JPH07181128A - ガス検出器のための標本チャンバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】標本ガス内を通る赤外線ビームの経路を長くで
き、ビームの拡散と損失を抑制できる、小サイズでかつ
経済的に製造可能なガス検出器のための標本チャンバの
提供。 【構成】ガス検出器１０のための標本チャンバ１１は赤
外線ビームの入射経路を形成しており、ガス標本の入口
と、赤外線ビームの出射経路と、反射装置とを有してい
て、使用時には赤外線ビームが前記入射経路から出射経
路へ反射されるようになっており、反射装置は凹状の反
射面１４と凸状の反射面とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はガスの成分を測定する
とともに、そのガスの特定の成分の濃度を測定するガス
検出器のための標本チャンバに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガス検出器は古くから知られており、標
本の分析を行うためや、それを用いないと検出すること
のできないガス漏れを見つけるために工業及び商業界で
使用されており、また市販もされている。検出器の多く
は固定の装置であり、特定のガスの濃度が予め決められ
たレベルを越えると警報を出すようになっている。こう
した検出器は例えば爆発の可能性のあるガス混合物に対
して警報を発するために炭坑で使用されている。最近で
は、混合物の中の様々なガスや、それらの濃度を検出す
ることのできる検出器に対する要求も生じてきている。
こうした検出器は、例えば発電機で燃焼させるためにゴ
ミ廃棄場からガスを収集するときに有用である。ガス検
出器を用いれば、ガスの熱量測定を可能にする分析がで
きるようになり、またガスの濃度に関する情報を得るこ
とができる。ガス濃度に関する情報が得られれば、ガス
を最も経済的にかつ環境にやさしい方法で燃焼させるこ
とが可能になる。こうした検出器は通常、固定された装
置からなっており、全体の寸法に制約がない。空気中の
特定のガスの濃度を、ｐｐｍの範囲で検出するガス臭検
出器に対する要求もある。こうした検出器は例えば、埋
め込まれたガスパイプからの漏れを探知しながら道路を
走行するバンの中に取り付けられる。こうした従来の検
出器の多くは、予め決められた濃度範囲内にある特定の
一つのガス、あるいは一連のガスのみを検出するように
設計されている。一般に、検出器は赤外線光源と、ガス
チャンバと、特定の波長範囲におけるガスの赤外線吸収
を検出するように設計された検出器セルとを有する。周
知のように、特定のガスは特有のパターンで赤外線を吸
収し、またその吸収特性はガスごとによって異なってい
る。特定の波長範囲を選択することによって、特定のガ
スの存在と、その濃度を測定することができる。これ
が、多くのガス検出器の動作原理である。

【０００３】ガス検出器における大きな制約は、吸収さ
れる赤外線の量を測定できるようにするために赤外線の
経路を十分に長くする必要があるということである。経
路の長さと、吸収される赤外線の量との関係は一般に対
数の関係にあり、従って全ての濃度を単一の赤外線経路
によって測定することは非実用的である。そのかわり
に、例えば10% 〜90% の範囲の所定の吸収パーセントが
得られるように経路の長さが選択される。この吸収の範
囲は存在するガスの濃度に応じて変わり、実験的に決め
ることができる。一般に、濃度が高いガスを検出するに
はほんの短い経路しか必要としない。一方、ガスの濃度
が低い場合には長い経路が必要となる。ガス検出器の寸
法を主に制約しているのは、通常、有効な経路長（一般
に0.1〜2m）を得るための手段にある。

