JPH0229980B2

JPH0229980B2 - Puropangasunodonosokuteihohooyobisonosochi

Info

Publication number: JPH0229980B2
Application number: JP20599383A
Authority: JP
Inventors: Akio Shinohara; Yoshiaki Arakawa; Fumio Inaba
Original assignee: Showa Denko KK; Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
Current assignee: Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan; Resonac Holdings Corp
Priority date: 1983-11-04
Filing date: 1983-11-04
Publication date: 1990-07-03
Anticipated expiration: 2003-11-04
Also published as: JPS6098334A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、測定地点から遠く離れている箇所で
のプロパンガス濃度の測定に好適なガス濃度測定
法およびその装置に関するものである。

プロパンガスは、燃料用ガスとして自動車用、
一般家庭炊事用等に広く使用される有用ガスであ
るが、このガスを取扱う場合は、漏洩に充分注意
しなければ重大な人身事故を起しかねない。実際
に、一般家庭でのプロパンガス爆発や、タンカー
での火災事故などが毎年発生している。この防災
対策のために有用なプロパンガスの検知、警報機
器の開発が望まれている。

更にLPGタンク、LPGタンカーなどのガス漏
洩検知を考えた場合、集中監視室からの遠隔測定
が望まれ、また着火源をもたない本質的に防爆検
知方式であることが必須となる。

従来より用いられている半導体式ガスセンサや
燃焼式ガスセンサ、光干渉式検知方法等ではガス
の選択検知や動作の安定性、湿度の影響、稀薄ガ
スの検知等々で問題があり、さらに保守の面で考
慮しなければならない点があつた。また、遠隔監
視、遠隔測定の場合、電気信号が送受されるので
電磁誘導による誤報やケーブルの損傷による事故
誘発などの危険性も無視することができなかつ
た。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされた
ものであつて、プロパンガスの漏出を確実に、迅
速に検知して警報を発するようにしたものであつ
て、厳しい測定条件下でも信頼性が高く、実時間
測定ができ、かつ極めて遠隔の箇所における測定
が可能であると共に事故誘発などの危険性の全く
ないプロパンガス濃度の測定方法およびその装置
を提供するものである。

以下図面を参照しながら本発明のプロパンガス
濃度の測定方法およびその装置の詳しい内容を説
明する。

本発明は、近年光通信用として開発された例え
ば石英系光フアイバーのような光フアイバーを利
用するものである。このような光フアイバーは
1.0〜1.8μmの波長領域では光の伝送損失が低い。
一方プロパンガスは、前記の1.0〜1.8μmの波長帯
内においては、1.50〜1.57μm帯および1.668〜
1.720μm帯のブロードな波長帯域において特性吸
収帯がある。更に上記のプロパンガスの特性吸収
帯内において水蒸気H₂Oおよび炭酸ガスCO₂によ
る光の吸収がほとんどない狭い波長域が選択でき
る。

本発明は以上のような新たな知見にもとづいて
なされたものである。即ち、プロパンガスの特性
吸収帯内の波長帯であつて、伝送中、光フアイバ
ーによる損失が少なく、またH₂OやCO₂の影響を
ほとんど受けることのない波長域を選ぶことによ
つて本発明の目的である遠隔の地点においてプロ
パンガスの濃度を正確に、しかも迅速に測定でき
るようにしたものである。

第１図は石英系光フアイバーの0.6〜1.8μmの波
長域における伝送損失を示すグラフである。この
図より明らかなように波長1.1〜1.7μmでの伝送損
失が1dB／Km以下であり、そして実用的には可視
域から1.8μmまでの波長域の光の伝送に有効であ
ることがわかる。この様な低損失の光フアイバー
を光伝送路として用いれば、遠隔地に存在するプ
ロパンガス濃度を吸光光度法によつて測定するこ
とが可能である。

第２図乃至第５図は、本発明の対象となるプロ
パンガスの特性吸収を示すもので、第２図、第４
図はプロパンガスの圧力が200Torr、測定セルの
長さが50cm、第３図、第５図はプロパンガスの圧
力が１気圧、測定セルの長さが50cmの場合であ
る。これら図のうち、第２図、第３図は、プロパ
ンガスの特性波長帯がブロードな１つの波長域で
あることを示している。その領域は1.668〜
1.720μm（第２図参照）および約1.50〜1.57μm（第
３図参照）である。但し、約1.668〜1.720μmの特
性吸収波長帯については、発光源の関係から
1.720μmまでしか測定していないが、特性吸収帯
は、約1.74μmまで存在すると推定される。この
意味から第２図には、測定した1.720μmまでを実
線にて示し、それ以上は、破線にて示してある。
本発明では、測定により明らかになつた1.720μm
までを特性吸収帯として扱う。第４図、第５図
は、ブロードな波長帯であるとして示した第２
図、第３図のグラフの根拠となる実際の吸収特性
を示す図で、分解能0.5nm以下の分光器で測定し
た結果である。

