JP2013072730A - Substance measurement apparatus and substance measurement method - Google Patents

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Atsushi Takita
篤史 瀧田
Kenji Muta
研二 牟田
Shinichiro Asaumi
慎一郎 浅海
Minoru Danno
実 団野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure concentration, quantity, etc., of a measurement target substance included in flowing gas with high responsiveness and accuracy.SOLUTION: A substance measurement apparatus for measuring a measurement target substance included in flowing gas includes: a measurement cell in which the gas flows; a laser light irradiation unit for switching a state in which laser light having a wave length modulated within a certain wave length including the wave length of the measurement target substance is made to enter the measurement cell and a state in which the laser light is made not to enter the measurement cell; a light reception device for receiving the laser light emitted from the measurement cell; a first reflection part arranged between the measurement cell and the laser light irradiation unit for reflecting the laser light; a second reflection part arranged between the measurement cell and the light reception device for reflecting the laser light; and an analysis device for detecting the measurement target substance included in the flowing gas on the basis of attenuation of the intensity of the light in which the laser light irradiation unit has switched from a state for making the laser light enter the measurement cell to a state for making it not to enter the measurement cell and which has been received by the light reception device.

Description

本発明は、管路内を流れる流通ガスに含まれる測定対象物質を計測する物質計測装置および物質計測方法に関する。   The present invention relates to a substance measuring apparatus and a substance measuring method for measuring a measurement target substance contained in a flowing gas flowing in a pipeline.

例えば、内燃機関、焼却炉等の燃焼機関から排出されるガスは、種々の物質(ガス状物質、粒子状物質等)が混合した混合ガスとなっている。このように混合ガスに含まれる物質には、種々の物質が含まれる。このため、例えば混合ガスに有毒な物質が含まれているか等、種々の目的で混合ガス内の特定の物質を検知したい場合がある。また、試験、評価等のために、混合ガスに含まれる特定物質の濃度、量を検出したい場合もある。これに対して、複数のガス状物質で構成されている混合ガスの中から特定の物質(測定対象物質)の濃度、量を計測する種々の装置が提案されている。例えば、特許文献1および特許文献2には、計測セルから漏れた漏れ光の光量を計測し、計測した光量の減衰に基づいて測定対象の物質を計測するキャビティーリングダウン分光法を用いて、測定対象の試料を分析する装置が記載されている。   For example, gas discharged from a combustion engine such as an internal combustion engine or an incinerator is a mixed gas in which various substances (gaseous substances, particulate substances, etc.) are mixed. Thus, various substances are contained in the substance contained in the mixed gas. For this reason, there are cases where it is desired to detect a specific substance in the mixed gas for various purposes, for example, whether the mixed gas contains a toxic substance. In some cases, it is desirable to detect the concentration and amount of a specific substance contained in a mixed gas for testing, evaluation, and the like. On the other hand, various apparatuses for measuring the concentration and amount of a specific substance (measuring substance) from a mixed gas composed of a plurality of gaseous substances have been proposed. For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 use cavity ring-down spectroscopy that measures the amount of light leaked from a measurement cell and measures a substance to be measured based on attenuation of the measured amount of light. An apparatus for analyzing a sample to be measured is described.

特開2004−333337公報JP 2004-333337 A 特開2006−138727公報JP 2006-138727 A

特許文献1および特許文献2に記載された装置は、キャビティーリングダウン分光法を用い、測定光を光の経路内で周回させることで、計測セルの全長よりも長い光路長を確保することができ、計測対象の流通ガス(試料)が配置されている領域を通過する距離も長くすることができる。これにより、高い精度での計測を行うことができる。   The devices described in Patent Document 1 and Patent Document 2 use cavity ring-down spectroscopy, and can ensure a longer optical path length than the total length of the measurement cell by circulating measurement light in the light path. It is also possible to lengthen the distance passing through the region where the flow gas (sample) to be measured is arranged. Thereby, measurement with high accuracy can be performed.

ここで、キャビティーリングダウン分光法は、計測セルに入射させる測定光に測定対象物質の吸収波長の光を用いる。このため、入射した測定光の波長が測定対象物質の吸収波長からずれていると測定誤差が生じてしまう。   Here, in cavity ring-down spectroscopy, light having an absorption wavelength of a measurement target substance is used as measurement light incident on a measurement cell. For this reason, if the wavelength of the incident measurement light deviates from the absorption wavelength of the measurement target substance, a measurement error occurs.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、流通ガスに含まれる測定対象物質の濃度、量等を高い応答性で高精度に計測することが可能である物質計測装置および物質計測方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and is a substance measuring apparatus and a substance measuring method capable of measuring the concentration, amount, etc., of a measurement target substance contained in a circulating gas with high responsiveness and high accuracy. The purpose is to provide.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、流通ガスに含まれる測定対象物質を計測する物質計測装置であって、前記流通ガスが流れる計測セルと、前記測定対象物質の吸収波長を含む波長の範囲で波長を変調したレーザ光を前記計測セルに入射させる状態と入射させない状態とを切り換えるレーザ光照射ユニットと、前記計測セルから出射されるレーザ光を受講する受光装置と、前記計測セルと前記レーザ光照射ユニットとの間に配置されレーザ光を反射させる第1反射部と、前記計測セルと前記受光装置との間に配置され、レーザ光を反射させる第2反射部と、前記レーザ光照射ユニットがレーザ光を前記計測セルに入射させる状態から入射させない状態に切り換えた前記受光装置が受光した光の強度の減衰に基づいて、流通ガスに含まれる前記測定対象物質を検出する解析装置と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a substance measuring device for measuring a measurement target substance contained in a circulation gas, the measurement cell through which the circulation gas flows, and the measurement target substance. A laser light irradiation unit that switches between a state in which laser light having a wavelength modulated in a wavelength range including an absorption wavelength is incident on the measurement cell and a state in which the laser light is not incident on the measurement cell; and a light receiving device that receives the laser light emitted from the measurement cell; A first reflection unit disposed between the measurement cell and the laser light irradiation unit to reflect the laser beam, and a second reflection unit disposed between the measurement cell and the light receiving device to reflect the laser beam. And, based on the attenuation of the intensity of the light received by the light receiving device switched from the state in which the laser light irradiation unit is incident on the measurement cell to the state in which the laser light is not incident, And having a an analysis device for detecting the target substance contained in the passing gas.

ここで、前記レーザ光照射ユニットは、前記レーザ光の変調周期は、20μs以下であることが好ましい。レーザ光の変調周期を20μs以下とすることで、レーザ光の変調の1周期を、数十μs程度である一般的なリングダウンタイムよりも短くすることができる。   Here, the laser light irradiation unit preferably has a modulation period of the laser light of 20 μs or less. By setting the modulation period of the laser light to 20 μs or less, it is possible to make one modulation period of the laser light shorter than a general ring down time of about several tens of μs.

また、前記レーザ光照射ユニットは、前記レーザ光の変調周期が1μs以下であることが好ましい。   In the laser beam irradiation unit, the modulation period of the laser beam is preferably 1 μs or less.

また、前記第1反射部および前記第2反射部は、反射率が99%以上の光学ミラーであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said 1st reflection part and the said 2nd reflection part are optical mirrors with a reflectance of 99% or more.

また、前記レーザ光照射ユニットと計測セルとに接続され、前記レーザ光を案内する第1光学部材と、前記受光装置と計測セルとに接続され、前記レーザ光を案内する第2光学部材と、をさらに有することが好ましい。   A first optical member connected to the laser light irradiation unit and the measurement cell and guiding the laser light; a second optical member connected to the light receiving device and the measurement cell; and guiding the laser light; It is preferable to further have.

また、前記レーザ光照射ユニットと計測セルとに接続され、前記レーザ光を案内する第1光ファイバと、前記レーザ光照射ユニットと計測セルとに接続され、前記レーザ光を案内する第2光ファイバと、をさらに有し、前記第1反射部は、前記第1光ファイバに配置された複数の高屈折率層で構成されるファイバーブラッググレーティングであり、前記第2反射部は、前記第2光ファイバに配置された複数の高屈折率層で構成されるファイバーブラッググレーティングであることが好ましい。   A first optical fiber that is connected to the laser light irradiation unit and the measurement cell and guides the laser light; and a second optical fiber that is connected to the laser light irradiation unit and the measurement cell and guides the laser light. The first reflecting part is a fiber Bragg grating composed of a plurality of high refractive index layers arranged in the first optical fiber, and the second reflecting part is the second light. A fiber Bragg grating composed of a plurality of high refractive index layers disposed in the fiber is preferable.

また、一方の端部が前記第1光ファイバに接続され、他方の端部が前記第2光ファイバに接続され、かつ、前記計測セルに挿入される第3光ファイバを有し、前記第3光ファイバは、前記計測セル内の一部にコアが露出している領域を備えることが好ましい。   A third optical fiber having one end connected to the first optical fiber, the other end connected to the second optical fiber, and inserted into the measurement cell; The optical fiber preferably includes a region where the core is exposed in a part of the measurement cell.

前記第1光ファイバと前記第2光ファイバと前記第3光ファイバは、連結部がない1本の光ファイバであることが好ましい。   It is preferable that the first optical fiber, the second optical fiber, and the third optical fiber are one optical fiber having no connection portion.

また、前記レーザ光照射ユニットは、前記レーザ光の通過経路上に配置され、開閉することで前記計測セルに入射させる状態と入射させない状態とを切り換えるシャッターを備えることが好ましい。   The laser light irradiation unit is preferably provided with a shutter that is disposed on the laser light passing path and switches between a state of being incident on the measurement cell and a state of not being incident upon opening and closing.

また、前記レーザ光照射ユニットは、前記レーザ光の出射方向を切り換えて、前記計測セルに入射させる状態と入射させない状態とを切り換える機構を備えることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said laser beam irradiation unit is equipped with the mechanism which switches the emission direction of the said laser beam, and switches the state which enters into the said measurement cell, and the state which does not enter.

また、前記解析装置は、前記流通ガスに含まれる前記測定対象物質の濃度を検出することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said analysis apparatus detects the density | concentration of the said measuring object substance contained in the said circulation gas.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、両端に反射部が配置されかつ流通ガスが流れる計測セルの一方の端部からレーザ光を入射させ、前記計測セルの他方の端部から出射されるレーザ光を検出して、前記流通ガスに含まれる測定対象物質を計測する物質計測方法であって、前記計測セルに前記流通ガスを流すステップと、前記測定対象物質の吸収波長を含む波長の範囲で波長を変調したレーザ光を前記計測セルの前記一方の端部から入射させるステップと、前記計測セルに前記レーザ光の入射を停止させるステップと、前記計測セルの他方の端部から出力される前記レーザ光を受光した受光ステップと、レーザ光を前記計測セルに入射させる状態から入射させない状態に切り換えた後に受光した光の強度の減衰に基づいて、流通ガスに含まれる前記測定対象物質を検出する検出ステップと、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is configured such that a laser beam is incident from one end of a measurement cell in which reflection portions are arranged at both ends and a flow gas flows, A substance measurement method for detecting a laser beam emitted from an end and measuring a measurement target substance contained in the flow gas, the step of flowing the flow gas into the measurement cell, and absorption of the measurement target substance A step of causing a laser beam modulated in a wavelength range including a wavelength to be incident from the one end of the measurement cell, a step of stopping the incidence of the laser beam on the measurement cell, and the other of the measurement cell. Based on a light receiving step for receiving the laser light output from the end, and attenuation of the intensity of the light received after switching from a state in which the laser light is incident on the measurement cell to a state in which the laser light is not incident , And having a detecting step of detecting the target substance contained in the circulation gas.

本発明は、流通ガスに含まれる測定対象物質の濃度、量等を高い応答性で高精度に計測することができるという効果を奏する。   The present invention has an effect that the concentration, amount, and the like of the measurement target substance contained in the circulation gas can be measured with high responsiveness and high accuracy.

図1は、濃度計測装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a concentration measuring apparatus. 図2Aは、半導体レーザ発振装置から出力されるレーザ光の波長の一例を示す波形図である。FIG. 2A is a waveform diagram showing an example of the wavelength of laser light output from the semiconductor laser oscillation device. 図2Bは、半導体レーザ発振装置から出力されるレーザ光の波長と測定対象物質の吸光度との関係を説明するための説明図である。FIG. 2B is an explanatory diagram for explaining the relationship between the wavelength of the laser beam output from the semiconductor laser oscillation device and the absorbance of the measurement target substance. 図3は、高速レーザ強度変調装置の動作の一例を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of the operation of the high-speed laser intensity modulation device. 図4は、濃度計測装置の動作を説明するフロー図である。FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the concentration measuring apparatus. 図5は、受光装置で検出する受光強度と時間との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the received light intensity detected by the light receiving device and time. 図6Aは、半導体レーザ発振装置から出力されるレーザ光の波長と測定対象物質の吸光度との関係を説明する説明図である。FIG. 6A is an explanatory diagram illustrating the relationship between the wavelength of the laser beam output from the semiconductor laser oscillation device and the absorbance of the measurement target substance. 図6Bは、受光装置で検出する受光強度と時間との関係を示すグラフである。FIG. 6B is a graph showing the relationship between the received light intensity detected by the light receiving device and time. 図6Cは、計測結果の一例を説明するための説明図である。FIG. 6C is an explanatory diagram for explaining an example of a measurement result. 図7は、受光装置で検出する受光強度と時間との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the received light intensity detected by the light receiving device and time. 図8は、計測結果の一例を説明するための説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining an example of a measurement result. 図9は、濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the concentration measuring apparatus. 図10は、濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the concentration measuring apparatus. 図11は、図10に示すFBGを拡大して示す模式図である。FIG. 11 is an enlarged schematic view of the FBG shown in FIG. 図12Aは、レーザ光照射ユニットから出力されるレーザ光の強度と時間との関係を示すグラフである。FIG. 12A is a graph showing the relationship between the intensity of laser light output from the laser light irradiation unit and time. 図12Bは、受光装置で検出する受光強度と時間との関係を示すグラフである。FIG. 12B is a graph showing the relationship between the received light intensity detected by the light receiving device and time. 図13は、濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the concentration measuring apparatus. 図14は、図13に示す光ファイバを拡大して示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram showing the optical fiber shown in FIG. 13 in an enlarged manner. 図15は、レーザ光照射ユニットの一例を示す模式図である。FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an example of a laser beam irradiation unit. 図16は、レーザ光照射ユニットの動作の一例を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic diagram illustrating an example of the operation of the laser light irradiation unit.

以下に、本発明にかかる物質計測装置および物質計測方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。例えば、本実施形態では、物質計測装置および物質計測方法として、流通ガスに含まれる測定対象物質の濃度を計測するが、本発明はこれに限定されず、ガスに含まれる測定対象物質の量を計測してもよい。物質計測装置および物質計測方法は、管路を流れる種々のガスを流通ガスとすることができる。例えば、物質計測装置をディーゼルエンジンに取付、ディーゼルエンジンから排出される排ガスを流通ガスとし、流通ガスに含まれる測定対象物質を計測することができる。なお、排ガスを排出する機関、つまり測定対象のガスを排出(供給)する装置は、これに限定されず、ガソリンエンジンや、ガスタービン等種々の内燃機関に用いることができる。また、内燃機関を有する装置としては、車両、船舶、発電機等種々の装置が例示される。さらに、ゴミ焼却炉から排出されるガスを流通ガスとして、流通ガスに含まれる種々の物質を測定対象物質として計測することもできる。   Hereinafter, an embodiment of a substance measuring device and a substance measuring method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. For example, in this embodiment, as the substance measuring device and the substance measuring method, the concentration of the measurement target substance contained in the circulation gas is measured, but the present invention is not limited to this, and the amount of the measurement target substance contained in the gas is determined. You may measure. The substance measuring device and the substance measuring method can use various gases flowing through the pipeline as circulation gas. For example, a substance measuring device can be attached to a diesel engine, exhaust gas discharged from the diesel engine can be used as a circulation gas, and a measurement target substance contained in the circulation gas can be measured. The engine that discharges exhaust gas, that is, a device that discharges (supplies) the gas to be measured is not limited to this, and can be used for various internal combustion engines such as a gasoline engine and a gas turbine. Examples of the device having an internal combustion engine include various devices such as vehicles, ships, and generators. Furthermore, it is also possible to measure various substances contained in the circulation gas as the measurement target substance using the gas discharged from the waste incinerator as the circulation gas.

