JP2003057177A - Infrared gas analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、サンプルガス中
の特定の成分の濃度を測定するための赤外線ガス分析計
に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an infrared gas analyzer for measuring the concentration of a specific component in a sample gas.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の赤外線ガス分析計は、例えば図４
に示すように構成されていた。すなわち、この図におい
て、１はサンプルガスＳの入口２、出口３を有するサン
プルセルで、その両端部は赤外透過性のセル窓４，５で
封止されている。６はセル１の一方のセル窓４側に設け
られ、セル１内に赤外光を照射するための赤外光源で、
６Ａはフィラメントである。７は赤外光源６とセル１と
の間に介装される光チョッパで、図示してないモータに
よって回転駆動され、赤外光源６によって発せられる赤
外光を一定周期で断続（チョッピング）するように構成
されている。８は光チョッパ７の回転周期を検出するフ
ォトカプラで、その出力ｓは、移相回路９によって適宜
移相され、後述する同期整流回路２０に入力される。2. Description of the Related Art A conventional infrared gas analyzer is shown in FIG.
Was configured as shown in. That is, in this figure, 1 is a sample cell having an inlet 2 and an outlet 3 for the sample gas S, and both ends thereof are sealed by infrared transmitting cell windows 4 and 5. An infrared light source 6 is provided on one cell window 4 side of the cell 1 for irradiating the cell 1 with infrared light.
6A is a filament. Reference numeral 7 denotes an optical chopper interposed between the infrared light source 6 and the cell 1, which is rotationally driven by a motor (not shown) to intermittently chop the infrared light emitted by the infrared light source 6 at a constant cycle. Is configured. Reference numeral 8 denotes a photocoupler for detecting the rotation cycle of the optical chopper 7, whose output s is appropriately phase-shifted by the phase-shift circuit 9 and input to the synchronous rectification circuit 20 described later.
【０００３】１０はセル１の他方のセル窓５側に設けら
れる検出部で、複数の赤外線検出器を互いに光学的に並
列的に設けてなるものである。例えばＣＯ測定用、ＣＯ
2 測定用、ＨＣ測定用、比較用として、図５に示すよう
に、円周を４等分しかつ同心円上に設けられた４つの赤
外線検出器（以下、単に検出器という）１１，１２，１
３，１４（図４では、便宜上一直線上に表している）
と、これらの検出器１１〜１４の受光側にそれぞれ対応
して設けられる光学フィルタ１５〜１８からなる。そし
て、検出器１１〜１４は例えば半導体検出器よりなる。
また、測定用検出器１１〜１３に対応する光学フィルタ
１５〜１７は、特定の測定対象成分のみの特性吸収帯域
の赤外線を通過させるバンドパスフィルタよりなり、Ｃ
Ｏ測定用検出器１１に対応する光学フィルタ１５は、Ｃ
Ｏの特性吸収帯域の赤外線のみを通過させるバンドパス
フィルタよりなり、ＣＯ2 測定用検出器１２に対応する
光学フィルタ１６は、ＣＯ2 の特性吸収帯域の赤外線の
みを通過させるバンドパスフィルタよりなり、ＨＣ測定
用検出器１３に対応する光学フィルタ１７は、ＨＣの特
性吸収帯域の赤外線のみを通過させるバンドパスフィル
タよりなる。さらに、比較用検出器１４に対応するフィ
ルタ１８は、サンプルガスＳ中のＣＯ、ＣＯ2、ＨＣの
いずれに対しても吸収帯域のないところの波長の赤外線
を通過させるバンドパスフィルタよりなる。Reference numeral 10 designates a detector provided on the side of the other cell window 5 of the cell 1, which comprises a plurality of infrared detectors provided in optical parallel with each other. For example, for CO measurement, CO
As shown in FIG. 5, four infrared detectors (hereinafter, simply referred to as detectors) 11 and 12, which are provided on a concentric circle and which divide the circumference into four, are used for 2 measurement, HC measurement, and comparison. 1
3, 14 (shown in a straight line in FIG. 4 for convenience)
And optical filters 15 to 18 provided corresponding to the light receiving sides of these detectors 11 to 14, respectively. The detectors 11 to 14 are semiconductor detectors, for example.
