JPH0220056B2 - - Google Patents
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- JPH0220056B2 JPH0220056B2 JP57166836A JP16683682A JPH0220056B2 JP H0220056 B2 JPH0220056 B2 JP H0220056B2 JP 57166836 A JP57166836 A JP 57166836A JP 16683682 A JP16683682 A JP 16683682A JP H0220056 B2 JPH0220056 B2 JP H0220056B2
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- methane gas
- band
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- optical fiber
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/255—Details, e.g. use of specially adapted sources, lighting or optical systems
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- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/08—Optical fibres; light guides
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、LNGタンカー、LNGタンク、さ
らには炭鉱坑道内などの測定地点が遠く離れてい
る箇所でのメタンガスの濃度の測定に好適なメタ
ンガス濃度測定法および測定装置に関する。
らには炭鉱坑道内などの測定地点が遠く離れてい
る箇所でのメタンガスの濃度の測定に好適なメタ
ンガス濃度測定法および測定装置に関する。
メタンガスは燃料用ガスとして極めて重要なも
のであり、天然ガスなどに多量に含まれている。
特に近年都市ガスの高カロリー化に伴つて都市ガ
スに天然ガスを利用することが多くなつている。
したがつて、都市ガスの漏出によるガス爆発等を
未然に防止するために地下街、高層ビル等の特定
地域におけるメタンガスの漏出を確実に、迅速に
検知し、警報を発する安全システムの開発が急務
とされている。
のであり、天然ガスなどに多量に含まれている。
特に近年都市ガスの高カロリー化に伴つて都市ガ
スに天然ガスを利用することが多くなつている。
したがつて、都市ガスの漏出によるガス爆発等を
未然に防止するために地下街、高層ビル等の特定
地域におけるメタンガスの漏出を確実に、迅速に
検知し、警報を発する安全システムの開発が急務
とされている。
また、メタンガスは炭鉱内に発生する炭坑ガス
の主成分であり、炭坑ガスによるガス爆発あるい
はこれが引き金となる炭塵爆発を未然に防止する
ためにも、同様のシステムが必要とされている。
の主成分であり、炭坑ガスによるガス爆発あるい
はこれが引き金となる炭塵爆発を未然に防止する
ためにも、同様のシステムが必要とされている。
しかしながら、従来から用いられている接触燃
焼式、熱伝導式、半導体式などのメタンガスセン
サは、その動作原理からしてガス選択性、応答性
が不十分で周囲の共存ガスおよび温度、湿度によ
つて影響を受けやすく、信頼性に不満があつた。
そのため、測定条件に厳しい採掘現場等には不適
であり、また実時間測定も困難である。しかも、
遠隔監視、遠隔測定の場合電気信号が送受される
ことから電磁誘導による誤報やケーブル損傷によ
る事故誘発などの危険性も無視することができな
いなどの問題がある。
焼式、熱伝導式、半導体式などのメタンガスセン
サは、その動作原理からしてガス選択性、応答性
が不十分で周囲の共存ガスおよび温度、湿度によ
つて影響を受けやすく、信頼性に不満があつた。
そのため、測定条件に厳しい採掘現場等には不適
であり、また実時間測定も困難である。しかも、
遠隔監視、遠隔測定の場合電気信号が送受される
ことから電磁誘導による誤報やケーブル損傷によ
る事故誘発などの危険性も無視することができな
いなどの問題がある。
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
厳しい測定条件下でも信頼性が高く、実時間測定
ができ、かつ極めて遠隔の監視および測定が行え
