JPH0220938B2

JPH0220938B2 -

Info

Publication number: JPH0220938B2
Application number: JP4299284A
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: 1984-03-08
Filing date: 1984-03-08
Publication date: 1990-05-11
Also published as: JPS60187845A

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
のエタ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。

エタンガスはLNGやLPGに含まれるガスで、
これらは燃料用ガスとして、又、石油化学での有
用なガスとして利用されるガスで、これらのガス
を取扱う場合は、その漏洩に充分注意しないと重
大な事故―工場爆発や人身事故―を起しかねな
い。実際に、タンカーなどでのガス爆発や火災事
故は毎年発生している。このためにはメタンやプ
ロパンの有用な漏洩検知、警報器の開発が望ま
れ、我々は既に特許出願した（特願昭58−205993
プロパンガス濃度の測定方法およびその装置、特
願昭57−166836、特願昭58−86770、特願昭58−
136727メタンガス濃度の測定法と装置に関する特
許出願）。今回、さらにメタンやプロパンガスに
とどまらずエタンガスも独立に検知、警報できる
ならばさらに安全性は高まるとの認識からエタン
ガスの検知方法とその装置について検討し、以下
に述べる方法、装置が有効であることを確かめ
た。

なお、上述のガス検知を考えた場合、可燃性、
爆発性のガスであるため、その検知方式としては
着火源をもたない本質的な防爆構造、方式であつ
て、かつ集中監視室からの遠隔測定が確実に実施
できることが望まれる。

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、エタンガスの漏出を確実に、迅速
に検知して警報を発することにより、エタンガス
のみならず、エタンガスを含むナチユラルガスな
どの漏出がわかり、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エタ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エタンガス濃
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。
一方エタンガスは前記の1.0〜1.8μｍの波長帯内
においては、1.64〜1.71μｍ帯のブロードな波長
帯域において特性吸収帯がある。更に上記のエタ
ンガスの特性吸収内において水蒸気（H₂O）お
よび炭酸ガス（CO₂）による光の吸収がほとんど
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、エタンガスの特性吸
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エタン
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
送損失は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
るエタ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図は本発明の対象となるエタンガスの特性
吸収を示す図で、圧力が760Torr、測定セルの長
さが50cm、分解能が３Å以下の分光器で得られた
測定結果である。エタンガスの特性吸収波長帯は
大きくみると、1.64〜1.71μｍのブロードな１つ
の波長域とみなされるが、同図に示されるように
個々の波長において、それぞれの吸収を示し、そ
れが重なりあつて特性吸収波長帯の形成されてい
ることがわかる。この特性吸収波長帯は発光源の
関係から1.71μｍまでしか測定していないが、こ
の図から1.71μｍ以上も存在し、そして1.75μｍ程
度まで存在することが推定される。しかし、本発
明では測定により明らかとなつた1.71μｍまでを
特性吸収波長帯として扱うこととする。

第３図は同波長帯付近のメタンガスの特性吸収
波長帯を、また、第４図は同波長帯近傍のプロパ
ンガスの特性吸収波長帯を示す。メタンガスは
60Torr、セル長0.5ｍのとき、また、第４図のプ
ロパンガスは200Torr、セル長0.5ｍのとき得ら
れたものであるが、その波長帯はメタンガスでは
1.666μｍを中心とした1.664〜1.669μｍのシヤープ
な波長帯であつて、エタンガスによる特性波長帯
に含まれていること、またプロパンガスでは
1.668〜1.72μｍに特性吸収波長帯があつてエタン
ガスのそれと重なることがわかる。これらを参照
すると、エタンガスが単独に存在し、その漏洩検
知をする場合には第２図の特性吸収波長帯がすべ
て選べるが、メタンガス、プロパンガスと混在す
る場合は1.64〜1.66μｍの特性吸収波長帯を利用
すれば混在するメタンガス、プロパンガスの影響
を受けることなくエタンガス濃度の検知ができる
ことがわかる。すなわち、エタンガスの濃度を吸
光光度法によつて測定する場合にはエタンガスの
特性吸収波長帯の中から少なくとも１つの波長を
中心波長とする狭い帯域の波長帯を選び、これを
測定光とし、これらの光がエタンガスの存在する
測定セル（吸収セル）中を通過した際にどの程度
吸収されるかを測定し、この吸収率からエタンガ
ス濃度を検知することができるのである。ここ
で、狭い波長帯である測定光は例えば帯域透過フ
イルターやプリズム等によつて選択され、例え
ば、1.645〜1.650μｍの光となる。

