JPH1090170A - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中途位置のセンサ部が破損しても他のセンサ
部に影響を与えず、簡単な構成で高感度のガス検出が行
える。 【解決手段】 被測定ガスの吸収波長にロックしたパル
ス光が光源１から幹線光ファイバ２を経て１段目の光学
手段３Ａ1 に出射される。各光学手段３Ａでは、入射光
を分離し、一方の分離光を幹線光ファイバ２を介して後
段の光学手段３Ａに出射し、他方の分離光を支線光ファ
イバ４を介してガス検出センサ５に出射する。ガス検出
センサ５は、光学手段３Ａからの分離光を受け、近傍に
存在するガスの濃度に応じて通過光を損失させて出射さ
せる。ガス検出センサ５の出射光の一部は、反射手段６
により反射されて再びガス検出センサ５に入射し、更に
損失した光が光学手段３Ａに入射する。検出部７は各光
学手段３Ａを経由して反射される戻り光に基づいて各ガ
ス検出センサ５の位置に対応した被測定ガスの濃度を検
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスによる光の吸
収現象を利用して複数箇所におけるガス濃度を検出する
ガス検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガスによる光の吸収現象を利用
し、光ファイバを用いて遠隔でガス検出を行う装置とし
て、特開平５−１０８７９号公報に開示されるガス検出
ネットワークが知られている。

【０００３】図６は上記ガス検出ネットワークの装置構
成図であり、図７は光ファイバへの入射光及びファイバ
からの反射光の光波形を示す図である。

【０００４】このガス検出ネットワークは、光源５１、
レンズ５２、光ファイバ５３、コリメートレンズ５４、
集光レンズ５５、検出箇所を固定するケース５６、ケー
ス５６間に配設される光ファイバ５７，５８、光検出器
５９、増幅器６０、ハーフミラー６１、光源５１を駆動
するための駆動回路６２、各検出部における光ファイバ
５３，５７，５８の出射端面に塗布された無反射コーテ
ィング部６３、各検出部における光ファイバ５３，５
７，５８の入射端面に塗布された反射コーティング部６
４、各検出部から反射されてきた光パルスによるパルス
信号をそれぞれ時系列的に分離するパルス分離回路６
５、クロック発振回路６６、パルス分離回路６５で分離
された各パルス信号のピーク値を保持するピークホール
ド回路６７，６８，６９、ピークホールドされた各値を
デジタル信号に変換するＡ／Ｄ回路７０，７１，７２、
各Ａ／Ｄ回路７０，７１，７２からの出力信号を基にガ
ス発生の有無及びガス発生箇所を特定する判定回路７
３、ハーフミラー７４、光検出器７５、増幅器７６、光
パルスのピーク値をデジタル化するＡ／Ｄ回路７７を備
えて構成される。

【０００５】上記構成によるガス検出ネットワークにお
いて、駆動回路６２は出射光がパルス状に点灯するよう
に光源５１を駆動する。光源５１からの出射光はレンズ
５２によって光ファイバ５３の入射端面上に絞り込まれ
るとともに、ハーフミラー７４によって一部分岐し、光
検出器７５でモニタされる。

【０００６】光ファイバ５３に入射した光は光ファイバ
５３の中を伝播する。光ファイバ５３を伝播して出射さ
れた光は、検出部におけるコリメートレンズ５４によっ
て平行ビームに変換され、検出部の空間中を伝播した
後、集光レンズ５５によって光ファイバ５７の入射端面
上に絞り込まれる。

【０００７】光ファイバ５３，５７の出射端面には光が
反射しないように無反射コーティング部６３が施され、
光ファイバ５７，５８の入射端面には若干の反射率を持
つように反射コーティング部６４が施されている。この
結果、検出部を透過する光のうちの一部が出射端面で入
射側に反射され、光ファイバ５３の入射端面から出射さ
れ、ハーフミラー６１を介して光検出器５９に入射され
る。

【０００８】この動作は各検出部において繰り返され、
図７（ａ）に示すような一つの入射光パルスに対して各
検出部から入射光の一部が反射され、光ファイバ５３，
５７，５８から戻ってくる光は、図７（ｂ）に示すよう
にパルス列として観測される。

【０００９】この時の各パルスは各検出部間の距離に対
応する間隔をもって発生し、ガスが無い場合、各パルス
のピーク値は光ファイバ５７，５８の端面の反射率及び
光ファイバ５３，５７，５８中の伝播による減衰によ
り、光ファイバ５３の入射端面から遠くの検出部からの
反射光になるにつれて図７（ｂ）に示すように規則的に
減衰する。

【００１０】これに対し、いずれかの検出部においてガ
スが発生した場合、ガスによって光が吸収されるので、
ガスの発生があった測定箇所から反射した光パルスのピ
ーク値が減少し、この箇所より以降からの光パルスも減
少する（図７（ｃ））。

