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JP4879005B2 - Infrared gas detector - Google Patents
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JP4879005B2 - Infrared gas detector - Google Patents

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Description

本発明は、赤外線式ガス検知器に関する。   The present invention relates to an infrared gas detector.

現在、例えば二酸化炭素ガスの濃度を非分散型赤外線吸収法を利用して検知する赤外線式ガス検知器としては、種々の構成のものが提案されている。
このような赤外線式ガス検知器の或る種のものは、細長い形態を有する、被検ガスが導入されるガス導入空間を形成するガスセルを備えてなり、このガスセル内における両端位置に、赤外線光源と赤外センサ素子とが互いに対向して配置された構成とされている。
このような構成の赤外線式ガス検知器においては、赤外線光源より放射される赤外線が例えば光チョッパなどによって周期的に赤外センサ素子に供給されることにより持続的な出力信号が得られ、被検ガスの導入によって赤外センサ素子に受光される赤外線光量が低下することによる出力信号の振幅の減少割合に応じて、二酸化炭素ガスの濃度が算出される。
At present, various types of infrared gas detectors have been proposed for detecting, for example, the concentration of carbon dioxide gas using a non-dispersive infrared absorption method.
A certain kind of such an infrared gas detector includes a gas cell having a long and narrow shape and forming a gas introduction space into which a test gas is introduced, and an infrared light source at each end position in the gas cell. And the infrared sensor element are arranged to face each other.
In the infrared type gas detector having such a configuration, the infrared light emitted from the infrared light source is periodically supplied to the infrared sensor element by, for example, an optical chopper, so that a continuous output signal is obtained. The concentration of carbon dioxide gas is calculated according to the reduction rate of the amplitude of the output signal due to the reduction of the amount of infrared light received by the infrared sensor element by the introduction of gas.

一般に、非分散型赤外線吸収法を利用した赤外線式ガス検知器に対する要請の一つとして、ガス検知器全体を十分に小型のものとして構成することがある。そして、赤外線式ガス検知器を小型のものとして構成する場合には、感度の低下を防止するために、赤外線光源から赤外センサ素子に至る光路長を十分に確保することが必要とされる。   In general, as one of requests for an infrared gas detector using a non-dispersive infrared absorption method, there is a case where the entire gas detector is configured to be sufficiently small. When the infrared gas detector is configured as a small one, it is necessary to secure a sufficient optical path length from the infrared light source to the infrared sensor element in order to prevent a decrease in sensitivity.

このような要請に対して、赤外線光源からの赤外線を反射鏡などの反射部材によって反射して赤外センサ素子に入射させる構成の、いわゆる「反射型」の赤外線式ガス検知器が提案されており、反射構造を採用することによって、目的とするガス検知を行うために必要とされる十分な大きさの光路長を確保することができる、とされている(例えば、特許文献1参照。)。   In response to such demands, so-called “reflective” infrared gas detectors have been proposed in which infrared light from an infrared light source is reflected by a reflecting member such as a reflecting mirror and incident on an infrared sensor element. By adopting a reflection structure, it is said that a sufficiently large optical path length required for performing target gas detection can be secured (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、十分な大きさの光路長を確保するために、単に反射部材を利用して反射構造を採用するだけでは、例えば赤外センサ素子が当該赤外センサのセンサ面に対して垂直に赤外線が入射した場合に最も感度が大きくなるものであるため、光学系の調整の如何によっては赤外センサ素子の有する性能を十分に高い効率で活用することができず、所期のガス検知を行うことができないおそれがある、という問題がある。   However, in order to ensure a sufficiently large optical path length, simply adopting a reflecting structure using a reflecting member, for example, an infrared sensor element emits infrared light perpendicular to the sensor surface of the infrared sensor. Since the sensitivity is the highest when incident, depending on the adjustment of the optical system, the performance of the infrared sensor element cannot be utilized with sufficiently high efficiency, and the intended gas detection must be performed. There is a problem that it may not be possible.

特開平9−184803号公報JP-A-9-184803

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、十分に小型のものとして構成することができると共に、所期のガス検知を高い信頼性をもって行うことのできる赤外線式ガス検知器を提供することにある。   The present invention has been made based on the circumstances as described above, and the object thereof can be configured as a sufficiently small one, and can perform desired gas detection with high reliability. An object is to provide an infrared gas detector.

