JP2003315009A - 光軸調整装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透過窓の位置変動に対して検査光の光軸を追
従変化させる。 【解決手段】 対象物Ｘの通過路１に設けられた透過窓
２に照射した検査光ｐ1〜ｐ3の透過光ｐt1〜ｐt3に基づ
いて対象物Ｘの状態を検査する場合において、透過窓２
の位置変動に対して検査光ｐ1〜ｐ3の光軸を調整する装
置であって、通過路１に固定配置され、位置検出光ｐr
を放射する光照射手段３と、位置検出光ｐrの光軸を検
出し検出値ｓとして出力する光センサ４と、検出値ｓに
基づいて検査光ｐ1〜ｐ3の光軸を調節する光軸調節手段
Ｋとを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光軸調整装置及び
方法に係わり、特に対象物の通過路に設けられた透過窓
に照射した検査光の透過光に基づいて対象物の状態を検
査する場合において、透過窓（２）の位置変動に対して
検査光の光軸を調整する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】上記検
査光を用いて対象物の状態を検査する技術として、例え
ば特定波長のレーザ光（検査光）を煙道（通過路）の途
中部位に対向配置された１対の透過窓の一方から排ガス
（対象物）に照射し、もう一方の透過窓から得られる透
過光の強度に基づいて排ガス中に含まれる特定ガス成分
の濃度を測定する技術がある。このような技術は、排ガ
ス中に含まれる各ガス成分が特定の光吸収スペクトルを
有しており、濃度によって光吸収スペクトルの吸収率が
異なることを利用したものである。

【０００３】しかしながら、対象物が排ガスの場合、例
えば煙道の熱収縮に起因して透過窓の位置が変動し、透
過窓に対して正確にレーザ光を照射し得ない場合があ
る。排ガスの温度は５００°Ｃ程度にまで昇り、煙道の
強度や耐熱性を考慮する必要から煙道に大きな透過窓を
設けることには限界がある。また、比較的大型の設備の
場合、煙道の直径は１０ｍ程度と比較的大口径であり、
この分透過窓の位置変動の変動スパンが大きくなる。特
に、ボイラ等の装置が稼働を開始して、煙道に排ガスが
通過し始めたときには、煙道が常温から排ガスの温度近
くまで過熱されるので、透過窓の位置変動が大きい。

【０００４】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、透過窓の位置変動に対して検査光の光軸を追
従変化させることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光軸調整装置に係わる第１の手段とし
て、対象物の通過路に設けられた透過窓に照射した検査
光の透過光に基づいて対象物の状態を検査する場合にお
いて、透過窓の位置変動に対して検査光の光軸を調整す
る装置であって、通過路に固定配置され、位置検出光を
放射する光照射手段と、位置検出光の光軸を検出し検出
値として出力する光センサと、該光センサの検出値に基
づいて検査光の光軸を調節する光軸調節手段とを具備す
る手段を採用する。

【０００６】光軸調整装置に係わる第２の手段として、
上記第１の手段において、光センサは、透過窓の２次元
位置変動を検出する２次元光センサであり、光軸調節手
段は、このような光センサの検出値に基づいて検査光の
光軸を２次元的に調節するという手段を採用する。

【０００７】光軸調整装置に係わる第３の手段として、
上記第１または第２の手段において、対象物は排ガスで
あり、検査光は、排ガスに含まれる各成分の吸収スペク
トルに応じた波長のレーザ光であるという手段を採用す
る。

【０００８】 一方、本発明では、光軸調整方法に係
わる第１の手段として、対象物の通過路に設けられた透
過窓に照射した検査光の透過光に基づいて対象物の状態
を検査する場合において、透過窓の位置変動に対して検
査光の光軸を調整する方法であって、通過路に位置検出
光を放射する光照射手段を固定配置することにより、透
過窓の位置変動を位置検出光の光軸の変化として検出
し、この位置検出光の光軸の変化に基づいて検査光の光
軸を調節するという手段を採用する。