Further, the optical filters 15 to 17 corresponding to the measurement detectors 11 to 13 are bandpass filters that pass infrared rays in the characteristic absorption band of only a specific measurement target component, and C
The optical filter 15 corresponding to the O measurement detector 11 is C
An optical filter 16 corresponding to the CO 2 measuring detector 12 is formed of a bandpass filter that passes only infrared rays in the O characteristic absorption band, and a bandpass filter that passes only infrared rays in the CO 2 characteristic absorption band, The optical filter 17 corresponding to the HC measuring detector 13 is a bandpass filter that allows only infrared rays in the characteristic absorption band of HC to pass. Further, the filter 18 corresponding to the comparison detector 14 is a band-pass filter that passes infrared rays having a wavelength where there is no absorption band for any of CO, CO 2 , and HC in the sample gas S.
【０００４】１９は演算制御部で、前記検出部１０の各
検出器１１〜１４の出力に基づいて濃度演算を行うもの
で、２０は同期整流回路、２１は平滑回路である。Reference numeral 19 denotes an arithmetic control unit, which performs concentration calculation based on the outputs of the detectors 11 to 14 of the detection unit 10, 20 is a synchronous rectification circuit, and 21 is a smoothing circuit.
【０００５】上述のように構成された赤外線ガス分析計
においては、赤外光源６によってセル１を照射し、光チ
ョッパ７が所定の周期で回転している状態でサンプルガ
スＳをセル１に供給すると、検出器１１〜１４から測定
対象成分であるＣＯ、ＣＯ2、ＨＣのそれぞれの濃度に
対応した交流信号および比較信号としての交流信号が出
力され、これらが同期整流回路２０に入力される。In the infrared gas analyzer configured as described above, the infrared light source 6 irradiates the cell 1, and the sample gas S is supplied to the cell 1 while the optical chopper 7 is rotating at a predetermined cycle. Then, the detectors 11 to 14 output AC signals corresponding to the respective concentrations of CO, CO 2 , and HC that are measurement target components and AC signals as comparison signals, and these are input to the synchronous rectification circuit 20.
【０００６】そして、前記同期整流回路１２には、移相
回路９によって適宜移相された整流用同期信号ｓが入力
されているので、この同期信号ｓによって前記濃度に対
応した測定交流信号が同期整流され、さらに、平滑回路
１３において平滑処理される。そして、ＣＯ、ＣＯ2 、
ＨＣ、ＣＯの濃度は、比較用検出器１４の出力から測定
用検出器の出力をそれぞれ引算することによって得るこ
とができ、検出されたＣＯ、ＣＯ2 、ＨＣ濃度をそれぞ
れ表す信号が出力される。Since the rectification synchronizing signal s appropriately phase-shifted by the phase shift circuit 9 is input to the synchronous rectifying circuit 12, the measuring AC signal corresponding to the concentration is synchronized by the synchronizing signal s. It is rectified and further smoothed by the smoothing circuit 13. And CO, CO 2 ,
The concentrations of HC and CO can be obtained by subtracting the output of the measuring detector from the output of the comparing detector 14, and the signals representing the detected CO, CO 2 , and HC concentrations are output. It
【０００７】上記構成の赤外線ガス分析計においては、
測定用検出器１１〜１３の出力を、フォトカプラ８によ
って得られたチョッピング周期に基づいて同期整流を行
っているので、ゼロ入力のときにおけるノイズを低減で
きるといった利点がある。In the infrared gas analyzer having the above structure,
Since the outputs of the measurement detectors 11 to 13 are synchronously rectified based on the chopping cycle obtained by the photocoupler 8, there is an advantage that noise at the time of zero input can be reduced.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の赤外線ガス分析計においては、測定用検出器１１〜
１３の出力を同期整流するための参照信号を得るため、
フォトカプラ８を光チョッパ７の近傍に設け、その出力
を移送するための移送回路９を設けているので、装置の
構成、特に、機械的構成が複雑になるといった課題があ
る。However, in the above-mentioned conventional infrared gas analyzer, the measurement detectors 11 to 11 are used.
To obtain a reference signal for synchronously rectifying the output of 13,
Since the photocoupler 8 is provided in the vicinity of the optical chopper 7 and the transfer circuit 9 for transferring the output thereof is provided, there is a problem that the structure of the device, particularly the mechanical structure becomes complicated.
