体１１に取り付けられて、赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと光源７との間に配置されている。
【００５３】
上述した構成の受光ユニット１０８を有する濃度測定装置は、第１の実施形態と同様に、光源７に定電圧が供給されると、光源７からの赤外線がセル６に入射され、ユニット本体１１の各空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに入射される。この際、測定対象の気体に応じてそれぞれ定められた波長の赤外線のみが各フィルタ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄを透過し、各空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに入射される。そして、各フィルタ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄを透過した赤外線は、それぞれ、各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに向かって各空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ内を進み、これら各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに受光される。そして、第１の実施形態と同様に、予め定められた気体の雰囲気中の濃度を測定する。
【００５４】
本実施形態によれば、雰囲気中の測定対象となる複数種類の気体のうち、最も低濃度の気体の濃度を測定する空間１１０ａの容積が、他の空間１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄの容積よりも大きく形成されていることから、この空間１１０ａに配された赤外線センサ１４ａに受光される赤外線量を多くすることができるので、前記最も低濃度の気体の濃度を高精度に測定することができる。
【００５５】
このように、本発明では、ユニット本体１１内の空間を、測定対象の気体の濃度に応じて互いに容積が異なる複数の空間１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに分割することにより、低濃度の気体の濃度を高精度に測定することができる。
【００５６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る濃度測定装置を、図８を参照して説明する。また、同図において、前述した第１，２の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５７】
本実施形態の濃度測定装置は、図８に示す受光ユニット２０８を有する気体サンプル室（図１を参照。）を有し、それ以外は第１の実施形態と同一の構成となっている。
【００５８】
上記受光ユニット２０８は、ユニット本体１１と、分割部材１２と、４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、４つのフィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと、集光部材１３と、を有している。また、ユニット本体１１即ち受光ユニット２０８は、セル６内でかつ当該セル６の他端部６ｃに設けられている（図１を参照。）。
【００５９】
上記４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、互いに同一構成であり、４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄそれぞれに１つずつ配されているとともに、ユニット本体１１の開口部１１ａから離れた側、即ちセル６の他端部６ｃ側、に取り付けられている。
【００６０】
また、４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、それぞれの受光面が、セル６の一端部６ｂから他端部６ｃに向かう方向（図８中に矢印Ｋで示す。）に対して傾斜して配されている。また、これら４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの受光面の縁部でかつ最も開口部１１ａ寄りに位置付けられた縁部から開口部１１ａまでの距離は互いに等しくされている。さらに、これら４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの受光面の縁部でかつ最も開口部１１ａから離れた側に位置付けられた縁部同士は、互いに同一平面状に位置付けられている。
【００６１】
本実施形態によれば、４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの受光面が、一端部６ｂから他端部６ｃに向かう方向Ｋに対して傾斜して配されていることから、光源７から４つの赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの受光面の縁部でかつ最も開口部１１ａ寄りに位置付けられた縁部までの距離、即ち光源７から各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄまでの距離、を短くすることができるので、各フィルタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを透過した赤外線が拡散する前に各赤外線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが多量の赤外線を受光でき、そのために、各気体の濃度を高精度に測定することができる。
【００６２】
また、前述した第１〜３の実施形態では、光として赤外線を用いている。しかしながら、本発明では、赤外線以外の種々の光を用いても良い。
【００６３】
また、前述した第１〜３の実施形態では、濃度測定装置１が二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素の濃度を測定している。しかしながら、本発明では、濃度測定装置１がＮＯx、ＳＯx、Ｈ2Ｓ、Ｏ3、ＣＨ4、ＮＯなどの二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素以外の種々の気体の濃度を測定しても良い。
【００６４】