本発明の赤外線式ガス検知器は、赤外線光源からの赤外線を反射して赤外センサ素子に入射させる反射型のセンサ装置を備えた赤外線式ガス検知器であって、
前記センサ装置は、内部に被検ガスが導入されるガス導入空間を有する円筒形態のハウジングを備え、当該ガス導入空間内にはハウジングの中心軸に対して径方向に偏位した位置において平板状基板がハウジングの軸方向に沿って伸びるよう配設され、この平板状基板のハウジングの中心軸を臨む一面上に赤外線光源および赤外センサ素子が並んだ位置に固定された状態で配設され、赤外線光源には、当該赤外線光源からの赤外線が一方向のみに放射されるよう制御するための光放射方向制御部材が設けられており、
前記ガス導入空間における前記回路基板の赤外線光源および赤外センサ素子が配設された一面に対向する領域には、赤外線光源からの赤外線を反射することによって赤外センサ素子に入射させるための複数の反射鏡がハウジングの内表面に沿って配設されており、
当該複数の反射鏡の各々に入射される赤外線の入射角が45°未満であり、かつ赤外センサ素子に入射される赤外線の入射角が0°±20°であることを特徴とする。
The infrared gas detector of the present invention is an infrared gas detector including a reflective sensor device that reflects infrared light from an infrared light source and causes the infrared sensor element to enter the infrared sensor element,
The sensor device includes a cylindrical housing having a gas introduction space into which a test gas is introduced. The sensor device has a flat plate shape at a position radially deviated from the central axis of the housing. The substrate is disposed so as to extend along the axial direction of the housing, and is disposed in a state where the infrared light source and the infrared sensor element are fixed in a line on the one surface facing the central axis of the housing of the flat substrate , The infrared light source is provided with a light emission direction control member for controlling the infrared light from the infrared light source to be emitted in only one direction,
In the gas introduction space, a region facing the one surface on which the infrared light source and the infrared sensor element of the circuit board are disposed has a plurality of light incident on the infrared sensor element by reflecting infrared light from the infrared light source. A reflector is disposed along the inner surface of the housing;
Wherein the incident angle of the infrared radiation is incident on each of the plurality of reflecting mirrors is less than 45 °, and the angle of incidence of infrared rays incident on the infrared sensor element is 0 ° ± 20 °.

本発明の赤外線式ガス検知器においては、複数の反射鏡の各々が、一の反射鏡によって反射された赤外線が周方向において隣接する反射鏡以外の反射鏡に入射するよう配設されていることが好ましい。   In the infrared type gas detector of the present invention, each of the plurality of reflecting mirrors is arranged so that the infrared light reflected by one reflecting mirror is incident on a reflecting mirror other than the reflecting mirror adjacent in the circumferential direction. Is preferred.

本発明の赤外線式ガス検知器においては、赤外線光源からの赤外線が複数の反射鏡を順次に介して赤外センサ素子に至るまでの赤外線光路を構成する複数の直線状の光路部分のうちの一の光路部分が他の光路部分と交差する交差点が、1ヶ所以上あることが好ましい。 In infrared gas detector of the present invention, one of the plurality of linear light path portion infrared constitutes the infrared light path up to the infrared sensor element through a plurality of reflecting mirrors sequentially from the infrared light source It is preferable that there are one or more intersections in which the optical path portion intersects with other optical path portions.

本発明の赤外線式ガス検知器によれば、センサ装置のハウジングの内表面に複数の反射鏡が特定の配置条件を満足する状態で設けられており、しかも赤外線光源に、当該赤外線光源からの赤外線の放射方向を制御するための光放射方向制御部材が設けられていることから、ガス検知に必要な十分な大きさの光路長を有する赤外線光路が、ガス導入空間を効率的に利用した状態で形成され、かつ赤外線光源からの赤外線を高い効率で利用することができると共に、赤外センサ素子に対して最も感度が大きくなる状態に赤外線が入射されることとなるため、ガス検知を高い感度で行うことができ、従って、所期のガス検知を高い信頼性をもって行うことができ、その上、赤外線光源および赤外センサ素子が平板状基板の同一面上にまとめて配設されているので、センサ装置を小型のものとして構成することができる結果、当該センサ装置を備えた赤外線式ガス検知器全体の小型化を図ることができる。   According to the infrared type gas detector of the present invention, a plurality of reflecting mirrors are provided on the inner surface of the housing of the sensor device in a state satisfying a specific arrangement condition, and the infrared light source includes an infrared ray from the infrared light source. Since the light radiation direction control member for controlling the radiation direction of the light is provided, the infrared light path having a sufficiently large light path length necessary for gas detection is used in a state where the gas introduction space is efficiently used. In addition, the infrared rays from the infrared light source can be used with high efficiency, and the infrared rays are incident on the infrared sensor element with the highest sensitivity. Therefore, the desired gas detection can be performed with high reliability, and the infrared light source and the infrared sensor element are arranged together on the same surface of the flat substrate. Since it is, the sensor device results, which may be configured as a small size, it is possible to infrared gas detector entire miniaturized with the sensor device.

また、ハウジングが円筒形態であることにより、複数の反射鏡による反射構造が設計しやすく、センサ装置を小型のものとして構成することができることから、赤外線式ガス検知器の小型化を容易に図ることができる。   In addition, since the housing is cylindrical, it is easy to design a reflecting structure by a plurality of reflecting mirrors, and the sensor device can be configured as a small one, so that the infrared gas detector can be easily downsized. Can do.

