JPS5954950A - 赤外線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、非分散形赤外線ガス分析計の検出器として用
いられ、ドツプラー効果を利用してヘヤ、、オ尤ツォ鳴
。１度７幅□１ｊ定す４゜えよ１、入射する赤外線のエ
ネルギーを検出する赤外線検出器に関する。

一般に、非分散形赤外紳ガス分析計に用いられ不検出器
としては、従来からコンデンサマイクロフォンとセイク
ロラローゼンサーか知られている。

該コン？’＞サマイクロヅオンは、測定ガスおよび基準
ガスは上って夫々吸収さ□れた赤外線エネルギーの差を
マイダ四フォンの変位として偵出す乙ととＫより、上記
測定ガス中の披測定成分濃度を検出するものであり、マ
イクロフローセンサーは、測定ガスおよび基準ガスによ
って夫々吸収された１１″＊″“−１′シ”゛０す、′
門、、、。

部で受は該績出部＾に装設された検出端によ・て　□上
記所定、の・ガスの微：小永岬速変化を横町す・ネ１．
こと　護により・上記測定ガ５中の被−、！成分濃度を
検出するものである。

然し乍ら、上記コンデンサマイクロフォンの場合も上記
マイクｐフローセジ１ザ□の場合も、コンデンサ膜の変
位を捕えたり所定のガスの流速変化を捕えたりするよう
々構成であるため、上記コンデンサマイクロフォンや所
定のガス中に供給される赤外線エネルギーが数Ｈ２程度
の周波数であることとｌ相まち、検出され□る信号が非
常に微弱であって上記被測定成分濃度の高感度測定が困
難であるという欠点がありだ。′　　　　　　　　　□
本発明は、かかる欠点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、非分散形赤外線ガス分析計の検出器として用
いられ測定ガス中の被測定成分濃度を高感度に測定でき
る赤外線検出器を提供することにある。

本発明の特徴は、非分散形赤外線ガス分析計の検出器と
して用いられ測定ガス中の被測定成分濃１、・、■・・
・・、。

度を測定する赤外線検出器においで、ドツプラー：効□
果をｊｌＪ・用してヘルムホルツ共鳴の速度振幅を測１ 、、−′″＆　Ｋ、、、　、！、、、　、、、！＋、　
、、　、、、、、、ＴＩ″ｆ　ｔａｌｌ　５１ｉ２　ｆ
ｆ　２　’Ｉ）　ｔ−１し１１／、ゼする赤外線のエネ
ルギーを声感度に、・鹸出するようにしたことにある。

以下、本発明について図を用いて詳細に説明する。第１
図は、本発明の理解を容易にするため示・すヘルムホル
ツ共鳴器の原理説明図であり、・図中、１は内容積Ｖを
有する気密な内、筒□状の第１容器、２は第１容器１の
一側所定部分に一体的に固着され内部空間の断面積Ｓと
長さｔを有する円柱状の第２容器であ“る□６ま゛た′
：、第１容器１内第２容器２は通常同一部材で一体゛的
に□形成−れ、□夫々の内部空間も一体的に連なってい
る。このようなヘルムホルツ共鳴器の内部空間に気体が
満たされると、第２容器２内の気体が振動質量となり、
第１容器１内の気体がばねの役割を行なうように々る。

従って、第１容器１内の気体が断熱変化する場合、第１
および第２の容器１，２の内部空間で形成され（５） る系内の気体の固有振動数ｆｎ［ｃ／ｓ　］は下式（１
）のようになる。

但し、Ｐ：気体の圧力（ｋｇ／ａｍ　　〕。

γ：断熱指数（通常は１．４〜１．７）因みに、”””
　””　　）　＋　　ｇ−２〔ａｍ　）、　＋Ｓ＝、、
０．２（ａｍ２）　、　　Ｃ＝３４０ｘｌＯ（ａｍ／ｓ
　）の場合について、上式（１）から上記固有振動数ｆ
ｎｔ７求めると、ｆｎ＋＝１．２１ｘｌＯ３（ｃ／ｓ　
）　＝　＄、２１　（ｋＨｚ　）となる。従って、この
１．２１．　ｋ■■ｚで上記系内にエネルギｉを注ぐと
、上記系はそのエネルギーを吸収して発振するようにな
る。また、上記系が発振状態になると系内の気体の振動
振幅が増大するが、気体の粘性などによる減衰のため次
第に定常状態に移行し、この時の速度倍率μＶは下式（
２）のように与えられる。。