るとともに事故誘発等の危険性の全くないメタン
ガス測定法および測定装置を提供することを目的
とするものである。
厳しい測定条件下でも信頼性が高く、実時間測定
ができ、かつ極めて遠隔の監視および測定が行え
るとともに事故誘発等の危険性の全くないメタン
ガス測定法および測定装置を提供することを目的
とするものである。
以下、図面を参照しながらこの発明を詳しく説
明する。
明する。
この発明は、近年光通信用に開発された、例え
ば石英系光フアイバのような光フアイバは、波長
1.0〜1.8μmで極めて伝送損失が低く、また、この
波長域内の1.3μm付近、1.6μm付近にメタンガス
の特性吸収があり、さらに1.3μmおよび1.6μmの
メタンガスの特性吸収の付近には水蒸気（H2O）
および炭酸ガス（CO2）による吸収がほとんどな
いという新たな知見に基づいてなされたものであ
る。
ば石英系光フアイバのような光フアイバは、波長
1.0〜1.8μmで極めて伝送損失が低く、また、この
波長域内の1.3μm付近、1.6μm付近にメタンガス
の特性吸収があり、さらに1.3μmおよび1.6μmの
メタンガスの特性吸収の付近には水蒸気（H2O）
および炭酸ガス（CO2）による吸収がほとんどな
いという新たな知見に基づいてなされたものであ
る。
第１図は石英系光フアイバの波長0.6μm〜
1.8μmの波長域における伝送損失を示すグラフで
ある。このグラフから明らかなように波長1.1〜
1.7μmでは伝送損失は1dB／Km以下であり、特に
1.6μm付近では0.2dB／Kmと言う超低損失を示し
ている。このような超低損失の光フアイバを光伝
送路とすれば、遠隔地に存在するメタンガスの濃
度を吸光光度法によつて測定できる可能性が生じ
ることがわかる。
1.8μmの波長域における伝送損失を示すグラフで
ある。このグラフから明らかなように波長1.1〜
1.7μmでは伝送損失は1dB／Km以下であり、特に
1.6μm付近では0.2dB／Kmと言う超低損失を示し
ている。このような超低損失の光フアイバを光伝
送路とすれば、遠隔地に存在するメタンガスの濃
度を吸光光度法によつて測定できる可能性が生じ
ることがわかる。
第２図および第３図は、この発明の対象となる
メタンガスの特性吸収を示すもので、第２図のグ
ラフはメタンガスの1.33μm帯の特性吸収を示し、
1.331μmに強度の強い吸収バンドがあることがわ
かる。第３図のグラフはメタンガスの1.66μm帯
の特性吸収を示し、1.666μmに比較的強度の強い
ブロードな吸収バンドのあることがわかる。そし
て、これらの２つの吸収バンドの付近にはH2O、
CO2の特性吸収帯がほとんど存在しないことが別
の測定によつて確められた。
メタンガスの特性吸収を示すもので、第２図のグ
ラフはメタンガスの1.33μm帯の特性吸収を示し、
1.331μmに強度の強い吸収バンドがあることがわ
かる。第３図のグラフはメタンガスの1.66μm帯
の特性吸収を示し、1.666μmに比較的強度の強い
ブロードな吸収バンドのあることがわかる。そし
て、これらの２つの吸収バンドの付近にはH2O、
CO2の特性吸収帯がほとんど存在しないことが別
の測定によつて確められた。
以上の知見より、例えば石英系光フアイバを光
伝送路とし、波長1.666μmまたは1.331μmのメタ
ンガス特性吸収バンドを利用すれば、遠隔地にあ
るメタンガスを共存H2O、CO2の影響をほとんど
受けることなく高精度で測定できることがわかつ
た。
伝送路とし、波長1.666μmまたは1.331μmのメタ
ンガス特性吸収バンドを利用すれば、遠隔地にあ
るメタンガスを共存H2O、CO2の影響をほとんど
受けることなく高精度で測定できることがわかつ
た。
次に、波長1.3μmまたは1.6μmの近赤外域の光
を発光する光源について説明する。この波長域の
光源としては、一般に半導体レーザーダイオード
（LD）、発光ダイオード（LED）とが挙げられる
が、熱線、放電管、タングステン電球等でも良
い。LDは高出力が得られるが温度、電源電圧に
よつて発光波長が変動しやすく、かつ単色性が高
いので、このような用途に利用するには高度な技
術を必要とする。これに対してLEDは出力は低
いものの発光スペクトルがややブロードであるた
め波長の安定性がよく、特性吸収波長をカバーす
ることが簡単で使用しやすく対象となる気体の検
出範囲によつては充分利用できる。しかし、
LEDを光源とした場合には、発光スペクトルが
ブロードであるため、分光器が必要となる。分光
器には種々のタイプがあるがここでは安価な帯域