図1は、本発明の赤外線式ガス検知器のガス検知部を構成するセンサ装置の一構成例における、ハウジングの中心軸を含む軸方向に平行な断面を概略的に示す横断面図であり、図2は、図1に示すA−A断面を拡大して90°回転させた状態で示す断面図、図3は、図1に示すセンサ装置を軸方向から見たときの、センサ装置の構成を示す一端側側面図である。
このセンサ装置10は、全体が円筒形態であって、例えばSUSよりなる、その内表面が赤外線吸収性、例えば黒色のハウジング11を備えてなり、このハウジング11の内部空間は、例えば、当該ハウジング11の中心軸(筒軸)Cに直交するよう設けられた円板状の仕切り板12によって気密に区画されている。13は、例えばOリングよりなるシール部材である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a cross section parallel to an axial direction including a central axis of a housing in a configuration example of a sensor device constituting a gas detection unit of an infrared gas detector of the present invention. 2 is a cross-sectional view showing an AA section shown in FIG. 1 enlarged and rotated by 90 °, and FIG. 3 is a configuration of the sensor apparatus when the sensor apparatus shown in FIG. 1 is viewed from the axial direction. FIG.
The sensor device 10 has a cylindrical shape as a whole, and is made of, for example, SUS, and has an inner surface that is infrared-absorbing, for example, a black housing 11. The housing 11 has an internal space, for example, the housing 11 Are partitioned in an airtight manner by a disk-shaped partition plate 12 provided so as to be orthogonal to the central axis (cylinder axis) C. Reference numeral 13 denotes a seal member made of, for example, an O-ring.

ハウジング11の内部には、ハウジング11の中心軸Cに対して径方向に偏位した位置において(図2参照)、平板状の回路基板21が仕切り板12を気密に貫通してハウジング11の軸方向に沿って伸びるよう配設されている。
回路基板21の外縁の一部はハウジング11の内表面に対接状態とされており、ハウジング11の仕切り板12によって区画された内部空間における一端側(図1において左端側)の一端側空間が当該回路基板21によって区画されている。
Inside the housing 11, a flat circuit board 21 penetrates the partition plate 12 in an airtight manner at a position deviated in the radial direction with respect to the central axis C of the housing 11 (see FIG. 2). It is arrange | positioned so that it may extend along a direction.
A part of the outer edge of the circuit board 21 is in contact with the inner surface of the housing 11, and one end side space on one end side (left end side in FIG. 1) in the internal space partitioned by the partition plate 12 of the housing 11 is formed. It is partitioned by the circuit board 21.

回路基板21のハウジング11の中心軸Cを臨む一面(図2において上面)上には、ハウジング11の一端側空間内に位置される領域において、点滅型の赤外線光源22と、例えば背の低い円柱状であってその天面にセンサ面23Aを有する赤外センサ素子23とが、例えばハウジング11の径方向に並んだ位置に固定された状態で配設されて実装されている。   On one surface (upper surface in FIG. 2) of the circuit board 21 facing the central axis C of the housing 11, a flashing infrared light source 22 and a short circle, for example, in a region located in one end side space of the housing 11. An infrared sensor element 23 having a columnar shape and having a sensor surface 23 </ b> A on its top surface is disposed and mounted in a state of being fixed at a position aligned in the radial direction of the housing 11, for example.

そして、赤外線光源22には、当該赤外線光源22から放射される赤外線が一方向のみに放射されるよう制御するための光放射方向制御部材25が設けられている。
ここに、光放射方向制御部材25は、赤外線光源22に覆いかぶさるように配置され、当該赤外線光源22から放射される赤外線が前方(図2において上方)にのみ投射されるよう、赤外線光源22から他の方向に放射される赤外線を遮光することによって制御するものである。
図の例において、光放射方向制御部材25は、全体が略球状であって一の光出射開口25Aが形成されており、この光出射開口25Aに向かう方向以外の方向に放射される赤外線を遮光する構成のものであり、その内表面に、例えばアルミニウム蒸着膜、金蒸着膜、金メッキなどの赤外域で高い反射率を示す材質よりなる反射膜が形成されてなるものであることが好ましい。
The infrared light source 22 is provided with a light emission direction control member 25 for controlling the infrared light emitted from the infrared light source 22 to be emitted in only one direction.
Here, the light emission direction control member 25 is arranged so as to cover the infrared light source 22, and the infrared light emitted from the infrared light source 22 is projected only forward (upward in FIG. 2) from the infrared light source 22. Control is performed by shielding infrared rays emitted in other directions.
In the example shown in the figure, the light emission direction control member 25 is generally spherical and has one light emission opening 25A, and blocks infrared rays emitted in directions other than the direction toward the light emission opening 25A. It is preferable that a reflection film made of a material exhibiting a high reflectance in the infrared region, such as an aluminum vapor deposition film, a gold vapor deposition film, or a gold plating, is formed on the inner surface thereof.

そして、またハウジング11の一端側空間の内表面における、回路基板21の赤外線光源22および赤外センサ素子23が実装されている一面に対向する領域には、複数(図の例においては4個)の反射鏡27が設けられている。   In the inner surface of the one end side space of the housing 11, there are a plurality of (four in the example in the figure) regions facing one surface on which the infrared light source 22 and the infrared sensor element 23 of the circuit board 21 are mounted. The reflecting mirror 27 is provided.

