JP2003083885A - 大気汚染物質測定装置 - Google Patents

大気汚染物質測定装置

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JP2003083885A
JP2003083885A JP2001273304A JP2001273304A JP2003083885A JP 2003083885 A JP2003083885 A JP 2003083885A JP 2001273304 A JP2001273304 A JP 2001273304A JP 2001273304 A JP2001273304 A JP 2001273304A JP 2003083885 A JP2003083885 A JP 2003083885A
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white light
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condensing optical
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JP2001273304A
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Hiroaki Kuze
宏明 久世
Nobuo Takeuchi
延夫 竹内
Daisaku Yoshida
大作 吉田
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Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
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Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は大気中に存在する汚染物質を測定する
ための簡便な測定装置を提供することを目的とする。 【解決手段】広帯域スペクトルを有する白色光源と、そ
の断続する光源からの大気中を伝播した光を集光するた
めの集光光学装置と、該集光光学装置からの被測定光を
分析するための分光器から成ることを特徴とする。さら
に、前記光源からの測定点を複数個所設けたことを特徴
とする。また、広帯域スペクトルを有する白色光源が高
い建造物上に設置された断続する光源であり、集光光学
装置は遠方の点光源を観測するための望遠鏡であること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は大気中に存在する汚
染物質などの測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、大気中に含まれる例えばCO(一
酸化炭素)やCO2(二酸化炭素)やNOX(窒素酸化
物)などの汚染物質を測定する方法として、レーザ光源
を用いて行なう方法がある。その方法は例えば、パルス
レーザ光を大気中に発射し、大気中に存在するエアロゾ
ル(浮遊粒子状物質)や分子による後方散乱光を測定す
るライダーなどの方法がある。これらは、大気中に含ま
れる物質が持つ吸収波長において、該吸収波長のレーザ
光を照射すると光が吸収されることを利用して、測定対
象物質の吸収波長と吸収しない波長の2波長のライダー
信号の比から測定対象物質の濃度計測を行なう。
【0003】また、遠方から比較的広帯域の波長を有す
光を伝播させて、検出器として光電子増倍管を用いて大
気中に存在する測定対象物質の濃度計測を行なう方法が
ある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来技術は、測定対象物質の吸収波長と吸収しない波長の
2波長のライダー信号を用いて計測を行なう場合、2つ
のレーザ光を同時に照射しなければならない。さらに、
複数の測定対象物に対して測定を行なう場合はその各測
定対象物の吸収波長付近の発振波長を有するレーザ光源
をそれぞれ用いなければならず、装置の配置が複雑かつ
困難であり、さらにレーザ光源は非常に高価であるため
2つのレーザ光源を用意することはコスト的に問題があ
る。
【0005】また、1つのレーザ光源を用いて、測定対
象物質の吸収波長と吸収しない波長の2波長を発振する
計測光学系(例えばエタロンを利用して狭帯域で多波長
を得る光学系)を用いる計測法も考えられる。しかし、
このような方法ではレーザ光源が1つであるため、測定
可能な大気汚染物質に限りがある。さらに、これら2波
長を発振する計測光学系は防震台上などに組み立てなけ
ればならないなど維持・管理に非常に手間がかかるとい
う問題がある。
【0006】さらに、遠方から比較的広帯域の波長を有
す光を伝播させる場合、光をコリメートさせて伝播する
ため、測定個所が変わるたびに光学系を構成しなければ
ならず、複数個所における広範囲な測定においては非常
に手間がかかる。さらに、検出器として光電子増倍管を
用いる場合、分光器の波長掃引が必要となり計測が煩雑
であり、時間がかかるという問題がある。
【0007】また、レーザ光源を用いる場合やコリメー
トした光を用いる場合においては通常アイセーフティへ
の考慮が必要なため、検出装置を設置する場所は一本の
光路上に限定される。このため広い地域における大気汚
