特表 2023-520375 地面から離れた大気中に存在する少なくとも２種類の気体の含有量を表すデータを測定するドローン及び関連する測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-17

(54)【発明の名称】地面から離れた大気中に存在する少なくとも２種類の気体の含有量を表すデータを測定するドローン及び関連する測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3504 20140101AFI20230510BHJP

   G01N 21/33 20060101ALI20230510BHJP

【ＦＩ】

G01N21/3504

G01N21/33

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022558440

(86)(22)【出願日】2021-03-25

(85)【翻訳文提出日】2022-10-13

(86)【国際出願番号】 EP2021057765

(87)【国際公開番号】W WO2021191360

(87)【国際公開日】2021-09-30

(31)【優先権主張番号】2003027

(32)【優先日】2020-03-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522232558

【氏名又は名称】トタルエナジーズ ワンテク

【氏名又は名称原語表記】ＴＯＴＡＬＥＮＥＲＧＩＥＳ ＯＮＥＴＥＣＨ

(71)【出願人】

【識別番号】595040744

【氏名又は名称】サントル・ナショナル・ドゥ・ラ・ルシェルシュ・シャンティフィク

【氏名又は名称原語表記】ＣＥＮＴＲＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＤＥ ＬＡ ＲＥＣＨＥＲＣＨＥ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＱＵＥ

(71)【出願人】

【識別番号】514005766

【氏名又は名称】ユニヴェルシテ ドゥ ランス シャンパーニュ アルデンヌ

【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ ＤＥ ＲＥＩＭＳ ＣＨＡＭＰＡＧＮＥ ＡＲＤＥＮＮＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100080447

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 恵一

(72)【発明者】

【氏名】ドナ，リュドヴィック

(72)【発明者】

【氏名】モヌリ，アベル

(72)【発明者】

【氏名】ジョリ，リリアン

(72)【発明者】

【氏名】デカルパントゥリ，トマ

(72)【発明者】

【氏名】ビュルガラ，ジェレミ

(72)【発明者】

【氏名】ショーヴァン，ニコラ

(72)【発明者】

【氏名】アルボラ，グレゴリ

(72)【発明者】

【氏名】デュメリ，ニコラ

(72)【発明者】

【氏名】クーザン，ジュリアン

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB02

2G059EE01

2G059GG01

2G059HH01

2G059HH03

2G059KK01

(57)【要約】

前記ドローン（１０）は、大気へと開放する少なくとも１つの測定セルを含む、代表データを測定するセンサ（４０）と、測定セル内に検出対象の第一の気体に特徴的な第一の波長の第一のレーザビームを注入できる少なくとも１つの第一のレーザ源及び測定セル内に検出対象の第二の気体に特徴的な第二の波長の第二のレーザビームを注入できる第二のレーザ源と、を含む。測定センサ（４０）は、２つのレーザ源に共通の検出器を含み、これは、測定セルへの第一のレーザビームの注入の結果である測定セルからの第一の測定信号と測定セルへの第二のレーザビームの注入の結果である測定セルからの第二の測定信号を取得できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

地面から離れた大気中に存在する少なくとも２種類の気体の量を表すデータを測定するドローン（１０）において、
－シャーシ（１２）と、
－前記シャーシ（１２）が地面から離れた大気中を移動することを可能にできる少なくとも１つの推進装置（２８）と、
－前記代表データを測定する少なくとも１つのセンサ（４０）であって、前記シャーシ（１２）により担持される少なくとも１つのセンサ（４０）と、
－前記代表データを測定する前記センサ（４０）を制御する制御システム（１８）であって、前記シャーシ（１２）により担持される制御システム（１８）と、
を含み、
前記代表データを測定する前記センサ（４０）は、大気中に存在する少なくとも２種類の気体の量を表すデータを測定でき、前記代表データを測定する前記センサ（４０）は、大気へと開放する少なくとも１つの測定セル（５０）と、前記又は各測定セル（５０）について、前記測定セル（５０）内に検出対象の第一の気体に特徴的な第一の波長の第一のレーザビームを注入できる少なくとも１つの第一のレーザ源（５２）と、前記測定セル（５０）内に検出対象の第二の気体に特徴的な第二の波長の第二のレーザビームを注入できる第二のレーザ源（５４）と、を含み、前記代表データを測定する前記センサ（４０）は、前記２つのレーザ源（５２、５４）に共通の検出器（５６）を含み、前記検出器は、前記測定セル（５０）から発せられた、前記測定セル（５０）への前記第一のレーザビームの注入の結果である第一の測定信号と、前記測定セル（５０）から発せられた、前記測定セル（５０）への前記第二のレーザビームの注入の結果である第二の測定信号を検出できることを特徴とするドローン（１０）。

【請求項2】

前記制御システム（１８）は、前記測定セル（５０）への前記第一のレーザビーム及び、その後の前記測定セル（５０）への前記第二のレーザビームの逐次的で連続する注入を行うことができ、それぞれ、前記第一のレーザビームが前記測定セル（５０）に注入されるときには前記第二のレーザビームを前記測定セル（５０）に注入せず、前記第二のレーザビームが前記測定セル（５０）に注入されるときには前記第一のレーザビームを前記測定セル（５０）に注入しない、請求項１に記載のドローン（１０）。