複数の反射鏡27は、各々、全体形状が板状の凹面鏡または平面鏡であって、その内表面に反射面28が形成されており、当該反射面28がハウジング11の中心軸Cを臨む状態でハウジング11の内表面に沿って当該ハウジング11の軸方向に伸びるよう、適宜の手法によって固定されている。
ここに、反射鏡27は、例えばアルミニウムなどの赤外域で高い反射率を示す材質よりなり、必要に応じて表面処理された内表面によって反射面28が構成されてなるもの、または、その内表面に例えばアルミニウム蒸着膜、金蒸着膜、金メッキなどの赤外域で高い反射率を示す材質よりなる反射膜が形成されることにより反射面28が構成されてなるものである。
この図の例においては、複数の反射鏡27は、各々、大きさの異なる凹面鏡であって、ハウジング11における一端側空間を囲繞する領域の軸方向(図1において左右方向)の長さに適合した全長を有し、内表面に反射面28が形成されてなるものであり、その一端部が仕切り板12に、例えばネジ止めされることなどによって固定されている。
Each of the plurality of reflecting mirrors 27 is a concave mirror or a plane mirror having a plate shape as a whole, and a reflecting surface 28 is formed on the inner surface thereof, and the reflecting surface 28 faces the central axis C of the housing 11. It is fixed by an appropriate method so as to extend in the axial direction of the housing 11 along the inner surface of the housing 11.
Here, the reflecting mirror 27 is made of a material having a high reflectance in the infrared region, such as aluminum, and the reflecting surface 28 is constituted by an inner surface that is surface-treated as necessary, or the inner surface thereof. The reflective surface 28 is formed by forming a reflective film made of a material exhibiting a high reflectance in the infrared region, such as an aluminum vapor deposition film, a gold vapor deposition film, or a gold plating.
In the example of this figure, each of the plurality of reflecting mirrors 27 is a concave mirror having a different size, and is adapted to the length in the axial direction (left and right direction in FIG. 1) of the region surrounding the one end side space in the housing 11. The reflecting surface 28 is formed on the inner surface, and one end thereof is fixed to the partition plate 12 by, for example, screwing.

これらの複数の反射鏡27は、赤外線光源22から放射される赤外線(図2において、太線で示す。)を順次に反射することによって最終的に赤外センサ素子23に入射させるよう赤外線光路Lを形成するものであり、当該反射鏡27の各々における赤外線の入射角が45°未満であり、かつ赤外センサ素子23への赤外線の入射角が0°±20°、好ましくは0°±10°となるよう配置されている。
ここに、本明細書において、「赤外センサ素子への赤外線の入射角」とは、当該赤外センサ素子における赤外線受光部に対して赤外線が入射する角度であり、図の例においては、赤外センサ素子23の赤外線受光部であるセンサ面23Aに入射する赤外線の、当該センサ面23Aに対する角度を示す。
The plurality of reflecting mirrors 27 reflect the infrared light path L so as to be finally incident on the infrared sensor element 23 by sequentially reflecting infrared rays (indicated by bold lines in FIG. 2) emitted from the infrared light source 22. The incident angle of infrared rays in each of the reflecting mirrors 27 is less than 45 °, and the incident angle of infrared rays to the infrared sensor element 23 is 0 ° ± 20 °, preferably 0 ° ± 10 °. It is arranged to become.
Here, in this specification, the “incidence angle of infrared rays to the infrared sensor element” is an angle at which infrared rays are incident on the infrared light receiving part of the infrared sensor element. The angle with respect to the said sensor surface 23A of the infrared rays which inject into the sensor surface 23A which is an infrared light-receiving part of the outer sensor element 23 is shown.

具体的に、図の例においては、4個の反射鏡27の各々を、図2において左側から順に「反射鏡27A〜27D」とすると、赤外線光源22から放射された赤外線は、光放射方向制御部材25によって制御されて前方に投射され、光路部分L1に示すように反射鏡27Bに入射して反射された後、その反射された赤外線が光路部分L2および光路部分L3に示すように反射鏡27Dおよび反射鏡27Aにこの順に入射して反射され、この反射鏡27Aに反射された赤外線が光路部分L4に示すように反射鏡27Cに入射して反射されることにより、光路部分L5に示すように赤外センサ素子23のセンサ面23Aに入射されることとなるが、反射鏡27A〜反射鏡27Dの各々は、特定の位置関係を満足する状態で配置されている。   Specifically, in the example of the figure, if each of the four reflecting mirrors 27 is “reflecting mirrors 27A to 27D” in order from the left side in FIG. 2, the infrared rays emitted from the infrared light source 22 are controlled in the light emission direction. After being projected by being controlled by the member 25, and incident on and reflected by the reflecting mirror 27B as indicated by the optical path portion L1, the reflected infrared rays are reflected by the reflecting mirror 27D as indicated by the optical path portion L2 and the optical path portion L3. Then, the infrared rays incident on and reflected by the reflecting mirror 27A in this order are reflected on the reflecting mirror 27C as shown by the optical path portion L4, as shown by the optical path portion L4. Although the light is incident on the sensor surface 23A of the infrared sensor element 23, each of the reflecting mirrors 27A to 27D is arranged in a state satisfying a specific positional relationship.