これらの図から明らかなように、第４図に示す
1.668〜1.720μmの特性吸収帯は、プロパンガスの
圧力が200Torrにおいても最大25％程度の吸収率
であり、実用上測定波長帯として用いれば有効で
ある。他方、第５図の1.50〜1.57μmの特性吸収波
長帯は１気圧のプロパンガスが測定セルに満たさ
れた時の透過率を示すもので、吸収率は小さい。
しかし発光源に強力な光を発するものを用いれ
ば、また現在市販されている発光源の発光波長帯
が可視光から1.55μm程度までの波長帯のものし
かないことから考えると測定に利用すべき波長帯
である。

以上述べたプロパンガスの特性吸収の測定結果
にもとづく考察から明らかなように、プロパンガ
スの濃度を吸光光度法によつて測定する場合に
は、まず1.668〜1.720μm又は1.50〜1.57μmの特性
吸収帯うちのいずれか一方または両方の波長帯の
中から少なくとも１つの波長を中心波長とする光
を測定光として選び、これらの光がプロパンガス
の存在する測定セル（検出セル）中を通過した際
にどの程度吸収されるかを測定し、この吸収率か
らプロパンガスの濃度を検知することが出来る。
この時に使用する光は、選定した測定波長を中心
波長とする一つの狭い波長帯で、例えば帯域透過
フイルターによつて選ばれた1.68〜1.69μmあるい
は1.53〜1.54μmなどの狭い波長帯の光である。

上述のような測定波長（狭い波長帯）の光を一
つ又は複数個使つてプロパンガスの濃度を吸光光
度法によつて測定する場合は、参照波長（参照
光）として通常プロパンガスの特性吸収波長帯で
ある1.668〜1.720μmおよび1.50〜1.57μm以外の波
長域から選ぶ必要がある。つまりプロパンガスの
存在により光が吸収されない波長域から参照波長
を選ぶ必要がある。例えばプロパンガスの特性吸
収波長以外でその近傍である1.65や1.75μmあるい
は1.59μm辺りの波長域でしかもH₂OやCO₂の影
響をほとんど受けない波長帯を参照波長として選
べばよい。更にプロパンガスと共存する可能性の
強いメタンガスの特性吸収波長帯1.664〜1.669μm
を除いた波長域を選ぶことが望ましい。即ち前述
の波長帯の一つ又は複数の波長を中心波長とする
狭い波長帯の光を参照光として選べばよい。

以上のようにして選ばれた測定波長と参照波長
を用いて測定セルを通過した後の夫々の波長での
光強度を測定する。これらの測定値の中から、測
定波長での測定値と参照波長での測定値の比を一
つ又は、複数個求め、これと既知の濃度のプロパ
ンガスにもとづき予め求めておいた、吸収率と濃
度との関係をもとにして測定すべきプロパンガス
の濃度を求めることが出来る。

このような本発明の測定方法によれば、選択さ
れた測定波長と参照波長が夫々一つであつても従
来のガス検知法に比べて高い精度で又高い信頼性
の結果が得られる。しかし測定波長、参照波長の
いずれか一方または両方に一つ以上の波長帯の光
を用いれば一層高い精度および信頼度の測定結果
が得られる。それは、複数の波長を選択すること
によつて複数の吸光光度比が得られるので、これ
らの値を相互に比較することによつてより信頼度
の高い結果が得られると共に、測定装置に原因す
る誤差やプロパンガス以外のガスによる吸収の影
響を検知することが可能となり、これら誤差の原
因を除去することによつて信頼性の高い測定が可
能になり、また極めて低濃度のプロパンガスの検
出も可能になる。

第６図は市販のプロパンガスで１気圧のものを
光路長50cmの検出セル（測定セル）内に存在せし
めた時の波長1.69〜1.72μmの特性吸収を測定した
データである。