【００１１】増幅器６０は光検出器５９からのパルス列
信号を増幅し、パルス分離回路６５に入力する。クロッ
ク発振回路６６は光源５１の発光パルスに同期したクロ
ックを発生してパルス分離回路６５、ピークホールド回
路６７，６８，６９に入力する。パルス分離回路６５は
増幅器６０で増幅されたパルス列を時系列的に分離し、
それぞれのパルスを順番にピークホールド回路６７，６
８，６９に入力する。ピークホールド回路６７，６８，
６９では各パルスのピーク値を保持し、それぞれＡ／Ｄ
回路７０，７１，７２に入力してデジタル信号に変換し
た後、判定回路７３へ出力する。

【００１２】判定回路７３には入射光パルスのピーク強
度のモニタ結果が入力しており、この判定回路７３で
は、各パルスのピーク値をモニタ結果によって補正し、
この補正値と予め求めておいたガスの発生が無い場合の
ピーク値とを比較し、それぞれのパルスについて両者の
ピーク値に差があるか否かを常に観測する。ピーク値に
差が発生した場合、発生したパルスの順番により発生箇
所の特定を行うとともに、その差の値によりガスの発生
濃度を算出する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
従来のガス検出ネットワークでは、ガス吸収波長に同調
した単色光を光パルスにして光ファイバ５３，５７，５
８を介して各検出部に入射し、各検出部からの反射光に
よるピーク値と、ガスの発生が無い場合のピーク値との
差により各検出部におけるガス濃度を検出し、発生した
パルスの順番によりガスの発生箇所を特定する方式では
あるが、以下に示すような問題点があった。

【００１４】各検出部は、ケース５６内にコリメートレ
ンズ５４及び集光レンズ５５を配設して構成され、光フ
ァイバ５３，５７，５８を介して直列に複数段接続され
るので、中途位置の検出部が破損した場合、それ以降の
検出部に対して光源５１からの光が入射されず、破損し
た箇所以降の検出部によるガス濃度と位置の検出を行う
ことができない。

【００１５】ガスの発生位置を特定するためには、各検
出部の前段に接続される光ファイバ５３．５７の出射端
面に無反射コーティング部６３を施すとともに、各検出
部の後段に接続される光ファイバ５７，５８の入射端面
に反射コーティング部６４を施す必要があり、しかも、
各検出部からの反射光によるパルス列を時系列的に分離
するパルス分離回路６５、分離されたパルスのピーク値
を保持する複数のピークホールド回路６７，６８，６９
及びＡ／Ｄ回路７０，７１，７２等、回路構成が複雑に
なる。

【００１６】ガス濃度を検出する際には、ガスの吸収波
長幅が狭いため、光ファイバを介して各検出部に入射さ
れる光のスペクトル幅を細くする必要があるが、各光フ
ァイバ５７，５８の反射コーティング部６４で光の反射
があるため、同方向の光の位相が合ったときに光が干渉
し、この光の干渉の影響により、各検出部からの反射光
の受光強度が安定せず正確な測定が行えない。

【００１７】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、中途位置のセンサ部分が破損した
場合でも他のセンサ部分に影響を与えることなく、簡単
な構成により高感度のガス検出が可能であり、反射光の
干渉による影響も少ないガス検出装置を提供することを
目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、被測定ガスの吸収波長に対応し
た所定パルスの出射光を幹線光ファイバ２に出射する光
源１と、前記幹線光ファイバのそれぞれ異なる位置に設
けられ、前記出射光を分離し、分離された光の一方を幹
線光ファイバに出射し、他方を支線光ファイバ４に出射
するとともに、該支線光ファイバから戻ってくる光と前
記幹線光ファイバから戻ってくる光とを結合して戻り光
として出射する複数の光学手段３と、前記支線光ファイ
バに備えられ、かつ該光学手段によって分離された光の
一方を受けて近傍に存在するガスの濃度に応じて通過光
を損失させて出射させるガス検出センサ５と、該ガス検
出センサが出射した光の少なくとも一部を反射させるこ
とにより、前記ガス検出センサを再び経由させ、反射さ
れた光を前記ガス検出センサにより再び損失させて前記
光学手段に入射する反射手段６と、前記戻り光に基づい
てそれぞれ異なる位置に対応して被測定ガスの濃度を検
出する検出部７とを備えたことを特徴とする。