透過フイルタを用いることにした。
を発光する光源について説明する。この波長域の
光源としては、一般に半導体レーザーダイオード
（LD）、発光ダイオード（LED）とが挙げられる
が、熱線、放電管、タングステン電球等でも良
い。LDは高出力が得られるが温度、電源電圧に
よつて発光波長が変動しやすく、かつ単色性が高
いので、このような用途に利用するには高度な技
術を必要とする。これに対してLEDは出力は低
いものの発光スペクトルがややブロードであるた
め波長の安定性がよく、特性吸収波長をカバーす
ることが簡単で使用しやすく対象となる気体の検
出範囲によつては充分利用できる。しかし、
LEDを光源とした場合には、発光スペクトルが
ブロードであるため、分光器が必要となる。分光
器には種々のタイプがあるがここでは安価な帯域
透過フイルタを用いることにした。
ここで、帯域透過フイルタの透過幅は一般に広
く１〜数nm程度であり、測定物のスペクトル線
がこの幅よりも狭い場合には効率的に不利とな
る。しかし、メタンガスの1.331μmや1.666μmの
ように相当に幅が広い場合には、このような帯域
透過フイルタを用いても測定系全体の検出効率の
改善に十分役立つことを以下に具体的に検討し見
出した。
く１〜数nm程度であり、測定物のスペクトル線
がこの幅よりも狭い場合には効率的に不利とな
る。しかし、メタンガスの1.331μmや1.666μmの
ように相当に幅が広い場合には、このような帯域
透過フイルタを用いても測定系全体の検出効率の
改善に十分役立つことを以下に具体的に検討し見
出した。
第４図は、中心波長1.6661μm、半値幅2nmで
透過特性がガウス分布型の帯域透過フイルタを用
い、このフイルタを透過した後の光の強度分布を
示すもので、実線はメタンガスが光路長50cmの測
定セル内に20Torrの圧力で含まれている場合を
表し、点線はメタンガスが存在しない場合を表わ
している。この両曲線の面積の差を点線で囲まれ
た面積で割ればメタンガスによる吸光比を求め得
ることが理解できる。
透過特性がガウス分布型の帯域透過フイルタを用
い、このフイルタを透過した後の光の強度分布を
示すもので、実線はメタンガスが光路長50cmの測
定セル内に20Torrの圧力で含まれている場合を
表し、点線はメタンガスが存在しない場合を表わ
している。この両曲線の面積の差を点線で囲まれ
た面積で割ればメタンガスによる吸光比を求め得
ることが理解できる。
第５図は、中心波長が1.6661μm(A)、1.6666μm
(B)および1.6656μm(C)で半値幅が2nmの３種の帯
域透過フイルタを用いてメタンガスの1.666μmの
吸収スペクトル線の吸光比をメタン濃度を変化さ
せて測定した時のグラフを示したものである。メ
タンガスと空気との混合気体の圧力は１気圧と
し、その内のメタンガスの分圧（Torr）を変化
させた。グラフより明らかなようにフイルタの中
心波長が異なればメタンガスが同一分圧であつて
も吸光比は変化し、中心波長1.6661μmのフイル
タ(A)が最も高い吸光比を与えることがわかる。
(B)および1.6656μm(C)で半値幅が2nmの３種の帯
域透過フイルタを用いてメタンガスの1.666μmの
吸収スペクトル線の吸光比をメタン濃度を変化さ
せて測定した時のグラフを示したものである。メ
タンガスと空気との混合気体の圧力は１気圧と
し、その内のメタンガスの分圧（Torr）を変化
させた。グラフより明らかなようにフイルタの中
心波長が異なればメタンガスが同一分圧であつて
も吸光比は変化し、中心波長1.6661μmのフイル
タ(A)が最も高い吸光比を与えることがわかる。
また、第６図は、中心波長1.6661μmで、半値
幅が1.5nm(E)、2.0nm(F)および2.5nm(G)の３種の
帯域透過フイルタを第５図に示したものと同一条
件で用いてメタンガスの吸光比を求めたものであ
る。これにより、例えば空気中の3Torrのメタン
ガス（爆発下限界の約６％の濃度に相当する。な
お、第６図の横軸の目盛は、メタンガスのTorr
数の対数をとつた値を示しているので、3Torrの
場合、横軸の目盛でlog3＝0.447の位置が3Torrを
示す。）を検出するためには半値幅2.5nm(G)のフ
イルタを用いて約1.5％の吸光比、すなわち光強
度の減少を測定すればよいことがわかる。（ただ
し、第６図からは(E)のフイルタが最も高感度とな
ることがわかるが、半値幅の狭いものはやや高価
であり、また(G)のフイルタでも充分使用できるた
め、(G)のフイルタを選択した。）さらに、同様の