この図において曲線Ａは測定セル内が真空であ
る場合つまりプロパンガスによる吸収がない場合
の測定値であり、曲線Ｂは、市販のプロパンガス
が１気圧存在する場合の光の強度を示したもので
ある。

第２図乃至第５図に示すグラフは、この第６図
の曲線Ａ，Ｂに相当するデータを求め、その比
Ｂ／Ａを求めて常にＡ＝１にした時の値を示した
ものである。この第６図をもとにしてＢ／Ａを求
めれば、一般家庭用のプロパンガスの吸収特性も
第２図、第４図の特性と同様の傾向を示すことが
わかる。したがつて本発明の方法を用いることに
よつて一般家庭用のプロパンガスの漏洩等を検知
し得ることがわかる。

第７図は、H₂Oの吸収波長特性曲線を示すも
のである。この図より明らかなようにH₂Oの強
い吸収帯は1.2〜1.7μmにおいては、1.350〜
1.393μm波長帯に集中している。したがつてこの
波長帯を除けばH₂Oの影響の少ない測定が可能
になる。同様にしてCO₂の特性吸収の強い波長帯
を除いた波長帯を利用することによつて炭酸ガス
の影響の少ない測定が可能になる。

以上述べた内容から明らかなように、例えば石
英ガラス系の光フアイバーを光伝送路として用
い、第２乃至第６図に示すようなプロパンガスの
特性吸収波長帯を利用すれば遠隔地にあるプロパ
ンガスの濃度を共存するH₂O（水蒸気、水分）や
CO₂の影響をほとんど受けることなく、又光伝送
路における光損失などの影響もほとんど受けるこ
となく高精度、高信頼性にて測定ができる。

次に以上詳細に説明した本発明のプロパンガス
濃度測定方法にもとづいて構成された本発明の装
置について説明する。

本発明の装置の説明の前にその装置にて用いら
れる光源、すなわちプロパンガスの特性吸収波長
帯に対応する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、放電管（キセノンランプなど）、加熱線な
どが挙げられる。いずれにしても測定波長域をカ
バーする光を連続的に、あるいはパルス的に発
し、しかも発光エネルギー強度の大きいものほど
低濃度ガスの検知ができるので望ましい。

LDは高出力が得られやすく、単色性が強いの
でプロパンガスの特性波長帯のようなブロードな
波長帯である場合は発振波長が選びやすく望まし
い。ただし、電源電圧の変動や温度変化などによ
る発振波長の変動がないように留意する必要があ
る。又LDを光源として用いる場合は、参照波長
用と特性吸収波長（測定波長）用の少なくとも２
つの異なるLDを用いることが必要であるが、帯
域透過フイルター等の分光器を用いる必要はな
い。尚、特性波長用のLD、あるいは参照波長用
のLDの一方又は両方において発光波長の異なる
ものを複数用いることによつて感度や精度のより
高い測定が可能となる。

またLEDや放電管などは、出力は低いが出力
の安定性や長寿命性などは良い。又、発光スペク
トルはブロードであるのでこれらの光源を用いる
場合には、分光器を用いて検出波長帯を狭め、所
望の特性吸収波長帯や参照波長帯での選択した波
長における変化量をキヤツチして、プロパンガス
濃度を測定するようにすればよい。この場合の分
光器としては安価な帯域透過フイルター、プリズ
ム等が考えられる。後にのべる本発明の装置の実
施例では、この帯域透過フイルターが用られてい
る。この帯域透過フイルターの透過幅は一般に広
く、１〜数nm程度であり、被測定ガスの特性吸
収波長域が、この透過幅よりも狭い場合は効率的
に不利となる。しかし、プロパンガスの特性吸収
波長帯は前述のようにブロードであるので、この
ような帯域透過フイルターを用いても測定は充分
に行ない得る。

第８図は中心波長が1.684μm、半値幅が5nmで
ある透過特性がガウス分布型の帯域透過フイルタ
ーを用い、このフイルターを透過した後の光の強
度分布を模式的に示した図である。この図におい
て、破線はプロパンガスが光路長50cmの測定セル
内に200Torrの圧力で含まれている場合を表わ
し、実線はプロパンガスが存在しない場合を示し
ている。この図における各曲線内の面積の差を実
線にて囲まれた面積で割ることによつてプロパン
ガスによる吸光比Ａが求められる。このフイルタ
ーは、半値幅が例えば3nmや10nmのものを用い
ても良い。