【０００９】光軸調整方法に係わる第２の手段として、
上記第１の手段において、位置検出光の光軸の２次元的
な変動を検出することにより透過窓の２次元位置変動を
検出し、検査光の光軸を２次元的に調節するという手段
を採用する。

【００１０】光軸調整方法に係わる第３の手段として、
上記第１または第２の手段において、対象物は排ガスで
あり、検査光は、排ガスに含まれる各成分の吸収スペク
トルに応じた波長のレーザ光であるという手段を採用す
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係わる光軸調整装置及び方法の一実施形態について説明
する。

【００１２】図１は、本実施形態に係わる光軸調整装置
のシステム構成である。この図において、符号１は煙道
（通過路）、２は透過窓、３は位置検出用レーザ光源
（光照射手段）、４はリニアアレイセンサ（光セン
サ）、５は制御駆動部、６は照射側光軸調節部、７は受
光側光軸調節部、８はレーザ発振器、９Ａ〜９Ｃは受光
器、またＸは排ガス（対象物）である。なお、制御駆動
部５及び照射側光軸調節部６は、本発明の光軸調節手段
Ｋを構成する構成要素である。

【００１３】煙道１は、石炭焚き、重油焚きあるいはガ
ス焚きのボイラの排ガスＸを導くものであり、例えば直
径１０ｍの円管形状に形成されている。排ガスＸは、例
えば５００°Ｃ程度の高温ガスであり、例えば酸化硫黄
（ＳＯ₂）、一酸化窒素（ＮＯ）及びアンモニア（Ｎ
Ｈ₃）等の成分を含んでいる。透過窓２は、このような
煙道１の途中部位に設けられており、光の透過が可能な
ように例えば耐熱ガラスによって形成されている。な
お、この図では、１つの透過窓２（出射側透過窓）が描
かれているが、当該出射側透過窓２に対向する位置にも
透過窓２（入射側透過窓）が設けられている。これら１
対の透過窓２は、図示するように垂直方向に延在する煙
道１の中心軸線を挟むように対向配置されている。

【００１４】照射側光軸調節部６は、このような入射側
透過窓２に光軸及び波長が互いに異なる３つの検査用レ
ーザ光ｐ1〜ｐ3（検査光）を入射させるものであり、制
御駆動部５による制御の下に検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3の
光軸を入射側透過窓２に対向する垂直平面内で移動させ
ることにより、入射側透過窓２に対する検査用レーザ光
ｐ1〜ｐ3の２次元位置を調節する。

【００１５】この照射側光軸調節部６は、例えば各検査
用レーザ光ｐ1〜ｐ3を反射すると共に上記垂直平面内の
水平方向（左右方向）に移動自在な反射鏡（垂直反射
鏡）と、該垂直反射鏡から出射された各検査用レーザ光
ｐ1〜ｐ3を反射すると共に上記垂直平面内の垂直方向
（上下方向）に移動自在な反射鏡（水平反射鏡）とから
構成されている。このような構成を採用することによ
り、照射側光軸調節部６は、各検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3
の光軸を入射側透過窓２に対して２次元的に変位させ
る。

【００１６】レーザ発振器８は、このような上記照射側
光軸調節部６に対して、所定波長の検査用レーザ光ｐ1
〜ｐ3を発振し出射するものである。各検査用レーザ光
ｐ1〜ｐ3の波長は、濃度測定しようとする上記酸化硫黄
（ＳＯ₂）、一酸化窒素（ＮＯ）及びアンモニア（Ｎ
Ｈ₃）の各吸収スペクトルに設定されている。