【０００４】周知のガス検出器は光源から検出器セルま
で赤外線を反射させるための複数の反射面を使用してい
る。米国特許第5,116,120 号には、光源から放射される
ビームを受けてそのビームをセンサへ通すための窓を有
する球形のガスチャンバが開示されている。窓の位置を
注意深く選択することによって、テストチャンバ内のビ
ームの多重反射によって所望の測定距離が得られるよう
にされる。入射窓は大きく、また入射ビームの相対角度
を変化させることによって、反射の回数を変えて測定長
さを様々に変えることができる。互いに直交する三つの
平面内で球形のテストチャンバを回転できるように支持
して、ビームの入射角度を変えられるようにしている。
ステッピングモータを用いて、互いに直交する三つの軸
のまわりの回転を行うことが提案されており、ステッピ
ングモータは、コンピュータ化された制御装置を予めプ
ログラミングすることによって駆動される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この装置は物理的に小
さいけれども、一方では多くの欠点を有している。球形
のテストチャンバは製造が困難であるし、経費も掛か
る。回転可能な状態にチャンバを取り付ける方法も複雑
であるし、三つのモータを必要とする。多数の反射は互
いに干渉する可能性があるし、測定距離は連続的に調節
することができない。なぜならば、距離を変えるには三
つのモータをすべて動かす必要があり、必然的にこのこ
とは、再現性よくかつ高い信頼性を得るために装置を非
常に厳密な公差で製造しなければならないことを意味し
ているからである。測定距離の最小変化量はおそらく球
形チャンバの内径のおよそ２倍であるが、反射回数を多
くすることによって小さくなる。

【０００６】さらに、凹状の反射面を有するチャンバの
多くは拡散性を有する。すなわち、反射ごとにビームは
広がる傾向にある。その結果、こうした検出器は非常に
感度のよい赤外線センサ（高価であり、また検出範囲が
狭い）を必要とするか、または非常に強力な赤外線光源
（ポータブルで手持ち式の装置にはかなり不適である）
を使用する必要がある。凹状の反射面を有する従来の標
本セルに関する別の問題は、しばしばビームは無限に小
さい断面を有していると考えられており、従って反射経
路が線で表されているということである。実際の検出器
においては、ビームはかなり大きな面積を有し、反射に
よって広がり、その結果、セル内を少し伝搬しただけで
ビームが広がってしまい、かなりの部分が赤外線センサ
へ到達しないことになる。従って、長いビーム経路を得
るために多重反射を用いている標本セルの多くは、実際
上は非実用的である。なぜなら、信号の損失が非常に大
きく、従って、非常に高価な検出器が必要となるからで
ある。また、バックグラウンド・ノイズが大きいため
に、ビームの検出が困難ということもある。

【０００７】必要とされているのは、その量が未知であ
る様々なガスの存在とその濃度を測定することができ、
小さくて正確であり、運搬可能で悪条件下で手持ちで使
用できるように十分頑丈であり、また比較的製造が簡単
で経済的であるような検出器である。この検出器は小さ
な標本チャンバを有している必要がある。なぜなら、標
本の容積は小さいことが多いからである。また、経路長
さの制御が予測できるものである必要がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明はガス検出器の
ための標本チャンバを提供するものであり、このチャン
バは、エネルギービームの入射経路を形成しており、ガ
ス標本の入口と、前記エネルギービームの出射経路と、
反射装置とを有していて、使用時には前記エネルギービ
ームが前記入射経路から前記出射経路へ反射されるよう
になっており、前記反射装置は凹状の反射面と凸状の反
射面とを有する。好ましい実施態様においては、凸状の
反射面と凹状の反射面は一定の半径を有しており、同心
になっている。従来の工作機械を用いた２次元の曲面の
製造は比較的容易であり、精密な反射面を経済的なコス
トで製造することができる。入射経路と出射経路は、凸
面及び凹面に開口部を設けることによって形成できる。
好ましい実施態様において凸面と凹面は３次元で交互に
曲面を形成する部分球面からなっている。

【０００９】或る実施態様においては、凸面と凹面はほ
ぼ円形である。入射経路は凸面によって形成されてお
り、出射経路は凹面によって形成されている。これとは
違って、入射経路及び出射経路をそれぞれ凹面及び凸面
によって形成してもよい。凹面及び凸面の一方、または
両方が他方の面に対して可動とすることで、入射経路と
出射経路との間の経路長さを変えらることができる。凹
面と凸面は互いに円弧方向に可動になっていることが好
ましい。最も好ましい実施態様においては、これらの面
は共通の軸のまわりに相対的に回転可能になっている。
凹面は標本チャンバの外壁を構成し、凸面はそれに対し
て円弧方向に可動とすることができる。ある実施態様に
おいては、凸面はモータ駆動される円筒部材から形成さ
れる。標本チャンバは環状真円筒に形成でき、凹状の２
次元の反射面で形成された外壁と、平坦な端壁とを有す
ることができる。２次元の凸面を形成する可動式の内側
の円筒部材を、適当な軸受けベヤリングによって相対的
な回転が可能な状態に支持させ、チャンバの外側に設け
られた同軸のステッピングモータによって駆動できる。
エネルギービームは赤外線光源によって供給され、検出
器セルがチャンバからの出射経路の中に設けられている
のが好ましい。