続いて本発明のプロパンガス濃度の測定装置の
各実施例を説明する。第９図は、本発明のプロパ
ンガス濃度の測定装置の第１の実施例の構成を示
す図で、測定波長二つと参照波長一つを使用して
測定を行なうようにした装置である。この図にお
いて１は例えばLED等よりなる発光源、３は発
光源１より発せられる例えば1.65μm（半値幅
0.1μm）の光を光結合器２を経て伝送する低損失
の光フアイバー（例えば石英系光フアイバー）よ
りなる光伝送路、４は円筒状体４ａの両端に光結
合器４ｂ，４b′を設けた構造の測定セルで、この
測定セル４の円筒状体４ａは、雰囲気ガス（被測
定ガス）の自然流出入を可能にするために多孔性
焼結金属や連続気孔構造のプラスチツクフオーム
などにて構成されている。またこの測定セル４
は、一例として光路長（光結合器４ｂ，４b′間の
距離）が50〜100cmのものが用いられる。しかし
プロパンガスが低い濃度の場合には、測定セルの
光路長を長くしたほうがよい。この場合周知の多
重光路型吸収セル等を用いてもよい。５は測定セ
ル４よりの光を光結合器４b′を経て伝送する低伝
送損失の光フアイバー例えば石英系光フアイバー
等よりなる光伝送路、７は光伝送路５により伝送
され光結合器６を通つて来る光を第１の光束８と
第２の光束１０に分割するビームスプリツター、
９は第１の光束８中に配置された第１の帯域透過
フイルター、１１は第２の光束１０中に配置され
これを第３の光束１２と第４の光束１３とに分割
するビームスプリツター、１４は第３の光束１２
中に配置された第２の帯域透過フイルター、１５
は第４の光束１３中に配置された第３の帯域透過
フイルターである。これらの帯域透過フイルター
９，１４，１５は、例えば薄膜による光の干渉作
用を利用した干渉フイルターで、多層膜干渉フイ
ルターが好適に用いられ、中心波長の透過率が出
来る限り高く半値幅が２〜5nmと狭いものが望ま
しい。そして例えば第１の帯域透過フイルター９
の中心波長は1.684μm、第２の帯域透過フイルタ
ー１４の中心波長は1.695μm（逆に第１の帯域透
過フイルター９の中心波長が1.695μmで第２の帯
域透過フイルター１４の中心波長が1.684μmでも
よい）つまりプロパンガスの特性吸収波長帯内の
波長で測定波長に選定された波長である。また第
３の帯域透過フイルター１５は、プロパンガスの
特性吸収波長以外の波長（参照波長）で例えば
1.650μmが選ばれる。尚これらフイルターの中心
波長は、当然ながらH₂O，CO₂の特性吸収を示さ
ない波長が選ばれる。

更に１６，１７，１８は夫々第１、第３、第４
の光路８，１２，１３中に配置された第１、第
２、第３の光検出器で、アバランシエフオトダイ
オードAPD、フオトダイオードPD（例えばGe半
導体又はPbS検出器）等が用いられる。１９，２
０，２１は増幅器、２２は各光検出器１６，１
７，１８よりの電気信号で夫々増幅器１９，２
０，２１にて増幅された信号をもとにしてプロパ
ンガスの吸光比更にプロパンガスの濃度を求める
ための演算等を行なう演算処理装置である。

以上述べたような構成の第１の実施例におい
て、光源１よりの光は、光結合器２を通り光伝送
路３により伝送されて測定セル４へ送られる。こ
の測定セル４の円筒状体４ａは、前述のように雰
囲気ガスが流出入し得る構造であるので、これを
測定すべき個所に置けばその個所の雰囲気ガスに
て満たされる。したがつて光源１よりの光は、測
定セル４内の雰囲気ガスにより吸収を受けた後に
光伝送路５により伝送される。続いてビームスプ
リツター７にて分割された光のうち第１の光束８
は、第１の帯域透過フイルター９により測定波長
である1.684μmを中心波長とする狭い帯域の光の
みが透過され第１の光検出器１６にて受光されそ
の受光量に対応した電気信号として出力され増幅
器１９にて増幅されてから演算処理装置２２へ入
力される。

同様にしてビームスプリツター７，１１にて分
けられた第３の光束１２は第２の帯域透過フイル
ター１４により他の測定波長である。1.695μmを
中心波長とする狭い帯域の光のみが透過され、第
２の光検出器１７にて受光されその出力信号は増
幅器２０にて増幅されてから演算処理装置２２へ
入力される。