【００１９】請求項２の発明は、被測定ガスの吸収波長
に対応した所定パルスの出射光を幹線光ファイバ２に出
射する光源１と、前記出射光を分離して２つの幹線光フ
ァイバ２，１２に出射するとともに、該幹線光ファイバ
のそれぞれから戻ってくる光を結合して戻り光として出
射する第１の光学手段３Ａ1 と、前記２つの幹線光ファ
イバのそれぞれ異なる位置に設けられ、前記第１の光学
手段により分離された光の一方を幹線光ファイバに出射
し、他方を支線光ファイバ４に出射するとともに、該支
線光ファイバから戻ってくる光と前記幹線光ファイバか
ら戻ってくる光とを結合して戻り光として前記第１の光
学手段に出射する複数の第２の光学手段３Ａ2 〜３Ａn
，３Ｂ2 〜３Ｂn と、前記支線光ファイバに備えら
れ、かつ該第２の光学手段によって分離された光の一方
を受けて近傍に存在するガスの濃度に応じて通過光を損
失させて出射させるガス検出センサ５と、該ガス検出セ
ンサが出射した光の少なくとも一部を反射させることに
より、前記ガス検出センサを再び経由させ、反射された
光を前記ガス検出センサにより再び損失させて前記第２
の光学手段に入射する反射手段６と、前記戻り光に基づ
いてそれぞれ異なる位置に対応して被測定ガスの濃度を
検出する検出部７とを備えたことを特徴とする。

【００２０】本発明のガス検出装置では、被測定ガスの
吸収波長に対応した光源１からのパルス光が幹線光ファ
イバ２を介して光学手段３Ａ1 に出射される。この出射
光は光学手段３Ａ1 により分離され、一方の光が幹線光
ファイバ２を介して後段の光学手段３Ａ2 に出射され、
他方の光が支線光ファイバ４を介してガス検出センサ５
に出射される。２段目以降の光学手段３Ａ2 〜３Ａn に
ついても、入射光が分離され、一方の光が幹線光ファイ
バ２を介して後段の光学手段３Ａに出射され、他方の光
が支線光ファイバ４を介してガス検出センサ５に出射さ
れる。ガス検出センサ５では、光学手段３Ａからの分離
光を受け、近傍に存在するガスの濃度に応じて通過光を
損失させて出射させる。このガス検出センサ５の出射光
の一部は、反射手段６により反射されて再びガス検出セ
ンサ５に入射され、更に損失した状態の光が光学手段３
Ａに入射する。検出部７は各光学手段３Ａ1 〜３Ａn を
経由して反射される戻り光に基づいて各ガス検出センサ
５の位置に対応した被測定ガスの濃度を検出する。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明によるガス検出装置
の第１実施の形態を示す図である。第１実施の形態によ
るガス検出装置は、光源１、幹線光ファイバ２、光学手
段３、支線光ファイバ４、ガス検出センサ５、反射手段
６、検出部７を備えて概略構成される。

【００２２】光源１は、ガス管８内を流れる検出対象の
被測定ガスの吸収線に波長がロックされたパルス光を幹
線光ファイバ２の入射端面に出射している。具体的に、
光源１から出射されるパルス光の波長は、例えば被測定
ガスがメタンの場合には１．６５μｍ、一酸化炭素の場
合には４．６６６μｍ、二酸化炭素の場合には４．２５
７μｍ、アセチレンの場合には３．０３０μｍにロック
される。

【００２３】幹線光ファイバ２は、クラッドの中央部に
クラッドより屈折率の高いコアを有し、クラッドが保護
皮膜で覆われた通信用光ファイバで構成される。この幹
線光ファイバ２は、ガス漏れの監視がなされるガス管８
から所定距離だけ離れた安全な場所に配設される。

【００２４】光学手段３は、ガス管８の監視位置に応じ
て配設されるもので、幹線光ファイバ２のそれぞれ異な
る位置に対して所定間隔おきに設けられている。光学手
段３は、例えば図１に示すような電気的制御が不要な４
つのポート３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを備えた複数段の方
向性結合器３Ａ（３Ａ1 〜３Ａn ）が幹線光ファイバ２
に対して直列に接続されて構成される。

【００２５】各々の方向性結合器３Ａは、第１のポート
３ａから入力された光を２つに分離して第３のポート３
ｃ及び第４のポート３ｄに出力し、第２のポート３ｂか
ら入力された光を２つに分離して第３のポート３ｃ及び
第４のポート３ｄに出力している。又、第３のポート３
ｃから入力された光を２つに分離して第１のポート３ａ
及び第２のポート３ｂに出力し、第４のポート３ｄから
入力された光を２つに分離して第１のポート３ａ及び第
２のポート３ｂに出力している。

【００２６】さらに説明すると、１段目の方向性結合器
３Ａ1 は、第１のポート３ａが光源１に接続され、第２
のポート３ｂが検出部７に接続され、第３のポート３ｃ
が２段目の方向性結合器３Ａ2 の第１のポート３ａに接
続され、第４のポート４ｃが支線光ファイバ４を介して
ガス検出センサ５に接続される。

【００２７】２段目以降の方向性結合器３Ａ2 〜３Ａn
は、第３のポート３ｃが直後の方向性結合器３Ａの第１
のポート３ａに接続され、第４のポート３ｄが支線光フ
ァイバ４を介してガス検出センサ５に接続される。尚、
２段目以降の方向性結合器３Ａ2 〜３Ａn の第２のポー
ト３ｂ及び最終段の方向性結合器３Ａn の第３のポート
３ｃは無反射終端処理されている。