また、センサ装置10を構成する複数の反射鏡27が3個以上である場合には、これらの複数の反射鏡27は、上記の配置条件を満たすために、一の反射鏡によって反射された赤外線が周方向において隣接する反射鏡以外の反射鏡に入射するよう配置位置を設定することが好ましく、これにより、赤外線光路Lの設計が容易になると共に、赤外線光路Lを形成すべき被検ガスが導入される空間を効率的に利用した状態で赤外線光路Lを形成することができる。   Further, when there are three or more reflecting mirrors 27 constituting the sensor device 10, these reflecting mirrors 27 are infrared rays reflected by one reflecting mirror in order to satisfy the above arrangement condition. It is preferable to set the arrangement position so that the incident light enters the reflecting mirrors other than the reflecting mirrors adjacent in the circumferential direction. This makes it easy to design the infrared light path L and allows the test gas to form the infrared light path L to be The infrared light path L can be formed in a state where the introduced space is efficiently used.

また、複数の反射鏡27は、赤外線光路Lを十分な大きさの光路長を有するものとするために、当該赤外線光路Lを構成する光路部分のうちの少なくとも1個が複数の反射鏡27が配置され、赤外線光路Lを形成すべき被検ガスが導入される空間において形成することのできる最大の大きさを有するものとなるよう配置位置を設定することが好ましく、これにより、少数の反射鏡27によって十分な大きさの光路長を確保することができ、また十分な光路長を確保するために必要とされる反射鏡27の個数が小さくなることに伴ってセンサ装置10を構成する部品点数が小さくなり、当該センサ装置10を小型のものとして構成することが可能となるために赤外線式ガス検知器全体の小型化を図ることができる。
この図の例においては、赤外線光源22および赤外センサ素子23との位置関係を考慮して、赤外線光路Lを構成する光路部分のうちの最長のものとして、向かい合うよう位置する反射鏡27Dと反射鏡27Aとの間に一の光路部分(具体的には、光路部分L3)が形成されるよう、複数(4個)の反射鏡27(27A〜27D)の配置位置が設定されている。
Further, in order for the plurality of reflecting mirrors 27 to have a sufficiently large optical path length for the infrared optical path L, at least one of the optical path portions constituting the infrared optical path L includes the plurality of reflecting mirrors 27. Preferably, the arrangement position is set so as to have the maximum size that can be formed in the space into which the test gas to be formed and the infrared gas path L to be formed is introduced. 27 can secure a sufficiently large optical path length, and the number of components constituting the sensor device 10 as the number of reflecting mirrors 27 required to secure a sufficient optical path length decreases. Since the sensor device 10 can be configured as a small one, the entire infrared gas detector can be reduced in size.
In the example of this figure, in consideration of the positional relationship between the infrared light source 22 and the infrared sensor element 23, the longest one of the optical path portions constituting the infrared optical path L and the reflecting mirror 27D and the reflecting mirror 27D that face each other are reflected. Arrangement positions of a plurality of (four) reflecting mirrors 27 (27A to 27D) are set so that one optical path portion (specifically, an optical path portion L3) is formed between the mirror 27A.

さらに、複数の反射鏡27は、赤外線光路Lを十分な大きさの光路長を有するものとするために、当該赤外線光路Lを構成する複数の直線状の光路部分のうちの一の光路部分が他の光路部分と交差する交差点が、1ヶ所以上あることが好ましく、これにより、赤外線光路Lの設計が容易になると共に、赤外線光路Lを形成すべき被検ガスが導入される空間を効率的に利用した状態で赤外線光路Lを形成することができる。
この図の例においては、赤外線光路Lは5個の光路部分L1〜L5により構成されているが、これらの5個の光路部分L1〜L5により、光路部分の交差点が合計5ヶ所形成されている。
Further, in order to make the infrared light path L have a sufficiently large optical path length, the plurality of reflecting mirrors 27 have one optical path portion among the plurality of linear optical path portions constituting the infrared light path L. It is preferable that there are one or more intersections that intersect with other optical path portions. This facilitates the design of the infrared optical path L, and allows efficient use of the space into which the test gas that should form the infrared optical path L is introduced. The infrared light path L can be formed in the state utilized for the above.
In the example of this figure, the infrared optical path L is composed of five optical path portions L1 to L5, but a total of five intersections of the optical path portions are formed by these five optical path portions L1 to L5. .

赤外線光源22は、例えばコイルフィラメントを備えたランプよりなり、例えば1Hzの周期で、すなわち0.5秒間点灯された後0.5秒間消灯状態とされるよう、点滅駆動される。
赤外センサ素子23は、例えば検知対象ガスが吸収する赤外線に対してのみ高い透過率を有するバンドパスフィルター(図示せず)を備えている。
The infrared light source 22 is composed of, for example, a lamp provided with a coil filament, and is driven to blink so that it is turned on, for example, at a frequency of 1 Hz, that is, turned on for 0.5 seconds and then turned off for 0.5 seconds.
The infrared sensor element 23 includes a band-pass filter (not shown) having a high transmittance only with respect to, for example, infrared light absorbed by the detection target gas.