【請求項3】

前記制御システム（１８）は、前記逐次的で連続する注入を行うために、前記第一のレーザ源（５２）と前記第二のレーザ源（５４）を選択的且つ逐次的に作動させることができる、請求項２に記載のドローン（１０）。

【請求項4】

前記測定セル（５０）は、対向して相互に離間されるように位置付けられ、それらの間に測定キャビティ（６６）を画定する２つのミラー（６４Ａ、６４Ｂ）と、前記２つのミラー（６４Ａ、６４Ｂ）をそれぞれ担持する２つのホルダ（６０）と、を含み、前記レーザ源（５２、５４）と前記検出器（５６）はホルダ（６０）の前記測定キャビティ（６６）とは反対側に結合される、請求項１～３のいずれか１つに記載のドローン（１０）。

【請求項5】

前記第一のレーザ源（５２）と前記第二のレーザ源（５４）は、前記測定キャビティ（６６）の中に１ｍｍより大きい、特に３ｍｍ～６ｍｍの幅のレーザビームを注入することができる、請求項１～４のいずれか１つに記載のドローン（１０）。

【請求項6】

前記第一のレーザ源（５２）、前記第二のレーザ源（５４）、及び前記検出器（５６）の中の少なくとも１つの要素は、前記推進装置（２８）が作動されたときに、前記推進装置（２８）により生成される気流により掃引される金属熱交換プレート（５８）を備える、請求項１～５のいずれか１つに記載のドローン（１０）。

【請求項7】

前記制御システム（１８）は、ケーシング（９６）と、少なくとも１つの金属熱交換プレート及び好ましくは一連の金属板を含む少なくとも１つの熱交換器（９４）と、を含み、前記又は各金属熱交換プレートは前記ケーシング（９６）から突出し、前記推進装置（２８）が作動されたときに、前記推進装置（２８）により生成される気流により掃引される、請求項１～６のいずれか１つに記載のドローン（１０）。

【請求項8】

前記測定セル（５０）内に設置された温度測定センサ（４４）及び圧力測定センサ（４６）を含む、請求項１～７のいずれか１つに記載のドローン（１０）。

【請求項9】

前記シャーシ（１２）により担持される高度測定センサ（４８）を含む、請求項１～８のいずれか１つに記載のドローン（１０）。

【請求項10】

前記シャーシ（１２）は、開口フレーム構造を形成する複数の部材（２２）を含み、前記シャーシ（１２）の第一の領域（２４）は前記制御システム（１８）を保持し、前記シャーシ（１２）の第二の領域であって、前記シャーシ（１２）の前記第一の領域から離れた位置にある第二の領域は前記測定セル（５０）を保持し、前記部材（２２）は有利な態様としてポリマ、特にポリエーテルエーテルケトンで製作される、請求項１～９のいずれか１つに記載のドローン（１０）。

【請求項11】

前記シャーシ（１２）と前記測定セル（５０）との間に取り付けられたダンパ（４２）を含み、前記ダンパ（４２）は特にスプリングワイヤから形成される、請求項１～１０のいずれか１つに記載のドローン（１０）。

【請求項12】

データを伝送するシステム（２０）を保持し、前記システムは前記シャーシ（１２）により担持され、前記検出器（５６）により検出された前記代表データは、前記伝送システム（２０）により伝送可能である、請求項１～１１のいずれか１つに記載のドローン（１０）。

【請求項13】

前記検出器（５６）により収集された代表データを保存するメモリと、前記シャーシ（１２）内に配置され、前記検出器（５６）により何れの時点で収集された前記代表データでも、様々な時点で少なくとも２種類の気体の量を計算することを目的として処理できる機上搭載計算ユニット（１００）と、を含み、前記データ伝送システムは前記計算ユニット（１００）により計算された前記量の数値を伝送できる、請求項１２に記載のドローン（１０）。

【請求項14】

総質量は１０ｋｇ未満、特に８ｋｇ未満である、請求項１～１３のいずれか１つに記載のドローン（１０）。

【請求項15】

前記共通の検出器（５６）は、前記第一のレーザ源（５２）により発せられる前記ビームの前記波長と前記第二のレーザ源（５４）により発せられる前記ビームの前記波長の両方を感知できる単一の検出装置を含み、前記共通の検出器（５６）は単一のコンポーネントで形成される、請求項１～１４のいずれか１つに記載のドローン（１０）。

【請求項16】

前記測定セル（５０）は直接レーザ吸収分光測定セルである、請求項１～１５のいずれか１つに記載のドローン（１０）。

【請求項17】

地面から離れた大気中に存在する少なくとも２種類の気体の量を表すデータを測定する方法であって、
－地面から離れた大気中で請求項１～１６のいずれか１つに記載のドローン（１０）を飛ばすステップと、
－前記第一のレーザ源（５２）を使って、第一の気体を表す第一の波長の第一のレーザビームを前記測定セル（５０）内に注入するステップと、
－前記２つのレーザ源（５２、５４）に共通の前記検出器（５６）を使って、前記測定セル（５０）から発せられた、前記第一のレーザビームが前記測定セル（５０）内に注入された結果である第一の測定信号を検出するステップと、
－前記第二のレーザ源（５４）を使って、検出対象の第二の気体を表す第二の波長の第二のレーザビームを前記測定セル（５０）内に注入するステップと、
－前記２つのレーザ源（５２、５４）に共通の前記検出器（５６）を使って、前記測定セル（５０）内で測定された、前記第二のレーザビームが前記測定セル（５０）内に注入された結果である第二の信号を検出するステップと、
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、
－シャーシと、
－シャーシが地面から離れた大気中を移動することを可能にできる少なくとも１つの推進装置と、
－代表データを測定する少なくとも１つのセンサであって、シャーシにより担持される少なくとも１つのセンサと、
－代表データを測定するセンサを制御する制御システムであって、シャーシにより担持される制御システムと、
を含む、地面から離れた大気中に存在する少なくとも２種類の気体の量を表すデータを測定するドローンに関する。