[実施形態1]
図1は、本発明の濃度計測装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。濃度計測装置10は、流通ガスに含まれる測定対象物質の濃度を計測する物質計測装置である。濃度計測装置10は、図1に示すように、計測セルユニット12と、レーザ光照射ユニット14と、受光装置16と、解析装置18と、制御装置20と、第1反射部46と、第2反射部48と、を有する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the concentration measuring apparatus of the present invention. The concentration measurement apparatus 10 is a substance measurement apparatus that measures the concentration of a measurement target substance contained in a circulation gas. As shown in FIG. 1, the concentration measuring apparatus 10 includes a measuring cell unit 12, a laser light irradiation unit 14, a light receiving device 16, an analyzing device 18, a control device 20, a first reflecting unit 46, and a second reflecting unit 46. And a reflection part 48.

計測セルユニット12は、流通ガスGを案内する経路および流通ガスが含まれる測定対象物質を計測する計測領域を構成する。計測セルユニット12は、計測セル40と、流入管42と、排出管44と、を有する。   The measurement cell unit 12 constitutes a measurement area for measuring a measurement target substance including a route for guiding the circulation gas G and the circulation gas. The measurement cell unit 12 includes a measurement cell 40, an inflow pipe 42, and a discharge pipe 44.

計測セル40は、筒形状の部材であり、内部に流通ガスGが流れる。計測セル40の筒形状の一方の端部(図1中左側、筒形状の上面)には第1反射部46が配置され、他方の端部(図1中右側、筒形状の下面)には第2反射部48が配置されている。つまり、計測セル40は、筒形状の上面と下面が、それぞれ第1反射部46と第2反射部48とに塞がれた形状となっている。これにより、計測セル40は、第1反射部46と第2反射部48とが設けられている両端部が、空気が流通しない状態となる。第1反射部46と第2反射部48とについては後述する。   The measurement cell 40 is a cylindrical member, and the flow gas G flows inside. A first reflecting portion 46 is arranged at one end of the measurement cell 40 in the cylindrical shape (left side in FIG. 1, the upper surface of the cylindrical shape), and on the other end portion (right side in FIG. 1, the lower surface of the cylindrical shape). A second reflecting portion 48 is disposed. That is, the measurement cell 40 has a shape in which the upper surface and the lower surface of the cylindrical shape are closed by the first reflecting portion 46 and the second reflecting portion 48, respectively. Thereby, as for the measurement cell 40, the both ends in which the 1st reflection part 46 and the 2nd reflection part 48 are provided will be in the state which does not distribute | circulate air. The first reflection part 46 and the second reflection part 48 will be described later.

流入管(サンプリング配管)42は、測定対象の流通ガスGを計測セル40に供給する配管である。流入管42は、例えば、計測対象配管と接続し、計測対象配管を流れる流通ガスGの一部を捕集する。流入管42は、一方の端部(流通ガスGの流れ方向において上流側の端部)が流通ガスGを供給する供給装置に接続されており、他方の端部(流通ガスGの流れ方向において下流側の端部)が計測セル40の側面(周面)の第1反射部46側に接続されている。排出管44は、一方の端部が、計測セル40の側面(周面)の第2反射部48側に接続され、他方の端部が、より下流側の配管と接続されている。   The inflow pipe (sampling pipe) 42 is a pipe for supplying the measurement target circulation gas G to the measurement cell 40. For example, the inflow pipe 42 is connected to the measurement target pipe and collects a part of the circulation gas G flowing through the measurement target pipe. The inflow pipe 42 has one end (upstream end in the flow direction of the flow gas G) connected to a supply device that supplies the flow gas G, and the other end (in the flow direction of the flow gas G). The downstream end portion is connected to the first reflecting portion 46 side of the side surface (circumferential surface) of the measurement cell 40. One end of the discharge pipe 44 is connected to the second reflecting portion 48 side of the side surface (circumferential surface) of the measurement cell 40, and the other end is connected to a more downstream pipe.

計測セルユニット12は、流入管42に供給された流通ガスGを、流入管42から計測セル40に供給する。また、計測セルユニット12は、計測セル40を流れた流通ガスGを排出管44から外部に排出する。このようにして計測セルユニット12は、測定対象ガスの供給手段から供給される流通ガスGを流入管42、計測セル40、排出管44の順で流す流路を形成する。   The measurement cell unit 12 supplies the flow gas G supplied to the inflow pipe 42 from the inflow pipe 42 to the measurement cell 40. Further, the measurement cell unit 12 discharges the circulating gas G flowing through the measurement cell 40 from the discharge pipe 44 to the outside. In this way, the measurement cell unit 12 forms a flow path through which the flow gas G supplied from the measurement target gas supply means flows in the order of the inflow pipe 42, the measurement cell 40, and the discharge pipe 44.

また、計測セルユニット12は、更に、流通ガスGが流入管42から計測セル40に向けて流れ、計測セル40から排出管44に向けて流れる向きに、空気を吸引するポンプを設けてもよい。この場合、ポンプは、流通ガスGの流れ方向において、計測セル40の下流側となる排出管44に配置することが好ましい。計測セルユニット12は、ポンプで流通ガスGを吸引することで、流通ガスGが流入管42、計測セル40、排出管44の順で流れる流量を適宜調整することができる。   Further, the measurement cell unit 12 may further include a pump that sucks air in a direction in which the flow gas G flows from the inflow pipe 42 toward the measurement cell 40 and flows from the measurement cell 40 toward the discharge pipe 44. . In this case, the pump is preferably disposed in the discharge pipe 44 on the downstream side of the measurement cell 40 in the flow direction of the circulation gas G. The measurement cell unit 12 can appropriately adjust the flow rate of the flow gas G flowing in the order of the inflow pipe 42, the measurement cell 40, and the discharge pipe 44 by sucking the flow gas G with a pump.

第1反射部46および第2反射部48は、光を反射する光学ミラーである。第1反射部46は、第2反射部48と向かい合う面が反射面となる。第2反射部48は、第1反射部46と向かい合う面が反射面となる。具体的には、第1反射部46、第2反射部48は、反射率が99%以上、本実施形態では反射率が約99.99%の光学ミラーである。第1反射部46および第2反射部48は、到達した光(レーザ光)の略全ての光(99%以上の光)を反射し、一部の光(1%未満の光)を透過させる。   The first reflection unit 46 and the second reflection unit 48 are optical mirrors that reflect light. The surface of the first reflecting portion 46 that faces the second reflecting portion 48 is a reflecting surface. The surface of the second reflecting portion 48 that faces the first reflecting portion 46 is a reflecting surface. Specifically, the first reflecting portion 46 and the second reflecting portion 48 are optical mirrors having a reflectance of 99% or more, and in this embodiment, the reflectance is about 99.99%. The first reflection unit 46 and the second reflection unit 48 reflect almost all the light (99% or more) of the light (laser light) that has arrived, and transmit some of the light (less than 1%). .

これにより、計測セル40内で第1反射部46から第2反射部48に向かう光は、第1反射部46で反射して第2反射部48から第1反射部46に向かう光となる。また、計測セル40内で第2反射部48から第1反射部46に向かう光は、第2反射部48で反射して第1反射部46から第2反射部48に向かう光となる。これにより、計測セル40の筒形状に対して略平行に進む光は、第1反射部46と第2反射部48とで反射され、計測セル40を往復する。また、第1反射部46と第2反射部48とを往復する光の一部、第1反射部46または第2反射部48に反射されない1%未満の光は、第1反射部46または第2反射部48から計測セル40の外側に出射される。これにより、計測セル40を往復する光は、第1反射部46または第2反射部48で反射する毎に徐々に第1反射部46または第2反射部48から計測セル40の外側に出射される。この点については、計測動作とともに後述する。   Thereby, the light traveling from the first reflecting portion 46 to the second reflecting portion 48 in the measurement cell 40 is reflected by the first reflecting portion 46 and becomes light directed from the second reflecting portion 48 to the first reflecting portion 46. In addition, the light that travels from the second reflecting portion 48 to the first reflecting portion 46 in the measurement cell 40 is reflected by the second reflecting portion 48 and becomes light that travels from the first reflecting portion 46 to the second reflecting portion 48. Thereby, the light traveling substantially parallel to the cylindrical shape of the measurement cell 40 is reflected by the first reflection unit 46 and the second reflection unit 48 and reciprocates in the measurement cell 40. Further, a part of the light traveling back and forth between the first reflecting part 46 and the second reflecting part 48, and less than 1% of the light not reflected by the first reflecting part 46 or the second reflecting part 48, 2 The light is emitted from the reflection portion 48 to the outside of the measurement cell 40. Thereby, the light traveling back and forth in the measurement cell 40 is gradually emitted from the first reflection unit 46 or the second reflection unit 48 to the outside of the measurement cell 40 every time it is reflected by the first reflection unit 46 or the second reflection unit 48. The This will be described later together with the measurement operation.

次に、レーザ光照射ユニット14について説明する。レーザ光照射ユニット14は、半導体レーザ発振装置22と、レーザ制御装置24と、光ファイバ25と、高速レーザ強度変調装置26と、ビームストッパ28と、を有する。   Next, the laser beam irradiation unit 14 will be described. The laser light irradiation unit 14 includes a semiconductor laser oscillation device 22, a laser control device 24, an optical fiber 25, a high-speed laser intensity modulation device 26, and a beam stopper 28.

半導体レーザ発振装置22は、測定対象物質が吸収する波長(以下、吸収波長という。)を含む波長のレーザ光を出力する。半導体レーザ発振装置22は、発光素子として半導体レーザ(レーザーダイオード、LD)を有する。なお、本実施形態では、レーザ光を出力する発光装置として、発光素子に半導体レーザを用いた半導体レーザ発振装置22を用いたが、発光装置はこれに限定されない。発光装置は、レーザ光を出力する機構であればよい。半導体レーザ発振装置22は、入力される信号に基づいて出力するレーザ光の波長や強度を調整することができる。   The semiconductor laser oscillator 22 outputs laser light having a wavelength including a wavelength that is absorbed by the measurement target substance (hereinafter referred to as an absorption wavelength). The semiconductor laser oscillation device 22 has a semiconductor laser (laser diode, LD) as a light emitting element. In this embodiment, the semiconductor laser oscillation device 22 using a semiconductor laser as a light emitting element is used as a light emitting device that outputs laser light. However, the light emitting device is not limited to this. The light emitting device may be any mechanism that outputs laser light. The semiconductor laser oscillation device 22 can adjust the wavelength and intensity of the laser beam to be output based on the input signal.

レーザ制御装置24は、レーザ制御信号を生成し、半導体レーザ発振装置22に送る。レーザ制御信号は、半導体レーザ発振装置22から出力するレーザ光の波長や強度を制御する信号である。半導体レーザ発振装置22は、レーザ光の波長を周期的に変化させるレーザ制御信号を生成する。半導体レーザ発振装置22は、レーザ制御装置24で生成されるレーザ制御信号に基づいてレーザ光を出力する。これにより、半導体レーザ発振装置22は、波長が周期的に変化するレーザ光を出力する。   The laser control device 24 generates a laser control signal and sends it to the semiconductor laser oscillation device 22. The laser control signal is a signal for controlling the wavelength and intensity of the laser beam output from the semiconductor laser oscillator 22. The semiconductor laser oscillator 22 generates a laser control signal that periodically changes the wavelength of the laser light. The semiconductor laser oscillation device 22 outputs laser light based on the laser control signal generated by the laser control device 24. As a result, the semiconductor laser oscillation device 22 outputs laser light whose wavelength changes periodically.

ここで、図2Aは、半導体レーザ発振装置から出力されるレーザ光の波長の一例を示す波形図である。図2Bは、半導体レーザ発振装置から出力されるレーザ光の波長と測定対象物質の吸光度との関係を説明するための説明図である。図2Aに示すグラフは、縦軸をレーザ光の波長λとし、横軸を時間とする。図2Bに示すグラフは、縦軸を測定対象物質の吸光度とし、横軸を波長とする。図2Bに示すグラフは、測定対象物質の吸光度の分布を示す吸収線62に加え、半導体レーザ発振装置22から出力されるレーザ光の波形60を模式的に示す。本実施形態の半導体レーザ発振装置22は、図2Aに示すようにsin波で波長を変調されたレーザ光を出力する。レーザ光は、図2Aに示すように、周期がtとなり、波長変調幅がαとなり、波長中心がλとなる。レーザ光のsin波の波長中心のλは、図2Bに示すように測定対象物質の吸収中心波長(吸収線62の吸光度が最も高い波長、吸光度が最大値hとなる波長)と同一波長である。また、波長変調幅αは、吸収線62のスペクトル幅64よりも広い幅となる。このように半導体レーザ発振装置22は、測定対象物質の吸収中心波長を含み、かつ、吸収線62のスペクトル幅64よりも広い幅の波長幅で変調されるレーザ光を出力する。 Here, FIG. 2A is a waveform diagram showing an example of the wavelength of the laser beam output from the semiconductor laser oscillation device. FIG. 2B is an explanatory diagram for explaining the relationship between the wavelength of the laser beam output from the semiconductor laser oscillation device and the absorbance of the measurement target substance. In the graph shown in FIG. 2A, the vertical axis represents the wavelength λ of the laser beam, and the horizontal axis represents time. In the graph shown in FIG. 2B, the vertical axis represents the absorbance of the measurement target substance, and the horizontal axis represents the wavelength. The graph shown in FIG. 2B schematically shows the waveform 60 of the laser beam output from the semiconductor laser oscillation device 22 in addition to the absorption line 62 indicating the absorbance distribution of the measurement target substance. The semiconductor laser oscillation device 22 of the present embodiment outputs laser light whose wavelength is modulated with a sine wave as shown in FIG. 2A. Laser light, as shown in FIG. 2A, period t, and the next wavelength modulation width alpha, wavelength center becomes lambda 0. As shown in FIG. 2B, λ 0 of the wavelength center of the sine wave of the laser light is the same wavelength as the absorption center wavelength of the measurement target material (the wavelength at which the absorption line 62 has the highest absorbance and the absorbance has the maximum value h). is there. The wavelength modulation width α is wider than the spectral width 64 of the absorption line 62. As described above, the semiconductor laser oscillation device 22 outputs laser light including the absorption center wavelength of the substance to be measured and modulated with a wavelength width wider than the spectral width 64 of the absorption line 62.

光ファイバ25は、一方の端部が半導体レーザ発振装置22に連結され、他方の端部が高速レーザ強度変調装置26に連結されている。光ファイバ25は、半導体レーザ発振装置22から出力されるレーザ光を高速レーザ強度変調装置26に案内する。   The optical fiber 25 has one end connected to the semiconductor laser oscillation device 22 and the other end connected to the high-speed laser intensity modulation device 26. The optical fiber 25 guides the laser light output from the semiconductor laser oscillation device 22 to the high-speed laser intensity modulation device 26.