【００１０】ある実施態様においては、入射経路へ拡散
性ビームを発する装置が設けらる。このビームの拡散
は、赤外線光源と入射経路との間に設けられた簡単な凸
レンズ／凹レンズ系によって実現することができる。円
形で同心の内側反射面及び外側反射面を有する標本セル
の平面内において、既知の拡散性を有するビームが外側
反射面から収束性ビームとして反射し、入射ビームとほ
ぼ同じビーム幅で内側反射面へ入射することは数学的に
示すことができる。さらに、外側反射面からの次の反射
は最初の反射とほぼ同じ角度だけ、内側の反射面のまわ
りを進んでいる。この性質は実際のガス検出器において
は非常に有用である。なぜなら、円弧方向のビーム経路
を含む平面内におけるビームの広がりが実際上ほとんど
ないからである。実際のビーム長さを計算するのは比較
的簡単である。というのは、各反射によってビームは内
側反射面のまわりに一定の角度だけ進むからである。こ
の後者の要因は、凹状の反射面を有する従来の多くの標
本セルにおいては当てはまらない。拡散性の入射ビーム
を用いればビーム経路を含む平面内における信号の損失
は小さくなるが、ビーム経路に直角な方向における拡散
に起因するビーム散乱を防止することはできない。この
困難さは、入射ビームを反射の前に円筒レンズへ通して
ビーム経路を含む平面の外における広がりを無くすこと
によって克服することができる。

【００１１】別の実施態様においては、赤外線ビームを
凸レンズ／凹レンズ系によってコリメートして入射ビー
ムを円筒形にし、どの面内でも拡散しないようにする。
こうしたビームは、外側反射面から反射するとビームが
広がり、ビーム経路を含む平面内において信号に損失が
生じる。従って、入射ビーム経路内に反射レンズを設け
ることによって、コリメートされたビームを内側反射面
の方へ反射させるようにする。２次元的な曲面のみを有
する別の反射レンズを適当に選択すると、そのあとのビ
ームは上述した拡散／収束性のビームとして伝搬する。
しかし、このときビーム経路に直角な方向では信号に大
きな損失はない。内側の（凸状の）反射面が円弧方向に
可動であるか、または回転可能な場合には、前述した別
の反射レンズは内側反射面に設けられた半径方向に延び
るアームの上に取り付けられる。凹状及び凸状の反射面
が部分球面である場合には、それ以上に光学部品を使用
する必要はない。なぜなら、一般に反射平面に直角な方
向での入射ビームの拡散は凹状の反射球面によって修正
されるからである。従って、拡散性の入射ビームは収束
性の反射ビームとなり、ビーム散乱／信号損失は劇的に
減少する。

【００１２】内側の反射部材は赤外線光源を収容するこ
とができ、赤外線光源としては例えば隣接する電源に接
続された低電圧電球がある。この電球は静止状態に保た
れるが、内側の反射部材は円弧方向に可動とされる。こ
れとは違って、回転端部ストップによって接続ワイヤが
必要以上にねじれないように防止されていたり、電気接
続がスリップリングなどで行われている場合には、電球
は内側の反射部材といっしょに動くようになっていても
よい。電球にビームコリメータを設けて、このビームコ
リメータを調節することによって、収束性か、平行か、
あるいは拡散性の入射ビームを実現することができる。