検討をメタンガスが含まれる都市ガスについても
行つた。第７図は、20％のメタンガスを含む都市
ガスと空気との混合気体を試料とし、混合気体中
の都市ガス量を変化させて吸光比を測定したとき
のグラフである。帯域透過フイルタには中心波長
1.6661μm、半値幅2.0nmのものを用いている。
幅が1.5nm(E)、2.0nm(F)および2.5nm(G)の３種の
帯域透過フイルタを第５図に示したものと同一条
件で用いてメタンガスの吸光比を求めたものであ
る。これにより、例えば空気中の3Torrのメタン
ガス（爆発下限界の約６％の濃度に相当する。な
お、第６図の横軸の目盛は、メタンガスのTorr
数の対数をとつた値を示しているので、3Torrの
場合、横軸の目盛でlog3＝0.447の位置が3Torrを
示す。）を検出するためには半値幅2.5nm(G)のフ
イルタを用いて約1.5％の吸光比、すなわち光強
度の減少を測定すればよいことがわかる。（ただ
し、第６図からは(E)のフイルタが最も高感度とな
ることがわかるが、半値幅の狭いものはやや高価
であり、また(G)のフイルタでも充分使用できるた
め、(G)のフイルタを選択した。）さらに、同様の
検討をメタンガスが含まれる都市ガスについても
行つた。第７図は、20％のメタンガスを含む都市
ガスと空気との混合気体を試料とし、混合気体中
の都市ガス量を変化させて吸光比を測定したとき
のグラフである。帯域透過フイルタには中心波長
1.6661μm、半値幅2.0nmのものを用いている。
以上の検討結果から、光源に小型のLEDを用
い、波長選択に帯域透過フイルタを用いてもメタ
ンガス濃度を定量しうることがわかつた。
い、波長選択に帯域透過フイルタを用いてもメタ
ンガス濃度を定量しうることがわかつた。
第８図に示すものは、以上の知見に基づいて構
成されたメタンガス測定装置の一例である。図中
符号１は発光ダイオード（LED）よりなる光源
である。この光源１で発光された1.3μm帯および
1.6μm帯の光は光結合器２を経て光伝送路である
低伝送損失の光フアイバ、例えば石英系光フアイ
バ３に送られる。石英系光フアイバ３は第１図に
示すような伝送特性を有し、1.1〜1.7μmで極めて
低損失のものであり、したがつてその長さを数Km
〜10Km程度としてもさしつかえない。石英系光フ
アイバ３からの光は光結合器４ｂを経て測定セル
４に送り込まれる。この測定セル４は筒体（外殻
壁）４ａの両端部にそれぞれ光結合器４ｂ，４
b′が設けられて閉じられた構造になつており、筒
体４ａは測定ガスの自然流出入を可能とするよう
に多孔性焼結金属や連続気孔構造のプラスチツク
フオームなどの多孔質部材から形成されている。
このように筒体４ａを多孔質部材から構成する
と、雰囲気ガスが測定セル４に流出入した場合
に、筒体４ａがフイルタとなつて雰囲気ガス中の
煤あるいは塵埃を除去するので、測定セル４の内
部への煤あるいは塵埃の浸入を阻止することがで
き、光結合器４ｂ，４b′が煤あるいは塵埃で汚れ
ることを防止できる。従つて測定セル４を設置す
る場所の空気の汚れ具合にかかわらず光結合器４
ｂ，４b′の長期間の安定動作を確保できる。ま
た、この測定セル４の光路長（光結合器４ｂ，４
b′間の距離）は一例として50〜100cmとした。測
定セル４から出た光は、光結合器４b′を経て低伝
送損失の光フアイバ、例えば石英系光フアイバ５
に送られる。この石英光フアイバ５も同様に低損
失のものが使用される。光フアイバ５を通過した
光は光結合器６からハーフミラーで構成されたビ
ームスプリツタ７に送られ、ここで２つの光束に
分けられる。第１の光束は第１の帯域透過フイル
タ８に送られ、第２の光束は第２の帯域透過フイ
ルタ９に送られる。これらフイルタ８，９は薄膜
による光の干渉作用を利用した干渉フイルタであ
り、多層膜干渉フイルタなどが好適に用いられ、
中心波長での透過率ができるだけ高く、半値幅が
1.0〜2.0nmと狭いものが望ましい。第１のフイル
タ８の中心波長は1.6661μmまたは1.3312μmとさ
れ、メタンガスの前記特性吸収の波長と一致して
いる。また、第２のフイルタ９の中心波長は、メ
タンガスの吸収波長以外の波長でさらに水分、炭
酸ガスで特性吸収を示さない、例えば1.62μmま
たは1.30μmとされている。これによつて、第１
のフイルタ８を透過した光は、メタンガスでの吸
収によつて強度の低下した1.6661μmまたは
1.3312μmを中心とする透過波長分布がガウス形
の光となり、また第２のフイルタ９を透過した光
は、メタンガスでの吸収には無関係の1.62μmま
