JP2021067631A - Method of measuring gas concentration in packaging bag - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス置換されて密封された包装袋内に残存する特定ガスのガス濃度を測定するガス濃度測定方法に関するものである。 The present invention relates to a gas concentration measuring method for measuring the gas concentration of a specific gas remaining in a package bag that has been gas-replaced and sealed.
従来、包装工程において、被包装物の保存期間又は賞味期間を縮めるおそれのある特定の酸化原因ガスを含んだ包装袋内の空気を除去して、不活性ガス、たとえば窒素、二酸化炭素等にガス置換してから密封するガス置換包装が行われている。これによって、包装袋内部の酸化原因ガスは除去され、被包装物、特に食品は、長期の保存期間、賞味期間を確保することができる。
そして、ガス置換包装後の検査工程において、酸化原因ガス、特に酸素の濃度が既定値以下であるかどうか検査が行われている。
しかしながら、現在主流である酸素濃度の測定方法は、サンプルとして任意に選択した包装袋に注射針を刺し、包装袋内から吸引した少量のガスの組成を検査する抜き取り検査である。当該抜き取り検査では、注射痕が形成された包装袋は廃棄しなければならない。また、検査精度を上げるためにサンプル数を増やすと検査時間が長くなり、増加する廃棄量によって経済的、時間的損失が増大する不都合があった。
Conventionally, in the packaging process, the air in the packaging bag containing a specific oxidation-causing gas that may shorten the storage period or the taste period of the packaged object is removed, and the gas is converted into an inert gas such as nitrogen or carbon dioxide. Gas replacement packaging is performed after replacement and sealing. As a result, the oxidation-causing gas inside the packaging bag is removed, and the packaged object, particularly the food, can secure a long storage period and a shelf life.
Then, in the inspection step after gas replacement packaging, inspection is performed to see if the concentration of the oxidation-causing gas, particularly oxygen, is equal to or less than the predetermined value.
However, the current mainstream method for measuring oxygen concentration is a sampling test in which an injection needle is inserted into a packaging bag arbitrarily selected as a sample and the composition of a small amount of gas sucked from the packaging bag is inspected. In the sampling inspection, the packaging bag on which the injection mark is formed must be discarded. Further, if the number of samples is increased in order to improve the inspection accuracy, the inspection time becomes long, and there is a disadvantage that the economic and time loss increases due to the increased amount of waste.
これに対し、本願出願人は、包装袋を損傷することなく内部の特定ガスの濃度を測定可能なガス濃度測定装置を開発した。
特開2010−107197に開示されている包装袋のガス濃度測定装置1は、図7に示すように、発信器を有するレーザー発生部2と、当該レーザー発生部2に連接し、レーザー光が射出される主ヘッド3、並びに受信器を有するレーザー受光部4と、当該レーザ受光部4に連接し、レーザー光が入射される副ヘッド5とからなる。相対的に接近及び離隔自在に設けられた主ヘッド3と副ヘッド5は、、一対のグリップ6,6に把持された検査対象の包装袋Bを挟んで、主ヘッド3に対して副ヘッド5が正対するように配置されている。これによって、主ヘッド3から副ヘッド5へ最短距離でレーザー光が包装袋を透過することができ、包装袋内に残留している酸素等の特定ガスの濃度を測定する際に、包装袋の全数について当該包装袋を一切損傷することなく迅速に測定することができるようになった。
On the other hand, the applicant of the present application has developed a gas concentration measuring device capable of measuring the concentration of a specific gas inside without damaging the packaging bag.
As shown in FIG. 7, the packaging bag gas concentration measuring device 1 disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-107197 is connected to a
しかしながら、上記のガス濃度測定装置1は、包装袋Bに対してレーザー光を透過させるとき、包装袋B内に封じられる気体の量が多少変化しても光路長の変化が小さくなるように主ヘッド3と副ヘッド5を正対させて、光路長を一定にしている。これが、測定対象の包装袋B内の気体の状態を検査するために十分な光路長を確保することの妨げとなり、上記のガス濃度測定装置1は、測定対象である特定ガスのガス濃度について測定誤差が生じやすい状態であった。
However, in the gas concentration measuring device 1 described above, when the laser beam is transmitted through the packaging bag B, the change in the optical path length is mainly reduced even if the amount of gas sealed in the packaging bag B changes slightly. The
したがって、本発明が解決しようとする課題は、レーザー光の光路長を長く伸ばすと共に当該光路長が一定になるようにして、測定精度を向上させたガス濃度測定方法を提供することである。 Therefore, an object to be solved by the present invention is to provide a gas concentration measuring method in which the optical path length of the laser beam is extended and the optical path length is kept constant to improve the measurement accuracy.
