JP2009156815A - Gas concentration measurement device and gas concentration measurement method - Google Patents

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伊智郎 粟屋
Masazumi Taura
昌純 田浦
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慎一郎 浅海
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas concentration measurement device with a simplified device constitution and measuring even dilute gas with excellent sensitivity, and a gas concentration measurement method. <P>SOLUTION: This gas concentration measurement device includes for creating a signal for driving of a preset waveform, a laser diode section for oscillating a laser beam transmitting through a measuring object based on the signal for driving, a photodiode section for receiving the laser beam having transmitted through the measuring object and creating a received signal, a reference signal creating section for creating a reference signal of a waveform corresponding to the waveform of the signal for driving, a differential amplifying section for creating a differential amplifying signal based on the received signal and the reference signal, and a concentration calculation section for calculating the concentration of the object to be measured based on the differential amplifying signal. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス濃度計測装置及びガス濃度計測方法に関し、特に、レーザー吸収法を利用してガス濃度を計測するガス濃度計測装置及びガス濃度計測方法に関する。   The present invention relates to a gas concentration measuring device and a gas concentration measuring method, and more particularly to a gas concentration measuring device and a gas concentration measuring method for measuring a gas concentration using a laser absorption method.

燃焼プラントやエンジン等における排ガス等の濃度を測定するために、レーザ吸収法を用いることが知られている。レーザ吸収法では、ガスが固有の吸収波長を有することが利用される。レーザ光をガスに照射すると、レーザ光はそのガス固有の吸収波長において吸収され、光強度が落ちる。ガス固有の吸収波長における光の吸収量は、ガス濃度に依存する。従って、ガス固有の吸収波長における透過光の光強度に基づいて、ガス濃度を計測することができる。   It is known to use a laser absorption method to measure the concentration of exhaust gas or the like in a combustion plant or engine. In the laser absorption method, it is used that the gas has a specific absorption wavelength. When a gas is irradiated with laser light, the laser light is absorbed at an absorption wavelength unique to the gas, and the light intensity is reduced. The amount of light absorbed at the gas-specific absorption wavelength depends on the gas concentration. Therefore, the gas concentration can be measured based on the light intensity of the transmitted light at the absorption wavelength unique to the gas.

感度良くガス濃度測定を行うために、ガスを透過する光路と、ガスを透過しない光路との双方を設けたガス計測装置が知られている。図1は、そのようなガス計測装置の一例を示す概略構成図である。このガス計測装置は、波形発生部101と、LDドライバ102と、レーザーダイオード103と、分波器104と、フォトダイオード106及び107と、検出部108とを備えている。このガス計測装置において、波形発生部101は、レーザー光の波長が所定の範囲で変化するような波形を有する駆動用信号を生成し、LDドライバ102に供給する。LDドライバ102は、駆動用信号に基づいてレーザーダイオード103を発光させる。レーザダイオード103によるレーザ光は、分波器104で二つに分けられる。一方のレーザ光は、被測定ガス105を透過して、フォトダイオード106により受光される。他方のレーザ光は、被測定ガス105を介さずに、そのままフォトダイオード107によって受光される。フォトダイオード106は、レーザ光を受光すると、計測信号を生成する。フォトダイオード107は、レーザ光を受光すると、参照信号を生成する。検出部108は、その計測信号とその参照信号とを比較することにより、被測定ガスによる光の吸収量を求め、被測定ガスの濃度を算出する。   In order to perform gas concentration measurement with high sensitivity, a gas measuring device is known that has both an optical path that transmits gas and an optical path that does not transmit gas. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of such a gas measuring device. The gas measuring apparatus includes a waveform generation unit 101, an LD driver 102, a laser diode 103, a duplexer 104, photodiodes 106 and 107, and a detection unit 108. In this gas measurement device, the waveform generator 101 generates a drive signal having a waveform such that the wavelength of the laser light changes within a predetermined range, and supplies the drive signal to the LD driver 102. The LD driver 102 causes the laser diode 103 to emit light based on the driving signal. The laser beam from the laser diode 103 is divided into two by the duplexer 104. One laser beam passes through the measurement gas 105 and is received by the photodiode 106. The other laser beam is directly received by the photodiode 107 without passing through the gas to be measured 105. When the photodiode 106 receives the laser beam, the photodiode 106 generates a measurement signal. When the photodiode 107 receives the laser light, the photodiode 107 generates a reference signal. The detection unit 108 compares the measurement signal with the reference signal to obtain the amount of light absorbed by the gas to be measured, and calculates the concentration of the gas to be measured.