たは1.30μmを中心波長とする波長分布がガウス
形の光となる。これらの光は、それぞれアバラン
シエフオトダイオードなどで構成された第１の光
検出器１０および第２の光検出器１１に送られて
各々電気信号に変換され、増幅器１２，１３にて
増幅された後、マイクロコンピユータなどから構
成された信号処理装置１４に送られる。ここで、
前記電気信号の比Ｘおよび（１−Ｘ）から吸光比
Ａを求め、さらに予めメタンの標準ガスで求めた
吸光比Ａとメタンガス濃度との関係を利用して演
算処理等が行われ、測定セル４内に存在する気体
中のメタンガス濃度が求められ、表示器１５にそ
の結果が表示される。
成されたメタンガス測定装置の一例である。図中
符号１は発光ダイオード（LED）よりなる光源
である。この光源１で発光された1.3μm帯および
1.6μm帯の光は光結合器２を経て光伝送路である
低伝送損失の光フアイバ、例えば石英系光フアイ
バ３に送られる。石英系光フアイバ３は第１図に
示すような伝送特性を有し、1.1〜1.7μmで極めて
低損失のものであり、したがつてその長さを数Km
〜10Km程度としてもさしつかえない。石英系光フ
アイバ３からの光は光結合器４ｂを経て測定セル
４に送り込まれる。この測定セル４は筒体（外殻
壁）４ａの両端部にそれぞれ光結合器４ｂ，４
b′が設けられて閉じられた構造になつており、筒
体４ａは測定ガスの自然流出入を可能とするよう
に多孔性焼結金属や連続気孔構造のプラスチツク
フオームなどの多孔質部材から形成されている。
このように筒体４ａを多孔質部材から構成する
と、雰囲気ガスが測定セル４に流出入した場合
に、筒体４ａがフイルタとなつて雰囲気ガス中の
煤あるいは塵埃を除去するので、測定セル４の内
部への煤あるいは塵埃の浸入を阻止することがで
き、光結合器４ｂ，４b′が煤あるいは塵埃で汚れ
ることを防止できる。従つて測定セル４を設置す
る場所の空気の汚れ具合にかかわらず光結合器４
ｂ，４b′の長期間の安定動作を確保できる。ま
た、この測定セル４の光路長（光結合器４ｂ，４
b′間の距離）は一例として50〜100cmとした。測
定セル４から出た光は、光結合器４b′を経て低伝
送損失の光フアイバ、例えば石英系光フアイバ５
に送られる。この石英光フアイバ５も同様に低損
失のものが使用される。光フアイバ５を通過した
光は光結合器６からハーフミラーで構成されたビ
ームスプリツタ７に送られ、ここで２つの光束に
分けられる。第１の光束は第１の帯域透過フイル
タ８に送られ、第２の光束は第２の帯域透過フイ
ルタ９に送られる。これらフイルタ８，９は薄膜
による光の干渉作用を利用した干渉フイルタであ
り、多層膜干渉フイルタなどが好適に用いられ、
中心波長での透過率ができるだけ高く、半値幅が
1.0〜2.0nmと狭いものが望ましい。第１のフイル
タ８の中心波長は1.6661μmまたは1.3312μmとさ
れ、メタンガスの前記特性吸収の波長と一致して
いる。また、第２のフイルタ９の中心波長は、メ
タンガスの吸収波長以外の波長でさらに水分、炭
酸ガスで特性吸収を示さない、例えば1.62μmま
たは1.30μmとされている。これによつて、第１
のフイルタ８を透過した光は、メタンガスでの吸
収によつて強度の低下した1.6661μmまたは
1.3312μmを中心とする透過波長分布がガウス形
の光となり、また第２のフイルタ９を透過した光
は、メタンガスでの吸収には無関係の1.62μmま
たは1.30μmを中心波長とする波長分布がガウス
形の光となる。これらの光は、それぞれアバラン
シエフオトダイオードなどで構成された第１の光
検出器１０および第２の光検出器１１に送られて
各々電気信号に変換され、増幅器１２，１３にて
増幅された後、マイクロコンピユータなどから構
成された信号処理装置１４に送られる。ここで、
前記電気信号の比Ｘおよび（１−Ｘ）から吸光比
Ａを求め、さらに予めメタンの標準ガスで求めた
吸光比Ａとメタンガス濃度との関係を利用して演
算処理等が行われ、測定セル４内に存在する気体
中のメタンガス濃度が求められ、表示器１５にそ
の結果が表示される。
第９図は、この発明の測定装置の他の例を示す
もので、第８図に示したものと同一構成部分には
同一符号を付してその説明は省略する。この例で
は、測定セル４を出た光はたとえば石英系光フア
イバのような低損失の光フアイバ５を通り、光分
岐路１６によつて２つの光束に分けられ、それぞ
れ光結合器１７，１８からチヨツパ１９を経て第
１のフイルタ８および第２のフイルタ９に送り込
まれる点と、第１および第２の光検出器１０，１
１からの電気信号が１つの増幅器１２に送り込ま