請求項1に記載のガス濃度測定方法は、特定波長のレーザー光を、ガス置換されて密封された包装袋に透過させて、前記包装袋の透過前後で変化する特定波長の吸収スペクトルに基づいて前記包装袋の内部に残留している特定ガスのガス濃度を測定するようにしたレーザー式ガス濃度計を有するガス濃度測定方法であって、
前記レーザー光を射出するレーザー発生部と、
前記レーザー光を受光するレーザー受光部と、
前記レーザー光が反射可能な反射面を有し、
前記レーザー発生部から射出され、前記包装袋を透過するレーザー光が、前記反射面で反射した後に前記レーザー受光部に入射するようにしたことを特徴とする。
The gas concentration measuring method according to claim 1 is based on an absorption spectrum of a specific wavelength that changes before and after transmission of the packaging bag by transmitting a laser beam of a specific wavelength through a package bag that has been gas-substituted and sealed. A gas concentration measuring method having a laser gas densitometer for measuring the gas concentration of a specific gas remaining inside the packaging bag.
The laser generating part that emits the laser light and
A laser receiving unit that receives the laser light and
It has a reflective surface on which the laser beam can be reflected, and has a reflective surface.
The laser light emitted from the laser generating portion and transmitted through the packaging bag is reflected by the reflecting surface and then incident on the laser receiving portion.
請求項2に記載のガス濃度測定方法は、請求項1に記載の発明において、前記反射面が、前記包装袋を挟んで互いに平行に対向した第1反射面と第2反射面からなり、
前記レーザー光が、前記第1反射面と前記第2反射面との間で複数回反射するようにしたことを特徴とする。
The gas concentration measuring method according to
The laser light is reflected a plurality of times between the first reflecting surface and the second reflecting surface.
本発明に係るガス濃度測定方法によれば、レーザー発生部から射出されたレーザー光が包装袋を透過するとき、反射面で反射した後にレーザー受光部に入射するようにした。これによって、レーザー光の光路長を伸ばすことができるので、ガス濃度を測定するときの測定精度を向上させることができる。
また好ましくは、反射面が包装袋を挟んで互いに平行に対向する第1反射面と第2反射面からなるように構成し、第1反射面と第2反射面との間でレーザー光を複数回、すなわち少なくとも2回は反射させるようにした。これによって、レーザー発生部とレーザー受光部とを同一側に配置してレーザー光を奇数回、少なくとも1回反射させるよりも一回多く偶数回反射させることができるので、より一層光路長を延長することができる。
According to the gas concentration measuring method according to the present invention, when the laser light emitted from the laser generating portion passes through the packaging bag, it is reflected by the reflecting surface and then incident on the laser receiving portion. As a result, the optical path length of the laser beam can be extended, so that the measurement accuracy when measuring the gas concentration can be improved.
Further, it is preferable that the reflecting surfaces are composed of a first reflecting surface and a second reflecting surface which face each other in parallel with the packaging bag sandwiched between them, and a plurality of laser beams are emitted between the first reflecting surface and the second reflecting surface. It was made to reflect once, that is, at least twice. As a result, the laser generating unit and the laser receiving unit can be arranged on the same side to reflect the laser light an odd number of times, at least once, and even-numbered times more than once, so that the optical path length can be further extended. be able to.
本発明に係るガス濃度測定方法の実施例を、添付した図面にしたがって説明する。
図1は本実施例に係るガス濃度測定方法に用いるガス濃度測定装置の構成の概略を示す平面図であり、図2は当該ガス濃度測定装置の構成の概略を示すブロック図である。
Examples of the gas concentration measuring method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a plan view showing an outline of the configuration of a gas concentration measuring device used in the gas concentration measuring method according to the present embodiment, and FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the configuration of the gas concentration measuring device.
本実施例に係るガス濃度測定方法は、包装袋の内部に残留している特定ガスのガス濃度を測定する方法である。当該ガス濃度測定方法は、出荷前に包装袋を検査する検査場で行われたり、また、包装に係る各種工程を有するロータリー式或いはピロー式等の包装機の検査工程で行われている。本実施例においては、それらを踏まえて、ガス濃度測定方法に絞って説明する。
残留している特定ガスとは、たとえば、酸素ガス(O2)である。大気雰囲気下で行われる包装機の包装工程では、被包装物を充填したとき、包装袋内部に大気も充填される。大気に含まれている酸素ガスをはじめとした酸化原因ガスは、被包装物、特に食品類を酸化させて劣化させる原因となる。そのため、包装機には、被包装物を包装袋に充填する包装工程の後に、当該包装袋から大気を抜気して、不活性ガス、たとえば、窒素ガス(N2)、二酸化炭素ガス(CO2)へ置き換えるガス置換(ガスパージ)工程が設けられている。
その後、ガス置換された包装袋内部の酸素ガスのガス濃度を測定して、当該酸素ガスのガス濃度が基準値以下に収まっているかどうか検査する方法が、本実施例に係るガス濃度測定方法である。酸素ガスのガス濃度を測定したとき、ガス濃度が基準値以下に収まっている場合は、正常にガス置換が行われ、包装袋内部は不活性ガスが充満しているので、被包装物の酸化を防止することができ、保存期間や賞味期間を延ばすことができる。対して、ガス濃度が基準値を超えている場合は、不良品と判断されて、たとえば、包装機の包装工程から排出されるように構成されている。
The gas concentration measuring method according to this embodiment is a method for measuring the gas concentration of a specific gas remaining inside the packaging bag. The gas concentration measuring method is performed at an inspection site that inspects packaging bags before shipment, or is performed in an inspection process of a rotary type or pillow type packaging machine that has various processes related to packaging. In this embodiment, based on these, the gas concentration measuring method will be focused on.