上述のように、レーザ光が二つに分けられる構成を有するガス濃度計測装置としては、例えば特許文献1(特許第3782473号公報)及び特許文献2(特許第3108420号公報)が挙げられる。   As described above, examples of the gas concentration measuring device having a configuration in which the laser beam is divided into two include Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3784473) and Patent Document 2 (Japanese Patent No. 3108420).

しかしながら、図1で示した例のように、一つのレーザ光を二つに分けるには、分波器、参照光用の光学経路、及び参照光用のフォトダイオードなどを用意しなければならない。そのため、装置構成が複雑となると共に部品点数が増え、装置価格が高くなってしまう。また、一つの光を二つに分けるために光強度が半分となり、希薄なガスを計測する場合には不利となる。
特許第3782473号公報 特許第3108420号公報
However, as in the example shown in FIG. 1, in order to divide one laser beam into two, it is necessary to prepare a duplexer, an optical path for reference light, a photodiode for reference light, and the like. This complicates the device configuration, increases the number of parts, and increases the device price. Moreover, since one light is divided into two, the light intensity is halved, which is disadvantageous when measuring a dilute gas.
Japanese Patent No. 3784473 Japanese Patent No. 3108420

そこで、本発明の目的は、装置構成が単純化され、希薄なガスでも感度良く計測することのできる、ガス濃度計測装置及びガス濃度計測方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas concentration measuring device and a gas concentration measuring method that can simplify the apparatus configuration and can measure even a dilute gas with high sensitivity.

以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであり、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。   In the following, means for solving the problem will be described using reference numerals with parentheses used in [Best Mode for Carrying Out the Invention]. These symbols are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and the description of [Best Mode for Carrying Out the Invention], and [Claims] It should not be used for the interpretation of the technical scope of the invention described in.

本発明のガス濃度計測装置は、予め設定された波形の駆動用信号を生成する駆動用信号生成部(11)と、その駆動用信号に基づいて被測定対象を透過するレーザ光を発振させるレーザーダイオード部(12)と、被測定対象を透過したレーザ光を受光して受光信号を生成するフォトダイオード部(13)と、その駆動用信号の波形に対応した波形の参照信号を生成する参照信号生成部(15)と、受光信号と参照信号とに基づいて、差動増幅信号を生成する差動増幅部(30)と、差動増幅信号に基づいて、被測定対象の濃度を計算する濃度計算部(8)とを具備する。レーザダイオード部(12)からフォトダイオード部(13)までのレーザ光の光路は、1光路であり、被測定対象を透過する光路である。
この発明によれば、参照信号生成部が、駆動用信号の波形に対応した波形の参照信号を生成する。参照信号を生成するにあたり、測定光の光学経路とは別に、参照光用の光学経路を設ける必要はない。測定光が二つに分けられる必要もないので、測定光の光強度が半分になることもない。
The gas concentration measuring apparatus according to the present invention includes a driving signal generation unit (11) that generates a driving signal having a preset waveform, and a laser that oscillates a laser beam that passes through the measurement target based on the driving signal. A diode section (12), a photodiode section (13) that receives a laser beam transmitted through the object to be measured and generates a received light signal, and a reference signal that generates a reference signal having a waveform corresponding to the waveform of the driving signal A generation unit (15), a differential amplification unit (30) for generating a differential amplification signal based on the light reception signal and the reference signal, and a concentration for calculating the concentration of the measurement target based on the differential amplification signal And a calculator (8). The optical path of the laser light from the laser diode section (12) to the photodiode section (13) is one optical path, which is an optical path that passes through the object to be measured.
According to this invention, the reference signal generation unit generates a reference signal having a waveform corresponding to the waveform of the driving signal. In generating the reference signal, it is not necessary to provide an optical path for the reference light separately from the optical path of the measurement light. Since it is not necessary to divide the measurement light into two, the light intensity of the measurement light is not halved.