れる点が前例と異なるところである。この例では
チヨツパ１９によつて光検出器１０，１１からの
電気信号が交流となり、増幅等が容易である利点
がある。
もので、第８図に示したものと同一構成部分には
同一符号を付してその説明は省略する。この例で
は、測定セル４を出た光はたとえば石英系光フア
イバのような低損失の光フアイバ５を通り、光分
岐路１６によつて２つの光束に分けられ、それぞ
れ光結合器１７，１８からチヨツパ１９を経て第
１のフイルタ８および第２のフイルタ９に送り込
まれる点と、第１および第２の光検出器１０，１
１からの電気信号が１つの増幅器１２に送り込ま
れる点が前例と異なるところである。この例では
チヨツパ１９によつて光検出器１０，１１からの
電気信号が交流となり、増幅等が容易である利点
がある。
なお、上記例に限られず、光源１からの光を光
分岐路で複数の光に分割し、これら光を別々の石
英系光フアイバ３で複数の測定セル４……に送り
込み、複数の地点でのメタンガスを同時に測定す
るように構成することもできる。
分岐路で複数の光に分割し、これら光を別々の石
英系光フアイバ３で複数の測定セル４……に送り
込み、複数の地点でのメタンガスを同時に測定す
るように構成することもできる。
以上説明したように、この発明のメタンガス濃
度測定法および測定装置によれば、メタンガスの
特性吸収体に、光フアイバの最も低損失な波長領
域であり、かつCO2、H2Oの吸収帯がほとんど存
在しない1.33μmまたは1.66μmを選び、光源に例
えば安定性のよい発光ダイオード（LED）を、
光伝送路に上記低損失の石英系光フアイバを、波
長選択に小型で安価な帯域透過フイルタを用いて
メタンガスの近赤外吸光光度法による定量を行う
ものであるので、測定セルを極めて遠隔の地点に
設置することができ、電磁誘導を受けたり、ケー
ブル断線時の短絡事故を生ずることがなく、した
がつて炭鉱の坑道ガス中のメタンガス濃度の測定
や地下街等の広い地域に複数の測定セルを設置
し、１箇所で集中監視する場合などに好適であ
る。また、測定ガス中に存在するH2O、CO2の影
響をほとんど受けないので、精度も高い。しかも
測定セルの外殻壁を多孔質部材から構成している
ので、雰囲気ガスを測定セルに流出入させた場合
に、外殻壁がフイルタとなつて雰囲気ガス中の煤
あるいは塵埃を除去し、測定セルの内部への煤あ
るいは塵埃の浸入を阻止することができ、光結合
器が煤あるいは塵埃で汚れることを防止できる。
従つて測定セルを設置する場所が炭鉱の坑道内あ
るいは地下街などであつても、設置場所の空気の
汚れ具合にかかわらず光結合器の長期間の安定動
作を確保することができ、高い測定精度を長期間
にわたり発揮させることができる。さらに、吸光
光度法であるので、実時間測定が可能であり、メ
タン濃度変動に対して迅速な対応が可能となる。
さらに、波長選択に半値幅1.0〜2.5nmの帯域透過
フイルタを用いているので、メタンガスにより吸
光された帯域の光を効率良く透過させて正確に測
定できるとともに、装置を小型化かつ安価とする
ことができる。さらに、小形、低電力で冷却など
を必要としない小出力の発光ダイオードを用いて
もメタンの爆発限界より下のレベルの高感度の検
出を達成できる。
度測定法および測定装置によれば、メタンガスの
特性吸収体に、光フアイバの最も低損失な波長領
域であり、かつCO2、H2Oの吸収帯がほとんど存
在しない1.33μmまたは1.66μmを選び、光源に例
えば安定性のよい発光ダイオード（LED）を、
光伝送路に上記低損失の石英系光フアイバを、波
長選択に小型で安価な帯域透過フイルタを用いて
メタンガスの近赤外吸光光度法による定量を行う
ものであるので、測定セルを極めて遠隔の地点に
設置することができ、電磁誘導を受けたり、ケー
ブル断線時の短絡事故を生ずることがなく、した
がつて炭鉱の坑道ガス中のメタンガス濃度の測定
や地下街等の広い地域に複数の測定セルを設置
し、１箇所で集中監視する場合などに好適であ
る。また、測定ガス中に存在するH2O、CO2の影
響をほとんど受けないので、精度も高い。しかも
測定セルの外殻壁を多孔質部材から構成している
ので、雰囲気ガスを測定セルに流出入させた場合
に、外殻壁がフイルタとなつて雰囲気ガス中の煤
あるいは塵埃を除去し、測定セルの内部への煤あ
るいは塵埃の浸入を阻止することができ、光結合
器が煤あるいは塵埃で汚れることを防止できる。
従つて測定セルを設置する場所が炭鉱の坑道内あ
るいは地下街などであつても、設置場所の空気の
汚れ具合にかかわらず光結合器の長期間の安定動