The residual specific gas is, for example, oxygen gas (O 2 ). In the packaging process of a packaging machine performed in an air atmosphere, when the object to be packaged is filled, the inside of the packaging bag is also filled with air. Oxidation-causing gases such as oxygen gas contained in the atmosphere cause oxidation and deterioration of the packaged material, especially foods. Therefore, in the packaging machine, after the packaging process of filling the packaging bag with the object to be packaged, the air is evacuated from the packaging bag, and an inert gas such as nitrogen gas (N 2 ) or carbon dioxide gas (CO) is used. A gas replacement (gas purge) step for replacing with 2) is provided.
After that, the method of measuring the gas concentration of the oxygen gas inside the gas-replaced packaging bag and inspecting whether the gas concentration of the oxygen gas is within the reference value is the gas concentration measuring method according to the present embodiment. is there. When the gas concentration of oxygen gas is measured, if the gas concentration is below the standard value, gas replacement is performed normally and the inside of the packaging bag is filled with inert gas, so oxidation of the packaged object is performed. Can be prevented, and the storage period and the best-before date can be extended. On the other hand, if the gas concentration exceeds the standard value, it is determined to be a defective product, and for example, it is configured to be discharged from the packaging process of the packaging machine.
本実施例に係るガス濃度測定法に用いられるガス濃度測定装置は、図1に示すように、レーザー光を射出するレーザー発生部11と、レーザー光を受光するレーザー受光部12とを備えたレーザー式ガス濃度計と、レーザー光を反射する反射面を有している。さらに、測定対象の包装袋は、袋口両端を一対のグリップ6,6で把持されている。
As shown in FIG. 1, the gas concentration measuring device used in the gas concentration measuring method according to the present embodiment is a laser including a
レーザー式ガス濃度計は、波長可変半導体レーザー吸収分光法によって特定ガスを分析可能に形成されている。
ここで、波長可変半導体レーザー吸収分光法(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy:TDLAS)とは、半導体レーザー素子から出力されたレーザー光に係る所定の入射光強度と、測定対象となる特定ガス含んだ気体を封じたセルを透過して、当該特定ガスに吸収された透過後のレーザー光に係る透過光強度とから透過率を求めて、透過率に基づくレーザー光の吸光度からガス濃度を測定する方法である。
特定ガスを含めて気体はそれぞれ固有の吸収波長帯を有し、当該吸収波長帯にはより強く光を吸収する波長に係る吸収線が複数本含まれていることが知られている。TDLASは、出力するレーザー光の近赤外領域の波長を、測定対象となる特定ガスの複数本の吸収線のうち、一本の吸収線に係る特定波長に合致するように変調し、増幅するように構成されている。そして、セルの透過前後で変化する特定波長の吸収スペクトルに基づいてレーザー光の吸光度を求めてガス濃度を測定している。なお、本実施例において測定対象ガスは酸素ガスであって、当該測定対象ガスを封じるセルは包装袋である。
The laser gas densitometer is formed so that a specific gas can be analyzed by tunable semiconductor laser absorption spectroscopy.
Here, the wavelength variable semiconductor laser absorption spectrometry (TDLAS) is a predetermined incident light intensity related to the laser light output from the semiconductor laser element and a gas containing a specific gas to be measured. This is a method in which the transmittance is obtained from the transmitted light intensity of the transmitted laser light absorbed by the specific gas after passing through the sealed cell, and the gas concentration is measured from the absorbance of the laser light based on the transmittance. ..
It is known that each gas including a specific gas has a unique absorption wavelength band, and the absorption wavelength band includes a plurality of absorption lines related to wavelengths that absorb light more strongly. TDLAS modulates and amplifies the wavelength of the output laser light in the near-infrared region so as to match the specific wavelength of one absorption line among the plurality of absorption lines of the specific gas to be measured. It is configured as follows. Then, the gas concentration is measured by obtaining the absorbance of the laser beam based on the absorption spectrum of a specific wavelength that changes before and after the transmission of the cell. In this embodiment, the gas to be measured is oxygen gas, and the cell that seals the gas to be measured is a packaging bag.