その駆動用信号は、レーザ光が、被測定対象による吸収の存在する第1波長帯と被測定対象による吸収の存在しない第2波長帯との双方を含む波長領域で走査されるような波形を有し、参照信号生成部(15)は、第2波長帯に対応した受光信号に基づいて、第1波長帯に対応する部分を補間することにより、参照信号を生成することが好ましい。   The drive signal has a waveform such that the laser beam is scanned in a wavelength region including both the first wavelength band where the absorption by the measurement target exists and the second wavelength band where the absorption by the measurement target does not exist. The reference signal generation unit (15) preferably generates the reference signal by interpolating a portion corresponding to the first wavelength band based on the received light signal corresponding to the second wavelength band.

参照信号生成部(15)は、第2波長帯のうち第1波長帯よりも短波長側の波長に対応する受光信号と、第2波長帯のうち第1波長帯よりも長波長側の波長に対応する受光信号とに基づいて、第1波長帯に対応する部分を補間することが好ましい。   The reference signal generation unit (15) includes a received light signal corresponding to a wavelength shorter than the first wavelength band in the second wavelength band, and a wavelength longer than the first wavelength band in the second wavelength band. It is preferable to interpolate a portion corresponding to the first wavelength band based on the received light signal corresponding to.

その駆動用信号がのこぎり波であるとき、参照信号生成部(15)は、線形補間により、第1波長帯に対応する部分を補間することが好ましい。   When the driving signal is a sawtooth wave, the reference signal generator (15) preferably interpolates a portion corresponding to the first wavelength band by linear interpolation.

その駆動用信号が正弦波であるとき、参照信号生成部(15)は、参照信号が正弦波となるように、第1波長帯に対応する部分を補間することが好ましい。   When the driving signal is a sine wave, the reference signal generator (15) preferably interpolates a portion corresponding to the first wavelength band so that the reference signal becomes a sine wave.

参照信号生成部(15)には、予め、駆動用信号と参照信号との対応関係が設定されているとき、駆動用信号生成部(11)は、駆動用信号を参照信号生成部(15)へ通知する。参照信号生成部(15)は、通知された駆動用信号に対して設定された対応関係に基づいて処理を行い、参照信号を生成する。   When the correspondence relationship between the drive signal and the reference signal is set in advance in the reference signal generation unit (15), the drive signal generation unit (11) converts the drive signal into the reference signal generation unit (15). To notify. The reference signal generation unit (15) performs processing based on the correspondence relationship set for the notified drive signal, and generates a reference signal.

本発明に係るガス濃度計測方法は、予め設定された波形の駆動用信号を生成するステップと、その駆動用信号に基づいて被測定対象を透過するレーザ光を発振させるステップと、被測定対象を透過した前記レーザ光を受光して受光信号を生成するステップと、その駆動用信号の波形に対応した波形の参照信号を生成するステップと、その受光信号とその参照信号とに基づいて、差動増幅信号を生成するステップと、その差動増幅信号に基づいて、前記被測定対象の濃度を計算するステップとを具備する。   A gas concentration measuring method according to the present invention includes a step of generating a driving signal having a preset waveform, a step of oscillating laser light that passes through the measurement target based on the driving signal, and a measurement target. Based on the steps of receiving the transmitted laser light and generating a light reception signal, generating a reference signal having a waveform corresponding to the waveform of the driving signal, and the light reception signal and the reference signal A step of generating an amplified signal; and a step of calculating a concentration of the measurement target based on the differential amplified signal.