【0002】

測定対象の気体は特に、メタン又は二酸化炭素等の温室効果ガスである。

【背景技術】

【0003】

環境保護への関心が、特に欧州における汚染排出物に対する法規制の強化に寄与してきた。

【0004】

それゆえ、石油又は化学産業内にある産業事業体は、ますます厳しさを増す環境上の制約に適応しなければならない。

【0005】

特に、温室効果ガスは、炭化水素の抽出、輸送、精製、及び貯蔵作業中に発せられる。これらの排出物は事業者により追跡され、定期的に削減策が適用される。

【0006】

特に、これらの温室効果ガスの発生源及びこれらの発生源から発せられる温室効果ガスの量を、それらが確実に制御され、それまでの改善状況を報告することを目的として、特徴付ける必要がある。

【0007】

しかしながら、温室効果ガスの発生源を特定し、拡散及び一時的な排出を定量化するために使用される技術は、依然として完全に満足できるものではない。

【0008】

特に、これらの排出物の測定はきわめて困難であり、なぜならこれらは多くの場合、流路を形成せず、ため池や湖又は到達不能な場所、例えば高所や測定対象ユニットの中心等に存在する可能性があるからである。

【0009】

したがって、十分な測定値を得るために、施設上での気体測定を何度も行う必要がある。

【0010】

そのようにするために、低い高度を飛行し、温室効果ガスを測定するためのセンサを備える飛行機を使用することが知られている。これらの飛行機は、測定値をとるために施設と対向して行ったり来たりする。

【0011】

しかしながら、このような飛行機には、それもまた温室効果ガスを排出するという大きな欠点がある。その運航費用も非常に高く、特定の施設の上で飛行機を飛ばすことには制約があり得る。

【0012】

この問題を緩和するために、ドローンを使用することが可能であるが、ドローンはこのような測定に関しては、全く満足できるものではない。

【0013】

具体的には、既存のドローンのレンジは本来、かなり限定的である。さらに、そのペイロードは小さく、それによって、特に数多くの測定を行うことを目的として機上に搭載できる器材の点数が限定される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

したがって、本発明の１つの目的は、その排出物が拡散し、一時的である気体の検出活動を実行するのに十分なレンジを有し、それと同時に所望の分析を実行するのに十分な測定能力を有する測定ドローンを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

このために、本発明の１つの主題は前述のようなドローンであり、これは、代表データを測定するセンサが大気中に存在する少なくとも２種類の気体の量を表すデータを測定でき、代表データを測定するセンサが、大気へと開放する少なくとも１つの測定セルと、その測定セルについて、又は各測定セルについて、少なくとも、測定セルの中に検出対象の第一の気体に特徴的な第一の波長の第一のレーザビームを注入できる少なくとも１つの第一のレーザ源及び測定セルの中に検出対象の第二の気体に特徴的な第二の波長の第二のレーザビームを注入する第二のレーザ源と、を含み、代表データを測定するセンサが２つのレーザ源に共通の検出器を含み、前記検出器が、測定セルから発せられる、測定セルへの第一のレーザビームの注入の結果である第一の測定信号と、測定セルから発せられる、測定セルへの第二のレーザビームの注入の結果である第二の測定信号を検出できることを特徴とする。