作を確保することができ、高い測定精度を長期間
にわたり発揮させることができる。さらに、吸光
光度法であるので、実時間測定が可能であり、メ
タン濃度変動に対して迅速な対応が可能となる。
さらに、波長選択に半値幅1.0〜2.5nmの帯域透過
フイルタを用いているので、メタンガスにより吸
光された帯域の光を効率良く透過させて正確に測
定できるとともに、装置を小型化かつ安価とする
ことができる。さらに、小形、低電力で冷却など
を必要としない小出力の発光ダイオードを用いて
もメタンの爆発限界より下のレベルの高感度の検
出を達成できる。
第１図はこの発明に用いられる石英系光フアイ
バの伝送損失を示すグラフ、第２図はメタンガス
の1.33μm帯の吸収スペクトル、第３図はメタン
ガスの1.66μm帯のスペクトル、第４図はガウス
分布型の帯域透過フイルタを透過した光の強度分
布を示すグラフ、第５図は中心波長の異なる３種
の帯域透過フイルタを用いた時のメタンガスの濃
度と吸光比との関係を示すグラフ、第６図は半値
幅の異なる３種の帯域透過フイルタを用いた時の
メタンガスの濃度と吸光比との関係を示すグラ
フ、第７図は帯域透過フイルタを用いて空気中の
都市ガス濃度と吸光比の関係を都市ガス中のメタ
ンガス濃度によつて求めたグラフ、第８図および
第９図はいずれもこの発明のメタンガス測定装置
の例を示す概略構成図である。 １……発光ダイオードよりなる光源、３……石
英系光フアイバ、４……測定セル、４ａ……筒体
（外殻壁）、４ｂ，４b′……光結合器、５……石英
系光フアイバ、７……ビームスプリツタ、８……
第１の帯域透過フイルタ、９……第２の帯域透過
フイルタ、１０……第１の光検出器、１１……第
２の光検出器、１２……増幅器、１４……信号処
理装置、１５……表示器、１６……光分岐路、１
９……チヨツパ。
バの伝送損失を示すグラフ、第２図はメタンガス
の1.33μm帯の吸収スペクトル、第３図はメタン
ガスの1.66μm帯のスペクトル、第４図はガウス
分布型の帯域透過フイルタを透過した光の強度分
布を示すグラフ、第５図は中心波長の異なる３種
の帯域透過フイルタを用いた時のメタンガスの濃
度と吸光比との関係を示すグラフ、第６図は半値
幅の異なる３種の帯域透過フイルタを用いた時の
メタンガスの濃度と吸光比との関係を示すグラ
フ、第７図は帯域透過フイルタを用いて空気中の
都市ガス濃度と吸光比の関係を都市ガス中のメタ
ンガス濃度によつて求めたグラフ、第８図および
第９図はいずれもこの発明のメタンガス測定装置
の例を示す概略構成図である。 １……発光ダイオードよりなる光源、３……石
英系光フアイバ、４……測定セル、４ａ……筒体
（外殻壁）、４ｂ，４b′……光結合器、５……石英
系光フアイバ、７……ビームスプリツタ、８……
第１の帯域透過フイルタ、９……第２の帯域透過
フイルタ、１０……第１の光検出器、１１……第
２の光検出器、１２……増幅器、１４……信号処
理装置、１５……表示器、１６……光分岐路、１
９……チヨツパ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 1.6μm帯または1.3μm帯の光を該波長域にお
いて伝送損失が小さい石英系光フアイバによつて
伝送するとともに、多殻壁を多孔性焼結金属ある
いは連続気孔構造のプラスチツクフオームからな
る多孔質部材で構成し上記外殻壁に相互に対向さ
せて光結合器を取り付けてなる中空の測定セルを
用い、上記石英系光フアイバで伝送した光を雰囲
気ガスが流出入する上記測定セルに伝送し、測定
セルでメタンガスの1.666μmまたは1.331μmでの
吸収がなされた後の光を1.6μm帯または1.3μm帯
の波長域において伝送損失が小さい石英系光フア
イバによつて半値幅が1.0〜2.5nmの帯域透過フイ
ルタに送り、上記メタンガスの吸収波長とそれ以
外の波長との光に分光し、これら二つの光をそれ
ぞれ光検出器に送り、これら光の強度比を求め、
これによつて上記測定セル中のメタンガス濃度を
測定することを特徴とするメタンガス濃度測定
法。 ２ 1.6μmまたは1.3μm帯の光を発光する発光源
と、この光を伝送する該波長域で伝送損失の小さ
い石英系光フアイバと、外殻壁を多孔性焼結金属
あるいは連続気孔構造のプラスチツクフオームか
らなる多孔質部材で構成して雰囲気ガスを流出入
可能とし、上記外殻壁に相互に対向させて光結合
器を取り付けた中空の測定セルと、測定セルでメ
タンガスの1.666μmまたは1.331μmでの吸収が行
なわれた光を上記メタンガスの吸収波長とそれ以
外の波長との光に分光し、半値幅が1.0〜2.5nmの