染の測定が困難である。
【0008】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は広帯域
スペクトルを有する白色光源と、その断続する光源から
の大気中を伝播した光を集光するための集光光学装置
と、該集光光学装置からの被測定光を分析するための分
光器から成ることを特徴とし、さらに前記光源からの測
定点を複数個所設けたことを特徴とする。
【0009】また、広帯域スペクトルを有する白色光源
が高い建造物上に設置された断続する光源であり、集光
光学装置は遠方の点光源を観測するための望遠鏡であ
り、分光器はCCDアレイ型光学センサを有することを
特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】第1の実施の形態例 図1は本発明の実施の形態例の大気汚染物質測定の説明
図である。以下、図面を用いて説明する。1は塔や煙突
などの高い建造物上に設置され、航空機などの衝突防止
の目印等の目的で利用されている白色光源である。通常
この白色光源には広い波長領域を持つXeランプ(キセ
ノンランプ)が用いられており、一定の間隔で点滅して
いる。
【0011】2は上記白色光源1から大気中を伝播する
被測定光を集光するための集光光学装置としての望遠鏡
である。3はCCDアレイ型光学センサを有する通常の
分光器であり、上記望遠鏡2で集光した被測定光を分析
するためのものであり、コンピュータなどの解析手段4
で測定対象物の濃度を求め、必要に応じてモニタ表示を
する。
【0012】次に本発明の実施の手順について説明す
る。建造物上に設置されている白色光源1を遠方(数百
メートルから数十キロメートル)の測定点にて望遠鏡2
で集光し、その白色光源1の像を形成する。この像の位
置に分光器3を置き測定する。なお、この測定に際し、
白色光源1の発光時間(例えば1.5sに0.5ms間
発光)に対し、分光器3のCCDの繰り返しレートを合
わせて多数のデータを取得するようにすることが望まし
い。分光器3の直前に白色光源1の像が形成されるた
め、白色光源が発光したか否かはスペクトル強度により
容易に判別することができる。
【0013】図2は本発明によるスペクトル特性を示す
説明図である。図2中(a)は白色光源発光があるとき
に得られるスペクトルであり、これは白色光源1の発光
(IREF)と太陽光の散乱光などの背景光(IBG)を含
んでいる。図2(b)は白色光源1の発光がないときに
得られるスペクトルであり、太陽光の散乱光などの背景
光(IBG)である。この背景光(IBG)による影響を除
去するため、白色光源1の発光がある場合(IBG+
REF)と白色光源1の発光がない場合(IBG)のそれ
ぞれのスペクトルについて適当な回数の加算平均を行な
う。
【0014】この両者の差をとることにより、図2
(c)に示す背景光を除去した白色光源1の発光のスペ
クトル(IREF)を得ることができる。そして、解析手
段4であらかじめ測定した白色光源1の光源であるXe
ランプのスペクトル(I0)を用いて、以下に示すLa
mbert−Beerの法則により測定対象物の濃度を
測定する。
【0015】
【数式1】
【0016】但し、Nは単位体積あたりの気体分子数、
σは吸収断面積、Lは白色光源1と望遠鏡2の距離を示
す。解析は測定対象の汚染気体のスペクトルが特有の変
動を示す領域を用い、上記式中のln(I0/IREF
を、実験室であらかじめ測定された吸収断面積σと比較
してスペクトルマッチングを行なうことにより、測定対
象物の解析を行なう。例えばNO2を測定対象物とする
場合には、430nmから450nmの範囲が適当であ
る(図2(c)中のAの領域)。
【0017】図3にNO2のスペクトルマッチングの解
析例図を示す。図中実線は測定により得られたln(I
0/IREF)であり、破線は実験室であらかじめ測定され
たNO2の吸収断面積である。このようにして計測され
る濃度は光源である高い建造物上に設置された白色光源
から比較的長い距離の平均値であり、通常地上の一点も
しくは数点のみで行なわれる局所的な測定と比べて、よ
り広範な測定が可能である。また、特定の波長領域を有
すレーザ光源と異なり、白色光源は広いスペクトル領域
を持つため、O 3(オゾン)、SO2(二酸化硫黄)、H
2O(水蒸気)など様々な物質の測定を同時に行なうこ
とが可能になる。また、建造物に設置された既存の光源
を用いるため従来のレーザ光源を用意する場合に比べて
測定が非常に容易かつ装置が安価である。
【0018】第2の実施の形態例 図4に第2の実施の形態例の概略図を示す。図4 (a)
に示す如く、白色光源1の周辺地域で多数の測定点Pに
おいて測定を行なう。これにより、白色光源1の周辺地
域の大気汚染物質の分布状況がわかる。
【0019】さらに、図4(b)に示す如く、測定装置
を車両上などのように移動可能に設置して、白色光源1
から徐々に離れ、(または徐々に近づき)測定を行な
う。白色光源1から一直線上に測定点Pを多数設けて定
量的に測定を行い、隣り合う測定点での定量測定結果の
差を計算することでその一直線上における汚染物質の分
布がわかる。さらに、これを白色光源1の周囲で複数回
行い、その結果白色光源1を中心とした領域の2次元の
大気汚染分布図を得ることができる。
【0020】第3の実施の形態例 図5に第3の実施の形態例を示す。図5に示す如く、ト
ンネル内やある一定区間の道路の一端に白色光源1を設