【0016】

本発明によるドローンは、下記の特徴の１つ又は複数を単独で、又は技術的に可能なあらゆる組合せを含み得る：
－制御システムは、測定セルへの第一のレーザビーム及び、その後の測定セルへの第二のレーザビームの逐次的で連続する注入を行うことができ、それぞれ、第一のレーザビームが測定セルに注入されるときには第二のレーザビームを測定セルに注入せず、第二のレーザビームが測定セルに注入されるときには第一のレーザビームを測定セルに注入しない；
－制御システムは、逐次的で連続する注入を行うために、第一のレーザ源と第二のレーザ源を選択的且つ逐次的に作動させることができる；
－測定セルは、対向して相互に離間されるように位置付けられ、それらの間に測定キャビティを画定する２つのミラーと、２つのミラーをそれぞれ担持する２つのホルダと、を含み、レーザ源と検出器はホルダの測定キャビティとは反対側に結合される；
－第一のレーザ源と第二のレーザ源は、測定キャビティの中に１ｍｍより大きい、特に３ｍｍ～６ｍｍの幅のレーザビームを注入することができる；
－第一のレーザ源、第二のレーザ源、及び検出器の中の少なくとも１つの要素は、推進装置が作動されたときに、推進装置により生成される気流により掃引される金属熱交換プレートを備える；
－制御システムは、ケーシングと、少なくとも１つの金属熱交換プレート及び好ましくは一連の金属板を含む少なくとも１つの熱交換器と、を含み、その、又は各金属熱交換プレートはケーシングから突出し、推進装置が作動されたときに、推進装置により生成される気流により掃引される；
－それは、測定セル内に設置された温度測定センサ及び圧力測定センサを含む；
－それは、シャーシにより担持される高度測定センサを含む；
－シャーシは、開口フレーム構造を形成する複数の部材を含み、シャーシの第一の領域は制御システムを保持し、シャーシの第二の領域であって、シャーシの第一の領域から離れた位置にある第二の領域は測定セルを保持し、部材は有利な態様としてポリマ、特にポリエーテルエーテルケトンで製作される；
－それは、シャーシと測定セルとの間に取り付けられたダンパを含み、ダンパは特にスプリングワイヤから形成される；
－それは、データを伝送するシステムを含み、前記システムはシャーシにより担持され、検出器により検出された代表データは、伝送システムにより伝送可能である；
－それは、検出器により収集された代表データを保存するメモリと、シャーシ内に配置され、検出器により何れの時点で収集された代表データでも、様々な時点で少なくとも２種類の気体の量を計算することを目的として処理できる機上搭載計算ユニットと、を含み、データ伝送システムは計算ユニットにより計算された量の数値を伝送できる；
－その総質量は１０ｋｇ未満、特に８ｋｇ未満である；
－測定キャビティは、第一のレーザ源及び第二のレーザ源により注入されたレーザビームを複数回反射するように構成される；
－第一のレーザ源と第二のレーザ源の各々のレーザコンポーネントはレーザダイオードからなる；
－測定セルは、その量が測定対象である気体と接触すると、測定キャビティ内のレーザ光の直接吸収を通じて動作するように構成される。

【0017】

本発明の他の主題は、地面から離れた大気中に存在する少なくとも２種類の気体の量を表すデータを測定する方法であり、これは：
－地面から離れた大気中で、上で定義したようなドローンを飛ばすステップと、
－第一のレーザ源を使って、第一の気体を表す第一の波長の第一のレーザビームを測定セル内に注入するステップと、
－２つのレーザ源に共通の検出器を使って、測定セルから発せられた、第一のレーザビームが測定セル内に注入された結果である第一の測定信号を検出するステップと、
－第二のレーザ源を使って、検出対象の第二の気体を表す第二の波長の第二のレーザビームを測定セル内に注入するステップと、
－２つのレーザ源に共通の検出器を使って、測定セル内で測定された、第二のレーザビームが測定セル内に注入された結果である第二の測定信号を検出するステップと、
を含む。

【0018】

本発明による測定方法は、下記の特徴を含み得る：
－制御システムは、測定セルへの第一のレーザビーム及び、その後の測定セルへの第二のレーザビームの逐次的で連続する注入を行い、それぞれ、第一のレーザビームが測定セルに注入されるときには第二のレーザビームを測定セルに注入せず、第二のレーザビームが測定セルに注入されるときには第一のレーザビームを測定セルに注入しない。

【0019】

本発明は、単に例として提供される以下の説明を下記のような添付の図面を参照しながら読めば、よりよく理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明による第一のドローンの斜視図である。

【図2】測定センサと、測定センサを制御する制御システムを担持する、ドローンのシャーシを上から見た図である。

【図3】図２に示される測定センサの正面図である。

【図4】第一のビームの注入中の測定セルの図である。

【図5】第二のビームの注入中の、図４と同様の図である。

【図6】第一のビームの注入中及びそれに続く第二のビームの注入中の検出かにより検出される信号の図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明による第一のドローン１０が図１～３に示されている。ドローン１０は特に、ドローン１０が移動している大気中に存在する少なくとも２種類の気体の量を計算できるようにするために代表データを測定できる。

【0022】

代表データは、産業施設、例えば石油関連施設、特に炭化水素を抽出、輸送、精製、又は貯蔵するための施設等と対向して測定される。

【0023】

その量が測定される気体は好ましくは、メタン及び二酸化炭素である。

【0024】

変形型において、その他の気体、例えば芳香族気体（特にベンゼン又はさらにはブタジエン）、エタン、又は一酸化炭素も測定可能である。より一般的に、測定される量は、揮発性有機化合物（すなわち、ＶＯＣｓ：ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）群のそれであり、これらの化合物のフットプリントの特定が目的とされる。

【0025】

気体は、それが例えば赤外線（特に７００ｎｍ～２μｍの波長）又は紫外線（特に、１０ｎｍ～３８０ｎｍの波長）における所定のスペクトルシグネチャを有していれば測定可能である。

【0026】

ドローン１０は、施設の上方及び周囲の大気中を、その施設の上方及び周囲の大気中の様々な点において少なくとも２種類の気体の量を表すデータの測定を行うことを目的として、移動することができる。

【0027】

図１に示されるように、ドローン１０は、シャーシ１２と、シャーシ１２が離陸して地面の上の大気中を飛行することによって移動できるようにすることが可能な推進アセンブリ１４を含む。

【0028】

ドローン１０は、測定アセンブリ１６と、測定アセンブリ１６を制御するための制御システム１８と、有利な態様として伝送システム２０をさらに含む。

【0029】

シャーシ１２はここでは、部材２２から形成される開口フレーム構造で形成される。図２に示される例では、フレーム構造は長方形である。これは長方形の辺に沿った部材２２と長方形の対角線に沿った部材２２を有する。