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エタンガスの濃度を吸光光度
法によつて測定する場合、参照波長（参照光）と
して通常エタンガス、そして共存するメタンガス
やプロパンガスの特性吸収波長帯以外の波長帯で
ある、例えば1.60〜1.64μｍ帯が選ばれる。つま
りエタ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。しかもH₂O
（水蒸気）やCO₂（炭酸ガス）の存在も懸念される
ので、これらの影響（吸収）をほとんど受けない
波長帯を参照波長として選ぶ。参照波長も測定波
長と同様に１つ又は複数の波長を中心波長とする
狭い波長帯が選ばれる。

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エタン
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エタンガスの濃
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
る誤差やエタ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エタンガスの検出も
可能になるのである。

第５図および第１２図は、H₂Oの吸収波長特
性曲線を示すものである。これらの図より明らか
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4.0〜4.6μｍ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図に示したエタンガスの特性吸収波長
帯、そして第３図、第４図に示した共存する可能
性の高いメタンガス、プロパンガスの特性吸収波
長帯を除いてエタンガスの特性吸収波長帯を利用
すれば、遠隔地にあるエタンガスの濃度を共存す
る上述ガスやH₂O（水蒸気、水分）、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エタンガス濃
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用いられ
る光源、すなわちエタ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
でエタ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、エタンガス濃
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いられてい
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、エタ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６図は中心波長が1.6475μｍ、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、破線はエタンガスが光路長50cmの測定セル
内に760Torrの圧力で含まれている場合を表わ
し、実線はエタ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エタンガス
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。

続いて本発明のエタンガス濃度の測定装置の各
実施例を説明する。第７図は、本発明のエタンガ
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）すなわち第
１の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。しかし被検知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すなわち第２の光フアイ
バーよりなる光伝送路、７は光伝送路５により伝
送された光結合器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1.6475μｍ、第２の帯域透過
フイルター１４の中心波長は1.675μｍ（逆に第１
の帯域透過フイルター９の中心波長が1.675μｍで
第２の帯域透過フイルター１４の中心波長が
1.6475μｍでもよい）つまりエタンガスの特性吸
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、エ
タンガスの特性吸収波長以外の波長（参照波長）
で例えば1.610μｍ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。
１９，２０，２１は増幅器、２２は各光検出器１
６，１７，１８よりの電気信号で夫々増幅器１
９，２０，２１にて増幅された信号をもとにして
被検知ガスの吸光比更に被検知ガスの濃度を求め
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により伝送された測定セル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1.6475μｍ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1.675μｍ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1.610μｍ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1.6475μｍと参照波長
1.610μｍでのエタンガスの吸光比A₁が求められ
る。これと予め標準のエタンガスをもとにして求
められた吸光比A₀とエタンガス濃度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
体中のエタ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よりの電気信号
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1.675μｍと参照波長1.610μｍと
の比から波長1.675μｍでの吸光比A₂が求められ、
これをもとに演算によつてエタンガス濃度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エタ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、測定地点でのエタ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
内にはエタンガス以外のガス例えばプロパンガス
や他の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９，１４，１５、光検出器１６，１
７，１８、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。

ビームスプリツター７以降の光、電気系統に異
常が認められない場合はエタンガスと混在しやす
いプロパンガスでの光吸収による２測定波長での
ガス濃度の相違が生じたものと考えられ、第２
図、第４図の比較から測定波長1.675μｍでのガス
濃度検知においてプロパンガスの影響が表われて
いるものと推定される。このことから、1.6475μ
ｍの測定波長におけるガス濃度を正しいものと考
え、1.675μｍでは（エタンガス＋プロパンガス）
の混合ガスの濃度と考えてプロパンガス濃度を求
めることも可能となる。

第８図は、本発明のエタ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２
５，２６，２７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９，１５，
１４を透過して第１、第３、第２の光検出器１
６，１８，１７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演算処理
装置２２へ入力される点で第１の実施例と相違し
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
の符号を付して図示した。