また、回路基板21には、ハウジング11の仕切り板12によって区画された内部空間における他端側(図1において右端側)の他端側空間内に位置される領域に、例えば電源回路、光源駆動回路、センサ回路およびマイコン回路などのガス検知に必要なすべての電気回路が形成されている。   Further, the circuit board 21 is provided in a region located in the other end side space on the other end side (right end side in FIG. 1) in the internal space partitioned by the partition plate 12 of the housing 11, for example, a power supply circuit, a light source drive All electric circuits necessary for gas detection such as a circuit, a sensor circuit and a microcomputer circuit are formed.

ハウジング11の一端側開口は、円板状の閉塞部材15によって閉塞されている。この閉塞部材15は、ハウジング11の中心軸Cに直交する断面において、ハウジング11の内表面および回路基板21によって囲まれた領域内に位置されるよう形成されたガス導入用開口部15Aが例えば焼結金属よりなる円板素子16によって塞がれてなるものであり、これにより、被検ガスが導入されるガス導入空間Sが形成されている。
従って、このセンサ装置10においては、赤外線光源22、赤外センサ素子23がガス導入空間S内に配置された状態とされており、赤外線光源22から複数の反射鏡27を介して赤外センサ素子23に至る赤外線光路Lがガス導入空間S内に形成されている。
One end side opening of the housing 11 is closed by a disk-like closing member 15. The closing member 15 has, for example, a gas introduction opening 15A formed so as to be positioned in a region surrounded by the inner surface of the housing 11 and the circuit board 21 in a cross section perpendicular to the central axis C of the housing 11. A gas introduction space S into which a test gas is introduced is formed by being blocked by a disk element 16 made of a metal.
Therefore, in this sensor device 10, the infrared light source 22 and the infrared sensor element 23 are arranged in the gas introduction space S, and the infrared sensor element is passed from the infrared light source 22 through the plurality of reflecting mirrors 27. An infrared light path L reaching 23 is formed in the gas introduction space S.

また、このセンサ装置10においては、ハウジング11の他端側空間が当該空間内に例えば樹脂材料30が充填されて気密に封止されている。   In the sensor device 10, the other end side space of the housing 11 is hermetically sealed by filling the space with, for example, a resin material 30.

以下、本発明に係るセンサ装置10の一構成例を示す。
ハウジング11は、例えば内径が20mm、外径が23mm、肉厚が1.5mm、全長が20mmのものであり、回路基板21の、ハウジング11の中心軸Cに対する径方向偏位量dが約6mm、ガス導入空間Sの内容積の大きさが約2000mm3 である。
赤外線光源22は、例えば定格電圧値が5V、定格電流値が0.115A、ランプ高さが3.3mmのランプであり、赤外センサ素子23は、例えば高さが4.8mm、外径がφ9.2mmであるものであり、赤外線光源22と赤外センサ素子23との離間距離(中心間距離l)が例えば約7mm、赤外線光路Lの光路長が例えば約65mm(光路部分L1が12mm、光路部分L2が15mm、光路部分L3が16mm、光路部分L4が12mm、光路部分L5が10mm)である。
Hereinafter, a configuration example of the sensor device 10 according to the present invention will be shown.
The housing 11 has, for example, an inner diameter of 20 mm, an outer diameter of 23 mm, a wall thickness of 1.5 mm, and a total length of 20 mm. The radial deviation d of the circuit board 21 with respect to the central axis C of the housing 11 is about 6 mm. The size of the internal volume of the gas introduction space S is about 2000 mm 3 .
The infrared light source 22 is, for example, a lamp having a rated voltage value of 5 V, a rated current value of 0.115 A, and a lamp height of 3.3 mm. The infrared sensor element 23 has a height of, for example, 4.8 mm and an outer diameter. The distance between the infrared light source 22 and the infrared sensor element 23 (center distance 1) is, for example, about 7 mm, the optical path length of the infrared optical path L is, for example, about 65 mm (the optical path portion L1 is 12 mm, The optical path portion L2 is 15 mm, the optical path portion L3 is 16 mm, the optical path portion L4 is 12 mm, and the optical path portion L5 is 10 mm).

上記のような構成のセンサ装置10をガス検知部として備えた赤外線式ガス検知器においては、赤外線光源22が所定の周期で点滅駆動されてこの赤外線光源22から放射され、光放射方向制御部材25によってその放射方向が制御されて一方向に定められた赤外線が複数の反射鏡27によって赤外センサ素子23に入射される一方で、被検ガスが例えば自然拡散によりガス導入空間S内に導入される。そして、被検ガス中に含まれる検知対象ガスによる赤外線の吸収に伴う赤外線光量の減衰の程度に応じて、検知対象ガスの濃度が検出される。   In the infrared type gas detector provided with the sensor device 10 having the above-described configuration as a gas detection unit, the infrared light source 22 is driven to blink at a predetermined cycle and is emitted from the infrared light source 22, and the light emission direction control member 25. The radiation direction is controlled by, and infrared rays set in one direction are incident on the infrared sensor element 23 by the plurality of reflecting mirrors 27, while the test gas is introduced into the gas introduction space S by natural diffusion, for example. The And the density | concentration of detection target gas is detected according to the extent of attenuation | damping of the infrared light quantity accompanying absorption of the infrared rays by detection target gas contained in test gas.