レーザー発生部11は、図2に示すように、レーザー光源13と、当該光源から射出するレーザー光の波長を特定の波長に設定し、所定の光強度に調整する制御部14とを有している。
レーザー光源13は、波長が可変可能なダイオードからなる半導体レーザー素子を備え、近赤外領域のレーザー光を出力可能に形成されている。
制御部14は、半導体レーザー素子から出力されるレーザー光の波長を測定対象の特定ガス固有の特定波長に調整して、レーザー光が所定の入射光強度で射出されるように増幅する制御を行うように形成されている。
ここで、本実施例に係るレーザー式ガス濃度計が測定する特定ガスは、酸素ガスである。当該酸素ガス固有の吸収波長帯は760nm帯であり、当該吸収波長帯に含まれる複数の吸収線のうち、一の吸収線に係る特定波長がレーザー光の出力波長として選択される。
As shown in FIG. 2, the
The
The
Here, the specific gas measured by the laser gas densitometer according to the present embodiment is oxygen gas. The absorption wavelength band peculiar to the oxygen gas is the 760 nm band, and among the plurality of absorption lines included in the absorption wavelength band, a specific wavelength related to one absorption line is selected as the output wavelength of the laser beam.
レーザー発生部11は、第1ハウジング15に内蔵されている。当該第1ハウジング15は第1窓部16を有している。第1窓部16には、近赤外領域の光を通しやすいサファイヤガラスが嵌め込まれている。そして、レーザー発生部11は、第1窓部16を通じて第1ハウジング15からレーザー光を射出するように形成されている。
The
第1ハウジング15内は特定ガス、本実施例においては酸素ガスを除去するために、真空化またはガス置換(ガスパージ)をすることができるように形成されている。そのため、第1ハウジング15内を真空で維持したり、或いは窒素ガス、又は二酸化炭素或いはこれらに類する不活性ガス類で満たすことができる。
これによって、レーザー光源13から第1窓部16を通じて射出するまでの間に、第1ハウジング15内でレーザ光が特定ガスに吸収されることを防止することができるので、ガス濃度測定の精度を向上させることができる。
The inside of the
As a result, it is possible to prevent the laser beam from being absorbed by the specific gas in the
レーザー受光部12は、図2に示すように、包装袋を透過したレーザー光を受光する受光センサ20と、当該受光センサ20からの受光信号に基づいて、ガス濃度を測定する測定部21とを有している。
受光センサ20は、包装袋を透過したレーザー光の透過光強度を電気的な透過光信号に変換する素子、たとえば、フォトダイオードからなる。これによって、包装袋を透過したレーザー光の透過光強度を電気的に処理することができる。
測定部21は、透過光強度に係る透過光信号と、レーザー発生部11から出力されたレーザー光の入射光強度に係る入射光信号に基づいて透過率を計算し、当該透過率に基づいてレーザー光の特定ガスによる吸光度を求め、当該吸光度に基づいて包装袋内の特定ガスの濃度を測定するように形成されている。
As shown in FIG. 2, the laser
The
The measuring
レーザー受光部12は、第2ハウジング22に内蔵されている。第2ハウジング22は第2窓部23を有している。第2窓部23には、第1窓部16と同様に、近赤外領域の光を通しやすいサファイヤガラスが嵌め込まれている。
これによって、レーザー受光部12は、第2窓部23を通じて包装袋を透過したレーザー光を受光するように形成されている。
第2ハウジング22内もまた、第1ハウジングと同様に、真空化又は、ガス置換可能に形成されている。そのため、第2窓部23を通じて入射されたレーザー光を受光センサ20が受光するまでの間に、第2ハウジング22内でレーザ光が特定ガスに吸収されることを防止することができるので、ガス濃度測定の精度を向上させることができる。
The laser
As a result, the laser
The inside of the
このように、レーザー式ガス濃度計は、図1及び図2に示すように、レーザー発生部11から第1窓部16を通じてレーザー光を射出し、当該レーザー光を測定対象の包装袋Bに透過させて、第2窓部23を通じてレーザー受光部12で包装袋Bを透過したレーザー光を受光するように構成されている。
そして、当該レーザー式ガス濃度計を有するガス濃度測定装置10は、第1窓部16から射出されたレーザー光を第2窓部23へ入射させる間に、反射面で少なくとも一回、好ましくは複数回反射させるように構成されている。
As described above, as shown in FIGS. 1 and 2, the laser gas densitometer emits laser light from the
Then, the gas
反射面は、所定の位置に第1窓部16が設けられた第1反射面30と、所定の位置に第2窓部23が設けられた第2反射面31とからなり、第1反射面30と第2反射面31は、互いに平行に対向するように設けられている。反射面30,31は、たとえば、鏡面、又は鏡面状に磨き上げられた金属、或いは所定の基材に鏡面状の膜体を貼り付けものからなり、レーザー光を反射可能に形成されている。