（４） 但し、Ｖｍａｘ：気体の振動速度の最大値□　　　　す
・、・：＝定のエネルギニが供給さ五でいるとき気体の
膨張に上って生ずる □その気体の流速　　　　・ Ｕ：振動数比（即ち２πｆと共振振動数・　　ωｎとの
比工）□ ｎ ζ；減衰比（０〈ζく１であって、完 □・全振動と非振動の間の振動らしさ ′□を示す係数）　　　　・ また、第２・図は本発明実施例の使用例説明図であり、
図中、□３は導入口３ａか６測定ガスが導びかれて内部
を流れ導出口３ｂから外部へ送出される測定セル、４は
基準ガスが充填されてなる基準電ル、５ａ、　５ｂは例
えば赤外線ランプでＡる光源、６は光源５ａ、　５ｂか
ら発せられた光線を夫々断続光と表すセクタ、づはセク
タ６を所定の周期で回転させるモータ、８は内部に所定
の気体（例えば基準ガスと同一気体）が充□填されると
共に第１：図のへル□ムホルツ共鳴器が２個結合されて
々るヘルム１ルシ共鳴器、９ａは該共鳴器８内の一側所
定部分に固着され超音波信号を発する超音波発振器、９
ｂは上記共鳴□器８内の他側所定部分（超音波受信器９
ａが固着されている位置と対向する位置）Ｋ固着され上
記超音波信号を受ける超音波受信器である。また、ヘル
ムホルツ共鳴器８．超音波発信器９ａ、および超音波受
信器９ｂによって本発明実施例の赤外線検出器が構成さ
れると共に、超音波受信器９ｂの出力が所定の信号処理
回路（図示せず）でもって信号処理され上記測定ガス中
の被測定成分濃度を示す値に変換されて表示器等（図示
せず）にＹＩｋ度表示されるようになっている。尚、上
記へルムホルツ共鳴器８は第１図のへルムホルツ共鳴器
が２個結合されたものであるが、第１図の場合と同じよ
うに上記（１）式や（２）式が成立する。更に、第３図
は上記セクタ６を構成する部品の平面構成図であり、図
中、１０は中心に上記モータ７の回転軸が固着可能な中
央部、１０ａ□〜１０ａｎは所定の幅を有し該幅と等：
しい間隔を宜いに保ちカが１も中央部１０に一側が一体
的に固着遮れてな名複薮□個め□羽根：である。また、
□上記セクタ６は第５−に示す部品が′２個組み金わさ
れて檎成さ五、□そのうちの一方゛は固定されて動かず
他方は上記モータ７の回転軸に上記中央部１０が自着さ
れて回転させら九るようになってい石−因みに、上記羽
根ｉｏ＝□〜１’Ｏａｎの数が２００個である場合には
、上記モー〉フが′３（３０’ｒ、ｐ、ｍＬで回転する
と、光源５ａ’、　５ｂから発せられた光線は１．．２
’　ｋＨｚで断続されるよ：うになる。これは、従来の
赤外線ガス分析計に使用されているセクタに比して数百
倍も速くチッッピングを行なっていることに相当する。

また、上記断続光の周波数とへルムホルツ共鳴器８の共
振振動数ωｎをほぼ等しくするととにより、前記（２）
式で２πｆ÷ωｎ即ち：ｕ　龜’１−が成立し、μｖ４
４と：壜る。従って、ζが小さい糊ｖが大きくなり、：
上記気体の：大きな速度振幅が得られるよ□うになる 以下、上記構成からなる本発明実施例の動作について、
第２図を用いて詳細に説明する。第２図（７） において、被測定成分を含む測定ガスは矢印で示す如く
導入口３ａから測定セルｓ内へ導入され導出口３ｂから
外部へ送出されると共に、基準セル４内には所定の基準
ガスが充填されている。また、超音波発振器９ａから発
せられた超音波信号は、ヘルムホルツ共鳴器Ｂ内の気体
中を伝播し超音波受信器９ｂに達して受信されている。