【００２８】上記のような特性を持つ１段目の方向性結
合器３Ａ1 では、光源１からの出射光が幹線光ファイバ
２を介して第１のポート３ａに入射され、この入射光を
２つに分離して第３のポート３ｃ及び第４のポート３ｄ
に出力している。第３のポート３ｃに出力された一方の
分離光は幹線光ファイバ２を介して２段目の方向性結合
器３Ａ2 に出射され、第４のポート３ｄに出力された他
方の分離光は支線光ファイバ４を介してガス検出センサ
５に出射される。

【００２９】２段目以降の方向性結合器３Ａ2 〜３Ａn
は、幹線光ファイバ２より第１のポート３ａに入射され
る光を２つに分離し、一方の分離光を第３のポート３ｃ
から幹線光ファイバ２を介して後段の方向性結合器３Ａ
の第１のポート３ａに出射し、他方の分離光を第４のポ
ート３ｄから支線光ファイバ４を介してガス検出センサ
５に出射している。

【００３０】各方向性結合器３Ａ1 〜３Ａn は、上述し
た分離光の出射に伴ってガス検出センサ５を往復して支
線光ファイバ４から戻ってくる光と、その方向性結合器
３Ａより後方から戻ってくる光とを結合して前段の方向
性結合器３Ａに出射している。各方向性結合器３Ａ1 〜
３Ａn を経由して戻ってくる光は、最終的に１段目の方
向性結合器３Ａ1 の第２のポート３ｂから検出部７に出
射される。

【００３１】尚、各方向性結合器３Ａにおける入射光の
分離の割合は、ガス管８の監視位置の数に応じて適宜設
定される。又、光学手段３としては、図示の構成による
方向性結合器３Ａと同様に、電気的制御が不要な光サー
キュレータ等で構成してもよい。

【００３２】図２に示すように、支線光ファイバ４は、
クラッド４ａの中央部にクラッド４ａより屈折率の高い
コア４ｂを有し、クラッド４ａが保護皮膜４ｃで覆われ
た通信用光ファイバで構成される。支線光ファイバ４
は、方向性結合器３Ａの第４のポート３ｄから被測定ガ
スが流れるガス管８まで導出されるもので、光学手段３
をなす各方向性結合器３Ａ毎に設けられる。各支線光フ
ァイバ４は、一端が対応する方向性結合器３Ａの第４の
ポート３ｄに接続され、他端がガス検出センサ５に接続
される。

【００３３】ガス検出センサ５は、例えば偏心コア光フ
ァイバ５Ａで構成される。図２に示すように、偏心コア
光ファイバ５Ａは、クラッド５ａの中央部から外側に偏
心してクラッド５ａより屈折率の高いコア５ｂが設けら
れ、クラッド５ａが透光性を有する保護皮膜５ｃで覆わ
れている。偏心コア光ファイバ５Ａは、コア５ｂの外周
部分が最も近い保護皮膜５ｃの外周面を検出面５ｄとし
ている。この偏心コア光ファイバ５Ａは、検出面５ｄを
被測定ガスが流れるガス管８の周壁に位置させた状態
で、ガス管８上に固定したり、ガス管８の周囲に巻き付
けたりして配設される。

【００３４】偏心コア光ファイバ５Ａの一端は、コア５
ｂが支線光ファイバ４のコア４ｂと一致した状態で固定
される。偏心コア光ファイバ５Ａでは、コア５ｂ内を伝
播する光の一部がクラッド５ａ内に浸み出し、透光性の
保護皮膜５ｃを介して外部にエバネッセント波として導
出される。尚、ガス検出センサ５としては、伝送される
光の一部がエバネッセント波として露呈し易くされた構
成であれば、図示の偏心コア光ファイバ５Ａに限定され
るものではない。

【００３５】反射手段６は、ガス検出センサ５をなす偏
心コア光ファイバ５Ａの他端に設けられ、例えば全反射
ミラーやハーフミラー等のミラーで構成される。反射手
段６では、偏心コア光ファイバ５Ａが出射する光の伝播
方向が反転するように光を反射させ、その反射光を再び
偏心コア光ファイバ５Ａに戻している。

【００３６】尚、反射手段６としては、ガス検出センサ
５をなす偏心コア光ファイバ５Ａの端面の他、偏心コア
光ファイバ５Ａの端面を斜め研磨したり、偏心コア光フ
ァイバ５Ａの端面に油を塗布したり、反射蒸着膜を形成
して構成してもよい。

【００３７】検出部７は、光電変換器７ａ、信号処理部
７ｂを備えて構成される。光電変換器７ａは、光学手段
３をなす１段目の方向性結合器３Ａ1 の第２のポート３
ｂに接続される。光電変換器７ａでは、１段目の方向性
結合器３Ａ1 の第２のポート３ｂから入射される光を受
光し、この受光した光を受光量に比例したレベルの電気
信号に変換して信号処理部７ｂに出力している。