【００１７】受光側光軸調節部７は、上記照射側光軸調
節部６と同様に構成されており、出射側透過窓２から出
射される各検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3の透過光ｐt1〜ｐt3
を反射して受光器９Ａ〜９Ｃに入射させる。上述したよ
うに各検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3の光軸は照射側光軸調節
部６によって変位するように構成されているので、受光
側光軸調節部７は、出射側透過窓２に対向する垂直平面
内において２次元移動することにより、各透過光ｐt1〜
ｐt3を確実に反射して受光器９Ａ〜９Ｃに入射させる。

【００１８】受光器９Ａ〜９Ｃは、各透過光ｐt1〜ｐt3
に対応して設けられており、各々に透過光ｐt1〜ｐt3の
強度に応じた電気信号を出力する。当該電気信号は、図
示しない演算装置によって演算処理されることにより、
上記酸化硫黄（ＳＯ₂）、一酸化窒素（ＮＯ）及びアン
モニア（ＮＨ₃）の濃度が取得される。

【００１９】位置検出用レーザ光源３は、出射側透過窓
２近傍の煙道１上に固定配置されており、位置検出用レ
ーザ光ｐrをリニアアレイセンサ４に向けて照射する。
位置検出用レーザ光源３は、位置検出用レーザ光ｐrが
煙道１の伸縮による出射側透過窓２の位置変動をより正
確に示すように出射側透過窓２近傍に設けられる。また
位置検出用レーザ光ｐrの光軸は、出射側透過窓２に対
向する垂直平面に直交するするように設定されている。

【００２０】リニアアレイセンサ４は、上記位置検出用
レーザ光ｐrの光軸の２次元位置を検出し、検出値ｓを
制御駆動部５に出力する。リニアアレイセンサ４の検出
面はは、出射側透過窓２に対向する垂直平面と面一に設
定されており、当該垂直平面内の２次元位置（水平位置
と垂直位置）を検出値ｓとして出力する。制御駆動部５
は、検出値ｓを制御量として照射側光軸調節部６及び受
光側光軸調節部７による光軸変位を制御するものであ
る。

【００２１】次に、このように構成された光軸調整装置
の動作について詳説する。

【００２２】本光軸調整装置によれば、位置検出用レー
ザ光源３が出射側透過窓２近傍の煙道１上に固定配置さ
れているので、煙道１の伸縮による出射側透過窓２の変
位は、位置検出用レーザ光源３からリニアアレイセンサ
４に照射される位置検出用レーザ光ｐrの光軸の変位と
等価である。また、煙道１の同一位置における水平断面
の伸縮状態はほぼ同一と考えられるので、入射側透過窓
２の変位は出射側透過窓２の変位同様であると考えられ
る。したがって、位置検出用レーザ光ｐrの光軸変位
は、入射側透過窓２及び出射側透過窓２の変位と同等で
ある。

【００２３】このようにして入射側透過窓２及び出射側
透過窓２の変位と同様な位置検出用レーザ光ｐrの光軸
変位（２次元的変位）は、ニアアレイセンサ４によって
検出され、検出値ｓとして制御駆動部５に供給される。
そして、制御駆動部５は、この検出値ｓを制御量として
照射側光軸調節部６を制御することにより、入射側透過
窓２の変位に追従するように各検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3
の光軸を調節する。したがって、各検査用レーザ光ｐ1
〜ｐ3は、確実に入射側透過窓２に照射されると共に煙
道１内の排ガスＸに照射され、透過光ｐt1〜ｐt3として
出射側透過窓２から出射する。

【００２４】また、制御駆動部５は、このような照射側
光軸調節部６に同期して受光側光軸調節部７を制御する
ので、照射側光軸調節部６による各透過光ｐt1〜ｐt3
（すなわち検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3）の光軸変位に追従
するように、各透過光ｐt1〜ｐt3を確実に反射して受光
器９Ａ〜９Ｃに入射させる。したがって、煙道１の伸縮
に関わりなく、酸化硫黄（ＳＯ₂）、一酸化窒素（Ｎ
Ｏ）及びアンモニア（ＮＨ₃）の濃度が確実に取得され
る。