【0030】

部材２２は例えば、ドローン１０の重量を減らすために、ポリマで製作される。

【0031】

選択されるポリマは好ましくは、固体形態をとるポリマである。

【0032】

ポリマは例えば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ポリ（乳酸）、及びポリ（アクリロニトリルスチレンアクリレート）から選択される。

【0033】

図２に示されるように、フレーム構造の部材２２は制御システム１８を保持するための第一の領域２４と測定アセンブリ１６を保持するための第二の領域２６を画定し、後者の領域は第一の領域２４に関して横方向にずれている。

【0034】

図１に関して、推進アセンブリ１４は複数の推進装置２８を含み、これらはここでは、モータによって回転駆動されるプロペラである。

【0035】

推進アセンブリ１４は、ここではバッテリにより形成される電源３０と、大気中のドローン１０の位置を特定し、その移動を制御するためのシステム３２をさらに含む。

【0036】

この例では、ドローン１０はマルチロータロータリウィングドローンである。これは固定翼を持たず、その揚力は推進アセンブリ１４により生成される。

【0037】

ドローン１０は例えば、ロータリウィングクワドコプタ、特にＤＪＩが販売するＤＪＩ Ｍ２００である。

【0038】

推進アセンブリ１４はここでは、実質的に縦の軸の周囲で回転する複数のプロペラを含む。「実質的に縦の」とは、概して、プロペラの回転軸の垂直線に関する傾きが３０°未満であることを意味する。

【0039】

プロペラのモータにバッテリにより電力が供給されると、プロペラはそれらの軸の周囲で回転駆動され、下方気流を生成し、その一部がシャーシ１２の第一の領域２４及び第二の領域２６を掃引することができる。

【0040】

位置特定及び制御システム３２は位置センサ、特にＧＰＳ及び／又は慣性計測ユニットを含む。これはドローン１０の移動を、飛行前に記録され、システム３２にロードされた経路に沿って、又は遠隔的に、及びリモートコントロールを介して手動で制御できる制御ユニットをさらに含む。

【0041】

ドローン１０はそれゆえ、自動的に所定の経路を辿ることができ、又は代替的に、オペレータによる手動制御も可能である。

【0042】

測定アセンブリ１６は、少なくとも２種類の気体の量を表すデータを測定するセンサ４０を含み、これはシャーシ１２に、有利な態様としてダンパ４２を介して取り付けられる。これは、温度測定及び圧力測定センサ４４、４６と、有利な態様として高度センサ４８をさらに含む。

【0043】

図２～５に関して、代表データを測定するセンサ４０は、大気へと開放する測定セル５０と、第一の気体を検出できる第一のレーザ源５２と、第二の気体を検出することが意図される第二のレーザ源５４と、第一の気体及び第二の気体を検出できるようにする信号を受信することが意図される共通の検出器５６を含み、信号はそれぞれ第一のレーザ源５２及び第二のレーザ源５４により生成される。

【0044】

センサ４０は、それぞれ各レーザ源５２、５４上及び検出器５６上に取り付けられた熱交換プレート５８をさらに含む。

【0045】

測定セル５０はここで、同じ体積中の第一の気体及び第二の気体の量を表すデータを測定する単一セルである。

【0046】

測定セル５０は、２つの対向するホルダ６０Ａ、６０Ｂと、ホルダ６０Ａ、６０Ｂを結合する連結バー６２を含む。測定セル５０は、対向するミラー６４Ａ、６４Ｂをさらに含み、これらはそれぞれホルダ６０Ａ、６０Ｂにより担持され、ミラー６４Ａ、６４Ｂはそれらの間に測定キャビティ６６を画定する。

【0047】

この例では、ホルダ６０Ａ、６０Ｂは相互に平行に、測定キャビティ６６の長さ方向軸Ａ－Ａ’に垂直に取り付けられる。軸Ａ－Ａ’は好ましくは、ドローン１０が平坦水平ホルダ上に載っているときには水平である。

【0048】

ホルダ６０Ａ、６０Ｂはここで、角柱の形状と多角形、好ましくは正方形の外側輪郭を有する。

【0049】

連結バー６２は、ホルダ６０Ａ、６０Ｂ間の距離を設定する。この例では、連結バー６２はホルダ６０Ａ、６０Ｂの輪郭を画定する多角形の頂点間に延びる。前記連結バーは相互に平行に延び、それによって中間通過空間を画定する。

【0050】

したがって、測定キャビティ６６は少なくとも１方向に、好ましくは対向するホルダ６０Ａ、６０Ｂ間及び連結バー６２間の少なくとも２方向に開放する。

【0051】

ホルダ６０Ａ、６０Ｂ間で測定される測定キャビティ６６の長さは例えば、５０ｃｍ未満、特に５ｃｍ～３０ｃｍである。

【0052】

測定キャビティ６６の長さは、測定対象の気体について予想される量の範囲に合わせて調整される。例えば、測定キャビティ６６は、気体が微量である場合、及び／又は測定される波長でそれが有する応答が弱い場合、より長い。

【0053】

それに対して、測定対象の気体が比較的大量に存在する場合、又は測定波長でのその応答が強い場合には、測定キャビティ６６はより短い。

【0054】

ミラー６４Ａ、６４Ｂは各々、相互に対向して設置されることを目的として、それぞれ１つのホルダ６０Ａ、６０Ｂに取り付けられる。ミラー６４Ａ、６４Ｂは凹状であり、その凹面が相互に対向する。