【００１３】別の実施態様として、赤外線光源は標本チ
ャンバの外側に配置されていてもよい。このときは、ビ
ームは内側の反射部材を通して、ミラーか、またはペリ
スコープレンズ（潜望鏡レンズ）によって内部に反射さ
れる。内側の反射部材には羽根が設けられていてもよ
い。この羽根は入射経路のすぐ後ろに配置され、内側の
反射部材と外側の反射部材との間を延びている。こうし
た羽根は、チャンバから標本を素早く押し出し、新たな
充填標本を流し込む場合に有用である。羽根は半径方向
に延びるアームを有し、アームの上にはさらに光学部品
を取り付けてもよい。標本チャンバは複数の入射経路
と、複数の出射経路を有していてもよい。これらの経路
は同一平面上に設けられていてもよいし、それとは違っ
て異なる平面内に設けられていてもよい。ある実施例に
おいては、標本チャンバは離間された互いに平行な平面
内に二つの入射経路を有する。入射経路の位置は、経路
の長さが異なるように選択してもよいが（異なるガスの
検出に適する）、ビームは共通の出射平面内でチャンバ
から出射し、別々の検出器へ送られる。これとは違っ
て、複数の出射経路を設けてもよい。

【００１４】別の実施態様においては、入射経路は共通
の平面内に設けられるが、ビームが異なる円弧方向へ向
かうように配置される。この場合にもまた、様々なガス
に対応するために経路の長さを変えてもよい。また、ビ
ームをほぼ共通の出射経路に沿って出射させるか、また
は異なる出射経路に沿って出射させてもよい。上記配置
を組み合わせることによって、非常に限られたスペース
の中で、ビームを互いに干渉させる危険性なく、様々な
長さの経路を実現することができる。各々の場合におい
て、入射経路と出射経路は相互に交換することができ
る。いくつかの入射経路のうちの一つあるいは複数を閉
じるためにシャッタを設けてもよい。好ましい態様にお
いては、シャッタは内側の反射部材の中に設けられた円
筒形状をしている。このシャッタは一つあるいは複数の
開口部を有しており、この開口部は所望のビームの入射
経路に位置合わせされている。こうした円筒形状のシャ
ッタは例えばステッピングモータによって回転させるこ
とができる。

【００１５】検出器セルは通常、フィルタとセンサを有
する。フィルタは所望の範囲のビーム波長のみを通過さ
せ、センサはビームエネルギの吸収を検出する。この発
明のさらに別の態様においては、一つづつ出射経路中へ
移動できるような複数のフィルタをチャンバが有する。
フィルタはディスクに回転可能に取り付けられていて、
所望のフィルタを標本チャンバの出射経路の中に位置さ
せることができるようになっていることが好ましい。こ
うした構成は、いくつかのビームが共通の出射経路から
出射するようになっている場合に有用でおり、任意のビ
ームの出射経路中におけるスタート位置を決定するため
に制御ロジックを設けることができる。

【００１６】ディスクはステッピングモータによって所
望の位置まで回転できる。また、複数のガスを検出する
ときにはさらにディスクをフィルタの間で揺動回転させ
てもよい。隣接するフィルタ同士は遮断用部材によって
隔絶することができ、該遮断用部材はビームエネルギが
検出器セルへと透過しないようにすることで通常のチョ
ッピング機能を行ない、ビームを効果的にサンプリング
できるようにする。出射経路にフィルタのかわりに回折
格子を配置して赤外線スペクトル吸収を検出することが
できるようにしてもよく、このような構成は、実験室に
おける装置に有用である。さらに別の実施態様において
は、一つあるいは複数のフィルタが前述した円筒形状の
シャッタの中に設けられている。このようにすることに
よって、出射経路でビームのフィルタリングを行うので
はなくて、入射ビームを所望の波長に制限することがで
きる。この発明の他の側面は添付図面に基づいて行う以
下の実施例の説明から明かになろう。