【０００９】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、同期整流のための参照信号を取
り出すための特別の装置を必要としない、構成が簡単な
赤外線ガス分析計を提供することである。The present invention has been made in view of the above matters, and an object thereof is an infrared gas analyzer having a simple structure which does not require a special device for extracting a reference signal for synchronous rectification. Is to provide.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、サンプルガスが供給されるセルの一
方に赤外光源を設け、他方に測定用検出器および比較用
検出器を設けるとともに、前記赤外光源から照射された
赤外光を一定周期で断続する光チョッパを設けた赤外線
ガス分析計において、前記比較用検出器の出力をモニタ
ーして前記光チョッパによる断続周期を検出し、この検
出された周期に基づいて前記測定用検出器の出力を同期
整流するようにしている（請求項１）。In order to achieve the above object, according to the present invention, an infrared light source is provided in one of the cells to which the sample gas is supplied, and a measuring detector and a comparison detector are provided in the other. In an infrared gas analyzer provided with an optical chopper that intermittently interrupts the infrared light emitted from the infrared light source at a constant cycle, the output of the comparison detector is monitored to detect the intermittent cycle by the optical chopper, The output of the measuring detector is synchronously rectified based on the detected period (claim 1).
【００１１】上記構成の赤外線ガス分析計においては、
同期整流に用いる参照信号を取り出すための装置や部材
を特別に設ける必要がないので、赤外線ガス分析計の構
成がそれだけ簡素化されるとともにコストダウンが図れ
る。In the infrared gas analyzer having the above structure,
Since it is not necessary to provide a device or member for extracting the reference signal used for the synchronous rectification, the structure of the infrared gas analyzer can be simplified and the cost can be reduced.
【００１２】また、この発明は、赤外光源からセルに対
して赤外光を一定周期で断続しながら照射するようにし
た赤外線ガス分析計においても同様に適用することがで
きる（請求項２）。Further, the present invention can be similarly applied to an infrared gas analyzer in which an infrared light source irradiates a cell with infrared light intermittently at a constant cycle (claim 2). .
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を、図を参
照しながら説明する。図１は、この発明の一つの実施の
形態を示すもので、この図に示される赤外線ガス分析計
は、その機械的構成において、光チョッパ７がセル１と
検出部１０との間に設けられていること、および、光チ
ョッパ７の回転周期を検出するフォトカプラ８およびそ
の出力を移送する回路９がない点を除き、図４に示され
た赤外線ガス分析計と実質的に同じである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The details of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows one embodiment of the present invention. In the infrared gas analyzer shown in this figure, an optical chopper 7 is provided between a cell 1 and a detector 10 in its mechanical structure. And substantially the same as the infrared gas analyzer shown in FIG. 4, except that the photocoupler 8 for detecting the rotation cycle of the optical chopper 7 and the circuit 9 for transferring the output thereof are not provided.
【００１４】そして、この実施の形態における赤外線ガ
ス分析計においては、検出器１１〜１３から測定対象成
分であるＣＯ、ＣＯ2 、ＨＣのそれぞれの濃度に対応し
た交流信号を同期整流するに際して、前記検出器１１〜
１３と光学的に並列的な状態で設けられる比較用検出器
１４の出力信号を、同期整流の参照信号として用いるよ
うにしている。In the infrared gas analyzer according to this embodiment, when the AC signals corresponding to the respective concentrations of CO, CO 2 and HC which are the components to be measured are synchronously rectified from the detectors 11 to 13, Detector 11-
The output signal of the comparison detector 14 which is provided in an optical parallel state with 13 is used as a reference signal for synchronous rectification.
【００１５】すなわち、前記比較用検出器１４の出力
は、サンプルガスＳ中に含まれる測定成分（この実施の
形態においては、ＣＯ、ＣＯ2 、ＨＣ）に起因する信号
を出力することはないが、その出力は、光チョッパ７の
所定周期の回転による赤外光の断続周期に合わせて交流
的に変動している。That is, the output of the comparison detector 14 does not output a signal due to the measurement components (CO, CO 2 , HC in this embodiment) contained in the sample gas S. , Its output fluctuates in an alternating manner in accordance with the intermittent period of infrared light caused by rotation of the optical chopper 7 in a predetermined period.