置し、他端で望遠鏡2を設置して測定する。トンネルや
道路が曲折している場合には反射鏡などを用いて白色光
源1からの光を反射させて望遠鏡2に集光させる。これ
により、トンネル内、ある一定区間の道路、工場内など
の大気汚染の測定が可能になる。
【0021】なお、上記各実施の形態例においてはXe
ランプを光源として説明したが、広帯域スペクトルを有
し、大気中で数十メートルから数十キロメートルの伝播
が可能で、かつ適当な時間間隔で断続する光源であれば
よく、Xeランプに限定されない。
【0022】
【発明の効果】以上説明した本発明の第1の実施の形態
例によれば、塔や煙突などの高い建造物上に設置された
既存の白色光源を用いるため、従来のレーザ光源を用意
する場合に比べて非常に測定が容易かつ装置が安価であ
る。また、通常地上の一点もしくは数点のみで行なわれ
る局所的な測定と比べて、数十キロメートルの広範な測
定が容易になる。
【0023】また、特定の狭い波長領域で発振するレー
ザ光源と異なり、白色光源(広スペクトル)を用い、CC
Dアレイ型光学センサを有する通常の分光器を用いるた
め、O3(オゾン)、SO2(二酸化硫黄)、H2O(水
蒸気)など様々な物質の測定を同時に行なうことが可能
になるという効果がある。また、レーザ光やコリメート
された光と異なりアイセーフティの問題がなくなるた
め、検出装置を設置する場所は一本の光路上に限定され
ず、このため複数の光路を用いて同時に大気汚染物質を
計測することが可能になるという効果がある。
【0024】また、集光光学装置として市販の望遠鏡を
用い、分光器として市販の小型のものを用いることがで
き、構造が簡単で維持管理も簡単になるという効果があ
る。本発明の第2の実施の形態例によれば、測定装置を
簡単な構造で構成したため装置の移動を容易に行なえる
ので、白色光源の周辺地域を複数個所の測定を行なうこ
とにより、白色光源の設置された建造物を中心とした領
域の2次元の大気汚染分布図を得ることが可能になる。
【0025】本発明の第3の実施の形態例によれば、ト
ンネル内、ある一定区間の道路、工場内などの一端に白
色光源を設置し、他端で簡単な構造で構成した測定装置
により測定を行なうことにより交通量の多い幹線道路や
トンネルなどの局所的な大気汚染物質の測定が可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す説明図
【図2】本発明によるスペクトル特性を示す説明図
【図3】NO2のスペクトルマッチングの解析例図
【図4】第2の実施の形態を示す概略図
【図5】第3の実施の形態を示す説明図
【符号の説明】
1 白色光源 2 望遠鏡 3 分光器 4 解析手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久世 宏明 東京都文京区本郷2−30−8−904 (72)発明者 竹内 延夫 東京都世田谷区羽根木1−29−18 (72)発明者 吉田 大作 東京都千代田区二番町8−3京都電子工業 株式会社内 Fターム(参考) 2G059 AA01 BB02 CC05 CC06 CC08 CC09 EE01 EE12 FF01 GG07 HH02 JJ01 JJ30 KK04 MM03 NN01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 広帯域スペクトルを有する白色光源と、
    その断続する光源からの大気中を伝播した光を集光する
    ための集光光学装置と、該集光光学装置からの被測定光
    を分析するための分光器から成ることを特徴とする大気
    汚染物質測定装置。
  2. 【請求項2】 広帯域スペクトルを有する白色光源と、
    その断続する光源からの大気中を伝播した光を集光する
    ための集光光学装置と、該集光光学装置からの被測定光
    を分析するための分光器から成り、前記光源からの測定
    点を複数個所設けたことを特徴とする大気汚染物質測定
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2において、広帯
    域スペクトルを有する白色光源が高い建造物上に設置さ
    れた断続する光源であることを特徴とする大気汚染物質
    測定装置。
  4. 【請求項4】 請求項1または請求項2または請求項3
    において、集光光学装置は遠方の点光源を観測するため
    の望遠鏡であることを特徴とする大気汚染物質測定装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項1または請求項2または請求項3
    または請求項4において、分光器はCCDアレイ型光学
    センサを有することを特徴とする大気汚染物質測定装
    置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101109699B (zh) * 2007-07-28 2010-09-15 中国科学院安徽光学精密机械研究所 大气成分垂直分布探测的多轴差分吸收光谱方法与装置
CN101907563A (zh) * 2010-07-21 2010-12-08 宇星科技发展(深圳)有限公司 基于紫外发光二极管的二氧化硫分析仪及分析方法

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