【００１７】

【実施例】以下、添付図面に基づいてこの発明の一実施
例を説明する。赤外線ガス検出器１０は標本チャンバ１
１を有する。標本チャンバ１１はハウジング１２と蓋１
３によって形成されている。標本チャンバ１１は、適宜
タイプのガス充填用の入口と、ガス排出用の出口（いず
れも図示しない）を有している。標本チャンバ１１は真
円筒形状を有する。標本チャンバ１１は円形の外壁１４
と、それに直角な端壁を有する。標本チャンバ１１の内
部にはこれと同軸で内側円筒部材１５が設けられてい
る。内側円筒部材１５は、ステッピングモータ１６によ
ってその長手軸のまわりに回転可能になっている。内側
円筒部材１５の周壁には開口部１７が設けられている。
開口部１７は赤外線ビームのための非半径方向の入射経
路を形成している。この実施例においては、赤外線ビー
ムは電球から供給される。電球は内側円筒部材１５の内
部に配置されるか、または標本チャンバ１１の外側に配
置される。外側に配置されている場合には、ビームはミ
ラー列を介して入射経路へと導かれる。

【００１８】外壁１４には出射開口部１８が設けられて
いる。出射開口部１８は赤外線ビームの出射経路を形成
している。回転可能なディスク２１は多数のフィルタ２
２を有する。ディスク２１はステッピングモータ２３に
よって回転でき、フィルタ２２のうちの所望のフィルタ
を標本チャンバ１１からの出射経路中に位置させること
ができる。ディスク２１は出射開口部１８と、赤外線を
検出するための適宜種類のセンサ２４との間に配置され
ている。フィルタ２２は周知のタイプのものであり、所
望の波長範囲の赤外線のみを通過させるように設計され
ている。異なるガスは異なる波長の赤外線を、特有のパ
ターンで吸収する。従って、適当なフィルタを使用し
て、制御ガス標本を通過する赤外線を測定し、それを未
知のガスを通過する赤外線と比較することによって、特
定のガスの存在と濃度を決定することができる。センサ
２４のための基準として、ディスク２１内のフィルタ２
２のうちの一つをすべての光を通過させるように配置す
るか、またはディスク２１内に空隙を設けることで、ス
テッピングモータ２３のスタート位置を制御機構により
決定できる。

【００１９】図４及び図５はＣＨ4 （メタン）及びＣＯ
2 （二酸化炭素）の吸収特性を示しており、特定の波数
（波長の逆数）における吸収度（損失）を図示してい
る。赤外線ビームの透過をこれらの波長に制限すること
によって、ＣＨ4 またはＣＯ2の存在またはその欠如
や、それらの濃度を従来の方法によって決定することが
できる。従来の方法についてはここでこれ以上説明する
必要はないであろう。センサ２４は、例えば焦電／鉛塩
(pyroelectric/lead salt)検出器などの適宜タイプのも
のを用いることができる。ガス検出器は図示しない適当
な制御装置によって制御される。この制御装置は、検出
したい特定のガスを選択するための装置と、ステッピン
グモータ１６を適当なスタート位置まで回転させる（従
って赤外線ビームの経路長さを設定する）ための装置
と、ステッピングモータ２３を回転させてビームの出射
経路中に適切なフィルタを設置するための装置とを有す
る。制御装置は一般にコンピュータ化されており、検出
すべき一連のガスに対して、これらに関連するステッピ
ングモータの設定が全て予めプログラミングされてい
る。特定のガスを単純にプッシュボタンで選択するよう
にすることが、必要なことのすべてであると考えれる。

【００２０】使用時には検出器は、選択された入射エネ
ルギと経路長さに対して、周知の方法によって校正され
る。ガス標本を充填用入口を介して標本チャンバ１１の
中に導入し、検出すべきガスを選択する。内側円筒部材
１５をステッピングモータ１６を用いて適当なスタート
位置まで回転することによって、ビームの経路長さを検
出器の最適な性能が得られる適切な位置にする。そして
ディスク２１を回転して、適切なフィルタをビーム出射
経路の中に位置させる。赤外線光源をオンにすると、ビ
ームは矢印Ａで示されているように標本ガスの中を通過
する。凹面によってビームはうまくコリメートされる。
センサは、関連する波長における赤外線エネルギの吸収
を検出するので、特定のガスの濃度を、もしそれが存在
するならば、周知の方法によって計算することができ
る。検出器は目視可能なディスプレイによって直接に出
力表示を行う。従来のセンサは、通常、ビームを通過さ
せたりビームを遮断したりする動作を交互に行う。この
機能は、ステッピングモータによってフィルタのディス
クを往復運動させて、適当なフィルタをビームの出射経
路中に出し入れすることによって実現している。このフ
ィルタディスクに隣接する部分はビームに対して不透明
になっている。