その駆動用信号は、前記レーザ光が、前記被測定対象による吸収の存在する第1波長帯と前記被測定対象による吸収の存在しない第2波長帯との双方を含む波長領域で走査されるような波形を有し、その参照信号を生成するステップは、前記第2波長帯に対応した前記受光信号に基づいて、前記第1波長帯に対応する部分を補間することにより、前記参照信号を生成するステップを含むことが好ましい。   The drive signal is scanned such that the laser beam is scanned in a wavelength region including both a first wavelength band where absorption by the measurement target exists and a second wavelength band where absorption by the measurement target does not exist. And generating the reference signal includes generating the reference signal by interpolating a portion corresponding to the first wavelength band based on the received light signal corresponding to the second wavelength band. Preferably, the method includes the step of:

その参照信号を生成するステップは、その第2波長帯のうちの第1波長帯よりも短波長側の波長に対応する受光信号と、その第2波長帯のうちの第1波長帯よりも長波長側の波長に対応する受光信号とに基づいて、第1波長帯に対応する部分を補間するステップを含むことが好ましい。   The step of generating the reference signal includes a received light signal corresponding to a wavelength shorter than the first wavelength band in the second wavelength band, and longer than the first wavelength band in the second wavelength band. Preferably, the method includes a step of interpolating a portion corresponding to the first wavelength band based on the received light signal corresponding to the wavelength on the wavelength side.

その駆動用信号がのこぎり波であるとき、その参照信号を生成するステップは、線形補間により、第1波長帯に対応する部分を補間するステップを含むことが好ましい。   When the driving signal is a sawtooth wave, the step of generating the reference signal preferably includes a step of interpolating a portion corresponding to the first wavelength band by linear interpolation.

その駆動用信号が正弦波であるとき、その参照信号を生成するステップは、参照信号が正弦波となるように、第1波長帯に対応する部分を補間するステップを含むことが好ましい。   When the driving signal is a sine wave, the step of generating the reference signal preferably includes a step of interpolating a portion corresponding to the first wavelength band so that the reference signal becomes a sine wave.

予め、前記駆動用信号と前記参照信号との対応関係を設定しておくステップを具備するとき、その参照信号を生成するステップは、駆動用信号を前記対応関係に基づいて処理して、参照信号を生成するステップを含むことが好ましい。   When the method includes the step of setting a correspondence relationship between the driving signal and the reference signal in advance, the step of generating the reference signal processes the driving signal based on the correspondence relationship, Preferably, the method includes the step of generating

本発明によれば、装置構成が単純化され、希薄なガスでも感度良く計測することのできる、ガス濃度計測装置及びガス濃度計測方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the apparatus structure is simplified and the gas concentration measuring device and the gas concentration measuring method which can measure with a sufficient sensitivity also with a rare gas are provided.

(第1の実施形態)
図面を参照しつつ、本発明の第1の実施形態について説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図2は、本実施形態に係るガス濃度計測装置10を用いたガス濃度計測システムを示す概略構成図である。このガス濃度計測システムは、計測プローブ部分20と、ガス濃度計測装置10とを備えている。このガス濃度計測システムは、排気管内の被測定ガスの濃度を計測するように構成されている。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a gas concentration measuring system using the gas concentration measuring apparatus 10 according to the present embodiment. This gas concentration measurement system includes a measurement probe portion 20 and a gas concentration measurement device 10. This gas concentration measurement system is configured to measure the concentration of the gas to be measured in the exhaust pipe.