高速レーザ強度変調装置26は、入射された光を出力する方向を切り換える可能な装置である。つまり、高速レーザ強度変調装置26は、入射された光の進行方向を偏向し、複数の方向に出力することができる。高速レーザ強度変調装置26としては、AO偏向器(AOD、AO Deflectors)や、TeO等を圧電素子で変調する音響光学素子(AOM、Acoustic Optics Modulator)や、LiNbO等に直接変調信号印加する電気光学素子(EOM、Electro-Optic Modulator)を用いることができる。また、高速レーザ強度変調装置26としては、直接変調法を用いる装置を用いることもできる。直接変調法を用いる装置は、半導体レーザの出力が注入電流に比例することから、レーザ注入電流に矩形波パルスと変調波を重畳することで出力を変調する。直接変調法を用いる装置は、さらにレーザ波長を素子温度で制御することで、レーザ波長を吸収波長に維持しながら強度変調する。高速レーザ強度変調装置26は、半導体レーザ発振装置22から出力され光ファイバ25で案内されたレーザ光を、計測セル40の第1反射部46が配置されている端部に向けた第1の方向と、ビームストッパ28に向けた第2の方向に出力することができる。つまり、高速レーザ強度変調装置26は、計測セル40の第1反射部46が配置されている端部に入射するレーザ光L1と、ビームストッパ28に入射するレーザ光L2と、を出力することができる。 The high-speed laser intensity modulation device 26 is a device capable of switching the direction in which incident light is output. That is, the high-speed laser intensity modulation device 26 can deflect the traveling direction of the incident light and output it in a plurality of directions. As the high-speed laser intensity modulation device 26, a modulation signal is directly applied to an AO deflector (AOD, AO Deflectors), an acoustooptic device (AOM, Acoustic Optics Modulator) that modulates TeO 2 or the like with a piezoelectric element, or LiNbO 3 or the like. An electro-optic element (EOM, Electro-Optic Modulator) can be used. As the high-speed laser intensity modulation device 26, a device using a direct modulation method can also be used. An apparatus using the direct modulation method modulates the output by superimposing a rectangular wave pulse and a modulation wave on the laser injection current because the output of the semiconductor laser is proportional to the injection current. The apparatus using the direct modulation method further modulates the intensity while maintaining the laser wavelength at the absorption wavelength by controlling the laser wavelength with the element temperature. The high-speed laser intensity modulation device 26 has a first direction in which the laser light output from the semiconductor laser oscillation device 22 and guided by the optical fiber 25 is directed toward the end of the measurement cell 40 where the first reflection portion 46 is disposed. Can be output in the second direction toward the beam stopper 28. That is, the high-speed laser intensity modulation device 26 can output the laser light L1 incident on the end portion of the measurement cell 40 where the first reflecting portion 46 is disposed and the laser light L2 incident on the beam stopper 28. it can.

図3は、高速レーザ強度変調装置の動作の一例を説明するための説明図である。高速レーザ強度変調装置26は、制御装置20から図3に示すON/OFFの信号が入力され、入力される信号に基づいてレーザ光を出力する向きを切り換える。本実施形態の高速レーザ強度変調装置26は、信号がOFFのとき計測セル40の第1反射部46が配置されている端部に入射するレーザ光L1を出力し、信号がONのときビームストッパ28に入射するレーザ光L2を出力する。したがって、図3に示す信号の場合、高速レーザ強度変調装置26は、時間tになるまでビームストッパ28に入射するレーザ光L2を出力し、時間tから時間tの間、計測セル40の第1反射部46が配置されている端部に入射するレーザ光L1を出力し、時間t以降ビームストッパ28に入射するレーザ光L2を出力する。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of the operation of the high-speed laser intensity modulation device. The high-speed laser intensity modulator 26 receives the ON / OFF signal shown in FIG. 3 from the controller 20, and switches the direction in which the laser beam is output based on the input signal. The high-speed laser intensity modulation device 26 of the present embodiment outputs laser light L1 incident on the end of the measurement cell 40 where the first reflecting portion 46 is disposed when the signal is OFF, and a beam stopper when the signal is ON. The laser beam L2 incident on the beam 28 is output. Therefore, when the signal shown in FIG. 3, a high speed laser intensity modulator 26 outputs the laser beam L2 incident on a beam stopper 28 until the time t 1, between the time t 1 of time t 2, the measurement cell 40 the first reflecting part 46 outputs a laser beam L1 incident on the end that is arranged to output a laser beam L2 incident to the time t 1 after the beam stopper 28.

ビームストッパ28は、入射されたレーザ光を吸収する装置である。ビームストッパ28は、レーザ光を吸収することで生じる温度上昇を抑制する冷却機構を備える。   The beam stopper 28 is a device that absorbs incident laser light. The beam stopper 28 includes a cooling mechanism that suppresses a temperature rise caused by absorbing laser light.

レーザ光照射ユニット14は、以上のような構成であり、レーザ制御装置24から半導体レーザ発振装置22にレーザ制御信号が送信される。半導体レーザ発振装置22は、レーザ制御信号に基づいて波長が一定周期で変調するレーザ光を出力し、出力したレーザ光を光ファイバ25に入射させる。光ファイバ52は、入射されたレーザ光を案内して、高速レーザ強度変調装置26に入射させる。高速レーザ強度変調装置26は、制御装置20からの信号に基づいて、レーザ光を計測セル40内に入射させる状態と、ビームストッパに入射させる状態とを切り換える。つまり、高速レーザ強度変調装置26は、レーザ光L1を出力する状態と、レーザ光L2を出力する状態とを切り換える。このようにして、レーザ光照射ユニット14は、計測セル40に波長が一定周期で変調するレーザ光L1を入射させる。また、レーザ光照射ユニット14は、計測セル40に波長が一定周期で変調するレーザ光L1を入射させる状態と、入射させない状態とを切り換える。   The laser light irradiation unit 14 is configured as described above, and a laser control signal is transmitted from the laser control device 24 to the semiconductor laser oscillation device 22. The semiconductor laser oscillation device 22 outputs laser light whose wavelength is modulated at a constant period based on the laser control signal, and causes the output laser light to enter the optical fiber 25. The optical fiber 52 guides the incident laser light and makes it incident on the high-speed laser intensity modulator 26. The high-speed laser intensity modulation device 26 switches between a state in which the laser light is incident in the measurement cell 40 and a state in which the laser light is incident on the beam stopper, based on a signal from the control device 20. That is, the high-speed laser intensity modulation device 26 switches between a state of outputting the laser light L1 and a state of outputting the laser light L2. In this way, the laser beam irradiation unit 14 causes the laser beam L1 whose wavelength is modulated at a constant period to enter the measurement cell 40. Further, the laser light irradiation unit 14 switches between a state in which the laser light L <b> 1 whose wavelength is modulated at a certain period is incident on the measurement cell 40 and a state in which the laser light L <b> 1 is not incident.

受光装置16は、計測セル40の内部を通過し、第2反射部48から出力されたレーザ光を受光する受光部である。受光装置16は、例えば、フォトダイオード(PD、Photodiode)等の光検出器を備え、光検出器によってレーザ光を受光し、その光の強度を検出する。受光装置16は、受光したレーザ光の強度を受光強度信号として、解析装置18に送る。受光装置16は、受光部が受光した信号から受光装置16が受信した信号からノイズ成分を除去する信号処理部を備えることが好ましい。信号処理部は、信号の高周波成分を低減するローパスフィルタや、所定の周波数成分のみを抽出するロックインアンプ(位相敏感検出器)等を用いることができる。受光装置16は、信号処理部で受光部の受光信号を処理することでノイズを除去した受光強度信号を生成することができる。   The light receiving device 16 is a light receiving unit that receives the laser light that passes through the measurement cell 40 and is output from the second reflecting unit 48. The light receiving device 16 includes, for example, a photodetector such as a photodiode (PD), receives the laser beam by the photodetector, and detects the intensity of the light. The light receiving device 16 sends the intensity of the received laser light to the analyzing device 18 as a received light intensity signal. The light receiving device 16 preferably includes a signal processing unit that removes a noise component from a signal received by the light receiving device 16 from a signal received by the light receiving unit. The signal processing unit can use a low-pass filter that reduces high frequency components of the signal, a lock-in amplifier (phase sensitive detector) that extracts only a predetermined frequency component, or the like. The light receiving device 16 can generate a light reception intensity signal from which noise has been removed by processing the light reception signal of the light reception unit in the signal processing unit.

解析装置18は、受光装置16から送信された受光強度信号に基づいて、つまり受光装置16で検出したレーザ光の強度に基づいて流通ガスGに含まれる測定対象物質の濃度を計測する。解析装置18の濃度の計測方法は、後述する。   The analysis device 18 measures the concentration of the measurement target substance contained in the circulation gas G based on the received light intensity signal transmitted from the light receiving device 16, that is, based on the intensity of the laser light detected by the light receiving device 16. A method for measuring the concentration of the analyzer 18 will be described later.

制御装置20は、解析装置18、レーザ制御装置24、高速レーザ強度変調装置26の動作を制御する制御機能を有し、必要に応じて各部の動作を制御する。具体的には、制御装置20は、レーザ制御装置24で生成する制御信号の周波数、強度、出力タイミング等を制御する。制御装置20は、高速レーザ強度変調装置26がレーザ光を出力させる向きを変更するタイミング、レーザ光を出力させる方向を制御する。また、制御装置20は、解析装置18に解析に必要な条件の設定も実行する。濃度計測装置10は、以上のような構成である。   The control device 20 has a control function for controlling the operations of the analysis device 18, the laser control device 24, and the high-speed laser intensity modulation device 26, and controls the operation of each unit as necessary. Specifically, the control device 20 controls the frequency, intensity, output timing, and the like of the control signal generated by the laser control device 24. The control device 20 controls the timing at which the high-speed laser intensity modulation device 26 changes the direction in which the laser beam is output and the direction in which the laser beam is output. The control device 20 also sets conditions necessary for analysis in the analysis device 18. The concentration measuring apparatus 10 is configured as described above.

次に、図1および図4を用いて、濃度計測装置10の動作を説明する。図4は、濃度計測装置の動作を説明するフロー図である。濃度計測装置10の制御装置20は、ステップS12として流通ガスの流通を開始する。制御装置20は、ステップS12で流通ガスの流通を開始したら、ステップS14として、レーザ光照射ユニット14を駆動し、レーザ光の出力を開始する。ここで、レーザ光照射ユニット14は、図2Aおよび図2Bを用いて上述したように、波長が所定の周期で変化するsin波のレーザ光Lを出力させる。また、レーザ光照射ユニット14の高速レーザ強度変調装置26は、初期状態でON状態となっている。つまり、高速レーザ強度変調装置26は、レーザ光L2を出力する。これにより、レーザ光照射ユニット14は、ステップS14でレーザ光の出力を開始すると、レーザ光L2をビームストッパ28に入射させる。   Next, the operation of the concentration measuring apparatus 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 4. FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the concentration measuring apparatus. The control device 20 of the concentration measuring device 10 starts circulation of the flow gas as step S12. When starting the flow of the flow gas in step S12, the control device 20 drives the laser light irradiation unit 14 and starts outputting the laser light in step S14. Here, as described above with reference to FIGS. 2A and 2B, the laser beam irradiation unit 14 outputs the sine wave laser beam L whose wavelength changes at a predetermined period. In addition, the high-speed laser intensity modulation device 26 of the laser beam irradiation unit 14 is in an ON state in the initial state. That is, the high-speed laser intensity modulation device 26 outputs the laser light L2. Thereby, the laser beam irradiation unit 14 causes the laser beam L2 to enter the beam stopper 28 when the output of the laser beam is started in step S14.

制御装置20は、ステップS14でレーザ光照射ユニット14を駆動し、レーザ光の出力を開始したら、ステップS16として、高速レーザ強度変調装置(変調装置)26をOFFにする。つまり、制御装置20は、高速レーザ強度変調装置26に送る信号をONからOFFに切り換え、高速レーザ強度変調装置26がレーザ光L2を出力している状態からレーザ光L1を出力する状態とする。これにより、レーザ光照射ユニット14は、レーザ光L1を計測セル40に入射させる。   When the controller 20 drives the laser beam irradiation unit 14 in step S14 and starts outputting the laser beam, the controller 20 turns off the high-speed laser intensity modulator (modulator) 26 in step S16. That is, the control device 20 switches the signal sent to the high-speed laser intensity modulation device 26 from ON to OFF, and changes the state where the high-speed laser intensity modulation device 26 outputs the laser light L2 from the state where the high-speed laser intensity modulation device 26 outputs the laser light L2. Thereby, the laser beam irradiation unit 14 causes the laser beam L1 to enter the measurement cell 40.

ここで、レーザ光照射ユニット14は、レーザ光L1を第1反射部46に照射し、第1反射部46を通過したレーザ光L1を計測セル40に入射させる。ここで、第1反射部48は、上述したように反射率が高い光学ミラーであるため、計測セル40に入射するレーザ光L3は、レーザ光L1よりも出力が低いレーザ光となる。計測セル40に入射したレーザ光L3は、計測セル40内を進み、第1反射部46と第2反射部48と交互に反射され、計測セル40内を往復移動する。これにより、レーザ光L3は、計測セル40の流通ガスGが充填されている領域を複数回通過する。   Here, the laser beam irradiation unit 14 irradiates the first reflection unit 46 with the laser beam L1 and causes the laser beam L1 that has passed through the first reflection unit 46 to enter the measurement cell 40. Here, since the 1st reflection part 48 is an optical mirror with a high reflectance as mentioned above, the laser beam L3 which injects into the measurement cell 40 turns into a laser beam whose output is lower than the laser beam L1. The laser beam L3 incident on the measurement cell 40 travels in the measurement cell 40, is alternately reflected by the first reflection unit 46 and the second reflection unit 48, and reciprocates in the measurement cell 40. Thereby, the laser beam L3 passes through the region filled with the flow gas G of the measurement cell 40 a plurality of times.

制御装置20は、ステップS16で変調装置をOFFとし、レーザ光L1を計測セル40に入射させ、計測セル40内へのレーザ光L3の入射を開始したら、ステップS18として、閾値時間≦経過時間であるかを判定する。ここで、経過時間は、高速レーザ強度変調装置26をONにしてからの経過時間であり、閾値時間は、予め設定した時間である。つまり、制御装置20は、時間が予め設定した閾値時間以上、計測セル40(の第1反射部46)にレーザ光L1を入射(照射)させているかを判定する。   In step S16, the control device 20 turns off the modulation device, causes the laser light L1 to enter the measurement cell 40, and starts the incidence of the laser light L3 into the measurement cell 40. In step S18, threshold time ≦ elapsed time. Determine if there is. Here, the elapsed time is an elapsed time since the high-speed laser intensity modulator 26 is turned on, and the threshold time is a preset time. That is, the control device 20 determines whether or not the laser light L1 is incident (irradiated) on the measurement cell 40 (the first reflection unit 46 thereof) for a time equal to or longer than a preset threshold time.

制御装置20は、ステップS18で、閾値時間≦経過時間ではない(ステップS18でNo)と判定した場合、ステップS18に進む。つまり、制御装置20は、経過時間が閾値時間以上となるまで、ステップS18の判定を繰り返す。制御装置20は、ステップS18で、閾値時間≦経過時間である(ステップS18でYes)と判定した場合、ステップS20に進む。なお、本実施形態では、閾値時間経過したかを判定の基準とした、判定の基準は特に限定されない。   When it is determined in step S18 that the threshold time is not equal to the elapsed time (No in step S18), the control device 20 proceeds to step S18. That is, the control device 20 repeats the determination in step S18 until the elapsed time becomes equal to or greater than the threshold time. If the control device 20 determines in step S18 that the threshold time ≦ the elapsed time (Yes in step S18), the control device 20 proceeds to step S20. In the present embodiment, the determination criterion is not particularly limited, based on whether the threshold time has elapsed.

制御装置20は、ステップS18でYesと判定したら、ステップS20として、変調装置をONにする。つまり、制御装置20は、高速レーザ強度変調装置26に送る信号をOFFからONに切り換え、高速レーザ強度変調装置26は、レーザ光L2を出力している状態から、レーザ光L1を出力する状態に切り換える。これにより、レーザ光照射ユニット14は、計測セル40へのレーザ光L1の入射を停止し、レーザ光L2をビームストッパ28に入射させる。   If the control device 20 determines Yes in step S18, the control device 20 turns on the modulation device in step S20. That is, the control device 20 switches the signal sent to the high-speed laser intensity modulation device 26 from OFF to ON, and the high-speed laser intensity modulation device 26 changes from a state in which the laser light L2 is output to a state in which the laser light L1 is output. Switch. Thereby, the laser beam irradiation unit 14 stops the incidence of the laser beam L1 to the measurement cell 40 and causes the laser beam L2 to enter the beam stopper 28.