【００３８】信号処理部７ｂは、光電変換器７ａからの
電気信号を波形データとして処理し、この処理によって
得られる波形データを、図３に示すような距離に対する
レベルとして波形表示している。図３において、横軸に
おける破線の間隔Ｌは各ガス検出センサの間隔に対応し
ており、距離Ａ１，Ａ２，…におけるレベルは、光源１
に近い順での各ガス検出センサ５からの戻り光のレベル
を示している。

【００３９】信号処理部７ｂは、上記波形データを例え
ばＲＡＭ等の記憶手段に常時更新記憶しており、光源１
からの光パルスの出射に伴って光電変換器７ａから入力
される電気信号による波形データと、予め記憶手段に記
憶されたガス漏れが無いときの波形データとのデータ比
較によりガス濃度及びガス漏れ位置の判定処理を行って
いる。

【００４０】ここで、信号処理部７ｂが行うガス濃度の
判定処理とは、ガス管８からのガス漏れの有無の判定処
理と、ガス漏れが有る場合のガス濃度の算出処理とを含
むものである。

【００４１】次に、上記構成による第１実施の形態のガ
ス検出装置の動作について説明する。ここでは、光学手
段３として方向性結合器３Ａ、ガス検出センサ５として
偏心コア光ファイバ５Ａを用いた場合を例にとって説明
する。

【００４２】ガス管８内を流れる被測定ガスの吸収波長
にロックされた光パルスが光源１より出射されると、こ
の光パルスは１段目の方向性結合器３Ａ1 の第１のポー
ト３ａに入射される。１段目の方向性結合器３Ａ1 で
は、入射された光を所定の割合で２つに分離する。分離
された一方の光は第３のポート３ｃから２段目の方向性
結合器３Ａ2 の第１のポート３ａに入射され、分離され
た他方の光は第４のポート３ｄから支線光ファイバ４を
介して偏心コア光ファイバ５Ａに入射される。

【００４３】２段目以降の方向性結合器３Ａ2 〜３Ａn
についても、１段目の方向性結合器３Ａ1 と同様に、前
段の方向性結合器３Ａの第３のポート３ｃから第１のポ
ート３ａに入射された光を所定の割合で２つに分離す
る。そして、分離された一方の光は第３のポート３ｃか
ら後段の方向性結合器３Ａの第１のポート３ａに入射さ
れ、他方の光は第４のポート３ｄから支線光ファイバ４
を介して偏心コア光ファイバ５Ａに入射される。

【００４４】このように、各方向性結合器３Ａ1 〜３Ａ
n の第４のポート３ｄからは、支線光ファイバ４を介し
て偏心コア光ファイバ５Ａの一端に光が入射される。偏
心コア光ファイバ５Ａでは、一端よりコア５ｂ内を伝播
する光の一部がクラッド５ａ内に浸み出し、透光性の保
護皮膜５ｃを介して外部にエバネッセント波として導出
される。

【００４５】ここで、ガス管８から被測定ガスが漏れて
いると、入射光のエバネッセント波における被測定ガス
の吸収波長成分が吸収されて光が減衰し、損失した光が
偏心コア光ファイバ５Ａの他端より出射される。この出
射光は、反射手段６により伝播方向が反転され、反射光
として再び偏心コア光ファイバ５Ａに入射される。

【００４６】その際、ガス管８から被測定ガスが漏れて
いると、反射光のエバネッセント波における被測定ガス
の吸収波長成分が吸収されて光が減衰し、更に損失した
光が偏心コア光ファイバ５Ａの一端より出射され、支線
光ファイバ４を介して方向性結合器３Ａの第４のポート
３ｄに入射される。

【００４７】各方向性結合器３Ａ1 〜３Ａn の第４のポ
ート３ｄに入射された光は、所定の割合で２つに分離さ
れ、分離された一方の光は第１のポート３ａに出射さ
れ、他方の光は第２のポート３ｂに出射される。その
際、２段目以降の方向性結合器３Ａ2 〜３Ａn について
は、第１のポート３ａに出射された光が幹線光ファイバ
２を介して前段の方向性結合器３Ａの第３のポート３ｃ
に入射される。

【００４８】そして、各方向性結合器３Ａ1 〜３Ａn で
は、後段の方向性結合器３Ａから幹線光ファイバ２を介
して入射される光と、偏心コア光ファイバ５Ａから支線
光ファイバ４を介して入射されるガス検出センサ５から
の光とを結合し、戻り光として第１のポート３ａ及び第
２のポート３ｂより出射する。

【００４９】これにより、各偏心コア光ファイバ５Ａか
らの戻り光は、複数段の方向性結合器３Ａ1 〜３Ａn を
介して最終的に光電変換器７ａに入射される。光電変換
器７ａでは、入射された反射光を、その光量に比例した
レベルの電気信号に変換して信号処理部７ｂに出力す
る。信号処理部７ｂでは、光電変換器７ａから入力され
る電気信号に基づいてガス漏れの有無、ガス濃度、ガス
漏れ位置を判定する。