【００２５】なお、上記実施形態では、位置検出用レー
ザ光ｐrの光軸の２次元位置を検出するリニアアレイセ
ンサ４を用いる共に、照射側光軸調節部６及び受光側光
軸調節部７についても光軸を２次元的に変位させるもの
を用いることにより、透過窓の２次元的な位置変動に対
して検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3及び透過光ｐt1〜ｐt3の光
軸を同じく２次元的に追従させるようにした。しかしな
がら、２次元のいずれか１軸のみにおける透過窓２の位
置変動を考慮すれば良い場合も考えられる。この場合に
は、リニアアレイセンサ４、照射側光軸調節部６及び受
光側光軸調節部７を１軸対応に変更すれば良い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
透過窓の位置変動に対して検査光の光軸を追従変化させ
ることができるので、検査光が確実に透過窓に照射、か
つ検査光の透過光を取得することができ、よって対象物
の状態を確実に検査することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係わる光軸調整装置の
システム構成図である。

【符号の説明】

１……煙道（通過路） ２……透過窓 ３……位置検出用レーザ光源（光照射手段） ４……リニアアレイセンサ（光センサ） ５……制御駆動部 ６……照射側光軸調節部 ７……受光側光軸調節 ８……レーザ発振器 ９Ａ〜９Ｃ……受光器 Ｘ……排ガス（対象物）

フロントページの続き (72)発明者 熊崎 脩 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社エネルギー応用研 究所内 (72)発明者 平野 正義 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社エネルギー応用研 究所内 (72)発明者 中島 勇人 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 Ｆターム(参考） 2F065 AA07 AA19 AA20 BB22 CC21 EE02 FF23 GG04 HH04 HH15 JJ02 JJ03 JJ25 JJ26 LL12 NN20 QQ25 QQ28 TT08 2G059 AA01 BB01 CC06 EE01 EE12 GG01 MM01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物の通過路に設けられた透過窓に
   照射した検査光の透過光に基づいて対象物の状態を検査
   する場合において、前記透過窓の位置変動に対して検査
   光の光軸を調整する装置であって、 通過路に固定配置され、位置検出光を放射する光照射手
   段と、 前記位置検出光の光軸を検出し検出値として出力する光
   センサと、 該光センサの検出値に基づいて検査光の光軸を調節する
   光軸調節手段と、 を具備することを特徴とする光軸調整装置。
2. 【請求項２】 光センサは、透過窓の２次元位置変動
   を検出する２次元光センサであり、光軸調節手段は、こ
   のような光センサの検出値に基づいて検査光の光軸を２
   次元的に調節する、ことを特徴とする請求項１記載の光
   軸調整装置。
3. 【請求項３】 対象物は排ガスであり、検査光は、排
   ガスに含まれる各成分の吸収スペクトルに応じた波長の
   レーザ光である、ことを特徴とする請求項１または２記
   載の光軸調整装置。
4. 【請求項４】 対象物の通過路に設けられた透過窓に
   照射した検査光の透過光に基づいて対象物の状態を検査
   する場合において、前記透過窓の位置変動に対して検査
   光の光軸を調整する方法であって、 前記通過路に位置検出光を放射する光照射手段を固定配
   置することにより、前記透過窓の位置変動を前記位置検
   出光の光軸の変化として検出し、 この位置検出光の光軸の変化に基づいて検査光の光軸を
   調節する、ことを特徴とする光軸調整方法。
5. 【請求項５】 位置検出光の光軸の２次元的な変動を
   検出することにより透過窓の２次元位置変動を検出し、
   検査光の光軸を２次元的に調節する、ことを特徴とする
   請求項４記載の光軸調整方法。
6. 【請求項６】 対象物は排ガスであり、検査光は、排
   ガスに含まれる各成分の吸収スペクトルに応じた波長の
   レーザ光である、ことを特徴とする請求項４または５記
   載の光軸調整方法。