The reflecting surface is composed of a first reflecting
第1反射面30と第2反射面31は、相対的に接離自在に形成され、図1に示すように、第1反射面30と第2反射面31との間に包装袋Bを挟持可能に形成されている。そのため、第1反射面30と第2反射面31で包装袋Bを挟持したとき、包装袋Bに第1反射面30と第2反射面31を密着させることができる。
さらに、包装袋Bに対する第1窓部16と第2窓部23の位置を定めることによって、第1反射面30と第2反射面31で包装袋Bを挟持したとき、包装袋Bに第1窓部16と第2窓部23も密着させることができる。
これによって、レーザー光を第1窓部16から射出して、第2反射面31、第1反射面30と反射させて、第2窓部23へ入射させるとき、大気に含まれている特定ガスの影響を最小限に抑えることができ、より高精度に特定ガスの濃度を測定することができる。
The first reflecting
Further, by determining the positions of the
As a result, when the laser beam is emitted from the
第1窓部16と第2窓部23の位置は、レーザー光を第1窓部16から射出して第2窓部23へ入射させる間に第1反射面30と第2反射面31で反射可能となるように配置すれば良く、第1窓部16と第2窓部23間の距離と、第1窓部16から射出されるレーザ光が第2反射面30へ入射するときの所定の入射角度との関係によって、第1反射面30と第2反射面31との間でレーザー光を所定の偶数回反射させて、第2窓部23へ入射させるように制御することができる。
The positions of the
レーザ光を第1窓部16から射出され第2反射面24へ入射させるとき、当該レーザー光の入射角度θは、たとえば、図4に示すように、5度から85度の間で任意に設定することができ、さらに第1反射面30と第2反射面31間の距離に基づいて光路長の計算を容易に行うことができる、30度又は60度、或いは45度が好ましい。入射角度が5度以下の場合、第1窓部16と第2窓部23が正対している従来の場合と光路長の差が大きくならないうえ、レーザー光が、複数回反射している包装袋B内の一点でガス濃度を測定することとなるので、包装袋B内部にガスの偏りがあった場合、誤差が生じやすくなるおそれがある。一方、入射角度が85度以上の場合、包装袋Bを透過するレーザー光が特定ガスに吸収されるよりも散乱される割合が大きくなり、ガス濃度の測定で誤差が生じやすくなるおそれがある。
When the laser light is emitted from the
また、第1反射面30と第2反射面31との間を反射させる反射回数は、第1窓部16と第2窓部23を対向配置していることから、偶数回反射するように構成されている。ここで、反射回数は特定ガスに対するレーザー光の吸収と散乱の関係から2回若しくは4回が好ましい。6回以上反射させると、光路長を長くすることができるが、レーザー光の減衰率が大きくなるため、レーザー受光部に高感度な受光センサを設けなければならない。そのため、コストが増大するおそれがある。
Further, the number of times of reflection reflected between the first reflecting
ここで、波長可変半導体レーザー吸収分光法(TDLAS)は、ランバート・ベールの法則に基づいてガス濃度を測定するものである。ランバート・ベールの法則とは、図3に示すように、入射光強度をI0、包装袋Bを透過した透過光強度をIt、入射光に対する透過光の透過率をTとして、光路長をL、ガス濃度をCとすると、特定波長の吸収スペクトルで射出されたレーザー光の吸光度Aとの間に、数式1が成立する関係である。ここでεは測定対象となる所定のガスがレーザー光を吸収する固有の吸収係数である。 Here, the tunable semiconductor laser absorption spectroscopy (TDLAS) measures the gas concentration based on Lambert-Beer's law. As shown in FIG. 3, Lambert-Beer's law is that the incident light intensity is I 0 , the transmitted light intensity transmitted through the packaging bag B is It, the transmittance of the transmitted light with respect to the incident light is T, and the optical path length is L. Assuming that the gas concentration is C, the relationship is such that Equation 1 holds with the absorbance A of the laser light emitted in the absorption spectrum of a specific wavelength. Here, ε is a unique absorption coefficient at which a predetermined gas to be measured absorbs laser light.