【００５０】したがって、上記第１実施の形態のガス検
出装置によれば、幹線光ファイバ２の異なる位置に複数
の光学手段３を設け、各光学手段３に支線光ファイバ４
を介してガス検出センサ５が接続される構成なので、従
来に比べて反射光の干渉による影響が少なく、簡単な構
成によりガス漏れの有無、その位置及び濃度を正確に検
出することができる。しかも、光源１から幹線光ファイ
バ２、支線光ファイバ４を介して入射されるパルス光
は、ガス検出センサ５をなす偏心コア光ファイバ５Ａ内
を往復して２回通過する構成なので、検出感度が２倍と
なり、より正確な検出を行うことができる。

【００５１】又、ガス管８に対して所定間隔おきに配設
されるガス検出センサ５の一部が破損しても、破損した
以外のガス検出センサ５には光源１からのパルス光を入
射させることができるので、破損した以外のガス検出セ
ンサ５についてのガス検出を続行することができる。

【００５２】更に、幹線光ファイバ２のそれぞれ異なる
位置に複数の光学手段３が接続され、各光学手段３に支
線光ファイバ４を介してガス検出センサ５が接続される
構成なので、最終段の光学手段３から幹線光ファイバ２
を更に引き出して光学手段３を配設した後、その光学手
段３に支線光ファイバ４を接続することで、後からでも
簡単にガス検出センサ５を増設することができる。

【００５３】又、光学手段３は被測定ガスが流れるガス
管８から離れた安全な場所に配設された幹線光ファイバ
２に設けられるので、電気的にオン・オフ制御される光
路切替用の光スイッチ、いわゆるＡＯスイッチ、ＥＯス
イッチ等を使用した場合でも、漏電や発火等の事故を誘
発することなく、ガス漏れの有無、その位置及び濃度を
測定することができる。その際、光学手段３として、電
気的制御が不要な方向性結合器３Ａや光サーキュレータ
を用いれば、より安全性に優れた測定が可能となる。

【００５４】次に、図４は本発明によるガス検出装置の
第２実施の形態を示す図である。尚、第１実施の形態と
同一の構成要素には同一番号を付す。

【００５５】第２実施の形態によるガス検出装置では、
光源１が接続される１段目の方向性結合器３Ａ1 の第４
のポート３ｄに、前述した幹線光ファイバ２と同一構成
の第２の幹線光ファイバ１２が接続されている。第２の
幹線光ファイバ１２は、光源１が接続される１段目の方
向性結合器３Ａ1 から延長して引き出され、ガス漏れの
監視がなされるガス管８から離れた安全な場所に配設さ
れる。

【００５６】第２の幹線光ファイバ１２のそれぞれ異な
る位置には、前述した方向性結合器３Ａと同一構成の光
学手段３をなす複数の方向性結合器３Ｂ（３Ｂ2 〜３Ｂ
n ）が設けられている。尚、光学手段３としては、前述
したように、電気的制御が不要な光サーキュレータ、電
気的にオン・オフ制御される光路切替用の光スイッチ
（ＡＯスイッチ、ＥＯスイッチ等）で構成してもよい。

【００５７】２段目の方向性結合器３Ｂ2 は、第１のポ
ート３ａが第２の幹線光ファイバ１２を介して１段目の
方向性結合器３Ａ1 の第４のポート３ｄに接続され、第
４のポート３ｄが支線光ファイバ４を介してガス検出セ
ンサ５に接続され、第３のポート３ｃが２段目の方向性
結合器３Ｂ2 の第１のポート３ａに接続される。

【００５８】３段目以降の方向性結合器３Ｂ3 〜３Ｂn
は、第３のポート３ｃが直後の方向性結合器３Ｂの第１
のポート３ａに接続され、第４のポート３ｄが支線光フ
ァイバ４を介してガス検出センサ５に接続される。尚、
各方向性結合器３Ｂ2 〜３Ｂn の第２のポート３ｂ及び
最終段の方向性結合器３Ｂn の第３のポート３ｃは無反
射終端処理されている。

【００５９】各方向性結合器３Ｂ2 〜３Ｂn に支線光フ
ァイバ４を介して接続されるガス検出センサ５は、最終
段の方向性結合器３Ａn に支線光ファイバ４を介して接
続されるガス検出器５に続いて所定間隔おきにガス管８
に配設されている。

【００６０】上記構成によるガス検出装置では、被測定
ガスの吸収波長にロックされた光パルスが光源１より出
射されると、この光パルスは１段目の方向性結合器３Ａ
1 に入射される。１段目の方向性結合器３Ａ1 では、入
射された光を所定の割合で２つに分離する。分離された
一方の光は一方の２段目の方向性結合器３Ａ2 に入射さ
れ、分離された他方の光は第２の幹線光ファイバ１２を
介して他方の２段目の方向性結合器３Ｂ2 に入射され
る。