制御装置20は、ステップS20で変調装置をONにしたら、ステップS22として、受光強度信号を検出する。つまり、制御装置20は、受光装置16を用いて、受光装置16に入射するレーザ光L4の強度を検出し、受光強度信号を検出する。なお、制御部20は、受光装置16を予め駆動させておき、ステップS20よりも前の段階でも受光強度信号の検出を行っていてもよい。制御装置20は、ステップS20で変調装置をONにした時点およびステップS20で変調装置をONにした後の所定の時間の間に、受光装置16で検出した受光強度信号が解析の対象となる。   If the modulation device is turned on in step S20, the control device 20 detects the received light intensity signal in step S22. That is, the control device 20 uses the light receiving device 16 to detect the intensity of the laser light L4 incident on the light receiving device 16 and detect the received light intensity signal. The control unit 20 may drive the light receiving device 16 in advance and detect the received light intensity signal even at a stage prior to step S20. The control device 20 analyzes the received light intensity signal detected by the light receiving device 16 during the time when the modulation device is turned on in step S20 and the predetermined time after the modulation device is turned on in step S20.

制御装置20は、ステップS22で受光強度信号の検出を行ったら、ステップS24として、リングダウンタイムから濃度を算出する。なお、リングダウンタイムからの濃度を検出する検出方法は後述する。   After detecting the received light intensity signal in step S22, the control device 20 calculates the density from the ring down time in step S24. A detection method for detecting the density from the ring down time will be described later.

制御装置20は、ステップS20でレーザ光の強度を検出したら、ステップS22として濃度を検出する。制御装置20は、解析装置18により、ステップS18とステップS20の結果を用いて計測領域を流れる流通ガスGに含まれる測定対象物質の濃度を検出する。   When detecting the intensity of the laser beam in step S20, the control device 20 detects the density in step S22. The control device 20 uses the analysis device 18 to detect the concentration of the measurement target substance contained in the circulating gas G flowing through the measurement region using the results of step S18 and step S20.

制御装置20は、ステップS24で濃度を検出したら、ステップS26で計測終了か(測定対象物質の濃度の検出を終了するか)を判定する。制御装置20は、ステップS26で処理終了ではない(No)と判定した場合、ステップS16に進み、ステップS16からステップS24の処理を実行する。また、制御装置20は、ステップS26で計測終了である(Yes)と判定した場合、本処理を終了する。   When the concentration is detected in step S24, the control device 20 determines whether the measurement is finished (whether the detection of the concentration of the measurement target substance is finished) in step S26. If it is determined in step S26 that the process has not ended (No), the control device 20 proceeds to step S16 and executes the processes from step S16 to step S24. Moreover, when it determines with the control apparatus 20 having been measurement completion (Yes) by step S26, this process is complete | finished.

次に、ステップS24で実行される濃度の検出動作について説明する。図5は、受光装置で検出する受光強度と時間との関係を示すグラフである。なお、図5に示すグラフは、縦軸を受光強度とし、横軸を時間とする。また、図5に示すグラフは、受光強度の最大値を1とした規格化した状態で示す。ここで、制御装置20は、キャビティーリングダウン分光法(CRD分光法、CRDS、Cavity Ring Down Spectroscopy)を用いて、測定対象物質の濃度を計測する。   Next, the density detection operation executed in step S24 will be described. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the received light intensity detected by the light receiving device and time. In the graph shown in FIG. 5, the vertical axis represents received light intensity and the horizontal axis represents time. The graph shown in FIG. 5 is shown in a standardized state where the maximum value of the received light intensity is 1. Here, the control apparatus 20 measures the density | concentration of a measuring object substance using cavity ring down spectroscopy (CRD spectroscopy, CRDS, Cavity Ring Down Spectroscopy).

濃度計測装置10は、レーザ光照射ユニット14から計測セル40へのレーザ光L1の入射されている状態が一定時間継続し、安定状態となると、計測セル40内で一定強度のレーザ光L3が往復移動し、第1反射部46、第2反射部48で反射される毎に一定強度のレーザ光が第1反射部46、第2反射部48を通過する。これにより、第2反射部48からレーザ光L4が出力される。   In the concentration measuring apparatus 10, when the laser light L 1 is incident on the measurement cell 40 from the laser light irradiation unit 14 for a predetermined time and becomes stable, the laser light L 3 having a constant intensity reciprocates in the measurement cell 40. Each time it moves and is reflected by the first reflecting portion 46 and the second reflecting portion 48, a laser beam having a constant intensity passes through the first reflecting portion 46 and the second reflecting portion 48. As a result, the laser beam L4 is output from the second reflecting portion 48.

濃度計測装置10は、安定状態からレーザ光照射ユニット14から計測セル40へのレーザ光L1の入射が停止されると、新たなレーザ光が計測セル40に入射されない状態となる。濃度計測装置10は、計測セル40へのレーザ光L1の入射が停止される場合でも、計測セル40内で往復移動しているレーザ光L3が第1反射部46、第2反射部48で反射される毎に一部のレーザ光が第1反射部46、第2反射部48を通過する。このため、レーザ光L3の強度は徐々に減衰していき、第2反射部48から出力されるレーザ光L4の強度も徐々に減衰していく。制御装置20は、レーザ光の入射を停止した後に計測セル40の第2反射部48を通過し、受光装置16に入射するレーザ光L4の強度の減衰(受光強度信号の変化)を検出させる。ここで、受光装置16で検出されるレーザ光L4の強度は、図5に示すように徐々に低減していく。なお、図5に示す例は、時間0のときにレーザ光L1の入射を停止し、受光信号の計測を開始している。   When the incidence of the laser light L1 from the laser light irradiation unit 14 to the measurement cell 40 is stopped from the stable state, the concentration measurement apparatus 10 enters a state in which no new laser light is incident on the measurement cell 40. In the concentration measuring apparatus 10, even when the incidence of the laser beam L 1 on the measurement cell 40 is stopped, the laser beam L 3 reciprocating in the measurement cell 40 is reflected by the first reflecting unit 46 and the second reflecting unit 48. Each time, a part of the laser light passes through the first reflecting part 46 and the second reflecting part 48. For this reason, the intensity of the laser beam L3 is gradually attenuated, and the intensity of the laser beam L4 output from the second reflecting portion 48 is also gradually attenuated. The control device 20 detects the attenuation (change in the received light intensity signal) of the laser light L4 that passes through the second reflecting portion 48 of the measurement cell 40 and then enters the light receiving device 16 after stopping the incidence of the laser light. Here, the intensity of the laser beam L4 detected by the light receiving device 16 gradually decreases as shown in FIG. In the example shown in FIG. 5, the incidence of the laser beam L1 is stopped at time 0 and the measurement of the received light signal is started.

制御装置20は、このレーザ光L4の強度の減衰の検出結果に基づいて解析装置18による解析を行う。ここで、濃度計測装置10は、計測セル40内の流通ガスGに測定対象物質が含まれている場合、レーザ光が流通ガスGを通過すると、測定対象物質によりレーザ光の吸収波長成分が吸収され、レーザ光の出力が減衰する。また、流通ガスGに含まれる測定対象物質の量が多いほど、つまり濃度が高いほど、レーザ光減衰量が多くなる。このため、図5に示すように、流通ガスG測定対象物質がない場合(図中ガス無)の受光強度も、流通ガスG測定対象物質がある場合(図中波長変調)の受光強度の方がより短時間でより大きく減衰(減少)する。なお、図5では、参考のため、測定対象物質の吸光度の最も高い波長、つまり中心波長で、波長を変調しないレーザ光を用いた場合(図中中心波長)についても示す。   The control device 20 performs analysis by the analysis device 18 based on the detection result of the attenuation of the intensity of the laser light L4. Here, in the concentration measuring apparatus 10, when the measurement target substance is contained in the flow gas G in the measurement cell 40, when the laser light passes through the flow gas G, the absorption wavelength component of the laser light is absorbed by the measurement target substance. As a result, the output of the laser light is attenuated. Further, the greater the amount of the measurement target substance contained in the circulating gas G, that is, the higher the concentration, the greater the amount of laser light attenuation. For this reason, as shown in FIG. 5, the light reception intensity when there is no flow gas G measurement target substance (no gas in the figure) is also the light reception intensity when there is a flow gas G measurement target substance (wavelength modulation in the figure). Decays (decreases) more in a shorter time. In addition, in FIG. 5, the case where the laser beam which does not modulate a wavelength at the wavelength with the highest absorbance of the measurement target substance, that is, the center wavelength is used is also shown for reference (center wavelength in the figure).

解析装置18は、以上の関係に基づいて減衰するレーザ光L4の受光強度を検出し、検出結果からレーザ光L4の強度の減衰率が所定の割合となるまでの時間であるリングダウンタイムを検出する。解析装置18は、予め行った実験等で算出したリングタウンタイムと計測対象物質の濃度との関係を記憶しておき、当該関係と検出したリングダウンタイムとに基づいて計測対象物質の濃度を算出する。   The analysis device 18 detects the received light intensity of the laser beam L4 that is attenuated based on the above relationship, and detects the ring-down time that is the time from the detection result until the attenuation rate of the intensity of the laser beam L4 reaches a predetermined ratio. To do. The analysis device 18 stores the relationship between the ring town time calculated in the experiment conducted in advance and the concentration of the measurement target substance, and calculates the concentration of the measurement target substance based on the relationship and the detected ring down time. To do.

濃度計測装置10は、以上のように、レーザ光の経路の両端が反射率の高い反射部で挟まれた計測セル40内に、レーザ光を入射させ、レーザ光の入射を停止した後に生じる計測セル40から出力されるレーザ光の減衰に基づいて、計測セル40内を流れる流通ガスGに含まれる測定対象物質の濃度を、キャビティーリングダウン分光法を用いて、計測する。これにより、濃度計測装置10は、レーザ光が流通ガスを通過する光路長を、計測セル40の長さに対して飛躍的に長くすることができ、例えば計測長が10kmの計測セルと同様の距離分、流通ガスGを通過したレーザ光の出力を検出することができる。これにより、測定対象物質の濃度を高精度で検出することができる。   As described above, the concentration measurement apparatus 10 causes the laser light to enter the measurement cell 40 sandwiched between the reflection portions having high reflectance at both ends of the laser light path, and the measurement that occurs after the laser light is stopped. Based on the attenuation of the laser beam output from the cell 40, the concentration of the measurement target substance contained in the flowing gas G flowing in the measurement cell 40 is measured using cavity ring-down spectroscopy. Thereby, the concentration measuring apparatus 10 can dramatically increase the optical path length through which the laser light passes through the flow gas with respect to the length of the measurement cell 40, for example, the same as the measurement cell having a measurement length of 10 km. The output of the laser beam that has passed through the circulation gas G by the distance can be detected. Thereby, the density | concentration of a measuring object substance is detectable with high precision.

また、濃度計測装置10は、レーザ光出射ユニット14から出力し、計測セル40に入射させるレーザ光を、測定対象物質の吸収波長を含む波長の範囲で波長を変調したレーザ光とすることで、計測をより簡単にすることができ、短時間かつ高い精度で測定対象物質の濃度を計測することができる。   In addition, the concentration measuring apparatus 10 outputs laser light output from the laser light emitting unit 14 and makes the laser light incident on the measurement cell 40 be laser light whose wavelength is modulated in a wavelength range including the absorption wavelength of the measurement target substance. Measurement can be simplified, and the concentration of the measurement target substance can be measured in a short time with high accuracy.

ここで、図6Aは、半導体レーザ発振装置から出力されるレーザ光の波長と測定対象物質の吸光度との関係を説明する説明図である。図6Bは、受光装置で検出する受光強度と時間との関係を示すグラフである。図6Cは、計測結果の一例を説明するための説明図である。図6Aから図6Cは、本発明とは異なりレーザ光として、所定波長のパルス波を用いた一例を示している。   Here, FIG. 6A is an explanatory view illustrating the relationship between the wavelength of the laser beam output from the semiconductor laser oscillation device and the absorbance of the measurement target substance. FIG. 6B is a graph showing the relationship between the received light intensity detected by the light receiving device and time. FIG. 6C is an explanatory diagram for explaining an example of a measurement result. 6A to 6C show an example in which a pulse wave having a predetermined wavelength is used as a laser beam unlike the present invention.

例えば、レーザ光出射ユニット14から計測セル40に入射させるレーザ光を、図6Aに示すようにレーザ波長70に示すように1つの波長のパルス波とする。この場合、レーザ波長70が吸収線64のピーク(吸光度が最も高い波長)と一致すると、図6Bの波長中心の測定結果に示すように、ガス無しつまり測定対象物質が含まれない場合の測定結果に対して、受光強度の減衰が大きくなる。   For example, the laser light incident on the measurement cell 40 from the laser light emitting unit 14 is a pulse wave having one wavelength as shown by a laser wavelength 70 as shown in FIG. 6A. In this case, when the laser wavelength 70 coincides with the peak of the absorption line 64 (wavelength having the highest absorbance), as shown in the measurement result at the wavelength center in FIG. 6B, there is no gas, that is, the measurement result when the measurement target substance is not included. On the other hand, the attenuation of the received light intensity increases.

しかしながら、濃度計測装置は、レーザ光出射ユニット14の状態、例えば光源の温度により出力されるレーザ光の波長が変化したり、測定環境によって吸収波長の中心波長が変化したりする。このため、濃度計測装置10は、レーザ光としてパルス波を用いる場合、たとえab、図6Cに示すように、出力するレーザ光の波長を一定の波長間隔で変更し、各測定点72の波長で濃度の計測を行う。このように、複数の波長についてそれぞれ計測を行うことで、測定対象物質の吸収波長での測定結果を検出することができ、測定対象物質の濃度を計測することができる。   However, in the concentration measuring device, the wavelength of the laser beam output varies depending on the state of the laser beam emitting unit 14, for example, the temperature of the light source, or the center wavelength of the absorption wavelength varies depending on the measurement environment. Therefore, when using a pulse wave as the laser beam, the concentration measuring apparatus 10 changes the wavelength of the laser beam to be output at a constant wavelength interval as shown in FIG. Measure the concentration. Thus, by measuring each of the plurality of wavelengths, the measurement result at the absorption wavelength of the measurement target substance can be detected, and the concentration of the measurement target substance can be measured.

これに対して、本実施形態の濃度計測装置10は、上述したように、計測セル40に入射させるレーザ光を、測定対象物質の吸収波長を含む波長の範囲で波長を変調したレーザ光とする。これにより、濃度計測装置10は、レーザ光出射ユニット14の状態、例えば光源の温度により出力されるレーザ光の波長が変化したり、測定環境によって吸収波長の中心波長が変化したりしても、入射するレーザ光を吸収波長の中心波長を含むレーザ光とすることができる。このため、変調するレーザ光の中心波長と測定対象物質の吸収波長の中心波長とがずれた場合でも同様の計測結果を得ることができる。すなわち、条件が変化しても同様の結果を得ることができる。以上より、濃度計測装置10は、一回の測定でも測定対象物質の濃度を高い精度で計測することができる。   On the other hand, as described above, the concentration measuring apparatus 10 according to the present embodiment uses the laser light incident on the measurement cell 40 as a laser light whose wavelength is modulated in a wavelength range including the absorption wavelength of the measurement target substance. . Thereby, the concentration measuring apparatus 10 can change the wavelength of the laser light output depending on the state of the laser light emitting unit 14, for example, the temperature of the light source, or even if the center wavelength of the absorption wavelength changes depending on the measurement environment. The incident laser beam can be a laser beam including the center wavelength of the absorption wavelength. For this reason, the same measurement result can be obtained even when the center wavelength of the laser beam to be modulated deviates from the center wavelength of the absorption wavelength of the measurement target substance. That is, similar results can be obtained even if the conditions change. As described above, the concentration measuring apparatus 10 can measure the concentration of the measurement target substance with high accuracy even in one measurement.