第1反射面30と第2反射面31との間の距離とレーザー光を反射させる反射回数から光路長Lを容易に求めることができることから、入射光に対する透過光の透過率T、または包装袋内で特定ガスに吸収されたレーザー光の特定波長に係る吸収スペクトルの吸光度Aを得ることが出来れば、ガス濃度Cを求めることができる。
ここで、特定ガスは包装袋Bに密封されているから、ガス濃度Cを定量測定する場合、入射光に対する透過光の透過率T又は吸収スペクトルの吸光度Aが大きく変化するように、すなわち、吸光度Aに比例する光路長Lを長くするとガス濃度の検知感度を向上させることができる。このように検知感度を向上させることによって、たとえば数ppmレベルのガス濃度まで検知できるように検知可能範囲を広げた場合、数%レベルのガス濃度の測定は容易に行うことができ、その測定精度を大きく向上させることができる。
したがって、以下に例示するように、第1反射面30上に設ける第1窓部16と、第2反射面31上に設ける第2窓部23の位置を定めて、第1反射面30と第2反射面31との間でレーザー光を複数回反射させることによって、光路長を長くすることによって、測定精度を向上させることができる。
Since the optical path length L can be easily obtained from the distance between the first reflecting
Here, since the specific gas is sealed in the packaging bag B, when the gas concentration C is quantitatively measured, the transmittance T of the transmitted light with respect to the incident light or the absorbance A of the absorption spectrum changes significantly, that is, the absorbance. By increasing the optical path length L proportional to A, the detection sensitivity of the gas concentration can be improved. By improving the detection sensitivity in this way, for example, when the detectable range is expanded so that gas concentration of several ppm level can be detected, measurement of gas concentration of several% level can be easily performed, and the measurement accuracy thereof. Can be greatly improved.
Therefore, as illustrated below, the positions of the
第1窓部16の位置と第2窓部23の位置は、たとえば、図4に示した第1反射パターンから図6に示した第3反射パターンのように配置し、それに伴うレーザー光の光跡もまた次のように例示することができる。
なお、本実施例に係るガス濃度測定装置の第1窓部16と第2窓部23の配置と反射回数は以下の例示に限定されるものではなく、本実施例に係るガス濃度測定装置が測定する包装袋の大きさ、厚み、レーザー光の透過しやすさ等に応じて最適な透過率、吸光度を得るために任意に設定することができる。
The position of the
The arrangement and the number of reflections of the
図4は、ガス濃度測定装置10の第1反射面30と第2反射面31の横断面図である。第1反射パターンは、図4に示すように、第1反射面30と第2反射面31とを平面視したとき、第1窓部16と第2窓部23が同一平面上で、第1窓部16に対して第2窓部23が対角に配置されているパターンである。
第1反射パターンは、第1窓部16から射出されるレーザー光を第2反射面31に対して30度の入射角で反射させている。その後、平行に相対する第1反射面30と第2反射面31との間で、図4に示すように4回反射して第2窓部23へ入射するように形成されている。ここで、図7に示した従来の主ヘッド3と副ヘッド5が正対している場合の光路長を10mm、すなわち第1反射面と第2反射面との間の距離を10mmとすると、図4に示した光路長は従来例に対しておよそ6倍となる約57.8mmまで伸ばすことができる。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the first reflecting
The first reflection pattern reflects the laser light emitted from the
図5は、ガス濃度測定装置10の第1反射面30と第2反射面31の縦断面図である。第2反射パターンは、図5に示すように、第1反射面30と第2反射面31の縦断面を側面視したとき、第1窓部16に対して第2窓部23が下方へ対角に配置されているパターンである。
第2反射パターンは、第1窓部16から射出されるレーザー光を第2反射面31に対して45度の入射角で反射させている。その後、平行に相対する第1反射面30と第2反射面31との間で、図5に示すように4回反射して第2窓部23へ入射するように形成されている。ここで、図5に示した従来の主ヘッド3と副ヘッド5が正対している場合の光路長を10mm、すなわち第1反射面30と第2反射面との間の距離を10mmとすると、図5に示した光路長は従来例に対しておよそ7倍となる70.7mmまで伸ばすことができる。
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of the first reflecting
The second reflection pattern reflects the laser light emitted from the
図6は、ガス濃度測定装置10の第1反射面30と第2反射面を俯瞰した斜視図である。図6に示す第3反射パターンは、頂点に第1窓部16と第2窓部23を含む直方体を想定したとき、第1窓部16に対して第2窓部23が包装袋Bを挟んで下方へ対角に配置されているパターンである。
ここで、図6に示すように、レーザー光を4回反射させた場合、たとえば、第3反射パターンについて想定した上記の直方体について、高さと幅が50mmで、第1反射面と第2反射面との距離、すなわち奥行きが10mmの直方体としたとき、たとえば、第1窓部と第2窓部の間には、1辺が10mmの立方体が階段状に5つ連接して配置されていることとなる。このとき、当該立方体の対角線に沿ってレーザー光を射出した場合、当該対角線の長さは10√3となるから、第1窓部から第1反射面と第2反射面との間で4回反射して第2窓部へ入射されるレーザー光の光路長は、図7に示した従来の主ヘッド3と副ヘッド5が正対している場合の光路長を10mm、すなわち、第1反射面30と第2反射面31との間の距離を10mmとすると、図6に示した光路長は従来例に対して5×10√3となるから、およそ8.6倍の約86.6mmとなる。
FIG. 6 is a perspective view of the first reflecting
Here, as shown in FIG. 6, when the laser beam is reflected four times, for example, the above-mentioned rectangular parallelepiped assuming the third reflection pattern has a height and a width of 50 mm, and a first reflection surface and a second reflection surface. When a rectangular parallelepiped with a distance of 10 mm, that is, a depth of 10 mm is used, for example, five cubes having a side of 10 mm are arranged in a stepped manner between the first window portion and the second window portion. It becomes. At this time, when the laser light is emitted along the diagonal line of the cube, the length of the diagonal line is 10√3, so that the first window portion between the first reflecting surface and the second reflecting surface four times. The optical path length of the laser beam that is reflected and incident on the second window portion is 10 mm, that is, the optical path length when the conventional
本実施例に係るガス濃度測定方法に係るガス濃度測定装置は上記の構成を有する。次に本実施例に係るガス濃度測定方法を添付した図面にしたがって説明する。 The gas concentration measuring device according to the gas concentration measuring method according to this embodiment has the above configuration. Next, the gas concentration measuring method according to this embodiment will be described with reference to the attached drawings.