【0055】

第一のホルダ６０Ａと第一のミラー６４Ａは、第一のレーザ源５２から発せられる第一のビームと第二のレーザ源５４から発せられる第二のビームがそれぞれ注入されるのを可能にするために、少なくとも２つの穴６８、７０を含む。

【0056】

第一のミラー６４Ａと対向する第二のミラー６４Ｂと、第二のホルダ６０Ｂは信号抽出穴７２を含み、これは検出器が測定キャビティ６６からの信号を受信できるようにするためのものである。

【0057】

第一のレーザ源５２と第二のレーザ源５４は、測定キャビティ６６の外側の第一のホルダ６０Ａの片面の、キャビティの長さ方向軸Ａ－Ａ’のそれぞれの側に取り付けられる。

【0058】

各レーザ源５２、５４は、レーザコンポーネント７４と、温度制御素子７６、例えば熱電素子を含む。

【0059】

第一のレーザ源５２のレーザコンポーネント７４は例えば、第一の波長λ１を中心とする第一のレーザビームを発出することができる。第二のレーザ源５４のレーザコンポーネント７４は、波長λ１とは異なる第二の波長λ２を中心とする第二のレーザビームを発出することができる。

【0060】

波長λ１、λ２は好ましくは、有利な態様としては少なくとも５ｎｍ、特に少なくとも１００ｎｍだけ分離されている。

【0061】

例えば、メタンを検出するために、第一のレーザ源５２は３２３０ｎｍ～３２５０ｎｍ、特に３２３８ｎｍ～３２４２ｎｍの間の波長λ１を中心波長とする第一のレーザビームを発出することができる。二酸化炭素を検出するために、第二のレーザ源５４は例えば、１９９０ｎｍ～２０２０ｎｍ、特に２０００ｎｍ～２００５ｎｍの間の波長λ２を中心波長とする第二のレーザビームを発出することができる。

【0062】

より一般的に、標的モジュールに関連する波長は、各標的モジュール分子の、及び何れかの干渉分子のスペクトルシグネチャに応じて選択される。選択される波長は、測定環境（圧力、温度、標的及び干渉分子の濃度等）に依存する。

【0063】

温度制御素子７６は、レーザ源５２、５４の温度を安定させることができる。

【0064】

図に示される例において、熱交換プレート５８は第一のレーザ源５２、第二のレーザ源５４、及び検出器５６の背後に、温度制御素子７６と熱接触するように取り付けられる。

【0065】

熱交換プレート５８は金属、例えばアルミニウムで製作される。これらは、プロペラの回転中に推進装置２８により生成される気流により掃引されることを目的として、レーザ源５２、５４に関して突出する。

【0066】

それゆえ、温度制御素子７６により伝えられる熱は熱交換プレート５８を用いて除去され、レーザ源５２、５４の、又は検出器５６の温度を制御するための追加のファンを設置する必要がない。これによって、ドローン１０が軽量化される。

【0067】

検出器５６は、第一のレーザ源５２と第二のレーザ源５４に共通である。これは、第一のレーザ源５２により発せられるビームの波長λ１と第二のレーザ源５４により発せられるビームの波長λ２を含む波長で測定キャビティ６６から抽出される信号の強度を検出することができる。

【0068】

それゆえ、測定された強度は、下記のベール－ランベルトの法則を使って入射光の強度に関連付けられ得る：
Ｉ＝Ｉ_０ ｅｘｐ（Ｌ．Ｎ．Ｋ）
式中、Ｉは測定された強度、Ｉ_０は入射光の強度、Ｌは測定セル５０を通る光路の長さ、Ｎは経路上の調査対象気体の分子数、及びＫはこの気体の吸光係数である。

【0069】

２つのレーザ源５２、５４に共通の検出器５６を使用することにより、測定センサ４０内に存在するコンポーネント数が減り、これによってセンサ４０が実質的に軽量化し、その他のセンサ及び／又は機器をドローン１０に組み込むことが可能となるか、又はその質量を減らすことができる。

【0070】

共通の検出器５６は、第一のレーザ源５２により発せられるビームの波長λ１と第二のレーザ源５４により発せられるビームの波長λ２の両方を感知できる単一の検出装置を含む。

【0071】

共通の検出器５６は単一のコンポーネント、例えばＪｕｄｓｏｎ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｅｌｅｄｙｎｅｊｕｄｓｏｎ．ｃｏｍ／）、Ｖｉｇｏ（ｈｔｔｐｓ：／／ｖｉｇｏ．ｃｏｍ．ｐｌ／ｅｎ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ－ｖｉｇｏ／）、又は浜松ホトニクス（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｈａｍａｍａｔｓｕ．ｃｏｍ）の製品等で形成される。

【0072】

代表データを測定するセンサ４０は、有利な態様として、１つの検出器５６を用いて、レーザ源５２、５４の各々に関する測定キャビティ５６により出力される信号から得られる強度を測定する。

【0073】

ダンパ４２は、これらが存在する場合、シャーシ１２をホルダ６０Ａ、６０Ｂの各々に接続するスプリングワイヤ８０を含む。これらのスプリングワイヤ８０は、推進アセンブリ１４の、及び空中でのドローン１０の移動の振動を部分的に吸収できる。

