JP2005083875A - トンネル内の特定ガス濃度測定装置およびトンネル内の排気方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 特定ガスによる吸収波長近傍のレーザ光をトンネル内で照射するレーザ照射手段30と、照射されたレーザ光をトンネル内で受光する第1レーザ受光手段40とを有し、レーザ吸収法によりトンネル内における特定ガスの濃度を算出する。また、照射した入射光と受光した透過光との比をとって、煙霧透過率を算出する。なお、算出した特定ガス濃度および煙霧透過率に基づいて、トンネル内の排気手段の運転を制御する。
【選択図】 図1
Description
また赤外線分光計では、空気の発熱や膨張、サンプリング時間等を利用して濃度を算出するため、トンネル内の空気をサンプリングしてから濃度を算出するまでの時間遅れが大きいという問題がある。この場合、トンネル内のCOガスが所定濃度に達してから、排気手段の運転を開始あるいは制御するまでの時間遅れが大きくなり、トンネル内のCOガスが高濃度に達するおそれがある。また赤外線分光計では、サンプリング地点における点計測となるため、トンネル内の平均的な濃度評価が困難であるという問題がある。特に、交通量の増減等による濃度分布が存在する場合には、サンプリング地点におけるCOガス濃度が低くても、他の地点におけるCOガス濃度が高くなっているおそれがある。
図1は、本実施形態にかかる特定ガス濃度測定装置のブロック図である。本実施形態にかかる特定ガスの濃度測定装置5は、特定ガスによる吸収波長近傍のレーザ光を発振する半導体レーザ10と、レーザ光を波長変調するレーザ制御部20と、変調したレーザ光をトンネル内で照射するレーザ照射手段30と、レーザ光をトンネル内で受光する第1レーザ受光手段40と、受光したレーザ光の強度を電気信号に変換して位相敏感検波することによりトンネル内における特定ガス濃度および煙霧透過率を算出するデータ処理部50と、を有するものである。
図11は、波長変調の説明図である。一般に、特定ガスは特定波長の光を吸収する。そのため、特定ガスに入射したレーザ光の透過率はレーザ光の波長によって異なる。すなわち特定ガスは、図11の中央に示すようなレーザ光の透過率特性を有する。例えばCOガスでは、波長1.567μmに吸収線の一つを有しレーザ光の透過率が極小となる。そこで、特定ガスによる吸収波長を中心に、半導体レーザの駆動電流を変化させて、レーザ光の発振周波数の変調を行う。そして、トンネル内に設置した照射手段から照射する。
なお、レーザ出力が一定ならば図11の95に示すような信号となるが、実際には数式2で示す強度変調を受けるため、図11の92に示す波形と重なっている。
ここで、数式6で示されるように、半導体レーザの発振強度の低下や、窓の汚れに起因する散乱減衰によるレーザ強度の低下などは誤差要因となる。そこで、半導体レーザの発振強度モニタの出力値および窓の汚れを検知するセンサの出力値を常時監視し、照射手段から照射され受光手段により受光されるまでの特定ガス以外の因子によるレーザ強度の減衰を補正させる手段を講じる。
30……レーザ照射手段
40……第1レーザ受光手段
Claims (13)
- 少なくとも特定ガスによる吸収波長のレーザ光を発振可能な半導体レーザと、前記半導体レーザにより発振される前記レーザ光を、前記特定ガスによる吸収波長を中心に波長変調するレーザ制御部と、前記半導体レーザにより発振されたレーザ光をトンネル内で照射するレーザ照射手段と、前記レーザ照射手段から照射された前記レーザ光を前記トンネル内で受光する第1レーザ受光手段と、
前記第1レーザ受光手段により受光された前記レーザ光の強度に相当する信号から、前記レーザ光の変調周波数の基本波成分を位相敏感検波して前記トンネル内における煙霧透過率を算出するとともに、前記レーザ光の変調周波数の基本波成分および2倍波成分を位相敏感検波して前記トンネル内における前記特定ガスの濃度を算出するデータ処理部と、を有することを特徴とするトンネル内の特定ガス濃度測定装置。 - 前記レーザ照射手段および前記第1レーザ受光手段は、前記トンネルの長手方向に沿って対向配置されていることを特徴とする請求項1に記載のトンネル内の特定ガス濃度測定装置。
- 前記レーザ照射手段から照射されたレーザ光を前記第1レーザ受光手段に向かって折返し反射する反射手段を有し、前記レーザ照射手段および前記第1レーザ受光手段と前記反射手段とが前記トンネルの長手方向に沿って対向配置されていることを特徴とする請求項1に記載のトンネル内の特定ガス濃度測定装置。
- 前記レーザ照射手段と前記第1レーザ受光手段との光軸上に配置され、前記レーザ照射手段から照射されたレーザ光の一部を前記光軸から分岐する分岐手段と、前記分岐手段により分岐された前記レーザ光を前記トンネル内で受光する第2レーザ受光手段とを有し、
前記データ処理部は、前記第1レーザ受光手段により受光されたレーザ光の強度に相当する信号から前記煙霧透過率または前記特定ガス濃度のいずれか一方を算出するとともに、前記第2レーザ受光手段により受光されたレーザ光の強度に相当する信号から前記煙霧透過率または前記特定ガス濃度のいずれか他方を算出することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のトンネル内の特定ガス濃度測定装置。 - 前記レーザ照射手段および/または前記第1レーザ受光手段が、前記レーザ光の透過窓を有する筺体内部に収容されるとともに、