而して、この赤外線式ガス検知器によれば、ガス検知部を構成するセンサ装置10のハウジング11の内表面に複数の反射鏡27が特定の配置条件を満足する状態で設けられており、しかも赤外線光源22に、当該赤外線光源22からの赤外線の放射方向を制御するための光放射方向制御部材25が設けられていることから、ガス検知に必要な十分な大きさの光路長を有する赤外線光路Lが、ガス導入空間Sを有効に利用した状態で形成され、かつ赤外線光源22からの赤外線を高い効率で利用することができると共に、赤外センサ素子23のセンサ面23Aに対して最も感度が大きくなる状態、すなわち垂直に赤外線が入射されることとなることから、当該赤外線光源22から放射される赤外線が高い効率で利用されることとなるため、ガス検知を高い感度で行うことができ、その結果、所期のガス検知を高い信頼性をもって行うことができ、その上、赤外線光源22および赤外センサ素子23が同一の回路基板21の同一面上に配設されてコンパクトにまとめられているので、センサ装置10を小型のものとして構成することができる結果、当該センサ装置10を備えた赤外線式ガス検知器全体の小型化を図ることができる。   Thus, according to this infrared gas detector, the plurality of reflecting mirrors 27 are provided on the inner surface of the housing 11 of the sensor device 10 constituting the gas detector in a state satisfying a specific arrangement condition. In addition, since the infrared light source 22 is provided with the light emission direction control member 25 for controlling the infrared radiation direction from the infrared light source 22, the infrared light having a sufficiently large optical path length necessary for gas detection. The optical path L is formed in a state where the gas introduction space S is effectively used, and the infrared light from the infrared light source 22 can be used with high efficiency, and is most sensitive to the sensor surface 23A of the infrared sensor element 23. Since the infrared rays are incident vertically, that is, the infrared rays emitted from the infrared light source 22 are used with high efficiency. Detection can be performed with high sensitivity, and as a result, desired gas detection can be performed with high reliability. In addition, the infrared light source 22 and the infrared sensor element 23 are on the same surface of the same circuit board 21. Since the sensor device 10 can be configured to be small, the entire infrared gas detector including the sensor device 10 can be downsized.

また、赤外線光源22および赤外センサ素子23が同一の回路基板21の同一面上に形成されていると共に、当該回路基板21がハウジング11の軸方向に沿って伸びるよう配設されて当該ハウジング11の中心軸Cに平行な状態とされていることにより、赤外線光源22および赤外センサ素子23が所定の位置関係で実装された回路基板21をハウジング11内に配設することによってハウジング11の内表面に配設された複数の反射鏡27に対する赤外線光源22および赤外センサ素子23の位置関係が適正な状態に固定されるので、赤外線式ガス検知器を容易に製造することができる。   The infrared light source 22 and the infrared sensor element 23 are formed on the same surface of the same circuit board 21, and the circuit board 21 is disposed so as to extend along the axial direction of the housing 11. The circuit board 21 on which the infrared light source 22 and the infrared sensor element 23 are mounted in a predetermined positional relationship is disposed in the housing 11 by being in a state parallel to the central axis C of the housing 11. Since the positional relationship between the infrared light source 22 and the infrared sensor element 23 with respect to the plurality of reflecting mirrors 27 disposed on the surface is fixed in an appropriate state, the infrared gas detector can be easily manufactured.

また、ハウジング11が円筒形態であることにより、複数の反射鏡27による反射構造が設計しやすく、センサ装置10を小型のものとして構成することができることから、赤外線式ガス検知器の小型化を容易に図ることができる。   In addition, since the housing 11 has a cylindrical shape, it is easy to design a reflecting structure by the plurality of reflecting mirrors 27, and the sensor device 10 can be configured as a small one. Therefore, the infrared gas detector can be easily downsized. Can be aimed at.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、ハウジングの形状は、ハウジングの内表面に複数の反射鏡を配設することのできるものであればよく、円筒形態に限定されない。
また、本発明の赤外線式ガス検知器に係る検知対象ガスは、赤外線吸収特性を有するものであれば特に限定されるものではなく、赤外線光路の光路長の大きさやその他の具体的な構成は、検知対象ガスの種類に応じて適宜に変更することができる。
また、光放射方向制御部材は、光出射開口がルーバーよりなるものであってもよい。
さらに、センサ装置それ自体に高い気密性が要求されない場合には、仕切り板が設けられた構成とされている必要はない。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various change can be added.
For example, the shape of the housing is not limited to a cylindrical shape as long as a plurality of reflecting mirrors can be disposed on the inner surface of the housing.
Further, the detection target gas according to the infrared gas detector of the present invention is not particularly limited as long as it has infrared absorption characteristics, and the size of the optical path length of the infrared optical path and other specific configurations are as follows: It can change suitably according to the kind of detection object gas.
The light emission direction control member may have a light exit opening made of a louver.
Furthermore, when high airtightness is not required for the sensor device itself, it is not necessary to have a configuration in which a partition plate is provided.