【0074】

温度測定センサ４４は、対向するホルダ６０Ａ、６０Ｂ間に設置される。センサ４４は例えば、温度に応じて変化する金属要素の電気抵抗を測定することのできるサーミスタ、又は熱電対である。

【0075】

圧力測定センサ４６は例えば、測定キャビティ６６へと開放する圧力測定チューブを含む。

【0076】

温度測定センサ４４及び圧力測定センサ４６が測定セル５０内に、好ましくは測定キャビティ６６内に直接存在することにより、特に測定キャビティ６６内の測定対象気体の濃度が低い場合に、収集されたデータの信頼性が高まる。

【0077】

高度センサ４８は、それが存在する場合、例えば地面に向かうレーザを備えてドローン１０が位置する高さを測定する高度計を含む。

【0078】

制御システム１８は、これらのレーザ源５２、５４の各々に選択的に電力を供給するユニット９０と、検出器５６により検出されたデータを収集するユニット９２と、特定のファンによる支援を必要とせずにユニット９０、９２により発せられる熱を除去することのできる少なくとも１つの熱交換器９４を含む。これらのユニットは、ケーシング９６内に格納される。

【0079】

電力を供給するユニット９０は、第一のレーザ源５２及び第二のレーザ源５４に、第二のレーザ源５４等の他のレーザ源により照明されない第一のレーザ源５２のみによる測定キャビティ６６の照明の第一のフェーズと、それに続く、他のレーザ源、特に第一のレーザ源５２により照明されない、第二のレーザ源５４のみによる測定キャビティ６６の照明の第二のフェーズを得ることを目的として、選択的且つ連続的に電力を供給することができる。

【0080】

それゆえ、第一の気体の第一の量及び第二の気体の第二の量を表すデータの測定の連続的フェーズが、測定セル５０の同じ測定キャビティ６６内で実行され得て、これらのデータは同じ検出器５６によって選択的に収集され、得られた信号間の干渉がない。

【0081】

これらの代表データは波長に応じた光強度のスペクトルを形成し、このようなスペクトルが図６に概略的に示されている。

【0082】

電力を供給するユニット９０は、例えば推進装置２８の電源３０に接続されるか、又はそれ自体の電源を有する。

【0083】

データ収集ユニット９２は少なくとも１つのメモリを含み、これは検出器５６により様々な時点で測定される波長に応じた光強度のスペクトルを保存できる。

【0084】

データは例えば、１０Ｈｚより高い、特に１Ｈｚ～１００Ｈｚの周波数で保存される。保存されるスペクトルは好ましくは、２５６より多い点の数を含み、例えば２５６～４０９６の点を含む。

【0085】

それゆえ、波長に応じて測定セル５０内度測定されるピークの強度の特定に関して非常に高い分解能が得られ、これによって、これらの量がごく少量であっても、そこから２種類の気体の量を測定することができる。

【0086】

データ収集ユニット９２は、ドローンの飛行中、取得周波数より低い周波数、例えば１Ｈｚ～５Ｈｚでデータを地上の受信ステーションにエクスポートできるようにすることを目的として、伝送システム２０に接続される。

【0087】

熱交換器９４は、電源供給ユニット９０及びデータ収集ユニット９２の各々と熱接触する。これらのユニット９０、９２により生成された熱を、ユニット９０、９２を収容するケーシング９６から突出するプレート９８へと取り除くことができる。

【0088】

プレート９８は、ユニット９０、９２により生成される熱の除去を目的として、推進装置２８により生成される気流により送信されることが可能である。それゆえ、ケーシング９６内でユニット９０、９２を冷却するためのファンが不要であり、これによってドローン１０の重量と電力消費が削減される。

【0089】

伝送システム２０はデータを地上ステーションに伝送することのできる送信機を含み、これらのデータは例えば、ユニット９２により取集されたデータ又はこれらのデータの一部である。

【0090】

次に、好ましくは産業施設に面する大気中に存在する少なくとも２種類の気体の量を測定する方法を説明する。

【0091】

まず、ドローン１０を飛ばす。推進装置２８は、制御システム３２をドローン１０が離陸でき、測定を行わなければならないゾーンに向かって移動できるように位置付けることによって作動させられる。

【0092】

推進アセンブリ１４のプロペラは揚力を生じさせる。位置特定及び制御システム３２は、手動のリモートコントロールにより、又はシステム３２にロードされた自動プログラムに従って、ドローン１０の移動を制御する。

【0093】

ドローン１０の移動中、測定が行われる。このために、代表データを測定するセンサ４０、温度測定センサ４４、圧力測定センサ４６、及び存在する場合は任意選択による高度センサ４８が作動させられる。

【0094】

各種のセンサ４０、４４、４６、４８による測定はドローン１０の移動中に行われ、ドローン１０を止める必要がない。このために、電力を供給するユニット９０は電力を第一のレーザ源５２に、次に第二のレーザ源５４に選択的且つ連続的に供給する。

【0095】

第一のレーザ源５２の作動の各フェーズで、第二のレーザ源５４のレーザコンポーネント７４は動作が停止される。第一のレーザ源５２のレーザコンポーネント７４は波長λ１の第一のレーザビームを発出し、これは注入穴６８を通じて測定キャビティ６６の中に注入される。

【0096】

前述のように、第一のレーザビームの厚さは１ｍｍより大きく、特に３ｍｍ～６ｍｍである。これによって、本来であれば測定キャビティ６６内に浮遊する粒子により生じ得る測定アーチファクトを回避することが可能となる。