【００２１】二つの異なるガスの両方に対してビームの
経路長さが適切であると仮定すれば、ディスクを一つの
フィルタともう一つ別のフィルタとの間で往復運動させ
ることによって、二つの異なるガスに対して一度にサン
プリングを行うように検出器を構成することができる。
この場合には、中間の不透明な部分がチョッピング機能
を行う。適当な制御を行えば、内側円筒部材をディスク
と同時に回転させることによって、経路長さを適当な値
に設定して二つあるいはそれ以上のガスを検出すること
が可能になる。図６は、内側円筒部材１５ａが二つの開
口部を有するような実施例を示している。二つの開口部
は、ビームがチャンバのまわりを互いに反対方向に平行
な平面内で伝搬するように配置されている。ビームは共
通の出射経路１８ａから出射するが、それぞれ異なるセ
ンサへ導かれる。遮断装置（例えばシャッタ）を設ける
ことによって、必要に応じて一方あるいは他方の開口部
を閉じるようにしてもよい。ビームは矢印Ａ、Ｂで表さ
れており、異なる測定長さを有する。

【００２２】図２は、互いに離間された入射経路を設け
ることによって、ビームが標本の中を互いに平行な平面
内を通過するようになっている構成を示している。ビー
ムは矢印Ａ、Ｃで表されている。図の実施例において
は、ビームＡはセンサ２４へ入射し、ビームＣは別の出
射経路を通って、ハウジングの周辺上の別のどこかに配
置された検出器へ入射する。図７は半径方向に羽根３０
が設けられた検出器を示している。羽根３０は内側円筒
部材１５の上に取り付けられており、これとともに回転
する。サンプリングのあとに内側円筒部材１５を回転す
ると、出口（図示しない）を通じて羽根３０によって円
筒部材１５からガスが押し出され、一方では入口（図示
しない）を介して新たな充填ガスが導入される。こうし
た構成によれば、新しい標本が古い標本の残留物によっ
て汚染される可能性は少なくなる。羽根３０は必ずしも
標本チャンバの内側表面と接触している必要はなく、単
に妥当な程度に密接していればよい。

【００２３】典型的な実施例においては標本チャンバは
環状であり、80mmの外側半径と、25mmの内側半径を有す
る。この寸法は、内側円筒部材に対するステッピングモ
ータのステップ角度が非常に小さくなるようなところま
で反射の回数を増やさずに、30mmから2500mmまでの範囲
の経路長さを実現するのに十分である。しかし、よくコ
リメートされた狭いビームを用いると、反射の回数はか
なり多くなり、従って測定距離は長くなる。別の実施例
（図示しない）においては、ビームは環状チャンバの周
囲で第１の平面内へ反射され、次にミラー列によって第
２の平面内へ反射されてチャンバの周囲でさらに反射さ
れる。このようにして、ビームをチャンバの周囲でいく
つかの平面内で反射させて、経路長を長くする。ビーム
を別の平面内へ反射させるには簡単なペリスコープ（潜
望鏡）タイプの光学部品を使用すればよい。図８は、内
側円筒部材４０から発し外側円筒部材４１で反射する拡
散性のビームの効果を誇張して示している。円筒部材間
のスペースが標本チャンバ４２を形成している。拡散性
ビーム４３は外側円筒部材４１から反射ビーム４４とし
て反射して戻ってくる。ビームは外側円筒部材４１の曲
面によって収束される。そして、寸法を適切に選択する
と、反射ビームは入射ビームと同じビーム幅で内側円筒
部材４０の上へ入射するようになる。ビーム経路を含む
平面内において、拡散による信号の損失はほとんどな
い。そのあとの反射は、拡散性ビーム４５と収束性ビー
ム４６によって表されている。ビームは出射経路４７及
びセンサ４８へ到達するまで反射を続ける（図面では概
略が示されている）。