前記透過窓に付着した粉塵により散乱された前記レーザ光を検出するセンサが設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のトンネル内の特定ガス濃度測定装置。 - 前記トンネルの長手方向中央部付近に形成された排気口を挟んで前記トンネルの長手方向両側に、少なくとも1組ずつの前記レーザ照射手段および前記第1レーザ受光手段が設置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のトンネル内の特定ガス濃度測定装置。
- 前記半導体レーザから延設された主たる出射光ファイバに、複数の測定地点に対応した光スイッチが順次配設され、前記各光スイッチにより分岐された従たる出射光ファイバが、それぞれ前記各測定地点に配置された前記レーザ照射手段に接続され、
前記データ処理部から延設された主たる入射光ファイバから、複数の従たる入射光ファイバが分岐されて、それぞれ前記各測定地点に配置された前記第1レーザ受光手段に接続されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のトンネル内の特定ガス濃度測定装置。 - 前記半導体レーザから光アイソレータを介して延設された主たる出射光ファイバと、前記データ処理部から延設された主たる入射光ファイバとが、主たる出入射光分岐器に接続され、
前記主たる出入射光分岐器から延設された主たる出入射光ファイバに、複数の測定地点に対応した光スイッチが順次配設され、前記各光スイッチにより分岐された従たる出入射光ファイバが、従たる出入射光分岐器を介することにより、一方は前記各測定地点の前記レーザ照射手段に接続されるとともに、他方は光アイソレータを介して前記各測定地点の前記第1レーザ受光手段に接続されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のトンネル内の特定ガス濃度測定装置。 - 前記半導体レーザから光アイソレータを介して延設された主たる出射光ファイバと、前記データ処理部から延設された主たる入射光ファイバとが、主たる出入射光分岐器に接続され、
前記主たる出入射光分岐器から延設された主たる出入射光ファイバに多チャンネル光スイッチが接続され、前記多チャンネル光スイッチの各チャンネルから延設された従たる出入射光ファイバが、従たる出入射光分岐器を介することにより、一方は複数の測定地点に配置された前記レーザ照射手段に接続されるとともに、他方は光アイソレータを介して前記各測定地点の前記第1レーザ受光手段に接続されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のトンネル内の特定ガス濃度測定装置。 - 前記半導体レーザから延設された主たる出射光ファイバから、複数の従たる出射光ファイバが分岐されて、それぞれ複数の測定地点に配置された前記レーザ照射手段に接続されるとともに、前記データ処理部から延設された主たる入射光ファイバから、複数の従たる入射光ファイバが分岐されて、それぞれ前記各測定地点に配置された前記第1レーザ受光手段に接続され、
前記各測定地点に配置された前記レーザ照射手段と前記第1レーザ受光手段との光軸上に、前記レーザ照射手段から照射されたレーザ光の透過および遮断を切り替え可能なシャッタが設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のトンネル内の特定ガス濃度測定装置。 - 前記半導体レーザから光アイソレータを介して延設された主たる出射光ファイバと、前記データ処理部から延設された主たる入射光ファイバとが、主たる出入射光分岐器に接続され、
前記主たる出入射光分岐器から延設された主たる出入射光ファイバに多チャンネル光分岐器が接続され、前記多チャンネル光分岐器の各チャンネルから延設された従たる出入射光ファイバが、従たる出入射光分岐器を介することにより、一方は複数の測定地点に配置された前記レーザ照射手段に接続されるとともに、他方は光アイソレータを介して前記各測定地点の前記第1レーザ受光手段に接続され、
前記各測定地点に配置された前記レーザ照射手段と前記第1レーザ受光手段との光軸上に、前記レーザ照射手段から照射されたレーザ光の透過および遮断を切り替え可能なシャッタが設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のトンネル内の特定ガス濃度測定装置。 - 前記半導体レーザから延設された主たる出射光ファイバに、複数の測定地点に対応した光分岐器が順次配設され、前記各光分岐器により分岐された従たる出射光ファイバが、それぞれ前記各測定地点に配置された前記レーザ照射手段に接続され、
前記各測定地点に配置された前記第1レーザ受光手段は光検出器を備え、前記各光検出器から延設された電気配線がそれぞれ前記データ処理部に接続されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のトンネル内の特定ガス濃度測定装置。 - 請求項1ないし請求項12のいずれかに記載のトンネル内の特定ガス濃度測定装置による前記トンネル内における前記特定ガス濃度および前記煙霧透過率の測定結果に基づいて、前記トンネル内に設置された排気手段の運転を制御することを特徴とするトンネル内の排気方法。
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