【００１６】したがって、前記比較用検出器１４の出力
に基づいて光チョッパ７の所定周期の回転による赤外光
の断続周期を周期信号として取り出すことができるの
で、この周期信号を他の測定用検出器１１〜１３の出力
の同期整流の参照信号として用いることにより、各測定
成分に対応する信号を同期整流することができ、この同
期整流によって得られた各測定信号を前記比較用検出器
１４の出力からそれぞれ引き算することにより、ＣＯ、
ＣＯ2 、ＨＣ各成分の濃度信号を得ることができる。Therefore, the intermittent period of the infrared light caused by the rotation of the optical chopper 7 by a predetermined period can be taken out as a periodic signal based on the output of the comparison detector 14, and this periodic signal is used for other measurement detections. The signals corresponding to the respective measurement components can be synchronously rectified by using the outputs of the devices 11 to 13 as the synchronous rectification reference signals, and the respective measurement signals obtained by the synchronous rectification can be stored in the comparison detector 14. By subtracting each from the output, CO,
It is possible to obtain concentration signals of CO 2 and HC components.
【００１７】したがって、この実施の形態の赤外線ガス
分析計においては、図４に示される従来の赤外線ガス分
析計と異なり、光チョッパ７の回転周期を検出するフォ
トカプラ８およびその出力を移送する回路９を設けなく
とも、測定用検出器１１〜１３の出力を同期整流するの
に用いる参照信号を得ることができ、それだけ、装置全
体の構成が簡略化され、コストダウンを図ることができ
る。Therefore, in the infrared gas analyzer of this embodiment, unlike the conventional infrared gas analyzer shown in FIG. 4, a photocoupler 8 for detecting the rotation cycle of the optical chopper 7 and a circuit for transferring the output thereof. Even if 9 is not provided, the reference signal used for synchronously rectifying the outputs of the measurement detectors 11 to 13 can be obtained, and the configuration of the entire apparatus can be simplified and the cost can be reduced accordingly.
【００１８】なお、上記実施の形態において、光チョッ
パ７を、セル１と検出部１０との間に設けているが、こ
れは、光チョッパ７を図３に示されるように、赤外光源
６とセル１との間に設けた場合、赤外光源６の発熱によ
る悪影響を受けることがあり、これを避けるためであ
る。また、この光チョッパ７は、赤外光源６と検出部１
０との間の光路中であれば、どこに設けてあってもよ
い。In the above embodiment, the optical chopper 7 is provided between the cell 1 and the detecting section 10. This is because the optical chopper 7 is an infrared light source 6 as shown in FIG. If it is provided between the cell 1 and the cell 1, it may be adversely affected by heat generation of the infrared light source 6, and this is to avoid this. In addition, the optical chopper 7 includes the infrared light source 6 and the detection unit 1.
It may be provided anywhere as long as it is in the optical path between 0 and 0.
【００１９】この発明は、上記機械的な光チョッパ７を
備えた赤外線ガス分析計に限られるものではなく、赤外
光源６からセル１に対して赤外光を一定周期で断続しな
がら照射するようにした赤外線ガス分析計にも適用する
ことができる。図２は、このように構成された赤外線ガ
ス分析計の一例を示すもので、この実施の形態における
赤外線ガス分析計においては、光チョッパ７を取り去
り、赤外光源としてパルス点灯光源２２を用い、これを
一定の周期でオンオフさせるため、例えば図３に示され
るような光源駆動パルスＰを発する光源点灯回路２３が
設けられている。The present invention is not limited to the infrared gas analyzer equipped with the mechanical optical chopper 7, but the infrared light source 6 irradiates the cell 1 with infrared light at intermittent intervals. It can also be applied to the infrared gas analyzer. FIG. 2 shows an example of the infrared gas analyzer configured as described above. In the infrared gas analyzer of this embodiment, the optical chopper 7 is removed and the pulse lighting light source 22 is used as the infrared light source. In order to turn this on and off at a constant cycle, a light source lighting circuit 23 that emits a light source drive pulse P as shown in FIG. 3 is provided.