更にビームスプリツター７，１１にて分けられ
た第４の光束１３は、第３の帯域透過フイルター
１５により参照波長である1.650μmを中心波長と
する狭い帯域の光のみが透過され第３の光検出器
１８にて検出されその出力信号は増幅器２１にて
増幅されてから演算処理装置２２に入力される。

このように演算処理装置２２に入力された各電
気信号のうち第１の光検出器１６よりの電気信号
と第３の光検出器１８よりの電気信号との比が求
められる。つまり測定波長1.684μmと参照波長
1.650μmでのプロパンガスの吸光比A₁が求められ
る。これと予め標準のプロパンガスをもとにして
求められた吸光波A₀とプロパンガス濃度P₀との
関係から、演算処理によつて測定セル内に存在す
る気体中のプロパンガス濃度の測定値P₁が得ら
れる。

同様にして第２の光検出器１７よりも電気信号
と第３の光検出器１８よりの電気信号にもとづい
て、他の測定波長1.695μmと参照波長1.650μmと
の比から波長1.695μmでの吸光比A₂が求められ、
これをもとに演算によつてプロパンガス濃度P₂
が得られる。

このようにして求められた二つの異なる測定波
長にもとづく二つのプロパンガス濃度の測定値が
比較され、両者が誤差の範囲内である場合には、
これらの値の平均値または必要に応じて最大値、
最小値が、測定地点でのプロパンガス濃度として
表示器２３に表示される。また両測定値の間に所
定値以上の偏差がある場合には、この偏差が測定
セル内にはプロパンガス以外のガス例えば炭化水
素系ガスが含まれていて、このガスの特性吸収波
長と重なつた結果生じたのかあるいは測定装置の
光結合器６以降の部分即ちビームスプリツター
７，１１、帯域透過フイルター９，１４，１５、
光検出器１６，１７，１８、増幅器１９，２０，
２１に異常を生じたことを意味するのかのどちら
かであるのでその旨の表示が表示器２３に示され
る。この場合、光結合器６とビームスプリツター
７との間にテスト用の発光源を設け、上記の異常
時に光結合器６からの光を遮断し、このテスト用
の発光源を発光させて測定装置自体の異常を判断
し得るようにすれば、少なくともビームスプリツ
ター以降の光、電気系統での異常は検知できるの
で、装置の信頼性は上がる。

第１０図は、本発明のプロパンガス濃度の測定
装置の第２の実施例の構成を示す図である。この
第２の実施例は、測定セル４を出て光伝送路５に
て伝送された光を光分岐路２４によつて三つの光
束に分割し、分割された各光束は、夫々光結合器
２５，２６，２７およびチヨツパー２８を経て第
１、第３、第２の帯域透過フイルター９，１１
５，１４を透過して第１、第３、第２の光検出器
１６，１８，１７にて受光され、これら光検出器
からの電気信号のうち第１の光検出器１６と第３
の光検出器１８よりの電気信号は共に増幅器２９
にて増幅されて演算処理装置２２へ入力され、ま
た第２の光検出器１７と第３の光検出器１８より
の電気信号は増幅器３０にて増幅されてから信号
処理装置２２へ入力される点で第１の実施例と相
意している。その他の構成は第１の実施例と実質
的に同じであるので、同一機能の部分に対しては
同一の符合を付して図示した。

この第２の実施例は、チヨツパー２８を用いた
ことによつて各光検出器からの出力電気信号が交
流となるので、増幅等が容易となる利点を有して
いる。

なお、これら実施例において、光源１からの光
を光分岐路により複数の光束に分割し、これら光
束を別々の光伝送路により異なる複数地点におか
れた測定セルに導くようにすれば、異なる複数の
地点でのプロパンガス濃度を同時に測定し得るよ
うな構成にすることも出来る。