更に、光源５ａ、　５ｂから発せられセクタ６によって
断続光とされた測定光および基準光は、夫々測定セル５
内の測定ガスおよび基準セル４内の基準ガスを透過して
ヘルムホルツ共鳴器８内に到達する。従才て、上記測定
ガス内に被測定成分が存在しない測定ガスが流されてい
る場合（以□下「基準状態」とい、、う）には、上記測
定光および基準光が夫々測定ガスおよび基準ガスによる
エネルギー吸収を受けずにヘルムホルツ共鳴器８内に到
達するが、上記測定ガス内に被測定成分が存在する測定
ガスが流されている場合（以下「測定状態」という）に
は、上記測定光のみが測定ガスによるエネルギー吸収を
受は減衰してヘルムホルツ共鳴器８内に到達する。従っ
て、（８） 該ヘルムホルツ共鳴器８内では、上記基準状態と測定状
態の場合で前記（２）式のＶ値が変化するが、その変化
する値が小さくとも速度倍率μＶの変化する値は大きく
なり、究極的にヘルムホルツ共鳴器８内の気体の速度振
幅が大きく変化するようになる。このため、超音波発振
器９ａから周波数ｆｓの超音波信号が発せられると、該
超音波信号は上記気体のプラス方向とマイナス方向の最
大流速の差に対応するトップ２−周波数Δｆｓとなって
超音波受信器９ｂに受信される。該超音波受信器９ｂの
出力信秀はいわゆるドアシラー効果による周波数の差と
なり、上記信号処理回路で信竺処理されると、上記表示
器等に□上記被測定成分濃度が示されるようになる。尚
、上記ドツプラー癲波数Δｆｓは上記へルムホルツ共鳴
器８の固有振動数ｆｎと等しく０〜Δｆｓの間で周期的
に変化するため、Δｆｓの最大値が検出されて上記信号
処理回路で信号処理されるようになっている。

以上詳しく説明したような本発明の実施例によれば、ヘ
ルムホルツ共鳴器８にとり込オれた赤外線のエネルギー
が蓄積された状態で超音波信号によりて測定されるよう
表構成で、あるため１．前記従来例に比して測定ガス等
を透過して入射する赤外線のエネルギーを高感度に検出
することができるという利点がある。また、前、記従来
例のコンデンサマイク０７オン等の場合に、比し、可動
部が少なく故障しにくいという利点もある。尚、上記宋
流側においてはへルムホルツ共鳴器８内にとり込まれた
赤外線のエネルギーを超音波信号で測定する場合につい
て詳述したが、本発明はこれに限定されるものではなく
例えば該エネルギーをレーザ光で測定するようにしても
よく、又ぽ単にマイクロフォンにより共鳴音の音圧を測
定するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はへルムホルツ共鳴器の原理説明図、第２図は本
発明実施例の使用例説明図、第６図はセクタの構成部品
の平面構成図である。 １．２・・・容器、３・・・測定セル、３ａ、　３ｂ・
・・導出入口、４・・・基準セル、５ａ、５ｂ・・・光
源、６・・・セクタ、７・・・モータ、８・・・ヘルム
ホルツ共鳴器、９ａｊ９１）・・・超音波発受信器、１
０・・・中央部、１０ａ□〜１０ａｎ・・・羽根。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　非分散形赤外線ガス分析計の検出器として用
   いられ入射する赤外線のエネルギーを検出する赤外線検
   出器において、所定の気体が充填されてなるヘルムホル
   ツ共鳴器と、・、該共鳴器内の夫々対向する位置に固着
   された測定信号発信器および測定信号受信器とを具備し
   、前記へルムホルツ共鳴器内に入射、される前記赤外線
   のエネルギーを音響振動のエネルギーに変換してヘルム
   ホルツ共鳴を起こさせると共に、□前記気体の速度振幅
   を前記測定信号発信器から発せられる測定信号のドツプ
   ラー効果による周波数の差となして前記測定信号受信器
   から出力することを特徴とする赤外線検出器。 （２）　　前記測定信号発信器、測定信号受信器、お上
   ・び測定信号が、夫々超音波発振器、超音波受信器、お
   よび超音波でなる特許請求範囲第（１）項記載の赤外線
   横曲器。 （５）　　前記測定信号発信器、測定信号受信器、′お
   よび測定信号が、夫々レーザ発振器、レーザ受信器、お
   よびレーザ、光でなる特許′神木範囲第（１）項記載の
   赤外線検出器。