【００２０】上記図２に示される赤外線ガス分析計にお
いては、比較用検出器の出力をモニターしてパルス点灯
光源２２による断続周期を検出し、この検出された周期
信号を、測定用検出器１１〜１３の出力を同期整流する
際の参照信号として用いるようにしている。このように
構成された赤外線ガス分析計においても、前記図１に示
したものと同様の効果を奏することはいうまでもない。In the infrared gas analyzer shown in FIG. 2, the output of the detector for comparison is monitored to detect the intermittent period by the pulsed light source 22, and the detected periodic signal is used as the detector 11 for measurement. The outputs of 13 to 13 are used as reference signals for synchronous rectification. It goes without saying that the infrared gas analyzer configured as described above also exhibits the same effects as those shown in FIG.
【００２１】なお、上記図１および図２に示される赤外
線ガス分析計は、いずれも、複数の成分を同時に検出で
きるように構成されているが、この発明はこれに限られ
るものではなく、単一成分のみを検出する赤外線ガス分
析計にも適用できることはいうまでもない。Although the infrared gas analyzers shown in FIGS. 1 and 2 are both configured to simultaneously detect a plurality of components, the present invention is not limited to this. It goes without saying that it can also be applied to an infrared gas analyzer that detects only one component.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、同期整流のための参照信号を、比較用検出器の出力
をモニターすることによって得るようにしているので、
前記参照信号を得るための特別の装置を必要とせず、し
たがって、構成の簡単かつコスト的に安価な赤外線ガス
分析計を得ることができる。As described above, according to the present invention, the reference signal for synchronous rectification is obtained by monitoring the output of the comparison detector.
No special device is required for obtaining the reference signal, and therefore an infrared gas analyzer having a simple structure and low cost can be obtained.
【図１】この発明の赤外線ガス分析計の構成の一例を概
略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the configuration of an infrared gas analyzer of the present invention.
【図２】この発明の赤外線ガス分析計の構成の他の例を
概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing another example of the configuration of the infrared gas analyzer of the present invention.
【図３】図２に示した赤外線ガス分析計における赤外光
源の駆動パルスの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a driving pulse of an infrared light source in the infrared gas analyzer shown in FIG.
【図４】従来の赤外線ガス分析計の構成を概略的に示す
図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional infrared gas analyzer.
【図５】検出部における赤外線検出器の配置を模式的に
示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing the arrangement of infrared detectors in the detection unit.
【符号の説明】
１…セル、６…赤外光源、７…光チョッパ、１１〜１３
…測定用検出器、１４…比較用検出器、２２…赤外光
源、Ｓ…サンプルガス。[Explanation of Codes] 1 ... Cell, 6 ... Infrared light source, 7 ... Optical chopper, 11-13
... detector for measurement, 14 ... detector for comparison, 22 ... infrared light source, S ... sample gas.
Claims (2)
赤外光源を設け、他方に測定用検出器および比較用検出
器を設けるとともに、前記赤外光源から照射された赤外
光を一定周期で断続する光チョッパを設けた赤外線ガス
分析計において、前記比較用検出器の出力をモニターし
て前記光チョッパによる断続周期を検出し、この検出さ
れた周期に基づいて前記測定用検出器の出力を同期整流
することを特徴とする赤外線ガス分析計。1. An infrared light source is provided on one side of a cell to which a sample gas is supplied, and a measuring detector and a comparison detector are provided on the other side, and infrared light emitted from the infrared light source is periodically transmitted. In an infrared gas analyzer provided with an optical chopper intermittently, the output of the detector for comparison is monitored to detect the intermittent period by the optical chopper, and the output of the detector for measurement based on the detected period. Infrared gas analyzer characterized by synchronous rectification of.
赤外光源を設け、他方に測定用検出器および比較用検出
器を設けるとともに、前記赤外光源から前記セルに対し
て赤外光を一定周期で断続しながら照射するようにした
赤外線ガス分析計において、前記比較用検出器の出力を
モニターして前記赤外光源による断続周期を検出し、こ
の検出された周期に基づいて前記測定用検出器の出力を
同期整流することを特徴とする赤外線ガス分析計。2. An infrared light source is provided in one of the cells to which the sample gas is supplied, and a measurement detector and a comparison detector are provided in the other, and infrared light is emitted from the infrared light source to the cell. In an infrared gas analyzer adapted to irradiate while intermittently oscillating at a constant cycle, the output of the detector for comparison is monitored to detect the intermittent cycle by the infrared light source, and the measurement is performed based on the detected cycle. An infrared gas analyzer characterized by synchronously rectifying the output of a detector.
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