次に、図7及び図8を用いて、計測結果の一例を説明する。図7は、受光装置で検出する受光強度と時間との関係を示すグラフである。図8は、計測結果の一例を説明するための説明図である。本測定では、流通ガスに測定対象物質がなく、かつ、レーザ光を変調させた場合と、流通ガスに測定対象物質が一定濃度含まれており、かつ、レーザ光を変調させた場合、流通ガスに測定対象物質が一定濃度含まれており、かつ、レーザ光を変調させない(装置の設定上波長を一定に設定した)場合について、それぞれガス濃度の計測を行った。   Next, an example of the measurement result will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the received light intensity detected by the light receiving device and time. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining an example of a measurement result. In this measurement, when there is no substance to be measured in the flow gas and the laser beam is modulated, and when the gas to be measured contains a constant concentration of the measurement target substance and the laser beam is modulated, the flow gas The gas concentration was measured for each of the cases where the substance to be measured contains a constant concentration and the laser light is not modulated (the wavelength is set constant for the device setting).

図7に、3つの夫々の条件の計測で検出される受光強度の減衰を示す。図7に示すように、流通ガスに測定対象物質がなく、かつ、レーザ光を変調させた場合(図中対象ガス無、変調有)は、流通ガスに測定対象物質が一定濃度含まれており、かつ、レーザ光を変調させた場合(図中対象ガス有、変調有)よりも受光強度が0となるまでの時間が長くなる。また、図中対象ガス有、変調有の場合は、流通ガスに測定対象物質が一定濃度含まれており、かつ、レーザ光を変調させない(図中対象ガス有、変調無)場合よりも受光強度が0となるまでの時間が長くなる。図7に示すように、検出開始からリングダウンタイムに到達するまでの応答性については、レーザ光を変調して計測を行うよりも、変調をしないで計測を行った方が速くなる。   FIG. 7 shows the attenuation of the received light intensity detected by the measurement under each of the three conditions. As shown in FIG. 7, when there is no measurement target substance in the flow gas and the laser beam is modulated (no target gas in the figure, with modulation), the flow gas contains a constant concentration of the measurement target substance. In addition, the time until the received light intensity becomes zero is longer than when the laser light is modulated (with target gas in the figure, with modulation). Also, in the figure, when the target gas is present and modulated, the received light intensity is higher than when the gas to be measured contains a certain concentration of the substance to be measured and the laser light is not modulated (with target gas and not modulated in the figure). The time until becomes zero becomes longer. As shown in FIG. 7, the responsiveness from the start of detection until the ring-down time is reached is faster when measurement is performed without modulation than when measurement is performed by modulating laser light.

次に、図8に3つの夫々の条件の計測の濃度の計測結果を示す。なお、図8では、それぞれの場合について、同一の流通ガスに対して、一定時間で複数回の計測を行った。図8に示すように、レーザ光を変調させずに計測を行った場合は、レーザ光を変調させて計測を行った場合よりも検出された値に変動が生じる。ここで、測定では、同一濃度の測定対象物質を含んだ流通ガスを用いているため、変動が検出誤差となる。つまり、図8に示すように、レーザ光を変調させて計測を行うことで、検出精度をより高くすることができる。   Next, FIG. 8 shows the measurement results of the density of the measurement under each of the three conditions. In FIG. 8, in each case, the measurement was performed a plurality of times in a certain time for the same circulating gas. As shown in FIG. 8, when the measurement is performed without modulating the laser beam, the detected value varies more than when the measurement is performed by modulating the laser beam. Here, in the measurement, since the circulation gas containing the measurement target substance having the same concentration is used, the fluctuation becomes a detection error. That is, as shown in FIG. 8, the detection accuracy can be further increased by performing measurement by modulating the laser beam.

このように、濃度計測装置10は、波長を変調させずに一回の計測で濃度を検出する場合よりも高い精度で濃度を計測することができる。また、濃度計測装置10は、波長を一定波長幅で変更し、それぞれの波長について波長を変調させずに計測を行い、濃度を検出する場合に対して、一回の計測で濃度を検出できるため、短時間で濃度を計測することができる。なお、濃度計測装置10は、波長を一定波長幅で変更し、それぞれの波長について波長を変調させずに計測を行う場合、高い精度で吸収波長の中心波長で測定を行うためには、測定の回数を多くする必要があり測定に時間がかかるが、濃度計測装置10は、一回の計測で同程度の精度で濃度を計測することができる。以上より、濃度計測装置10は、高応答性とロバスト性の両方を高いレベルで実現することができる。   As described above, the concentration measuring apparatus 10 can measure the concentration with higher accuracy than the case where the concentration is detected by one measurement without modulating the wavelength. In addition, the concentration measuring apparatus 10 can detect the concentration by one measurement as compared to the case where the wavelength is changed with a constant wavelength width, the measurement is performed without modulating the wavelength for each wavelength, and the concentration is detected. The concentration can be measured in a short time. In addition, when the concentration measuring apparatus 10 changes the wavelength with a constant wavelength width and performs measurement without modulating the wavelength for each wavelength, in order to perform measurement at the center wavelength of the absorption wavelength with high accuracy, Although it is necessary to increase the number of times and the measurement takes time, the concentration measuring apparatus 10 can measure the concentration with the same degree of accuracy in one measurement. As described above, the concentration measuring apparatus 10 can achieve both high responsiveness and robustness at a high level.

また、濃度計測装置10は、レーザ光の波長変調幅αを測定対象物質の吸光線のスペクトル半値幅よりも広く、好ましくは、2.2倍以上とすることで、ロバスト性をより向上させることができる。つまり、レーザ光の波長変調幅αを測定対象物質の吸収線のスペクトル幅よりも十分に広くすることで、レーザ光の変調の中心波長と測定対象物質の吸収線の中心波長(ピークの波長)とのずれが大きくなっても、測定対象物質の吸光度が一定割合以上となる範囲を変調幅に含めることができる。   Further, the concentration measuring apparatus 10 further improves the robustness by setting the wavelength modulation width α of the laser light to be wider than the spectral half width of the absorption line of the substance to be measured, preferably 2.2 times or more. Can do. In other words, by making the wavelength modulation width α of the laser light sufficiently wider than the spectral width of the absorption line of the measurement target substance, the center wavelength of the modulation of the laser light and the center wavelength (peak wavelength) of the absorption line of the measurement target substance Even if the deviation is larger, a range in which the absorbance of the measurement target substance is a certain ratio or more can be included in the modulation width.

また、濃度計測装置10は、レーザ光の変調の周期tをリングダウンタイムより十分短くしておく必要がある。さらに、濃度計測装置10は、レーザ光の変調の周期tをリングダウンタイムの1/4以下とすることが好ましく、リングダウンタイムの1/20以下とすることがより好ましい。ここで、一般的なリングダウンタイムは、通常、数十μs程度であるため、濃度計測装置10は、レーザ光の変調の周期tを20μs以下とすることで、レーザ光の変調の周期tをリングダウンタイムより十分短くすることができる。濃度計測装置10は、レーザ光の変調の周期tを好ましくは5μs以下、さらに好ましくは1μs以下とすることで、リングダウンタイムまでの時間に対して周期を十分に短くすることができ、複数周期分のレーザ光が入射した状態で、計測を行うことができる。具体的には、レーザ光の変調の周期tを5μs以下とすることで、リングダウンタイムの間に変調されたレーザ光を4周期以上入射させることができる。また、レーザ光の変調の周期tを1μs以下とすることで、リングダウンタイムの間に変調されたレーザ光を20周期以上入射させることができる。これにより計測精度をより高くすることができる。   Further, the concentration measuring apparatus 10 needs to make the modulation period t of the laser light sufficiently shorter than the ring-down time. Furthermore, the concentration measuring apparatus 10 preferably sets the laser light modulation period t to 1/4 or less of the ring-down time, and more preferably 1/20 or less of the ring-down time. Here, since the general ring-down time is normally about several tens of μs, the concentration measuring apparatus 10 sets the laser light modulation period t to 20 μs or less by setting the laser light modulation period t to 20 μs or less. It can be made sufficiently shorter than the ring down time. The concentration measuring apparatus 10 can sufficiently shorten the cycle with respect to the time until the ring-down time by setting the laser light modulation cycle t to preferably 5 μs or less, and more preferably 1 μs or less. Measurement can be performed in a state where a minute laser beam is incident. Specifically, by setting the laser light modulation period t to 5 μs or less, the laser light modulated during the ring-down time can be incident for four periods or more. Further, by setting the modulation period t of the laser light to 1 μs or less, the laser light modulated during the ring-down time can be incident for 20 periods or more. Thereby, measurement accuracy can be made higher.

ここで、濃度計測装置10は、装置を調整することで、流通ガスに含まれる種々の物質を測定対象物質とすることができる。また、測定対象物質としては、流通ガスに含まれる種々の物質を対象とすることができる。測定対象物質は、流通ガス中に浮遊粒子状物質(SPM、Suspended Particulate Matter)、粒子状物質(PM、Particulate Matter、Particulate)やガス状物質等として存在する。また、測定対象物質としては、レーザ光で出力可能な波長範囲に吸収波長(吸光度が高くなる波長)がある各種物質を用いることができる。   Here, the concentration measuring apparatus 10 can use various substances contained in the circulation gas as measurement target substances by adjusting the apparatus. Moreover, as a measurement object substance, the various substances contained in distribution | circulation gas can be made into object. The measurement target substance exists in the circulating gas as a suspended particulate matter (SPM, Suspended Particulate Matter), a particulate matter (PM, Particulate Matter, Particulate), a gaseous matter, or the like. As the measurement target substance, various substances having an absorption wavelength (a wavelength at which the absorbance increases) in a wavelength range that can be output by laser light can be used.

ここで、レーザ光は、近赤外波長域のレーザ光を用いることが好ましい。これにより、流通ガスに測定対象物質以外の成分が混在した状態であっても、測定対象物質の濃度を適切に測ることができる。つまり、測定対象物質以外の成分がノイズとなりにくくすることができる。これにより、フィルタや、除湿の工程をなくすまたは少なくすることができ、流通ガス供給源から流通ガスが供給されてから、計測を行い、計測結果を算出するまでの時間を短時間にすることができる。つまり、計測の時間遅れを少なくすることができる。これにより、応答性を高くすることができる。   Here, it is preferable to use a laser beam in the near-infrared wavelength region as the laser beam. Thereby, even if it is in the state where components other than a measuring object substance were mixed in circulation gas, the concentration of a measuring object substance can be measured appropriately. That is, it is possible to make it difficult for components other than the measurement target substance to become noise. As a result, it is possible to eliminate or reduce the filter and the dehumidifying process, and to shorten the time from when the circulation gas is supplied from the circulation gas supply source until the measurement is performed and the measurement result is calculated. it can. That is, the measurement time delay can be reduced. Thereby, responsiveness can be made high.

また、計測セルユニット12は、上述したように、流通ガスGが流入管42から計測セル40に向けて流れ、計測セル40から排出管44に向けて流れる向きに、空気を吸引するポンプを設けてもよい。この場合、ポンプは、流通ガスGの流れ方向において、計測セル40の下流側となる排出管44に配置することが好ましい。計測セルユニット12は、ポンプで流通ガスGを吸引することで、流通ガスGが流入管42、計測セル40、排出管44の順で流れる流量を適宜調整することができる。   Further, as described above, the measurement cell unit 12 is provided with a pump that sucks air in the direction in which the flow gas G flows from the inflow pipe 42 toward the measurement cell 40 and flows from the measurement cell 40 toward the discharge pipe 44. May be. In this case, the pump is preferably disposed in the discharge pipe 44 on the downstream side of the measurement cell 40 in the flow direction of the circulation gas G. The measurement cell unit 12 can appropriately adjust the flow rate of the flow gas G flowing in the order of the inflow pipe 42, the measurement cell 40, and the discharge pipe 44 by sucking the flow gas G with a pump.

濃度計測装置は、上記実施形態に限定されず、種々の実施形態とすることができる。以下、図9から図16を用いて、他の実施形態について説明する。   The concentration measuring apparatus is not limited to the above embodiment, and can be various embodiments. Hereinafter, other embodiments will be described with reference to FIGS. 9 to 16.

[実施形態2]
図9は、濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図9に示す濃度計測装置100は、計測セルユニット12と、レーザ光照射ユニット104と、受光装置16と、解析装置18と、制御装置20と、第1反射部46と、第2反射部48と、を有する。さらに、濃度測定装置100は、光ファイバ112と、接続光学系114、116と、を有する。ここで、濃度計測装置100は、レーザ光照射ユニット104と、光ファイバ112と、接続光学系114、116との構成を除いて、他の構成は濃度計測装置10と同様である。濃度計測装置100の構成のうち濃度計測装置10と同様の構成については説明を省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the concentration measuring apparatus. The concentration measuring apparatus 100 shown in FIG. 9 includes a measuring cell unit 12, a laser light irradiation unit 104, a light receiving device 16, an analyzing device 18, a control device 20, a first reflecting unit 46, and a second reflecting unit 48. And having. Furthermore, the concentration measuring apparatus 100 includes an optical fiber 112 and connecting optical systems 114 and 116. Here, the concentration measurement apparatus 100 is the same as the concentration measurement apparatus 10 except for the configuration of the laser light irradiation unit 104, the optical fiber 112, and the connection optical systems 114 and 116. Description of the configuration of the concentration measuring apparatus 100 that is the same as that of the concentration measuring apparatus 10 is omitted.

レーザ光照射ユニット104は、半導体レーザ発振装置22と、レーザ制御装置24と、光ファイバ25と、光シャッター110と、を有する。なお、半導体レーザ発振装置22と、レーザ制御装置24と、光ファイバ25と、は、上述したレーザ光照射ユニット14と同様の構成であるので説明を省略する。   The laser light irradiation unit 104 includes a semiconductor laser oscillation device 22, a laser control device 24, an optical fiber 25, and an optical shutter 110. Since the semiconductor laser oscillation device 22, the laser control device 24, and the optical fiber 25 have the same configuration as the laser light irradiation unit 14 described above, the description thereof is omitted.

高速光シャッター110は、レーザ光照射ユニット14の高速レーザ強度変調装置26とビームストッパ28との機能を備える装装置である。高速光シャッター110は、レーザ光の通過経路上に、レーザ光の通過を遮る状態と、レーザ光を通過させる状態(通過を遮らない状態)とを切り換えることができる機構である。ここで、高速光シャッター110は、例えば、液晶表示装置に用いられる液晶シャッターを用いることができる。高速光シャッター110は、レーザ光の通過を遮る状態とすることで、測定セル40にレーザ光を入射しない状態とし、レーザ光を通過させる状態とすることで、測定セル40にレーザ光を入射させる状態とする。また、高速光シャッター110は、レーザ光の通過を遮る状態が、ON状態となり、レーザ光を通過させる状態がOFF状態となる。   The high-speed light shutter 110 is a device equipped with the functions of the high-speed laser intensity modulation device 26 and the beam stopper 28 of the laser light irradiation unit 14. The high-speed light shutter 110 is a mechanism capable of switching between a state of blocking the passage of the laser light and a state of passing the laser light (a state where the passage of the laser light is not blocked) on the passage path of the laser light. Here, as the high-speed optical shutter 110, for example, a liquid crystal shutter used in a liquid crystal display device can be used. The high-speed optical shutter 110 is in a state where the laser light is not incident on the measurement cell 40 by blocking the passage of the laser light, and the laser light is incident on the measurement cell 40 by allowing the laser light to pass. State. Further, in the high-speed light shutter 110, the state where the passage of the laser light is blocked is turned on, and the state where the laser light is passed is turned off.