ガス濃度測定方法は、図1及び図2に示すように、まずガス濃度測定装置10の第1反射面30と第2反射面31の間に、測定対象の包装袋Bが配置される。そして、図4から図6に例示したように、ガス濃度測定装置10の第1反射面30と第2反射面31が包装袋Bを挟持する。これによって、第1窓部16と第1反射面30、及び第2窓部23と第2反射面31を包装袋Bへ密着させることができる。さらに、この反射面30,31が包装袋Bを挟持するとき、たとえば、包装機に設けた検査工程であれば、図1に示すように、包装袋Bの袋口近傍を左右からクリップ6,6で引張しているので、包装袋B表面のしわを伸ばして、第1反射面30と第2反射面31へより一層密着させることができる。
これによって、第1反射面30と第2反射面31との距離を一定にすることができるので、レーザー光の光路長を一定にすることができる。また、包装袋Bを挟持するとき、当該包装袋Bを第1反射面30と第2反射面31が押圧するため、包装袋Bに密封した窒素等の不活性ガスが漏れているか否かを検査することができる。さらには、包装袋Bを密着させるため、第1窓部16、第2窓部23や第1反射面30、第2反射面31と包装袋Bの境界における大気の影響を除去することができ、測定精度を上げることができる。
In the gas concentration measuring method, as shown in FIGS. 1 and 2, first, the packaging bag B to be measured is arranged between the first reflecting
As a result, the distance between the first reflecting
包装袋Bが第1反射面30と第2反射面31に挟持された後、続いてレーザー発生部11から第1窓部16を通じてレーザー光が射出される。レーザー光は第2反射面31に対して、たとえば、図4から図6に示したように、所定の入射角度で入射され、第2反射面31で反射する。その後、レーザー光は、第1反射面30、続いて第2反射面31、さらに第1反射面30と順に反射してから、第2窓部23を通じてレーザー受光部12で受光される。
After the packaging bag B is sandwiched between the first reflecting
そして、レーザー受光部12の受光センサ20は、包装袋Bを透過したレーザー光を電子的な透過光信号へ変換する。当該透過光信号は、測定部21へ出力される。
測定部21は、上記の透過光信号と、レーザー発生部11が射出したレーザー光を電子的に変換した入射光信号を取得し、透過光信号と入射光信号を比較して、レーザー光の包装袋に対する透過率Tを測定する。そして、当該透過率Tに基づいて、包装袋B内の特定ガスに吸収されたレーザー光の特定波長の吸収スペクトルの吸光度Aが計算され、当該吸光度Aに基づいて包装袋内の特定ガスのガス濃度Cが測定される。
これによって、ガス濃度測定装置10は、包装袋B内部の特定ガスのガス濃度Cを測定することができる。
Then, the
The measuring
As a result, the gas
なお、本実施例において、反射面を第1反射面30と第2反射面31の二面からなるように構成したがこれに限定されるものではない。たとえば、一枚の反射面に対してレーザー光を反射させることによってもまた光路長を延ばすことができる。この場合には、レーザー発生部11とレーザー受光部12を、同一の側に並べて設置することができるので、たとえば、ロータリー式包装機のように包装に係る各種工程を担う装置をスペースが限られた包装機上にレイアウトする場合に効果がある。さらに、本実施例と同様に第1反射面30と第2反射面31を設けた場合であっても、たとえば、第1反射面30に第1窓部16と第2窓部23を設けた場合、レーザー発生部11から第1窓部16を通じて射出したレーザー光は、奇数回の反射で第2窓部23を通じてレーザー受光部12へ入射させることができる。この場合であっても本実施例と同様に光路長を長くすることができるので測定精度を向上させることができる。
In this embodiment, the reflective surface is configured to be composed of two surfaces, a first
また、本実施例において、レーザー光が射出される第1窓部16と、レーザー光が入射する第2窓部23を例示したが、これに限定されるものではない。
たとえば、レーザー発生部11から射出されるレーザー光を光ファイバーで分光して、第1反射面30に設けた二つ以上の窓部から射出し、射出された複数本のレーザー光が互いに触れて干渉しないように第1反射面30と第2反射面31との間で複数回反射させてから、第2反射面31に設けた二つ以上の窓部に入射させる多点測定を行っても良い。この場合には、包装袋B内の複数か所を同時に測定することができるので、平均を取って補正等を行うことによって、測定精度を向上させることができる。
Further, in this embodiment, the
For example, the laser light emitted from the
本実施例に係るガス濃度測定方法によれば、第1反射面30と第2反射面31で包装袋を挟持して、第1窓部16と第1反射面30、並びに第2窓部23と第2反射面31が包装袋Bに密着するようにした。
これによって、包装袋Bの厚みがバラバラであっても、当該包装袋Bを挟持する第1反射面30と第2反射面31との距離を一定にしたり、また当該距離を測定することで容易に光路長Lを決定することができる。光路長Lがわかれば、入射光に対する透過光の透過率Tを測定することによって、測定対象の特定ガスに固有の吸収波長帯に含まれた複数の吸収線のうち、一の吸収線に係る特定波長に合致するよう変調したレーザー光の吸収スペクトルの吸光度Aを求めることができ、当該吸光度Aに基づいて、包装袋内の特定ガスのガス濃度Cを容易に求めることができる。