計測プローブ部分20は、コリメートレンズ22及び集光レンズ23の収められた計測ブローブ21と、ミラー25とを有している。コリメートレンズ22及び集光レンズ23は、ファイバーケーブルを介してガス濃度計測装置10に接続されている。コリメートレンズ22は、ガス濃度計測装置10から送られてきたレーザ光を、排気管内に出射するように配置されている。ミラー25は、コリメートレンズ22から出射されて排気管を通過したレーザ光を、集光レンズ23に向けて反射するように配置されている。集光レンズ23は、ミラー25により反射されたレーザ光を、ファイバーケーブルを介してガス濃度計測装置10に導くように配置されている。   The measurement probe portion 20 includes a measurement probe 21 in which a collimating lens 22 and a condenser lens 23 are housed, and a mirror 25. The collimating lens 22 and the condenser lens 23 are connected to the gas concentration measuring apparatus 10 via a fiber cable. The collimating lens 22 is disposed so as to emit the laser beam sent from the gas concentration measuring device 10 into the exhaust pipe. The mirror 25 is arranged so as to reflect the laser beam emitted from the collimator lens 22 and passed through the exhaust pipe toward the condenser lens 23. The condensing lens 23 is disposed so as to guide the laser beam reflected by the mirror 25 to the gas concentration measuring device 10 via a fiber cable.

ガス濃度計測装置10からのレーザ光は、排気管内の被測定ガスを透過する1光路を通って、再びガス濃度計測装置10へ導かれる。   The laser light from the gas concentration measuring device 10 is guided to the gas concentration measuring device 10 again through one optical path that passes through the gas to be measured in the exhaust pipe.

ガス濃度計測装置10は、排気管内のガスの特定成分の濃度を計測する装置である。ガス濃度計測装置10の被測定ガス成分としては、CO、CO、及びNOxなどが例示される。被測定ガスは、固有の吸収波長を有している。以下の説明において、被測定ガスに固有の吸収波長帯を第1波長帯と記載することにする。また、被測定ガスによる吸収のない波長帯を、第2波長帯と記載することとする。 The gas concentration measuring device 10 is a device that measures the concentration of a specific component of gas in the exhaust pipe. Examples of the gas component to be measured of the gas concentration measuring apparatus 10 include CO, CO 2 , and NOx. The gas to be measured has a specific absorption wavelength. In the following description, the absorption wavelength band unique to the gas to be measured will be described as the first wavelength band. In addition, a wavelength band that is not absorbed by the gas to be measured is referred to as a second wavelength band.

概略的には、ガス濃度計測装置10は、第1波長帯を含む波長範囲でレーザ光を発振して、計測プローブ部分20に供給する。そして、計測プローブ分20から被測定ガスを透過したレーザ光を受光し、その第1波長帯における吸収量を測定することにより、ガス濃度を計測する。第1波長帯における吸収量を正確に求めるために、参照信号が用いられる。参照信号は、被測定ガスを透過させなかった場合を模擬した信号である。実際に被測定ガスを透過したレーザ光による信号(受光信号)が、参照信号と比較され、第1波長帯における吸収量が求められる。   Schematically, the gas concentration measurement device 10 oscillates laser light in a wavelength range including the first wavelength band and supplies the laser beam to the measurement probe portion 20. Then, the gas concentration is measured by receiving laser light transmitted through the measurement gas from the measurement probe portion 20 and measuring the amount of absorption in the first wavelength band. A reference signal is used to accurately determine the amount of absorption in the first wavelength band. The reference signal is a signal that simulates the case where the gas to be measured is not transmitted. A signal (light reception signal) by a laser beam that actually passes through the gas to be measured is compared with a reference signal, and an absorption amount in the first wavelength band is obtained.

以下に、ガス濃度計測装置10の構成を詳細に説明する。   Below, the structure of the gas concentration measuring apparatus 10 is demonstrated in detail.