レーザ光照射ユニット104は、以上のような構成であり、レーザ制御装置24から半導体レーザ発振装置22にレーザ制御信号が送信される。半導体レーザ発振装置22は、レーザ制御信号に基づいて波長が一定周期で変調するレーザ光を出力し、出力したレーザ光を光ファイバ25に入射させる。光ファイバ52は、入射されたレーザ光を案内して、高速光シャッター110に入射させる。高速光シャッター110は、制御装置20からの信号に基づいて、レーザ光を通過させ、レーザ光を計測セル40内に入射させる状態と、レーザ光を遮り、レーザ光を計測セル40内に入射させない状態とを切り換える。このようにして、レーザ光照射ユニット104も、計測セル40に波長が一定周期で変調するレーザ光を入射させる。また、レーザ光照射ユニット104は、計測セル40にレーザ光を入射させる状態と、入射させない状態とを切り換える。   The laser light irradiation unit 104 is configured as described above, and a laser control signal is transmitted from the laser control device 24 to the semiconductor laser oscillation device 22. The semiconductor laser oscillation device 22 outputs laser light whose wavelength is modulated at a constant period based on the laser control signal, and causes the output laser light to enter the optical fiber 25. The optical fiber 52 guides the incident laser light and makes it incident on the high-speed optical shutter 110. Based on the signal from the control device 20, the high-speed optical shutter 110 allows the laser light to pass therethrough and makes the laser light enter the measurement cell 40, and blocks the laser light and does not allow the laser light to enter the measurement cell 40. Switch between states. In this way, the laser beam irradiation unit 104 also makes the measurement cell 40 enter the laser beam whose wavelength is modulated at a constant period. The laser light irradiation unit 104 switches between a state in which the laser light is incident on the measurement cell 40 and a state in which the laser light is not incident.

次に、光ファイバ112は、一方の端部が高速光シャッター110と接続され、他方の端部が接続光学系114と接続されている。また、接続光学系114は、光ファイバ112と第1反射部46とを接続している。接続光学系114は、コネクタ等であり、接続している2つの部材(光ファイバ110と第1反射部46)を、2つの部材の間でレーザ光が通過可能な状態で連結する。このように、高速光シャッター110と第1反射部46とは、光ファイバ112と接続光学系114とで接続されている。これにより、高速光シャッター110から計測セル40に向けて入射されたレーザ光は、光ファイバ112を通過した後、接続光学系114を通過して第1反射部46に入射する。   Next, the optical fiber 112 has one end connected to the high-speed optical shutter 110 and the other end connected to the connection optical system 114. The connecting optical system 114 connects the optical fiber 112 and the first reflecting portion 46. The connection optical system 114 is a connector or the like, and connects two connected members (the optical fiber 110 and the first reflecting portion 46) in a state where laser light can pass between the two members. As described above, the high-speed optical shutter 110 and the first reflection unit 46 are connected by the optical fiber 112 and the connection optical system 114. As a result, the laser light incident from the high-speed optical shutter 110 toward the measurement cell 40 passes through the optical fiber 112 and then passes through the connection optical system 114 and enters the first reflecting portion 46.

接続光学系116は、第2反射部48と受光装置16とを接続している。接続光学系116は、コネクタ等であり、第2反射部48と受光装置16との間でレーザ光が通過可能な状態で連結する。   The connection optical system 116 connects the second reflection unit 48 and the light receiving device 16. The connection optical system 116 is a connector or the like, and is coupled between the second reflecting unit 48 and the light receiving device 16 in a state where laser light can pass.

濃度計測装置100は、高速レーザ強度変調装置26およびビームストッパ28に代えて、高速光シャッター110を設けることで、計測セル40にレーザ光を入射させる状態と、入射させない状態とを切り換える。このように、高速光シャッター110を用いることでも、適切に、計測セル40にレーザ光を入射させる状態と、入射させない状態とを切り換えることができる。また、濃度計測装置100は、高速光シャッター110を用いることで、計測セル40にレーザ光を入射させない場合にレーザ光を外部に出力することを抑制することができる。   The concentration measuring apparatus 100 switches between a state in which laser light is incident on the measuring cell 40 and a state in which it is not incident by providing a high-speed optical shutter 110 instead of the high-speed laser intensity modulator 26 and the beam stopper 28. As described above, by using the high-speed optical shutter 110, it is possible to appropriately switch between a state in which the laser light is incident on the measurement cell 40 and a state in which the laser light is not incident. Further, the concentration measuring apparatus 100 can suppress the output of laser light to the outside when the laser light is not incident on the measurement cell 40 by using the high-speed light shutter 110.

濃度計測装置100は、高速光シャッター110と計測セル40(に連結している第1反射部46)との間に光ファイバ112および接続光学系114を設けることで、レーザ光照射ユニット104から出力されたレーザ光を光学部材で計測セル40に案内することができる。また同様に計測セル40(に連結している第2反射部48)と受光装置16とを接続光学系116で接続することで、計測セル40から出力されたレーザ光を光学部材で受光装置16に案内することができる。濃度計測装置100は、各構成要素の間のレーザ光の経路に光ファイバまたは光学接続系を設けることで、レーザ光をより高い精度で伝達させることができる。また、レーザ光を光ファイバで案内することで、レーザ光を直線以外の経路でも案内することができる。これにより装置をコンパクト化することができ、かつ、装置の配置を簡単にすることができる。   The concentration measurement apparatus 100 outputs from the laser light irradiation unit 104 by providing the optical fiber 112 and the connection optical system 114 between the high-speed optical shutter 110 and the measurement cell 40 (the first reflection unit 46 connected to the measurement cell 40). The laser beam thus made can be guided to the measurement cell 40 by an optical member. Similarly, the measuring cell 40 (the second reflecting portion 48 connected to the light receiving device 16) and the light receiving device 16 are connected by the connecting optical system 116, so that the laser beam output from the measuring cell 40 is received by the optical member by the optical member. Can be guided to. The concentration measuring apparatus 100 can transmit the laser light with higher accuracy by providing an optical fiber or an optical connection system in the laser light path between the components. Further, by guiding the laser beam with an optical fiber, the laser beam can be guided along a route other than a straight line. Thereby, the apparatus can be made compact and the arrangement of the apparatus can be simplified.

[実施形態3]
図10は、濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図10に示す濃度計測装200は、計測セルユニット202と、レーザ光照射ユニット104と、受光装置16と、解析装置18と、制御装置20と、FBG(Fiber Bragg Grating、ファイバーブラッググレーティング)220、240と、を有する。さらに、濃度測定装置200は、光ファイバ218、230と、接続光学系114、232、234と、を有する。ここで、濃度計測装置200は、計測セルユニット202と、FBG220、240と、光ファイバ218、230と、接続光学系114、232、234と、の構成を除いて、他の構成は濃度計測装置100と同様である。濃度計測装置200の構成のうち濃度計測装置100と同様の構成については説明を省略する。
[Embodiment 3]
FIG. 10 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the concentration measuring apparatus. 10 includes a measurement cell unit 202, a laser beam irradiation unit 104, a light receiving device 16, an analysis device 18, a control device 20, an FBG (Fiber Bragg Grating) 220, 240. Furthermore, the concentration measuring apparatus 200 includes optical fibers 218 and 230 and connecting optical systems 114, 232 and 234. Here, the concentration measuring apparatus 200 has the other configuration except for the configuration of the measuring cell unit 202, the FBGs 220 and 240, the optical fibers 218 and 230, and the connecting optical systems 114, 232, and 234. 100. Description of the configuration of the concentration measuring apparatus 200 that is the same as that of the concentration measuring apparatus 100 is omitted.

計測セルユニット202は、流通ガスGを案内する経路および流通ガス含まれる測定対象物質を計測する計測領域を構成する。計測セルユニット202は、計測セル210と、流入管212と、排出管214と、を有する。   The measurement cell unit 202 constitutes a measurement area for measuring a path for guiding the flow gas G and a measurement target substance contained in the flow gas. The measurement cell unit 202 includes a measurement cell 210, an inflow pipe 212, and a discharge pipe 214.

計測セル210は、中空の四角柱形状の部材であり、内部に流通ガスGが流れる。計測セル210の中空の角柱形状の一方の端部(図10中上側、四角柱の上面)には流入管212が配置され、他方の端部(図10中下側、四角柱の下面)には排出管214が配置されている。つまり、計測セル210は、四角柱形状の上下面が開放されており、それぞれの面に流入管212と排出管214が接続されている。また、計測セル210は、四角柱の1つの側面に接続光学系114が接続され、当該光学部材114が接続されている側面の反対側の側面に接続光学系232が接続されている。ここで、計測セル210は、接続光学系114が接続されている側面と、接続光学系232が接続されている側面とが平行な面となる。   The measurement cell 210 is a hollow quadrangular prism-shaped member, and the circulation gas G flows inside. An inflow pipe 212 is arranged at one end (upper side in FIG. 10, upper surface of the quadrangular column) of the hollow prismatic shape of the measurement cell 210, and at the other end (lower side in FIG. 10, lower surface of the quadrangular column). Is provided with a discharge pipe 214. In other words, the measurement cell 210 has a quadrangular prism-shaped upper and lower surfaces open to which the inflow pipe 212 and the exhaust pipe 214 are connected. In the measurement cell 210, the connection optical system 114 is connected to one side surface of the quadrangular prism, and the connection optical system 232 is connected to the side surface opposite to the side surface to which the optical member 114 is connected. Here, in the measurement cell 210, the side surface to which the connection optical system 114 is connected and the side surface to which the connection optical system 232 is connected are parallel surfaces.

流入管(サンプリング配管)212は、測定対象の流通ガスGを計測セル210に供給する配管である。流入管42は、一方の端部が流通ガスGを供給する供給装置に接続されており、他方の端部が計測セル210の上面に接続されている。排出管214は、一方の端部が、計測セル210の下面に接続され、他方の端部が、より下流側の配管と接続されている。   The inflow pipe (sampling pipe) 212 is a pipe that supplies the flow gas G to be measured to the measurement cell 210. One end of the inflow pipe 42 is connected to a supply device that supplies the circulating gas G, and the other end is connected to the upper surface of the measurement cell 210. The discharge pipe 214 has one end connected to the lower surface of the measurement cell 210 and the other end connected to a more downstream pipe.

計測セルユニット202は、流入管212に供給された流通ガスGを、流入管212から計測セル210に供給する。また、計測セルユニット202は、計測セル210を流れた流通ガスGを排出管214から外部に排出する。このようにして計測セルユニット202は、測定対象ガスの供給手段から供給される流通ガスGを流入管212、計測セル210、排出管214の順で流す流路を形成する。   The measurement cell unit 202 supplies the flow gas G supplied to the inflow pipe 212 to the measurement cell 210 from the inflow pipe 212. In addition, the measurement cell unit 202 discharges the circulating gas G flowing through the measurement cell 210 to the outside from the discharge pipe 214. In this way, the measurement cell unit 202 forms a flow path through which the flow gas G supplied from the measurement target gas supply means flows in the order of the inflow pipe 212, the measurement cell 210, and the discharge pipe 214.

次に、光ファイバ218、230と、接続光学系114、232、234とについて説明する。光ファイバ218と接続光学系114とは、高速光シャッター110と計測セル210との間に配置されている。光ファイバ230と接続光学系323,324とは計測セル210と受光装置16との間に配置されている。   Next, the optical fibers 218 and 230 and the connection optical systems 114, 232, and 234 will be described. The optical fiber 218 and the connection optical system 114 are disposed between the high-speed optical shutter 110 and the measurement cell 210. The optical fiber 230 and the connecting optical systems 323 and 324 are disposed between the measurement cell 210 and the light receiving device 16.

光ファイバ218は、一方の端部が高速光シャッター110と接続され、他方の端部が接続光学系114と接続されている。また、接続光学系114は、光ファイバ128と計測セル210の側面とを接続している。接続光学系114は、コネクタ等であり、接続している2つの部材(光ファイバ218と計測セル210)を、2つの部材の間でレーザ光が通過可能な状態で連結する。このように、高速光シャッター110と計測セル210とは、光ファイバ218と接続光学系114とで接続されている。   The optical fiber 218 has one end connected to the high-speed optical shutter 110 and the other end connected to the connection optical system 114. The connection optical system 114 connects the optical fiber 128 and the side surface of the measurement cell 210. The connection optical system 114 is a connector or the like, and connects two connected members (the optical fiber 218 and the measurement cell 210) in a state where laser light can pass between the two members. Thus, the high-speed optical shutter 110 and the measurement cell 210 are connected by the optical fiber 218 and the connection optical system 114.

光ファイバ230は、一方の端部が接続光学系232と接続され、他方の端部が接続光学系234と接続されている。また、接続光学系232は、計測セル210の側面と光ファイバ230とを接続している。接続光学系234は、光ファイバ230と受光装置16とを接続している。このように、計測セル210と受光装置16とは、光ファイバ230と接続光学系232、234とで接続されている。   The optical fiber 230 has one end connected to the connection optical system 232 and the other end connected to the connection optical system 234. The connection optical system 232 connects the side surface of the measurement cell 210 and the optical fiber 230. The connection optical system 234 connects the optical fiber 230 and the light receiving device 16. Thus, the measurement cell 210 and the light receiving device 16 are connected by the optical fiber 230 and the connection optical systems 232 and 234.

次に、FBG(Fiber Bragg Grating、ファイバーブラッググレーティング)220、240について説明する。FBG220は、光ファイバ218の接続光学系114側(つまり計測セル210側)の端部領域に設けられている。FBG220は、第1反射部46と同様の機能を備える光学部材であり、複数の高屈折率層222を有する。FBG240は、光ファイバ230の接続光学系232側(つまり計測セル210側)の端部領域に設けられている。FBG240は、第2反射部48と同様の機能を備える光学部材であり、複数の高屈折率層242を有する。FBG220とFBG240とは、計測セル210を挟んで向かい合う位置に配置されている。また、FBG220とFBG240とは、ともにレーザ光の通過経路である光ファイバ218、230内に設けられているため、レーザ光の通過経路に配置されている。   Next, FBGs (Fiber Bragg Gratings) 220 and 240 will be described. The FBG 220 is provided in an end region of the optical fiber 218 on the connection optical system 114 side (that is, the measurement cell 210 side). The FBG 220 is an optical member having a function similar to that of the first reflection unit 46 and includes a plurality of high refractive index layers 222. The FBG 240 is provided in the end region of the optical fiber 230 on the connection optical system 232 side (that is, the measurement cell 210 side). The FBG 240 is an optical member having a function similar to that of the second reflection unit 48 and includes a plurality of high refractive index layers 242. The FBG 220 and the FBG 240 are arranged at positions facing each other with the measurement cell 210 in between. Further, since both the FBG 220 and the FBG 240 are provided in the optical fibers 218 and 230 that are laser beam passage paths, they are arranged in the laser beam passage path.

以下、図11を用いて、2つのFBG220、240のうち代表してFBG240について説明する。図11は、図10に示すFBGを拡大して示す模式図である。FBG240は、光ファイバ230のコアにレーザ光の経路方向に所定間隔、離れて複数配置された高屈折率層242を備える。FBG240は、光ファイバ230のコアに複数の高屈折率層242を配置することで、周期的に屈折率を変化させている。このように、FBG240は、レーザ光の通過経路に屈折率の周期的な変化を設け、屈折率の周期的な変化をグレーティング(回折格子)機能させることで、グレーティングの周期が作るブラッグ反射条件を満たす波長の光のみを反射させる。これにより、FBG240は、レーザ光の波長を反射させることができる。また、FBG240は、複数の高屈折率層242の境界で同様の反射で生じる。また、FBG240は、所定の条件を満たすレーザ光は通過させるため、FBG240に到達したレーザ光の一部(1%未満の光)は、FBG240を通過して、受光装置16に到達する。   Hereinafter, the FBG 240 as a representative of the two FBGs 220 and 240 will be described with reference to FIG. FIG. 11 is an enlarged schematic view of the FBG shown in FIG. The FBG 240 includes a plurality of high refractive index layers 242 arranged at a predetermined interval in the laser beam path direction at the core of the optical fiber 230. The FBG 240 periodically changes the refractive index by disposing a plurality of high refractive index layers 242 in the core of the optical fiber 230. In this way, the FBG 240 provides a Bragg reflection condition created by the period of the grating by providing a periodic change of the refractive index in the laser beam passage path and causing the periodic change of the refractive index to function as a grating (diffraction grating). Only the light of the wavelength which fills is reflected. Thereby, FBG240 can reflect the wavelength of a laser beam. Further, the FBG 240 is caused by the same reflection at the boundary between the plurality of high refractive index layers 242. Further, since the FBG 240 passes laser light that satisfies a predetermined condition, a part of the laser light that has reached the FBG 240 (light of less than 1%) passes through the FBG 240 and reaches the light receiving device 16.