【００２４】この構成のさらなる特徴は、各反射ビーム
の成す角度がほぼ同じということである。なぜなら、拡
散及び収束を行う各ビームは半径方向のライン４９と同
じ角度をなすからである。このため、反射距離が反射ご
とに変わる従来の装置と違って、ビームの測定長さはす
ぐに計算することができる。実際には、入射ビームが標
本チャンバの周囲を360 ゜まわるのにビームが約１００
回の反射をするように、入射ビームの角度が設定されて
いる。図９は、別の実施例を示している。ここでは、完
全にコリメートされたビーム５３が内側円筒部材５０か
ら発せられて、標本チャンバ５２の中へ通される。コリ
メートされたビームは拡散がなく、従って、ビームが標
本チャンバのまわりを進むときにビーム経路を含む平面
内における信号の損失がほとんどない。内側円筒部材５
０と外側円筒部材５１との間に設けられた反射レンズ５
９は、コリメートされたビーム５３を収束性ビーム５４
として反射する。また、反射レンズ５９は、収束性ビー
ム５４が図８に示されている第１の反射と同じビームの
幅及び位置で内側円筒部材５０の上へ入射するように設
計されている。そのあとは、ビームは図８に示されてい
るように伝搬するが、ビームを含む平面内における拡散
はほとんどない。従って信号の損失は著しく減少する。

【００２５】反射レンズ５９は一般に単一曲面ミラーで
あり、図７に示されている半径方向のアーム３０のよう
な、内側円筒部材の半径方向のアームの上に取り付ける
ことができる。反射レンズはコリメートされたビームを
反射させるのに十分な広さを有していればよい。反射の
角度変化が非常に小さい（例えば1 ゜以下）の場合に
は、レンズは当然非常に狭くなる。内側円筒部材まわり
におけるビームの角度ステップは等しいことから、内側
円筒部材５０が弧状に移動可能な場合には、反射レンズ
５９を位置合わせし直す必要はない。このことは、各反
射のあとに反射距離の変わってしまう従来の反射構造に
比べて特に有利である。レンズの設計や、ビームのコリ
メーション方法や、適切な特性を有する拡散性ビームを
形成する方法はよく知られた事柄であり、ここでこれ以
上詳しく説明する必要はないであろう。

【００２６】ビームの経路を含む平面の外における拡散
に起因するビーム散乱は、反射のまえにビームを円筒レ
ンズに通してビームをほぼ単一の平面内に閉じ込めるこ
とによって対処することができる。ビームの経路を含む
平面の外におけるビーム散乱の問題をなくすための別の
構成が図１０及び図１１に示されている。凸状の反射部
６１と凹状の反射部６２は共通の中心６３を有してい
る。漸進的な反射を行わせるために中心からずらせて発
せられた拡散性ビーム６４はすべての面内で拡散する
が、凹状の部分球面の反射部６２からの反射によって、
（図１１に示されているように）入射ビームとほぼ同じ
スポットサイズでビームが凸状の反射部６１の上へ収束
するようにしている。

【００２７】このような構成では、前述したような互い
に相対的に回転可能な凸状及び凹状の反射部を採用する
ことができる。特許請求の範囲の範囲内において他の構
成も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例による標本チャンバを
用いたガス検出器の部分断面図である。