また、前述した第１〜３の実施形態では、分割部材１２，１１２がユニット本体１１内の空間を、４つの空間１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ／１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに分割していたが、本発明は「４つの空間」に限定されず、分割部材がユニット本体１１内の空間を、２つ以上の複数の空間に分割しているもの全てを含む。
【００６５】
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる濃度測定装置を構成する気体サンプル室の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示された濃度測定装置の構成を示す説明図である。
【図３】図１に示された気体サンプル室の受光ユニットの正面を模式的に示す説明図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示す説明図である。
【図５】図２に示された濃度測定装置の受光回路の構成を示す説明図である。
【図６】二酸化炭素に対する赤外線の透過率を示したグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる濃度測定装置を構成する受光ユニットの正面を模式的に示す説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態にかかる濃度測定装置を構成する受光ユニットの断面を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 濃度測定装置
２ 気体サンプル室
５ マイクロコンピュータ（濃度算出部）
６ セル
７ 光源
８，１０８，２０８ 受光ユニット
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 空間
１１ ユニット本体（箱状部材）
１１ａ 開口部
１２，１１２ 分割部材
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 赤外線センサ（センサ）
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ フィルタ
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ 空間
１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄ フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雰囲気が充填されるセルの一端部に配された光源からの光を受光する、前記セルの他端部に配された受光ユニットであって、
前記光源と相対する側に開口部が形成された箱状の箱状部材と、
前記一端部から前記他端部に向かう方向に沿って延び、前記箱状部材の内部空間を複数の空間に分割する分割部材と、
前記複数の空間の前記開口部側にそれぞれ配され、予め定められた波長の光のみを透過させるとともに透過させる光の波長が互いに異なる複数のフィルタと、
前記複数の空間それぞれに配され、前記フィルタを透過した光を受光する複数のセンサと、
を有していることを特徴とする受光ユニット。
【請求項２】
前記分割部材が、ユニット本体内の空間を、互いに容積が異なる複数の空間に分割している
ことを特徴とする請求項１に記載の受光ユニット。
【請求項３】
前記複数のセンサの受光面が、前記一端部から前記他端部に向かう方向に対して傾斜して配されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の受光ユニット。
【請求項４】
セル内の一端部に光源を配し、他端部に前記光源からの光を受光する受光ユニットを配した気体サンプル室と、
前記受光ユニットが受光した前記光源からの光の強さに基づいて、前記気体サンプル室内の予め定められた気体の濃度を算出する濃度算出部と、を有した濃度測定装置において、
前記受光ユニットとして、請求項１〜３のうち１項に記載の受光ユニットを有していることを特徴とする濃度測定装置。
【請求項１】
雰囲気が充填されるセルの一端部に配された光源からの光を受光する、前記セルの他端部に配された受光ユニットであって、
前記光源と相対する側に開口部が形成された箱状の箱状部材と、
前記一端部から前記他端部に向かう方向に沿って延び、前記箱状部材の内部空間を複数の空間に分割する分割部材と、
前記複数の空間の前記開口部側にそれぞれ配され、予め定められた波長の光のみを透過させるとともに透過させる光の波長が互いに異なる複数のフィルタと、
前記複数の空間それぞれに配され、前記フィルタを透過した光を受光する複数のセンサと、
を有していることを特徴とする受光ユニット。
【請求項２】
前記分割部材が、ユニット本体内の空間を、互いに容積が異なる複数の空間に分割している
ことを特徴とする請求項１に記載の受光ユニット。
【請求項３】
前記複数のセンサの受光面が、前記一端部から前記他端部に向かう方向に対して傾斜して配されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の受光ユニット。
【請求項４】
セル内の一端部に光源を配し、他端部に前記光源からの光を受光する受光ユニットを配した気体サンプル室と、
前記受光ユニットが受光した前記光源からの光の強さに基づいて、前記気体サンプル室内の予め定められた気体の濃度を算出する濃度算出部と、を有した濃度測定装置において、
前記受光ユニットとして、請求項１〜３のうち１項に記載の受光ユニットを有していることを特徴とする濃度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１２８１１１（Ｐ２００９−１２８１１１Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０１７２５（Ｐ２００７−３０１７２５）
【出願日】平成１９年１１月２１日（２００７．１１．２１）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２１日（２００７．１１．２１）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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