ガス濃度計測装置10は、駆動用信号を生成する信号発生回路11と、駆動用信号に基づき所定の波長範囲で走査されるレーザ光を発振するレーザーダイオード部12と、被測定ガスを透過したレーザ光を受光して受光信号を生成するフォトダイオード部13と、参照信号を生成する参照信号生成部15と、受光信号と参照信号とを差動増幅して差動増幅信号を生成する差動増幅部30と、差動増幅信号に基づいてガス濃度を計算する濃度計算部8とを備えている。   The gas concentration measuring apparatus 10 includes a signal generation circuit 11 that generates a driving signal, a laser diode unit 12 that oscillates a laser beam that is scanned in a predetermined wavelength range based on the driving signal, and a laser that transmits the gas to be measured. Photodiode unit 13 that receives light and generates a light reception signal, reference signal generation unit 15 that generates a reference signal, and differential amplification that differentially amplifies the light reception signal and the reference signal to generate a differential amplification signal The unit 30 and the concentration calculation unit 8 that calculates the gas concentration based on the differential amplification signal are provided.

レーザーダイオード部12は、レーザーダイオード19と、LDドライバ16とを備えている。LDドライバ16は、レーザーダイオード19に電流を供給するための回路であり、電流アンプ18とデジタル/アナログコンバータ17とを備えている。デジタル/アナログコンバータ17は、信号発生回路11で生成された駆動用信号をアナログ信号に変換し、電流アンプ18に供給する。電流アンプ18は、供給されたアナログ信号を電流に変換して、レーザーダイオード19に供給する。レーザダイオード19は、電流の供給を受けてレーザ光を発振する。発振されたレーザ光は、ファイバーケーブルを介してコリメートレンズ22に導入される。   The laser diode unit 12 includes a laser diode 19 and an LD driver 16. The LD driver 16 is a circuit for supplying current to the laser diode 19, and includes a current amplifier 18 and a digital / analog converter 17. The digital / analog converter 17 converts the driving signal generated by the signal generation circuit 11 into an analog signal and supplies the analog signal to the current amplifier 18. The current amplifier 18 converts the supplied analog signal into a current and supplies it to the laser diode 19. The laser diode 19 oscillates laser light when supplied with current. The oscillated laser light is introduced into the collimating lens 22 through a fiber cable.

信号発生回路11は、駆動用信号を生成するための回路である。駆動用信号は、デジタル信号であり、レーザダイオード部12において発振されるレーザ光の波長を走査させるための信号である。発振されるレーザ光の波長は、この駆動用信号のレベルにより決定される。駆動用信号の波形は、レーザ光が、第1波長帯を完全に含み且つ第2波長帯の少なくとも一部を含むような波長範囲で走査されるような波形である。すなわち、レーザダイオード19で発振されるレーザ光は、第1波長帯を完全に含み且つ第2波長帯の少なくとも一部を含むような波長範囲で走査される。本実施形態では、このような駆動用信号として、こぎり波が生成されるものとする。   The signal generation circuit 11 is a circuit for generating a driving signal. The drive signal is a digital signal and is a signal for scanning the wavelength of the laser beam oscillated in the laser diode unit 12. The wavelength of the oscillated laser beam is determined by the level of this driving signal. The waveform of the driving signal is such that the laser light is scanned in a wavelength range that completely includes the first wavelength band and includes at least a part of the second wavelength band. That is, the laser light oscillated by the laser diode 19 is scanned in a wavelength range that completely includes the first wavelength band and includes at least a part of the second wavelength band. In the present embodiment, it is assumed that a sawtooth wave is generated as such a driving signal.

フォトダイオード部13は、フォトダイオード1と、プリアンプ2とを備えている。フォトダイオード1には、集光レンズ23からファイバーケーブルを介してレーザ光が入射する。これにより、フォトダイオード1に起電力が生じる。プリアンプ2は、フォトダイオード1に生じた起電力を増幅して、受光信号を生成する。受光信号は、差動増幅部30の入力端のうちの一方に入力されると共に、参照信号生成部15にも入力される。   The photodiode unit 13 includes a photodiode 1 and a preamplifier 2. Laser light is incident on the photodiode 1 from the condenser lens 23 via a fiber cable. Thereby, an electromotive force is generated in the photodiode 1. The preamplifier 2 amplifies the electromotive force generated in the photodiode 1 and generates a light reception signal. The received light signal is input to one of the input ends of the differential amplifier 30 and also input to the reference signal generator 15.