【図２】図１の検出器の矢印Ｘの方向における正面図で
ある。

【図３】回転可能なフィルタディスクの正面図である。

【図４】ＣＨ4 （メタン）に対する赤外線吸収特性を示
す図である。

【図５】ＣＯ2 （二酸化炭素）に対する赤外線吸収特性
を示す図である。

【図６】ビームが互いに反対の角度方向へ伝搬する本発
明の第２の実施例を示す図である。

【図７】標本チャンバを掃気するための羽根を有する別
例を示す図である。

【図８】拡散性のビームが入射する実施例の誇張された
反射を示す図である。

【図９】コリメートされたビームが入射する実施例の誇
張された反射を示す図である。

【図１０】部分球面からなる反射面を有する本発明の第
３の実施例を示す水平断面図である。

【図１１】図１０の実施例の縦断面図である。

【符号の説明】

１０ ガス検出器 １１ 標本チャンバ １５，１５ａ 内側円筒部材 １６ ステッピングモータ １７ 開口部 １８ 出射開口部 １８ａ 出射経路 ２１ ディスク ２２ フィルタ ２３ ステッピングモータ ２４ センサ ３０ 羽根、アーム ４０ 内側円筒部材 ４１ 外側円筒部材 ４２ 標本チャンバ ４３ 拡散性ビーム ４４ 反射ビーム ４５ 拡散性ビーム ４６ 収束性ビーム ４７ 出射経路 ４８ センサ ５０ 内側円筒部材 ５１ 外側円筒部材 ５２ 標本チャンバ ５３ ビーム ５４ 収束性ビーム ５９ 反射レンズ ６１ 反射面 ６２ 反射面 ６４ 拡散性ビーム

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス検出器のための標本チャンバであっ
   て、エネルギービームの入射経路を形成しており、ガス
   標本の入口と、前記エネルギービームの出射経路と、反
   射装置とを有していて、使用時には前記エネルギービー
   ムが前記入射経路から前記出射経路へ反射されるように
   なっており、前記反射装置が凹状の反射面と凸状の反射
   面とを有するガス検出器のための標本チャンバ。
2. 【請求項２】 前記凹状の反射面と凸状の反射面が互い
   に対して可動であり、入射経路と反射経路との間の経路
   長さが変えられるようになっている請求項１記載のチャ
   ンバ。
3. 【請求項３】 前記凹状の反射面と凸状の反射面が円弧
   方向において互いに対して移動できるようになっている
   請求項２記載のチャンバ。
4. 【請求項４】 前記反射面が円筒形状を有する請求項３
   記載のチャンバ。
5. 【請求項５】 前記反射面が共通の軸のまわりで相対的
   に回転が可能になっている請求項４記載のチャンバ。
6. 【請求項６】 前記反射面が球面であるか、または部分
   球面である請求項３記載のチャンバ。
7. 【請求項７】 前記反射面が共通の中心のまわりで相対
   的に回転が可能になっている請求項６記載のチャンバ。
8. 【請求項８】 前記凹状の反射面及び凸状の反射面の一
   方から半径方向に延びる羽根が設けられており、この羽
   根が凹状の反射面及び凸状の反射面の他方とシールを保
   った状態となっている請求項４記載のチャンバ。
9. 【請求項９】 前記入射経路が凸状の反射面に設けられ
   た入射開口部によって形成されており、前記出射経路が
   凹状の反射面に設けられた出射開口部によって形成され
   ている請求項１〜請求項８のいずれか１項記載のチャン
   バ。
10. 【請求項１０】 前記入射開口部の上流に赤外線光源が
    設けられている請求項９記載のチャンバ。
11. 【請求項１１】 前記ビームのための光学式のコリメー
    タが設けられており、このコリメータが最初の反射面の
    上流に配置されている請求項１０記載のチャンバ。
12. 【請求項１２】 前記コリメータを用いてほぼ円筒形状
    のビームが形成される請求項１１記載のチャンバ。
13. 【請求項１３】 複数の入射開口部を有する請求項１〜
    請求項１２のいずれか１項記載のチャンバ。
14. 【請求項１４】 複数の出射開口部を有する請求項１〜
    請求項１３のいずれか１項記載のチャンバ。
15. 【請求項１５】 前記入射開口部及び出射開口部のうち
    の一つあるいは複数を閉じるためにシャッタが設けられ
    ている請求項１３もしくは請求項１４記載のチャンバ。
16. 【請求項１６】 複数のフィルタが設けられており、こ
    れらのフィルタが前記出射経路に一つづつ移動可能であ
    る請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載のチャン
    バ。
17. 【請求項１７】 前記フィルタがディスクの上へ回転可
    能に取り付けられている請求項１６記載のチャンバ。
18. 【請求項１８】 前記出射経路中に検出器セルが設けら
    れている請求項１〜請求項１７のいずれか１項記載のチ
    ャンバ。