また、第1窓部16を設けた第1反射面30、第2窓部23を設けた第2反射面31が包装袋Bに密着するように構成したことによって、第1窓部16、及び第2窓部24と、包装袋Bとの間の大気を押し出して測定することができるので、大気中に含まれている特定ガスによる誤差を極めて小さくすることができ、測定精度を向上させることができる。
According to the gas concentration measuring method according to the present embodiment, the packaging bag is sandwiched between the first reflecting
As a result, even if the thickness of the packaging bag B is different, it is easy to keep the distance between the first reflecting
Further, the
10…ガス濃度測定装置、11…レーザー発生部、12…レーザー受光部、
13…レーザー光源、14…制御部、15…第1ハウジング、16…第1窓部、
20…受光センサ、21…測定部、22…第2ハウジング、23…第2窓部、
30…第1反射面、31…第2反射面、
1…従来のガス濃度測定装置、2…従来のレーザー発生部、3…主ヘッド、4…従来のレーザー受光部、5…副ヘッド、6…グリップ、
B…包装袋。
10 ... Gas concentration measuring device, 11 ... Laser generating unit, 12 ... Laser receiving unit,
13 ... laser light source, 14 ... control unit, 15 ... first housing, 16 ... first window unit,
20 ... light receiving sensor, 21 ... measurement unit, 22 ... second housing, 23 ... second window unit,
30 ... 1st reflective surface, 31 ... 2nd reflective surface,
1 ... Conventional gas concentration measuring device, 2 ... Conventional laser generator, 3 ... Main head, 4 ... Conventional laser receiver, 5 ... Sub head, 6 ... Grip,
B ... Packaging bag.
Claims (2)
前記レーザー光を射出するレーザー発生部と、
前記レーザー光を受光するレーザー受光部と、
前記レーザー光が反射可能な反射面を有し、
前記レーザー発生部から射出され、前記包装袋を透過するレーザー光が、前記反射面で反射した後に前記レーザー受光部に入射するようにしたことを特徴とするガス濃度測定方法。 A laser beam of a specific wavelength is transmitted through a sealed packaging bag that has been gas-replaced, and the specific gas remaining inside the packaging bag is based on an absorption spectrum of the specific wavelength that changes before and after transmission of the packaging bag. It is a gas concentration measuring method having a laser type gas densitometer for measuring the gas concentration of the above.
The laser generating part that emits the laser light and
A laser receiving unit that receives the laser light and
It has a reflective surface on which the laser beam can be reflected, and has a reflective surface.
A method for measuring a gas concentration, characterized in that a laser beam emitted from the laser generating portion and transmitted through the packaging bag is reflected by the reflecting surface and then incident on the laser receiving portion.
前記レーザー光が、前記第1反射面と前記第2反射面との間で複数回反射するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のガス濃度測定方法。 The reflective surface comprises a first reflective surface and a second reflective surface that face each other in parallel with the packaging bag in between.
The gas concentration measuring method according to claim 1, wherein the laser beam is reflected a plurality of times between the first reflecting surface and the second reflecting surface.
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