本発明の赤外線式ガス検知器のガス検知部を構成するセンサ装置の一構成例における、ハウジングの中心軸を含む軸方向に平行な断面を概略的に示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows roughly the cross section parallel to the axial direction containing the central axis of a housing in one structural example of the sensor apparatus which comprises the gas detection part of the infrared type gas detector of this invention. 図1に示すA−A断面を拡大して90°回転させた状態で示す断面図である。It is sectional drawing shown in the state which expanded the AA cross section shown in FIG. 1, and rotated 90 degrees. 図1に示すセンサ装置を軸方向から見たときの、センサ装置の構成を示す一端側側面図である。It is a one end side view which shows the structure of a sensor apparatus when the sensor apparatus shown in FIG. 1 is seen from an axial direction.

符号の説明Explanation of symbols

10 センサ装置
11 ハウジング
12 仕切り板
13 シール部材
15 閉塞部材
15A ガス導入用開口部
16 円板素子
21 回路基板
22 赤外線光源
23 赤外センサ素子
23A センサ面
25 光放射方向制御部材
25A 光出射開口
27、27A、27B、27C、27D 反射鏡
28 反射面
30 樹脂材料
L 赤外線光路
S ガス導入空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor apparatus 11 Housing 12 Partition plate 13 Seal member 15 Closure member 15A Gas introduction opening 16 Disc element 21 Circuit board 22 Infrared light source 23 Infrared sensor element 23A Sensor surface 25 Light emission direction control member 25A Light emission opening 27, 27A, 27B, 27C, 27D Reflector 28 Reflecting surface 30 Resin material L Infrared light path S Gas introduction space

Claims (3)

赤外線光源からの赤外線を反射して赤外センサ素子に入射させる反射型のセンサ装置を備えた赤外線式ガス検知器であって、
前記センサ装置は、内部に被検ガスが導入されるガス導入空間を有する円筒形態のハウジングを備え、当該ガス導入空間内にはハウジングの中心軸に対して径方向に偏位した位置において平板状基板がハウジングの軸方向に沿って伸びるよう配設され、この平板状基板のハウジングの中心軸を臨む一面上に赤外線光源および赤外センサ素子が並んだ位置に固定された状態で配設され、赤外線光源には、当該赤外線光源からの赤外線が一方向のみに放射されるよう制御するための光放射方向制御部材が設けられており、
前記ガス導入空間における前記回路基板の赤外線光源および赤外センサ素子が配設された一面に対向する領域には、赤外線光源からの赤外線を反射することによって赤外センサ素子に入射させるための複数の反射鏡がハウジングの内表面に沿って配設されており、
当該複数の反射鏡の各々に入射される赤外線の入射角が45°未満であり、かつ赤外センサ素子に入射される赤外線の入射角が0°±20°であることを特徴とする赤外線式ガス検知器。
An infrared gas detector provided with a reflective sensor device that reflects infrared light from an infrared light source and makes it incident on an infrared sensor element,
The sensor device includes a cylindrical housing having a gas introduction space into which a test gas is introduced. The sensor device has a flat plate shape at a position radially deviated from the central axis of the housing. The substrate is disposed so as to extend along the axial direction of the housing, and is disposed in a state where the infrared light source and the infrared sensor element are fixed in a line on the one surface facing the central axis of the housing of the flat substrate , The infrared light source is provided with a light emission direction control member for controlling the infrared light from the infrared light source to be emitted in only one direction,
In the gas introduction space, a region facing the one surface on which the infrared light source and the infrared sensor element of the circuit board are disposed has a plurality of light incident on the infrared sensor element by reflecting infrared light from the infrared light source. A reflector is disposed along the inner surface of the housing;
The plurality of the incident angle of the infrared radiation incident on each less than 45 ° of the reflecting mirror, and infrared, wherein the angle of incidence of infrared rays incident on the infrared sensor element is 0 ° ± 20 ° Gas detector.
複数の反射鏡の各々が、一の反射鏡によって反射された赤外線が周方向において隣接する反射鏡以外の反射鏡に入射するよう配設されていることを特徴とする請求項1に記載の赤外線式ガス検知器。   2. The infrared ray according to claim 1, wherein each of the plurality of reflection mirrors is arranged so that the infrared ray reflected by one reflection mirror is incident on a reflection mirror other than the reflection mirror adjacent in the circumferential direction. Gas detector. 赤外線光源からの赤外線が複数の反射鏡を順次に介して赤外センサ素子に至るまでの赤外線光路を構成する複数の直線状の光路部分のうちの一の光路部分が他の光路部分と交差する交差点が、1ヶ所以上あることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の赤外線式ガス検知器。 One optical path portion of a plurality of linear optical path portions constituting an infrared optical path from the infrared light source to the infrared sensor element through the plurality of reflecting mirrors sequentially passes through the other optical path portions. The infrared gas detector according to claim 1 or 2, wherein there are one or more intersections .
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