帯域透過フイルタと、これら光を検出する光検出
器と、光検出器で検出された上記メタンガスの吸
収波長の光の信号とそれ以外の波長の光の信号と
の強度比を演算する演算処理装置とを具備してな
るメタンガス濃度測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57166836A JPS5956151A (ja) | 1982-09-25 | 1982-09-25 | メタンガス濃度測定法およびその測定装置 |
| DE19833334264 DE3334264A1 (de) | 1982-09-25 | 1983-09-22 | Verfahren und messgeraet zum messen der methan-konzentration in einem gasgemisch |
| US06/536,051 US4567366A (en) | 1982-09-25 | 1983-09-26 | Method and apparatus for measuring methane concentration in gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57166836A JPS5956151A (ja) | 1982-09-25 | 1982-09-25 | メタンガス濃度測定法およびその測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5956151A JPS5956151A (ja) | 1984-03-31 |
| JPH0220056B2 true JPH0220056B2 (ja) | 1990-05-08 |
Family
ID=15838552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57166836A Granted JPS5956151A (ja) | 1982-09-25 | 1982-09-25 | メタンガス濃度測定法およびその測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5956151A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0830680B2 (ja) * | 1990-10-15 | 1996-03-27 | アンリツ株式会社 | ガス検出装置 |
| US5572031A (en) * | 1994-11-23 | 1996-11-05 | Sri International | Pressure- and temperature-compensating oxygen sensor |
| JP5008970B2 (ja) * | 2006-12-27 | 2012-08-22 | 三井造船プラントエンジニアリング株式会社 | 炭層ガスの改質，利用方法 |
| JP6242316B2 (ja) * | 2014-09-16 | 2017-12-06 | 株式会社日立製作所 | 濃度検出装置 |
| DE102019006763A1 (de) * | 2019-09-27 | 2021-04-01 | Mettler-Toledo Gmbh | Gaszelle |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4895296A (ja) * | 1972-03-18 | 1973-12-06 | ||
| JPS562534A (en) * | 1979-06-21 | 1981-01-12 | Hitachi Cable Ltd | Gas discriminating detector |
| JPS567037A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-24 | Fumio Inaba | Remote substance density analyzing optical measuring apparatus |
-
1982
- 1982-09-25 JP JP57166836A patent/JPS5956151A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5956151A (ja) | 1984-03-31 |
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