これにより、濃度計測装置200は、計測セル210を挟んだFBG220とFBG240との間でレーザ光が反射され往復移動する。つまり、FBG220からFBG240に向かう光は、FBG240で反射してFBG240からFBG220に向かう光となる。FBG240からFBG220に向かう光は、FBG220で反射してFBG220からFBG240に向かう光となる。また、FBG220とFBG240とを往復する光の一部、FBG220またはFBG240で反射されない1%未満の光は、FBG220またはFBG240から、計測セル210から離れる方向に外側に出射される。これにより、計測セル212を往復する光は、FBG220とFBG240とで反射する毎に徐々にFBG220とFBG240との間から外側に出射される。   As a result, the concentration measuring apparatus 200 reciprocates as the laser light is reflected between the FBG 220 and the FBG 240 with the measurement cell 210 interposed therebetween. That is, the light traveling from the FBG 220 toward the FBG 240 is reflected by the FBG 240 and becomes light traveling from the FBG 240 toward the FBG 220. The light traveling from the FBG 240 toward the FBG 220 is reflected by the FBG 220 and becomes light traveling from the FBG 220 toward the FBG 240. Further, a part of the light traveling back and forth between the FBG 220 and the FBG 240, that is, less than 1% of light that is not reflected by the FBG 220 or the FBG 240, is emitted outward from the FBG 220 or the FBG 240 in a direction away from the measurement cell 210. As a result, the light traveling back and forth in the measurement cell 212 is gradually emitted to the outside from between the FBG 220 and the FBG 240 every time it is reflected by the FBG 220 and the FBG 240.

濃度計測装置200は、計測セル210を挟んで光を反射させる反射部として、FBG220、240を用いることでも同様に、計測セル210でレーザ光を往復させることができ、キャビティーリングダウン分光法を用いた濃度計測を行うことができる。図12Aは、レーザ光照射ユニットから出力されるレーザ光の強度と時間との関係を示すグラフである。図12Bは、受光装置で検出する受光強度と時間との関係を示すグラフである。ここで、濃度計測装置200は、複数の高屈折率層222、242で構成されるFBG222、240を反射部として用いている。このため、濃度計測装置200は、図12Aに示すように、レーザ光照射ユニットから出力されるレーザ光を時間0で計測セル210に向けて出力している状態から出力していない状態に切り換えると、図12Bに示すように、受光装置16で受光信号が一定の時間間隔で検出され、かつ、検出強度が段階的に減衰する。濃度計測装置200は、図12Bに示すように一定の時間間隔で検出される受光信号を解析することで上記実施形態と同様にリングダウンタイムを検出し、濃度を検出することができる。   The concentration measuring apparatus 200 can also reciprocate the laser beam in the measurement cell 210 by using the FBGs 220 and 240 as a reflection part that reflects light across the measurement cell 210, and performs cavity ring-down spectroscopy. The used concentration measurement can be performed. FIG. 12A is a graph showing the relationship between the intensity of laser light output from the laser light irradiation unit and time. FIG. 12B is a graph showing the relationship between the received light intensity detected by the light receiving device and time. Here, the concentration measuring apparatus 200 uses the FBGs 222 and 240 formed of a plurality of high refractive index layers 222 and 242 as a reflection unit. For this reason, as shown in FIG. 12A, the concentration measuring apparatus 200 switches the laser light output from the laser light irradiation unit from being output to the measurement cell 210 at time 0 to not being output. As shown in FIG. 12B, the light receiving signal is detected by the light receiving device 16 at regular time intervals, and the detection intensity attenuates stepwise. As shown in FIG. 12B, the concentration measuring apparatus 200 can detect the ring-down time and detect the concentration by analyzing the received light signals detected at regular time intervals as in the above embodiment.

また、濃度計測装置200は、反射部として光ファイバの内部に配置されたFBG220、240を用いることで、光学ミラーを用いるよりも装置をコンパクトにすることができる。また、計測セルの端部に光学ミラーを設ける必要がないため、計測セルの形状も小型化することができる。計測セルを小型化できることで、流通ガスの量が少ない場合でも好適に計測を行うことができる。   In addition, the concentration measuring apparatus 200 can be made more compact than using an optical mirror by using the FBGs 220 and 240 disposed inside the optical fiber as a reflecting portion. Moreover, since it is not necessary to provide an optical mirror at the end of the measurement cell, the shape of the measurement cell can be reduced. Since the measurement cell can be reduced in size, measurement can be suitably performed even when the amount of circulating gas is small.

[実施形態4]
図13は、濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図13に示す濃度計測装300は、計測セルユニット302と、レーザ光照射ユニット104と、受光装置16と、解析装置18と、制御装置20と、FBG(Fiber Bragg Grating、ファイバーブラッググレーティング)320、330と、を有する。さらに、濃度測定装置300は、光ファイバ312、接続光学系314、316と、を有する。ここで、濃度計測装置300は、計測セルユニット302と、FBG320、330と、光ファイバ312と、接続光学系314、316と、の構成を除いて、他の構成は濃度計測装置200と同様である。濃度計測装置300の構成のうち濃度計測装置300と同様の構成については説明を省略する。
[Embodiment 4]
FIG. 13 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the concentration measuring apparatus. 13 includes a measurement cell unit 302, a laser light irradiation unit 104, a light receiving device 16, an analysis device 18, a control device 20, an FBG (Fiber Bragg Grating) 320, 330. Further, the concentration measuring apparatus 300 includes an optical fiber 312 and connecting optical systems 314 and 316. Here, the concentration measurement apparatus 300 is the same as the concentration measurement apparatus 200 except for the configuration of the measurement cell unit 302, the FBGs 320 and 330, the optical fiber 312, and the connection optical systems 314 and 316. is there. Description of the configuration of the concentration measuring apparatus 300 that is the same as that of the concentration measuring apparatus 300 is omitted.

計測セルユニット302は、流通ガスGを案内する経路および流通ガス含まれる測定対象物質を計測する計測領域を構成する。計測セルユニット302は、計測セル310を有する。計測セル310は、中空の配管であり、内部に流通ガスGが流れる。計測セル210の中空の角柱形状の一方から他方に流通ガスGが流れている。また、計測セル310は、内部に光ファイバ312が挿入されている。   The measurement cell unit 302 constitutes a measurement area for measuring a path for guiding the flow gas G and a measurement target substance contained in the flow gas. The measurement cell unit 302 has a measurement cell 310. The measurement cell 310 is a hollow pipe, and the circulating gas G flows inside. The flowing gas G flows from one of the hollow prismatic shapes of the measurement cell 210 to the other. The measurement cell 310 has an optical fiber 312 inserted therein.

次に、光ファイバ312と、接続光学系314、316とについて説明する。光ファイバ312は、一方の端部が接続光学系314と接続され、他方の端部が接続光学系316と接続されている。また、光ファイバ312は、一部が計測セル310の内部を通過している。光ファイバ312は、計測セル310内に配置された一部がファイバーセンサ域340となる。ファイバーセンサ域340については後述する。また、接続光学系314は、高速光シャッター110と光ファイバ312とを接続している。接続光学系114は、コネクタ等であり、接続している2つの部材を、2つの部材の間でレーザ光が通過可能な状態で連結する。接続光学系316は、光ファイバ312と受光装置16とを接続している。このように、高速光シャッター110と受光装置16は、計測セル310の内部を通過する光ファイバ312と接続光学系314、316とで接続されている。   Next, the optical fiber 312 and the connection optical systems 314 and 316 will be described. The optical fiber 312 has one end connected to the connection optical system 314 and the other end connected to the connection optical system 316. Further, part of the optical fiber 312 passes through the inside of the measurement cell 310. A part of the optical fiber 312 disposed in the measurement cell 310 becomes a fiber sensor region 340. The fiber sensor area 340 will be described later. The connection optical system 314 connects the high-speed optical shutter 110 and the optical fiber 312. The connection optical system 114 is a connector or the like, and connects two connected members in a state where laser light can pass between the two members. The connection optical system 316 connects the optical fiber 312 and the light receiving device 16. Thus, the high-speed optical shutter 110 and the light receiving device 16 are connected by the optical fiber 312 that passes through the inside of the measurement cell 310 and the connection optical systems 314 and 316.

ここで、図14は、図13に示す光ファイバを拡大して示す模式図である。ファイバーセンサ域340は、光ファイバを構成するコア314とクラッド316とのうち、クラッド316が設けられておらず、コア314が露出した状態となっている。ファイバーセンサ域340は、コア314が露出していることで、レーザ光の一部が漏れ出し、近接場光(エバネッセント光)を照射する。この近接場光(エバネッセント光)は、一定の強度で照射される。また、この近接場光(エバネッセント光)の吸収波長成分は、測定対象物質により吸収される。このため、近接場光(エバネッセント光)を照射している領域に測定対象物質があると光ファイバ312を通過するレーザ光の出力が減衰する。濃度計測装置300は、ファイバーセンサ域340を設けることで、レーザ光を直接計測セル内に入射させなくても、測定対象物質の濃度に基づいてレーザ光の出力を減衰させることができる。これにより、上記実施形態と同様に計測を行うことができる。   Here, FIG. 14 is a schematic diagram showing the optical fiber shown in FIG. 13 in an enlarged manner. The fiber sensor region 340 is in a state in which the core 314 is exposed because the clad 316 is not provided among the core 314 and the clad 316 constituting the optical fiber. In the fiber sensor region 340, the core 314 is exposed, so that part of the laser light leaks and irradiates near-field light (evanescent light). This near-field light (evanescent light) is irradiated with a constant intensity. The absorption wavelength component of the near-field light (evanescent light) is absorbed by the measurement target substance. For this reason, if there is a substance to be measured in the region irradiated with near-field light (evanescent light), the output of the laser light passing through the optical fiber 312 is attenuated. By providing the fiber sensor region 340, the concentration measuring device 300 can attenuate the output of the laser beam based on the concentration of the measurement target substance without directly entering the laser beam into the measurement cell. Thereby, it can measure similarly to the said embodiment.

次に、FBG(Fiber Bragg Grating、ファイバーブラッググレーティング)320、330について説明する。ここで、FBG320、330は、配置される光ファイバが光ファイバ312となった点を除いて、基本的な構成は、FBG220、240と同様である。FBG320は、光ファイバ312のファイバーセンサ域340よりも高速光シャッター110側に設けられている。FBG320は、第1反射部46と同様の機能を備える光学部材であり、複数の高屈折率層322を有する。FBG330は、光ファイバ312のファイバーセンサ域340よりも受光装置16側に設けられている。FBG320は、第2反射部48と同様の機能を備える光学部材であり、複数の高屈折率層332を有する。   Next, FBG (Fiber Bragg Grating) 320 and 330 will be described. Here, the basic configuration of the FBGs 320 and 330 is the same as that of the FBGs 220 and 240 except that the optical fiber to be arranged is the optical fiber 312. The FBG 320 is provided closer to the high-speed optical shutter 110 than the fiber sensor region 340 of the optical fiber 312. The FBG 320 is an optical member having a function similar to that of the first reflection unit 46 and includes a plurality of high refractive index layers 322. The FBG 330 is provided closer to the light receiving device 16 than the fiber sensor region 340 of the optical fiber 312. The FBG 320 is an optical member having a function similar to that of the second reflection unit 48 and includes a plurality of high refractive index layers 332.

これにより、濃度計測装置300も、ファイバーセンサ域340を挟んだFBG320とFBG330との間でレーザ光が反射され往復移動する。ファイバーセンサ領域340を往復する光は、FBG320とFBG330とで反射する毎に徐々にFBG320とFBG330との間から外側に出射される。   As a result, the concentration measuring apparatus 300 also reciprocates while the laser beam is reflected between the FBG 320 and the FBG 330 with the fiber sensor region 340 interposed therebetween. The light traveling back and forth in the fiber sensor region 340 is gradually emitted to the outside from between the FBG 320 and the FBG 330 every time it is reflected by the FBG 320 and the FBG 330.

濃度計測装置300は、ファイバーセンサ域340を設けることで、光ファイバでレーザ光を案内している状態を維持して計測を行うことができる。これにより、レーザ光が空間を伝達する距離を短くすることが出来るため、レーザ光の損失をより少なくすることができる。また、1本の光ファイバで高速光シャッター110と受光装置16とを接続できるため、光学部材同士の連結部を少なくすることができ、この点でもレーザ光の損失を少なくすることができる。   By providing the fiber sensor region 340, the concentration measuring apparatus 300 can perform measurement while maintaining the state in which the laser light is guided by the optical fiber. Thereby, since the distance which a laser beam transmits in space can be shortened, the loss of a laser beam can be decreased more. Further, since the high-speed optical shutter 110 and the light receiving device 16 can be connected by a single optical fiber, the number of connecting portions between optical members can be reduced, and in this respect also, the loss of laser light can be reduced.

また、濃度計測装置200は、計測セルの内部に光ファイバを通過させることができるため、計測セルを種々の構造とすることができる。これにより装置をコンパクトにすることができる。また、測定対象の流通ガスGが流れる配管に直接配置することもできるため、計測の応答性をより高くすることができる。   Moreover, since the concentration measuring apparatus 200 can pass an optical fiber through the measurement cell, the measurement cell can have various structures. Thereby, the apparatus can be made compact. Moreover, since it can also arrange | position directly to piping through which the distribution | circulation gas G of a measuring object flows, the responsiveness of measurement can be made higher.

(実施形態5)
なお、上記実施形態では、レーザ光照射ユニットの半導体レーザ発振装置を1つとしたが、複数設けてもよい。図15は、レーザ光照射ユニットの一例を示す模式図である。図16は、レーザ光照射ユニットの動作の一例を示す模式図である。図15に示すレーザ光照射ユニット414は、第1半導体レーザ発振装置422aと、第2半導体レーザ発振装置422bと、第3半導体レーザ発振装置422cと、レーザ制御装置424と、第1高速光シャッター432aと、第2高速光シャッター432bと、第3高速光シャッター432cと、合波部436とを有する。レーザ光照射ユニット414は、各部を接続する光ファイバ430a、430b、430c、434a、434b、434c、438を有する。
(Embodiment 5)
In the above embodiment, the number of the semiconductor laser oscillation devices of the laser light irradiation unit is one, but a plurality of semiconductor laser oscillation devices may be provided. FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an example of a laser beam irradiation unit. FIG. 16 is a schematic diagram illustrating an example of the operation of the laser light irradiation unit. The laser light irradiation unit 414 shown in FIG. 15 includes a first semiconductor laser oscillation device 422a, a second semiconductor laser oscillation device 422b, a third semiconductor laser oscillation device 422c, a laser control device 424, and a first high-speed optical shutter 432a. A second high-speed optical shutter 432b, a third high-speed optical shutter 432c, and a multiplexing unit 436. The laser beam irradiation unit 414 includes optical fibers 430a, 430b, 430c, 434a, 434b, 434c, and 438 that connect the respective units.