【００６１】一方の２段目以降の方向性結合器３Ａ2 〜
３Ａn では、入射される光を２つに分離し、一方の光を
直後の方向性結合器３Ａに入射し、他方の光を支線光フ
ァイバ４を介して偏心コア光ファイバ５Ａに入射する。
同様に、他方の２段目以降の方向性結合器３Ｂ2 〜３Ｂ
n でも、入射される光を２つに分離し、一方の光を直後
の方向性結合器３Ｂに入射し、他方の光を支線光ファイ
バ４を介して偏心コア光ファイバ５Ａに入射する。

【００６２】これにより、各方向性結合器３Ａ2 〜３Ａ
n ，３Ｂ2 〜３Ｂn からは、支線光ファイバ４を介して
偏心コア光ファイバ５Ａの一端に光が入射される。各偏
心コア光ファイバ５Ａでは、一端よりコア５ｂ内を伝播
する光の一部がクラッド５ａ内に浸み出し、透光性の保
護皮膜５ｃを介して外部にエバネッセント波として導出
される。

【００６３】ここで、ガス管８から被測定ガスが漏れて
いると、エバネッセント波における被測定ガスの吸収波
長成分が吸収されて減衰し、損失した光が偏心コア光フ
ァイバ５Ａから出射される。この出射光は、反射手段６
により伝播方向が反転され、反射光として再び偏心コア
光ファイバ５Ａに入射される。その際、ガス管８から被
測定ガスが漏れていると、エバネッセント波における被
測定ガスの吸収波長成分が吸収されて減衰し、更に損失
した光が偏心コア光ファイバ５Ａから出射され、支線光
ファイバ４を介して対応する方向性結合器３Ａ，３Ｂに
入射される。

【００６４】そして、各方向性結合器３Ａ2 〜３Ａn ，
３Ｂ2 〜３Ｂn では、後段の方向性結合器３Ａ，３Ｂか
ら幹線光ファイバ２，１２を介して入射される光と、偏
心コア光ファイバ５Ａから支線光ファイバ４を介して入
射されるガス検出センサ５からの光とを結合し、戻り光
として１段目の方向性結合器３Ａ1 を介して最終的に光
電変換器７ａに入射される。光電変換器７ａでは、入射
された反射光を、その光量に比例したレベルの電気信号
に変換して信号処理部７ｂに出力する。信号処理部７ｂ
では、光電変換器７ａから入力される電気信号に基づい
てガス漏れの有無、ガス濃度、ガス漏れ位置を判定す
る。

【００６５】上記第２実施の形態のガス検出装置によれ
ば、前述した第１実施の形態と同様の効果を奏する。
又、光源１に接続される１段目の方向性結合器３Ａ1 の
第３のポート３ｃ及び第４のポート３ｄには、複数段の
方向性結合器３Ａ2 〜３Ａn ，３Ｂ2 〜３Ｂn にそれぞ
れ支線光ファイバ４を介してガス検出センサ５が所定間
隔おきに接続される構成なので、第１実施の形態に比べ
て２倍の距離までのガス検出が可能となり、ガス検出の
測定範囲を拡張することができる。

【００６６】次に、図５は本発明によるガス検出装置の
第３実施の形態を示す図である。尚、第１実施の形態及
び第２実施の形態と同一の構成要素には同一番号を付
し、その説明を省略する。

【００６７】第３実施の形態によるガス検出装置では、
第２実施の形態におけるガス検出センサ５の配設位置が
異なる他は第２実施の形態と同一である。すなわち、第
３実施の形態によるガス検出装置では、各方向性結合器
３Ａ2 〜３Ａn に支線光ファイバ４を介して接続される
ガス検出センサ５と、各方向性結合器３Ｂ2 〜３Ｂnに
支線光ファイバ４を介して接続されるガス検出センサ５
とが、所定間隔おきに交互にガス管８に配設されてい
る。

【００６８】上記第３実施の形態のガス検出装置によれ
ば、前述した第１，第２実施の形態と同様の効果を奏す
る。又、異なる幹線光ファイバ２，１２に接続される２
つのガス検出センサ５を一組としてガス管８の各監視箇
所におけるガス検出を行えば、一方のガス検出センサ５
が破損しても他方のガス検出センサ５によるガス検出が
可能となり、検出精度の向上を図ることができる。

【００６９】ところで、上記各実施の形態において、各
方向性結合器３Ａ，３Ｂから支線光ファイバ４を介して
接続されるガス検出センサ５は、光源１に接続される１
段目の方向性結合器３Ａ1 に最も近い方向性結合器３Ａ
2 ，３Ｂ1 から順番に配設した場合を図示して説明した
が、各ガス検出センサ５をガス管８に対してランダムに
配設するようにしてもよい。