【0097】

光路Ｌの長さを延ばすために、第一のレーザビームはミラー６４Ａ、６４Ｂによって連続的に反射され、測定キャビティ６６内で行ったり来たりする。

【0098】

図６において曲線（ａ）により示されるように、第一のレーザ源５２により発せられた第一のビームから生じた第一の信号がサンプリング穴７２を通じて収集される。

【0099】

この第一の信号は検出器５６により検出され、検出器５６により検出されたデータは保存されることを目的としてデータ収集ユニット９２に送信される。

【0100】

次に、第二のレーザ源５４の各作動フェーズ中、第一のレーザ源５２のレーザコンポーネント７４の動作は停止される。第二のレーザ源５４のレーザコンポーネント７４は、波長λ１とは異なる波長λ２の第二のレーザビームを発出する。このレーザビームは注入穴７０を介して測定キャビティ６６の中に導入される。

【0101】

前述のように、第二のレーザビームの厚さは１ｍｍより大きく、特に３ｍｍ～６ｍｍである。

【0102】

光路Ｌの長さを延ばすために、第一のレーザビームはミラー６４Ａ、６４Ｂによって連続的に反射され、測定キャビティ６６内で行ったり来たりする。

【0103】

図６において曲線（ｂ）により示されるように、第二のレーザ源５４により発せられた第二のビームから生じた第二の信号がサンプリング穴７２を通じて収集される。

【0104】

この第二の信号は第一の信号を検出した同じ検出器５６により検出され、検出器５６により検出されたデータは保存されることを目的としてデータ収集ユニット９２に送信される。

【0105】

測定は第一のフェーズと第二のフェーズで同じ検出器５６を使って連続的に行われるため、これらにより、それぞれ第一の気体の量と第二の気体の量を表す２つの波長λ１、λ２の光強度を特定できる。

【0106】

ドローン１０がそのミッションを終えて地上に戻ると、検出器５６により測定され、データ収集ユニット９２のメモリ内に保存されたスペクトルが伝送システム２０によってモニタリングステーションに伝送される。

【0107】

モニタリングステーションでは、これらのスペクトルはドローン１０の地理的位置に関するデータ（このデータは位置特定及び制御システム３２により測定される）に関連付けて、センサ４４、４６により測定された温度及び圧力並びに、任意選択的に高度センサ４８により測定された高度と、また各測定が行われた時間と共に保存される。

【0108】

したがって、本発明によるドローン１０は特に小型軽量である。それでもなお、精密で信頼性の高いデータを取得でき、少なくとも２つの異なるレーザ源５２、５４に関連する単一の検出器５６の存在により、困難な環境で、例えば産業施設の近辺で、大気中に存在する２種類の気体の少なくとも２つの量を推定できる。

【0109】

それゆえ、同じ測定セル５０の中で、２種類の気体の各々の量を表すデータをほぼ同時に、選択的且つ実践的に測定することができる。

【0110】

１つの変形型において、ドローン１０はシャーシ１２内の機上搭載計算ユニット１００を含む。計算ユニット１００は、何れかの時点で検出器５６により収集されたデータ、特に何れかの時点で測定された光強度スペクトルを、少なくとも２種類の気体の量を検出器５６により収集された代表データ及び事前較正に基づいて計算することを目的として処理することができる。

【0111】

データ伝送システム２０はすると、光強度スペクトルデータの代わりに、計算ユニット１００により計算された量の値を伝送することができ、これによってリアルタイムで伝送すべきデータの量が減少し、２種類の気体の量に関するより多くの測定値をリアルタイムで取得できる。

【0112】

他の変形型において、ドローン１０は前述の測定セル５０と同様の構造の複数の測定セル５０を含み、各々は少なくとも２種類の気体の検出に専用である。

【0113】

これまで説明した例では、第一のレーザ源５２及び第二のレーザ源５４の各レーザコンポーネントは、例えばレーザダイオードである。レーザダイオードは、半導体に基づいて製作される光電子コンポーネントである。これはコヒーレントな単色光を発出する。

【0114】

これは例えば、３つの特徴、すなわちｎ型閉じ込め層、アクティブ領域、及びｐ型閉じ込め層を有する半導体接合で形成される。ダイオードは例えば、分布帰還型レーザダイオードである。

【0115】

前述のように、測定セル５０は測定キャビティ６６内の、その量が測定対象である気体と接触するレーザ光の直接吸収を利用する。したがって、これは直接レーザ吸収分光測定を実行するための測定セル５０の問題である。

【0116】

測定キャビティ６６により、第一のレーザ源５２から、又は第二のレーザ源５４から注入されたレーザビームは、光路の長さを延ばすことを目的として、複数回反射させることができる。測定セルはそれゆえ、マルチパス分光測定セル、又はヘリオットセルである。

【符号の説明】

【0117】

１０ ドローン
１２ シャーシ
１８ 制御システム
２０ データ伝送システム
２８ 推進装置
４０ センサ
４２ ダンパ
４４ 温度測定センサ
４６ 圧力測定センサ
４８ 高度測定センサ
５０ 測定セル
５２ 第一のレーザ源
５４ 第二のレーザ源
５６ 検出器
５８ 金属熱交換プレート
６０ ホルダ
６６ 測定キャビティ
９４ 熱交換器
９６ ケーシング
１００ 計算ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】