第1半導体レーザ発振装置422aと、第2半導体レーザ発振装置422bと、第3半導体レーザ発振装置422cと、は、出力するレーザ光の波長が互いに異なる点を除いて他の構成、機能は、半導体レーザ発振装置22と同様である。レーザ制御装置424は、第1半導体レーザ発振装置422aと、第2半導体レーザ発振装置422bと、第3半導体レーザ発振装置422cとに制御信号を送り、それぞれから波長を振動させたレーザ光を出力させる。   The first semiconductor laser oscillating device 422a, the second semiconductor laser oscillating device 422b, and the third semiconductor laser oscillating device 422c have the same configuration and function except that the wavelengths of laser beams to be output are different from each other. This is the same as the laser oscillation device 22. The laser control device 424 sends a control signal to the first semiconductor laser oscillation device 422a, the second semiconductor laser oscillation device 422b, and the third semiconductor laser oscillation device 422c, and outputs laser light whose wavelength is oscillated from each of them. .

第1高速光シャッター432aと、第2高速光シャッター432bと、第3高速光シャッター432cは、高速光シャッター110と同様に入射されたレーザ光を遮るか遮らないかを切り換える機構である。第1高速光シャッター432aは、光ファイバ430aで第1半導体レーザ発振装置422aと接続されている。また、第1高速光シャッター432aは、光ファイバ434aで合波部436と接続されている。第2高速光シャッター432bは、光ファイバ430bで第1半導体レーザ発振装置422bと接続されている。また、第2高速光シャッター432bは、光ファイバ434bで合波部436と接続されている。第3高速光シャッター432cは、光ファイバ430cで第3半導体レーザ発振装置422cと接続されている。また、第3高速光シャッター432cは、光ファイバ434cで合波部436と接続されている。   The first high-speed light shutter 432a, the second high-speed light shutter 432b, and the third high-speed light shutter 432c are mechanisms for switching whether or not to block the incident laser light, as with the high-speed light shutter 110. The first high-speed optical shutter 432a is connected to the first semiconductor laser oscillation device 422a through an optical fiber 430a. The first high-speed optical shutter 432a is connected to the multiplexing unit 436 through an optical fiber 434a. The second high-speed optical shutter 432b is connected to the first semiconductor laser oscillation device 422b through an optical fiber 430b. The second high-speed optical shutter 432b is connected to the multiplexing unit 436 through an optical fiber 434b. The third high-speed optical shutter 432c is connected to the third semiconductor laser oscillation device 422c through an optical fiber 430c. The third high-speed optical shutter 432c is connected to the multiplexing unit 436 through an optical fiber 434c.

合波部436は、3つの光ファイバ434a、434b、434cと1つの光ファイバ438とを接続するカプラである。合波部436は、3つの光ファイバ434a、434b、434cのそれぞれから入射されたレーザ光を光ファイバ438に入射させる。光ファイバ328は、計測セルと直接または接続光学系を介して接続されている。   The multiplexing unit 436 is a coupler that connects the three optical fibers 434 a, 434 b, 434 c and one optical fiber 438. The multiplexing unit 436 causes the laser light incident from each of the three optical fibers 434 a, 434 b, and 434 c to enter the optical fiber 438. The optical fiber 328 is connected to the measurement cell directly or via a connection optical system.

レーザ光照射ユニット414は、以上のような構成である。制御装置は、レーザ光照射ユニット414の第1高速光シャッター432aと、第2高速光シャッター432bと、第3高速光シャッター432cとのONとOFF、つまりレーザ光の通過、遮断を切り換えることで、合波部436を通過して、計測セルに入射させるレーザ光を切り換えることができる。例えば、図16に示すように、第1高速光シャッター432aにより第1半導体レーザ発振装置422aから出力されるレーザ光のみを通過させ、当該レーザ光により測定対象物質の濃度の計測を行う。その後、第2高速光シャッター432bにより第2半導体レーザ発振装置422bから出力されるレーザ光のみを通過させ、当該レーザ光により他の測定対象物質の濃度の計測を行う。第3高速光シャッター432cにより第3半導体レーザ発振装置422cから出力されるレーザ光を通過させ、当該レーザ光により更に別の測定対象物質の濃度の計測を行う。   The laser light irradiation unit 414 is configured as described above. The control device switches ON and OFF of the first high-speed light shutter 432a, the second high-speed light shutter 432b, and the third high-speed light shutter 432c of the laser light irradiation unit 414, that is, by switching between passing and blocking of the laser light, The laser beam that passes through the multiplexing unit 436 and enters the measurement cell can be switched. For example, as shown in FIG. 16, only the laser beam output from the first semiconductor laser oscillation device 422a is passed through the first high-speed optical shutter 432a, and the concentration of the measurement target substance is measured with the laser beam. Thereafter, only the laser beam output from the second semiconductor laser oscillation device 422b is passed by the second high-speed optical shutter 432b, and the concentration of another measurement target substance is measured by the laser beam. Laser light output from the third semiconductor laser oscillation device 422c is passed by the third high-speed optical shutter 432c, and the concentration of another measurement target substance is measured by the laser light.

このように、レーザ光照射ユニット414は、3つの異なる波長のレーザ光を順次入射させることで、流通ガスに含まれる3つの異なる測定対象物質の濃度を計測することができる。また、1度の測定にかかる時間は、流通ガスが計測セルを通過する時間よりも十分に短いので、同一の流通ガスを測定したとみなすことができる。なお、上記実施形態では、半導体レーザ発光装置と高速シャッターとの組み合わせを3つとしたが数は特に限定されない。また、レーザ光の出力を発振装置側で切り換えられる場合は、高速光シャッターを合波部の下流側に設けてもよい。なお、1つの半導体レーザ発振装置で複数の測定対象物質の吸収波長のレーザ光を出力できるようにしてもよい。   Thus, the laser beam irradiation unit 414 can measure the concentrations of the three different measurement target substances contained in the flow gas by sequentially entering the laser beams having three different wavelengths. In addition, the time required for one measurement is sufficiently shorter than the time required for the flow gas to pass through the measurement cell, so that it can be considered that the same flow gas has been measured. In the above embodiment, there are three combinations of the semiconductor laser light emitting device and the high-speed shutter, but the number is not particularly limited. When the output of the laser beam can be switched on the oscillation device side, a high-speed optical shutter may be provided on the downstream side of the multiplexing unit. In addition, you may enable it to output the laser beam of the absorption wavelength of several measurement object material with one semiconductor laser oscillation apparatus.

また、上記実施形態では、いずれも流通ガスに含まれる測定対象物質の濃度を計測したが、本発明はこれに限定されず、測定対象物質の量を算出することもできる。   In the above embodiments, the concentration of the measurement target substance contained in the flow gas is measured. However, the present invention is not limited to this, and the amount of the measurement target substance can also be calculated.

10、100、200、300 濃度計測装置
12、202、302 計測セルユニット
14、104、414 レーザ光照射ユニット
16 受光装置
18 解析装置
20 制御装置
22 半導体レーザ発振装置
24、424 レーザ制御装置
26 高速レーザ強度変調装置
28 ビームストッパ
112、218、230、312、430a、430b、430c、434a、434b、434c、438 光ファイバ
40、210、310 計測セル
42、212 流入管
44、214 排出管
46 第1反射部
48 第2反射部
110 高速光シャッター
114、116、232、234、314、316 接続光学系
220、240、320、330 FBG
222、242、322、332 高屈折率層
314 コア
316 クラッド
340 センサ領域
422a 第1半導体レーザ発振装置
422b 第2半導体レーザ発振装置
422c 第3半導体レーザ発振装置
432a 第1高速光シャッター
432b 第2高速光シャッター
432c 第3高速光シャッター
436 合波部
10, 100, 200, 300 Concentration measuring device 12, 202, 302 Measuring cell unit 14, 104, 414 Laser light irradiation unit 16 Light receiving device 18 Analyzing device 20 Control device 22 Semiconductor laser oscillation device 24, 424 Laser control device 26 High-speed laser Intensity modulator 28 Beam stopper 112, 218, 230, 312, 430a, 430b, 430c, 434a, 434b, 434c, 438 Optical fiber 40, 210, 310 Measurement cell 42, 212 Inflow pipe 44, 214 Exhaust pipe 46 First reflection Part 48 Second reflecting part 110 High-speed optical shutter 114, 116, 232, 234, 314, 316 Connection optical system 220, 240, 320, 330 FBG
222, 242, 322, 332 High refractive index layer 314 Core 316 Clad 340 Sensor region 422a First semiconductor laser oscillation device 422b Second semiconductor laser oscillation device 422c Third semiconductor laser oscillation device 432a First high-speed optical shutter 432b Second high-speed light Shutter 432c Third high-speed optical shutter 436 Multiplexing section

Claims (12)

流通ガスに含まれる測定対象物質を計測する物質計測装置であって、
前記流通ガスが流れる計測セルと、
前記測定対象物質の吸収波長を含む波長の範囲で波長を変調したレーザ光を前記計測セルに入射させる状態と入射させない状態とを切り換えるレーザ光照射ユニットと、
前記計測セルから出射されるレーザ光を受講する受光装置と、
前記計測セルと前記レーザ光照射ユニットとの間に配置されレーザ光を反射させる第1反射部と、
前記計測セルと前記受光装置との間に配置され、レーザ光を反射させる第2反射部と、
前記レーザ光照射ユニットがレーザ光を前記計測セルに入射させる状態から入射させない状態に切り換えた前記受光装置が受光した光の強度の減衰に基づいて、流通ガスに含まれる前記測定対象物質を検出する解析装置と、を有することを特徴とする物質計測装置。
A substance measuring device for measuring a measurement target substance contained in a circulating gas,
A measurement cell through which the flow gas flows;
A laser light irradiation unit that switches between a state in which laser light having a wavelength modulated in a wavelength range including an absorption wavelength of the measurement target substance is incident on the measurement cell and a state in which the laser light is not incident;
A light receiving device for taking a laser beam emitted from the measurement cell;
A first reflection unit disposed between the measurement cell and the laser beam irradiation unit to reflect the laser beam;
A second reflection unit that is disposed between the measurement cell and the light receiving device and reflects laser light;
The measurement target substance contained in the flowing gas is detected based on the attenuation of the intensity of the light received by the light receiving device that has been switched from the state in which the laser light irradiation unit is incident on the measurement cell to the state in which the laser light is not incident. A substance measuring apparatus comprising: an analyzing apparatus;
前記レーザ光照射ユニットは、前記レーザ光の変調周期が20μs以下であることを特徴とする請求項1に記載の物質計測装置。   The substance measuring apparatus according to claim 1, wherein the laser light irradiation unit has a modulation period of the laser light of 20 μs or less. 前記レーザ光照射ユニットは、前記レーザ光の変調周期が1μs以下であることを特徴とする請求項1に記載の物質計測装置。   The substance measuring apparatus according to claim 1, wherein the laser light irradiation unit has a modulation period of the laser light of 1 μs or less. 前記第1反射部および前記第2反射部は、反射率が99%以上の光学ミラーであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の物質計測装置。   4. The substance measuring apparatus according to claim 1, wherein the first reflecting unit and the second reflecting unit are optical mirrors having a reflectance of 99% or more. 5. 前記レーザ光照射ユニットと計測セルとに接続され、前記レーザ光を案内する第1光学部材と、
前記受光装置と計測セルとに接続され、前記レーザ光を案内する第2光学部材と、をさらに有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の物質計測装置。
A first optical member connected to the laser beam irradiation unit and the measurement cell and guiding the laser beam;
5. The substance measuring device according to claim 1, further comprising a second optical member connected to the light receiving device and the measurement cell and guiding the laser beam.
前記レーザ光照射ユニットと計測セルとに接続され、前記レーザ光を案内する第1光ファイバと、
前記レーザ光照射ユニットと計測セルとに接続され、前記レーザ光を案内する第2光ファイバと、をさらに有し、
前記第1反射部は、前記第1光ファイバに配置された複数の高屈折率層で構成されるファイバーブラッググレーティングであり、
前記第2反射部は、前記第2光ファイバに配置された複数の高屈折率層で構成されるファイバーブラッググレーティングであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の物質計測装置。
A first optical fiber connected to the laser light irradiation unit and the measurement cell and guiding the laser light;
A second optical fiber that is connected to the laser light irradiation unit and the measurement cell and guides the laser light;
The first reflecting part is a fiber Bragg grating composed of a plurality of high refractive index layers arranged in the first optical fiber,
4. The substance according to claim 1, wherein the second reflecting portion is a fiber Bragg grating including a plurality of high refractive index layers arranged in the second optical fiber. 5. Measuring device.
一方の端部が前記第1光ファイバに接続され、他方の端部が前記第2光ファイバに接続され、かつ、前記計測セルに挿入される第3光ファイバを有し、
前記第3光ファイバは、前記計測セル内の一部にコアが露出している領域を備えることを特徴とする請求項6に記載の物質計測装置。
A third optical fiber having one end connected to the first optical fiber, the other end connected to the second optical fiber, and inserted into the measurement cell;
The material measuring apparatus according to claim 6, wherein the third optical fiber includes a region where a core is exposed in a part of the measurement cell.
前記第1光ファイバと前記第2光ファイバと前記第3光ファイバは、連結部がない1本の光ファイバであることを特徴とする請求項7に記載の物質計測装置。   The substance measuring apparatus according to claim 7, wherein the first optical fiber, the second optical fiber, and the third optical fiber are one optical fiber having no connection portion. 前記レーザ光照射ユニットは、前記レーザ光の通過経路上に配置され、開閉することで前記計測セルに入射させる状態と入射させない状態とを切り換えるシャッターを備えることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の物質計測装置。   9. The laser light irradiation unit is provided on a passage path of the laser light, and includes a shutter that switches between a state of entering and not entering the measurement cell by opening and closing. The substance measuring device according to any one of the above. 前記レーザ光照射ユニットは、前記レーザ光の出射方向を切り換えて、前記計測セルに入射させる状態と入射させない状態とを切り換える機構を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の物質計測装置。   The said laser beam irradiation unit is provided with the mechanism in which the emission direction of the said laser beam is switched, and the state which makes it enter into the said measurement cell and the state which does not enter are provided. The substance measuring apparatus described. 前記解析装置は、前記流通ガスに含まれる前記測定対象物質の濃度を検出することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の物質計測装置。   11. The substance measuring apparatus according to claim 1, wherein the analysis apparatus detects a concentration of the measurement target substance contained in the flow gas. 両端に反射部が配置されかつ流通ガスが流れる計測セルの一方の端部からレーザ光を入射させ、前記計測セルの他方の端部から出射されるレーザ光を検出して、前記流通ガスに含まれる測定対象物質を計測する物質計測方法であって、
前記計測セルに前記流通ガスを流すステップと、
前記測定対象物質の吸収波長を含む波長の範囲で波長を変調したレーザ光を前記計測セルの前記一方の端部から入射させるステップと、
前記計測セルに前記レーザ光の入射を停止させるステップと、
前記計測セルの他方の端部から出力される前記レーザ光を受光した受光ステップと、
レーザ光を前記計測セルに入射させる状態から入射させない状態に切り換えた後に受光した光の強度の減衰に基づいて、流通ガスに含まれる前記測定対象物質を検出する検出ステップと、を有することを特徴とする物質計測方法。
A laser beam is incident from one end of a measurement cell in which reflection portions are arranged at both ends and the flow gas flows, and the laser beam emitted from the other end of the measurement cell is detected and included in the flow gas A substance measurement method for measuring a measurement target substance,
Flowing the flow gas through the measurement cell;
Injecting from the one end of the measurement cell a laser beam whose wavelength is modulated in a wavelength range including the absorption wavelength of the measurement target substance;
Stopping the incidence of the laser beam on the measurement cell;
A light receiving step for receiving the laser light output from the other end of the measurement cell;
A detection step of detecting the measurement target substance contained in the flow gas based on attenuation of the intensity of light received after switching from a state in which laser light is incident on the measurement cell to a state in which it is not incident. Substance measurement method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018507377A (en) * 2015-12-04 2018-03-15 インチョン ユニバーシティ インダストリー アカデミック コーポレーション ファウンデーションIncheon University Industry Academic Cooperation Foundation Gas turbine combustion state diagnosis device

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