第１１図は、本発明のプロパンガス濃度の測定
装置の第３の実施例を示すものである。この第３
の実施例は、信号処理装置としてマイクロコンピ
ユーターを用いることによつて、この信号処理装
置２２よりの信号にもとづいてLEDよりなる光
源１を連続発光でなくパルス発光させる点と、各
帯域透過フイルター９，１４，１５を回転セクタ
ー３１に配置してこれらフイルターを透過する測
定波長、参照波長の光が光検出器１６に交互に
（時間をずらして順次）入射せしめるようにして
光検出器および増幅器が一つのみにて構成し得る
ようにした点において前述の実施例１、２と異な
つている。即ち、演算処理装置２２よりの信号に
もとづいてパルス発光した光源１よりの光は、測
定セル４を通つて光伝送路５により伝送され光結
合器６を通つてから、回転セクター３１の回転に
より順次時間間隔をおいて第１の帯域透過フイル
ター９を透過して光検出器１６へ、第２の帯域透
過フイルター１４を透過して光検出器１６へ、第
３の帯域透過フイルター１５を透過して光検出器
１６へ入射される。これにもとづいて光検出器１
６より各帯域透過フイルターの透過帯域に応じた
測定波長、参照波長に対する電気信号が順次出力
され増幅器１９により増幅されてから演算処理装
置２２へ入力される。３２，３３，３４は回転セ
クター３１の近傍に設置されたフオトダイオード
などの受光器とランプとからなる同期信号発生器
で、この同期信号発生器３２，３３，３４より信
号処理装置２２へ入力される信号によつて増幅器
１９より入力された電気信号がどの信号であるか
を判別し、それにもとづいて前述の各実施例と同
様の演算によりプロパンガス濃度を求める。以上
の他は前述の実施例と実質的に同じである。この
実施例で、光検出器、増幅器が夫々一つで済む等
安価に構成し得る。特に最近ではマイクロコンピ
ユーターの普及がめざましく廉価になつているの
で実用上極めて有効である。

第１２図は、本発明のプロパンガス濃度測定装
置の第４の実施例を示す図である。この第４の実
施例は、発光源としてLDを用いたもので、例え
ばプロパンガスの特性吸収波長内の波長である
1.695μmを発光の中心波長とする第１の発光源１
ａを測定波長用発光源とし、プロパンガス特性吸
収波長以外の波長である1.650μmを発光の中心波
長とする第２の発光源１ｂを参照波長用発光源と
する二つの発光源を用いることによつて多層膜干
渉フイルター等の帯域透過フイルター（分光器）
を用いない構成とした点でこれまで述べた他の実
施例と異なつている。

またこの第４の実施例では、第１の発光源１ａ
と第２の発光源１ｂの前にチヨツパー２８を配置
しこれら発光源よりの光を交互に光伝送路３ａ又
は３ｂ、光結合器３５、光伝送路３ｃを通して測
定セル４に導いている。更にチヨツパー２８の近
傍にランプとフオトダイオード等の受光器とより
なる同期信号発生器３２を配置し、この同期信号
発生器３２よりの出力信号を演算処理装置２２に
入力せしめて、この信号により検出器１６よりの
増幅器１９を介しての信号が第１の発光源１ａの
ものか第２の発光源１ｂのものかを判別して信号
処理装置２２にて演算しプロパンガスの濃度を求
めるようにしている。その他の構成は他の実施例
と実質的に同一である。

この第４の実施例において第１、第２の発光源
１ａ，１ｂをLEDにした場合でも、次に述べる
手段によつて帯域透過フイルター（分光器）を用
いることなしにプロパンガス濃度を測定出来る。
即ちLEDの発光波長はLDに比べブロードである
がその幅（半値幅）は約0.1μm程度である。した
がつて1.7μmを中心波長とする発光ダイオードと
1.6μmを中心波長とする発光ダイオードとを夫々
測定光用光源および参照光用光源として用いるこ
とによつて第４の実施例の構成の測定装置で（帯
域透過フイルターを用いることなしに）プロパン
ガスの濃度を測定出来る。この場合検出のための
エネルギーが大になる利点を有するが、波長が選
択的でなく波長幅が比較的広いので他のガスの影
響が若干大になるおそれがある。

第１３図は本発明のプロパンガス濃度測定装置
の第５の実施例の構成を示すものである。

本発明は、遠隔の地でプロパンガス濃度を測定
することを目的とするので、光伝送路としての光
フアイバーの長さは長い。この光フアイバーは往
復用いられるため一層長さを必要とすることにな
る。