参照信号生成部15は、参照信号を生成するために設けられている。参照信号は、被測定ガスが存在しない時の受光信号を模擬した信号である。参照信号生成部15は、アナログ/デジタルコンバータ3と、演算処理部4と、デジタル/アナログコンバータ5とを備えている。アナログ/デジタルコンバータ3は、フォトダイオード部13から入力された受光信号をデジタル信号に変換するとともに、第2波長帯におけるデータを複数点抽出する。そして、抽出したデータ(以下、抽出データ)を、演算処理部4に通知する。演算処理部4は、抽出データに対して、駆動用信号の波形に基づいた処理を行い、第1波長帯に対応する部分を補間する。補間されたデータは、参照信号データとして、デジタル/アナログコンバータ5に入力される。デジタル/アナログコンバータ5は、参照信号データをアナログ信号に変換し、これを参照信号として差動増幅部30に入力する。   The reference signal generation unit 15 is provided for generating a reference signal. The reference signal is a signal that simulates a light reception signal when there is no gas to be measured. The reference signal generation unit 15 includes an analog / digital converter 3, an arithmetic processing unit 4, and a digital / analog converter 5. The analog / digital converter 3 converts the received light signal input from the photodiode unit 13 into a digital signal, and extracts a plurality of data in the second wavelength band. The extracted data (hereinafter, extracted data) is notified to the arithmetic processing unit 4. The arithmetic processing unit 4 performs processing on the extracted data based on the waveform of the driving signal, and interpolates a portion corresponding to the first wavelength band. The interpolated data is input to the digital / analog converter 5 as reference signal data. The digital / analog converter 5 converts the reference signal data into an analog signal, and inputs this to the differential amplifier 30 as a reference signal.

なお、このような参照信号生成部15は、複数の論理回路の組み合わせにより実現されてもよいし、ROM、RAM、及びCPUなどを有するコンピュータによりソフトウェアが実行されることで実現されてもよい。   Note that such a reference signal generation unit 15 may be realized by a combination of a plurality of logic circuits, or may be realized by executing software by a computer having a ROM, a RAM, a CPU, and the like.

差動増幅部30は、オペアンプ14とアナログ/デジタルコンバータ9とを有している。フォトダイオード部13からの受光信号は、オペアンプの非反転入力(−)端子に入力される。参照信号生成部15からの参照信号は、オペアンプの反転入力(+)端子に入力される。オペアンプの出力信号は、アナログ/デジタルコンバータ9を介してデジタル信号に変換され、差動増幅信号として濃度計算部8に供給される。   The differential amplifying unit 30 includes an operational amplifier 14 and an analog / digital converter 9. The light reception signal from the photodiode unit 13 is input to the non-inverting input (−) terminal of the operational amplifier. The reference signal from the reference signal generator 15 is input to the inverting input (+) terminal of the operational amplifier. The output signal of the operational amplifier is converted into a digital signal via the analog / digital converter 9 and supplied to the concentration calculation unit 8 as a differential amplification signal.