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
地点での被検知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９図は、本発明のエタ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、演算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、この演算処理装置２
２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３
１に配置してこれらフイルタを透過する測定波
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を通つて光伝送器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１６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より演算処理
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
算により被検知ガス濃度を求める。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１０図は、本発明のエタ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
エタンガスの特性吸収波長帯内の波長である
1.647μｍ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、エタンガス特性吸収
波長以外の波長である1.610μｍ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
の出力信号を信号処理装置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
て演算し被検知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。

こ第４の実施例において第１、第２の発光源１
ａ，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
ることなしにエタ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1.68μｍを中心波長とする発光ダイオードと
1.60μｍ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）エタ
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１１図は本発明のエタ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、遠隔の地で被検知ガス濃度を測定す
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、分光波器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１１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１１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エタンガス濃度の測
定方法によれば、エタ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
波長帯を選択してエタ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、被検知ガ
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図はエタンガスの特
性吸収波長帯を示す図、，第３図はメタンガス、
第４図はプロパンガスの各々1.64μｍ以上での特
性吸収波長帯を示す図、第５図は1.3μｍ帯におけ
るH₂Oの吸収波長特性を示す図、第６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７図乃至第１１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、第１２図は1.1〜1.7μｍ帯における
H₂Oの特性吸収を示す図である。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の帯域透帯域透過フイルター、１
６…第１の光検出器、１７…第２の光検出器、１
８…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，
２６，２７…光結合器、２８…チヨツパー、２
９，３０…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、エタンガスの特性
吸収波長帯である1.64〜1.71μｍ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
波長を中心波長とした光を参照光とし、前記測定
光と前記参照光を前記光検出器にて検出して、そ
の強度比を求めることによつて濃度を測定するこ
とを特徴とするエタンガス濃度の測定方法。２エタンガスの特性吸収波長帯である1.64〜
1.71μｍ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第２の光フアイバ
ーと、該第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、該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、該光検出器で検
出された測定光の電気信号と参照光の電気信号と
の比を演算してエタンガス濃度を求めるための演
算処理装置とを備えたエタンガス濃度の測定装
置。３発光源からの光を光分波器に入射し、該入射
した光の全量を伝送損失の小さい第１の光フアイ
バーおよび光合波器を順次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、第２の光フアイバーから前記の光合波器、第
１の光フアイバーおよび光分波器を逆送して光検
出器にて検出し、吸光光度法にて濃度を検出する
方法で、エタンガスの特性吸収波長帯である1.64
〜1.71μｍ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前記
光検出器にて検出して、その強度比を求めること
によつて濃度を測定することを特徴とするエタン
ガス濃度の測定方法。４エタンガスの特性吸収波長帯である1.64〜
1.71μｍ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
い第１の光フアイバーの一端に出射する光分波器
と、前記第１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、該測定セルから
の光を伝送する他端が前記光合波器に接続された
伝送損失の小さい第２の光フアイバーと、前記測
定セルより前記の第２の光フアイバー、光合波
器、第１の光フアイバーおよび光分波器と逆送さ
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、該分光器にて
分光された測定光と参照光を検出する光検出器
と、該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エタンガス濃
度を求めるための演算処理装置とを備えたエタン
ガス濃度の測定装置。５エタンガスの特性吸収波長帯である1.64〜
1.71ｍ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、該第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、該光検出器で
交互に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エタンガス濃度を求める
ための演算処理装置とを備えたエタンガス濃度の
測定装置。６エタンガスの特性吸収波長帯である1.64〜
1.71μｍ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からなる発光源と、該発光
源からの光が入射し、全量伝送損失の小さい第１
の光フアイバーの一端に出射する光分波器と、該
第１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、該測定セルからの光を伝
送する他端が前記光合波器に接続された伝送損失
の小さい第２の光フアイバーと、前記測定セルよ
り前記の第２の光フアイバー、光合波器、第１の
光フアイバーおよび光分波器と逆送された前記測
定光と前記参照光との強度を検出する光検出器
と、該光検出器で交互に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エタン
ガス濃度を求めるための演算処理装置とを備えた
エタンガス濃度の測定装置。