【００７０】又、第２，第３実施の形態において、１段
目の方向性結合器３Ａ1 の第３のポート３ｃ及び第４の
ポート３ｄより引き出された各幹線光ファイバ２，１２
には、各々方向性結合器３Ａ2 〜３Ａn ，３Ｂ2 〜３Ｂ
n 、支線光ファイバ４を介して同一数のガス検出センサ
５が所定間隔おきに接続される構成としたが、ガス管８
の監視位置、監視数に応じてガス検出センサの配設位
置、数を適宜設定することができる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
幹線光ファイバの異なる位置に複数の光学手段を設け、
各光学手段に支線光ファイバを介してガス検出センサが
接続される構成なので、従来に比べて反射光の干渉によ
る影響が少なく、簡単な構成によりガスの有無及び発生
箇所を正確に検出することができる。しかも、中途位置
のガス検出センサが破損した場合でも、この破損した以
外のガス検出センサによるガス検出を行うことができ
る。

【００７２】又、幹線光ファイバのそれぞれ異なる位置
に複数の光学手段が接続され、各光学手段に支線光ファ
イバを介してガス検出センサが接続される構成なので、
最終段の光学手段から幹線光ファイバを更に引き出して
光学手段を配設し、その光学手段に支線光ファイバを接
続すれば、後からでも簡単にガス検出センサを増設する
ことができる。

【００７３】請求項２の発明によれば、第１の光学手段
に２つの幹線光ファイバを接続し、各幹線光ファイバの
異なる位置に設けられた複数の第２の光学手段にそれぞ
れ支線光ファイバを介してガス検出センサが接続される
構成なので、特定箇所における検出精度の向上や検出範
囲の拡張を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガス検出装置の第１実施の形態を
示す図

【図２】同ガス検出装置における支線光ファイバとガス
検出センサの一構成例を示す斜視図

【図３】同ガス検出装置による戻り光の波形図

【図４】本発明によるガス検出装置の第２実施の形態を
示す図

【図５】本発明によるガス検出装置の第３実施の形態を
示す図

【図６】従来のガス検出装置の構成を示す図

【図７】図６の構成による入射光パルスと反射光パルス
列との関係を示す図

【符号の説明】

１…光源、２，１２…幹線光ファイバ、３…光学手段、
３Ａ，３Ｂ…方向性結合器、４…支線光ファイバ、５…
ガス検出センサ、５Ａ…偏心コア光ファイバ、６…反射
手段、７…検出部、７ａ…光電変換器、７ｂ…信号処理
部、８…ガス管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定ガスの吸収波長に対応した所定パ
   ルスの出射光を幹線光ファイバ（２）に出射する光源
   （１）と、 前記幹線光ファイバのそれぞれ異なる位置に設けられ、
   前記出射光を分離し、分離された光の一方を幹線光ファ
   イバに出射し、他方を支線光ファイバ（４）に出射する
   とともに、該支線光ファイバから戻ってくる光と前記幹
   線光ファイバから戻ってくる光とを結合して戻り光とし
   て出射する複数の光学手段（３）と、 前記支線光ファイバに備えられ、かつ該光学手段によっ
   て分離された光の一方を受けて近傍に存在するガスの濃
   度に応じて通過光を損失させて出射させるガス検出セン
   サ（５）と、 該ガス検出センサが出射した光の少なくとも一部を反射
   させることにより、前記ガス検出センサを再び経由さ
   せ、反射された光を前記ガス検出センサにより再び損失
   させて前記光学手段に入射する反射手段（６）と、 前記戻り光に基づいてそれぞれ異なる位置に対応して被
   測定ガスの濃度を検出する検出部（７）とを備えたこと
   を特徴とするガス検出装置。
2. 【請求項２】 被測定ガスの吸収波長に対応した所定パ
   ルスの出射光を幹線光ファイバ（２）に出射する光源
   （１）と、 前記出射光を分離して２つの幹線光ファイバ（２，１
   ２）に出射するとともに、該幹線光ファイバのそれぞれ
   から戻ってくる光を結合して戻り光として出射する第１
   の光学手段（３Ａ1 ）と、 前記２つの幹線光ファイバのそれぞれ異なる位置に設け
   られ、前記第１の光学手段により分離された光の一方を
   幹線光ファイバに出射し、他方を支線光ファイバ（４）
   に出射するとともに、該支線光ファイバから戻ってくる
   光と前記幹線光ファイバから戻ってくる光とを結合して
   戻り光として前記第１の光学手段に出射する複数の第２
   の光学手段（３Ａ2 〜３Ａn ，３Ｂ2 〜３Ｂn ）と、 前記支線光ファイバに備えられ、かつ該第２の光学手段
   によって分離された光の一方を受けて近傍に存在するガ
   スの濃度に応じて通過光を損失させて出射させるガス検
   出センサ（５）と、 該ガス検出センサが出射した光の少なくとも一部を反射
   させることにより、前記ガス検出センサを再び経由さ
   せ、反射された光を前記ガス検出センサにより再び損失
   させて前記第２の光学手段に入射する反射手段（６）
   と、 前記戻り光に基づいてそれぞれ異なる位置に対応して被
   測定ガスの濃度を検出する検出部（７）とを備えたこと
   を特徴とするガス検出装置。