この実施例５は、光分波器３６、光合波器３７
を用いることによつて一つの光フアイバー３を往
路と復路を兼用しても入射光と出射光が干渉する
ことなしに低損失にて伝送し得るようにしたもの
で、これによつて光フアイバーのコストを半分に
することが可能である。第１３図ａは測定セル４
よりの光を光フアイバー５′により伝送し光合波
器３７を介して光伝送路３へ入射せしめ光伝送路
３の大部分を復路としても使用して伝送した後光
分波器３６を介して光検出器側へ送るようにした
ものである。このように第１の実施例乃至第４の
実施例にて用いる復路である光伝送路５′をほん
の一部用いるだけで、往路の光伝送路３の大部分
を兼用したものである。

第１３図ｂは、測定セル４内に反射鏡４ｃを配
置し、これによつて測定セル４に入射した光は、
この反射鏡４ｃにて反射された後、入射側に戻さ
れ、光合波器３７を介して光伝送路３に入射せし
めたものである。この第１３図ｂの例の場合は光
が測定セル４内を往復するので測定セル４の大き
さに比較して測定セル内の光路長が長くなる。

以上説明した様に本発明のプロパンガス濃度の
測定方法によれば、プロパンガスの特性吸収波長
帯で、光フアイバーの最も低損失な波長領域でし
かもCO₂，H₂Oの吸収帯がほとんど存在しない狭
い波長帯を選択してプロパンガス濃度を測定する
ものであるから、極めて遠隔な地点よりCO₂，
H₂O等の影響をほとんど受けることなく高精度
の測定が可能である。又、本発明の装置によれ
ば、発光源としてLDや安定性のよいLEDを、ま
た光伝送路として低伝送損失の石英系光フアイバ
ーを、波長選択に安価な帯域透過フイルターを用
いるので遠隔地点における測定を電磁誘導を受け
たり、ケーブル断線時の短絡事故を生ずることな
しに測定出来る。また広い地域にわたつて配置さ
れた複数のセルでの測定を一点にて行なうことが
出来るので、複数の地点での測定を集中監視する
場合などに好適である。また、吸光光度法を利用
しての測定であるので、実時間測定が可能であ
り、プロパンガス濃度の変動に対して迅速な対応
が可能であつて、実用性の高い、高信頼性、高精
度の装置が提供できる。尚第５の実施例のように
光フアイバーを兼用するような装置にすれば光フ
アイバーの節約になる。また第４の実施例のよう
に発光源として適宜なレーザーダイオードを選択
することによつて分光器の省略が可能となり装置
を簡単化し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる石英系光フアイバーの
伝送損失を示すグラフ、第２図、第３図はプロパ
ンガスのブロードな特性吸収帯を模式的に示した
図、第４図、第５図はプロパンガスの実際の特性
吸収波長を詳細に示した図、第６図は市販のプロ
パンガスの測定値を示すグラフ、第７図はH₂O
の吸収波長特性を示す図、第８図はガウス分布型
の帯域透過フイルターを通過した光の強度分布を
示す図、第９図乃至第１３図は夫々本発明の装置
の第１の実施例乃至第５の実施例の構成を示す図
である。１，１ａ，１ｂ、…発光源、２…光結合器、３
…光フアイバー、４…測定セル、５…光フアイバ
ー、６…光結合器、７，１１…ビームスプリツタ
ー、８…第１の光束、９…第１の帯域透過フイル
ター、１０…第２の光束、１２…第３の光束、１
３…第４の光束、１４…第２の帯域透過フイルタ
ー、１５…第３の帯域透過フイルター、１６…第
１の光検出器、１７…第２の光検出器、１８…第
３の光検出器、１９，２０，２１…増幅器、２２
…演算処理装置、２３…表示器、２５，２６，２
７…光結合器、２８…チヨツパー、２９，３０…
増幅器、３１…回転セクター、３２，３３，３４
…同期信号発生器、３５…光結合器、３６…光分
波器、３７…光合波器。

Claims

【特許請求の範囲】１発光源からの光を伝送損失の小さい光フアイ
バーを通して、雰囲気ガスの流出入する測定セル
へ伝送し、該測定セルを通つた後、他の光フアイ
バーにて伝送して光検出器にて検出して吸光光度
法にて濃度を検出する方法で、プロパンガスの特
性吸収波長帯である1.668〜1.720μm又は1.50〜
1.57μmの波長帯のうち少なくとも一つの波長帯
内の少なくとも一つの波長を中心波長とした光を
測定光とし、前記特性吸収波長帯外の少なくとも
一つの波長を中心波長とする光を参照光とし、前
記測定光と前記参照光を検出器にて検出して、そ
の比を求めることによつて濃度を測定することを
特徴とするプロパンガス濃度の測定方法。２プロパンガスの特性吸収波長帯である1.668
〜1.720μm又は1.50〜1.57μmの波長領域内の波長
を少なくとも含んでいる波長領域の光を発光する
発光源と、雰囲気ガスの流出入する測定セルと、
前記発光源の光を前記測定セルへ伝送するために
用いられる前記波長領域での伝送損失の少ない第
１の光フアイバーと、前記測定セルよりの光を伝
送するための前記波長領域での伝送損失の少ない
他の第２の光フアイバーと、前記第２の光フアイ
バーにて伝送された前記測定セルよりの光を前記
特性吸収波長帯内の少なくとも一つの波長を中心
波長とする測定光と、特性吸収波長帯外の波長帯
において、少なくとも一つの波長を中心波長とす
る光の参照光とに分光する分光器と、前記分光器
にて分光された測定光および参照光を検出する光
検出器と、前記光検出器で検出された測定光の電
気信号と参照光の電気信号との比を演算してプロ
パンガス濃度を算出すると共に、これらのプロパ
ンガス濃度を比較してプロパンガス以外の妨害ガ
スの有無を判定する演算処理装置とを備えたプロ
パンガス濃度の測定装置。３発光源からの光をすべて光分波器、伝送損失
の小さい一方の光フアイバーおよび光合波器を通
して雰囲気ガスの流出入する測定セルへ伝送し、
該測定セルを通つた後、他方の光フアイバーから
前記の光合波器、一方の光フアイバーおよび光分
波器を伝送して光検出器にて検出し、吸光光度法
にて濃度を検出する方法で、プロパンガスの特性
吸収波長帯である1.668〜1.720μm又は1.50〜
1.57μmの波長帯の内の少なくとも一つの波長帯
内の少なくとも一つの波長を中心波長とする光を
測定光とし、前記特性吸収波長帯外の少なくとも
一つの波長を中心波長とする光を参照光とし、前
記測定光と前記参照光を検出器にて検出してその
比を求めることによつて濃度を測定することを特
徴とするプロパンガス濃度の測定方法。４プロパンガスの特性吸収波長帯である1.668
〜1.720μm又は1.50〜1.57μmの波長帯の波長領域
内の波長を少なくとも含んでいる波長領域の光を
発光する発光源と、該発光源からの光が入射し、
全量伝送損失の小さい一方の光フアイバーに出射
する光分波器と、該一方の光フアイバーの他端が
接続された光合波器と、該光合波器からの光が入
射し、雰囲気ガスの流出入する測定セルと、この
測定セルからの光を伝送する伝送損失の小さい他
方の光フアイバーが前記光合波器に接続されてお
り、前記測定セルより前記光分波器を介して逆送
された光を前記特性吸収波長帯内の少なくとも一
つの波長を中心波長とする光の測定光と特性吸収
波長帯外の少なくとも一つの波長を中心波長とす
る光の参照光とに分光する分光器と、前記分光器
にて分光された測定光と参照光を検出する光検出
器と、前記光検出器で検出された測定光の電気信
号と参照光の電気信号との比を演算してプロパン
ガス濃度を算出すると共に、これらのプロパンガ
ス濃度を比較してプロパンガス以外の炭化水素ガ
スの妨害の有無を判定する演算処理装置とを備え
たプロパンガス濃度の測定装置。５プロパンガスの特性吸収波長帯である1.668
〜1.720μm又は1.50〜1.57μmの波長帯の少なくと
も一つの波長を中心波長とする測定光となる光を
発光するレーザーダイオードと、前記特性吸収波
長帯外の少なくとも一つの波長を中心波長とする
参照光となる光を発光するレーザーダイオードと
を含む、少なくとも２つのレーザーダイオードか
らなる発光源と、雰囲気ガスの流出入する測定セ
ルと、前記発光源よりの光を前記測定セルへ伝送
するための伝送損失の小さい第１の光フアイバー
と、前記測定セルを通つた後の光を伝送するため
の伝送損失の小さい第２の光フアイバーと、前記
第２の光フアイバーにより伝送された光を検出す
る光検出器とを備え、前記測定光と前記参照光と
を交互に検出し両者の強度比を求めて濃度を測定
することを特徴とするプロパンガス濃度の測定装
置。６第１の光フアイバーが第２の光フアイバーの
一部を兼ねる構造にしたことを特徴とする特許請
求の範囲５のプロパンガス濃度の測定装置。