濃度計算部8は、パルス抽出回路6と、パルス波高値検出回路7とを備えている。パルス抽出回路6は、差動増幅信号からパルス部分を抽出してパルス信号を生成し、そのパルス信号をパルス波高値検出回路7に供給する。パルス波高値検出回路7は、パルス信号のピーク値を算出する。このピーク値は、被測定ガスの濃度の算出に用いられる。濃度の算出は、例えば、ROM、RAM、CPUなどを有するコンピュータにより実現することができる。   The concentration calculation unit 8 includes a pulse extraction circuit 6 and a pulse peak value detection circuit 7. The pulse extraction circuit 6 extracts a pulse portion from the differential amplification signal to generate a pulse signal, and supplies the pulse signal to the pulse peak value detection circuit 7. The pulse peak value detection circuit 7 calculates the peak value of the pulse signal. This peak value is used for calculating the concentration of the gas to be measured. The calculation of the density can be realized by a computer having a ROM, a RAM, a CPU, and the like, for example.

続いて、本実施形態におけるガス濃度計測システムの動作について説明する。   Next, the operation of the gas concentration measurement system in this embodiment will be described.

信号発生回路11が、駆動用信号として、のこぎり波を生成する。図3(a)は、生成される駆動用信号の波形パターンを示している。図3(a)において、横軸が時刻であり、縦軸が信号電圧である。図3(a)に示されるように、駆動用信号の電圧は、時刻t1〜t3の間においてV1からV3へ向かって直線的に上昇し、時刻t3において再びV1に戻る。   The signal generation circuit 11 generates a sawtooth wave as a driving signal. FIG. 3A shows a waveform pattern of the generated driving signal. In FIG. 3A, the horizontal axis is time and the vertical axis is signal voltage. As shown in FIG. 3A, the voltage of the drive signal rises linearly from V1 to V3 between times t1 and t3, and returns to V1 again at time t3.

駆動用信号の供給を受けたレーザーダイオード部12では、レーザダイオード19がレーザ光を発振する。図3(b)は、発振されるレーザ光の波長と時刻との関係を示している。レーザ光の波長は、レーザダイオード19に供給される電流に比例して変化する。レーザダイオード19に供給される電流は駆動用信号が変換されたものであるので、レーザ光の波長は駆動用信号の波形に対応している。従って、時刻t1においては、駆動用信号の電圧V1に対応した波長λ1のレーザ光が生成される。時刻t3においては、駆動用信号の電圧V3に対応した波長λ3のレーザ光が生成される。レーザ光の波長は、時刻t1〜時刻t3の間で、λ1からλ3に向かって直線的に上昇する。また、図示されていないが、レーザ光の光強度も、レーザダイオード19に供給される電流に比例する。   In the laser diode unit 12 that has received the drive signal, the laser diode 19 oscillates the laser beam. FIG. 3B shows the relationship between the wavelength of the oscillated laser beam and the time. The wavelength of the laser light changes in proportion to the current supplied to the laser diode 19. Since the current supplied to the laser diode 19 is obtained by converting the driving signal, the wavelength of the laser light corresponds to the waveform of the driving signal. Accordingly, at time t1, laser light having a wavelength λ1 corresponding to the voltage V1 of the driving signal is generated. At time t3, laser light having a wavelength λ3 corresponding to the voltage V3 of the driving signal is generated. The wavelength of the laser light rises linearly from λ1 to λ3 between time t1 and time t3. Although not shown, the light intensity of the laser light is also proportional to the current supplied to the laser diode 19.

ここで、被測定ガスに固有の吸収波長帯(第1波長帯)が、λ2を中心として、λ2−1からλ2−2の波長帯であるものとする。また、レーザ光の波長が第1波長帯(λ2−1〜λ2−2)となるのは、時刻t2−1〜時刻t2−2の間(以下、第1期間)であるものとする。第1期間内に発振されたレーザ光は、排気管内で被測定ガスによる吸収を受けることになる。   Here, it is assumed that the absorption wavelength band (first wavelength band) unique to the gas to be measured is a wavelength band from λ2-1 to λ2-2 with λ2 as the center. Further, the wavelength of the laser light is in the first wavelength band (λ2-1 to λ2-2) between time t2-1 and time t2-2 (hereinafter referred to as a first period). The laser light oscillated within the first period is absorbed by the gas to be measured in the exhaust pipe.

レーザーダイオード19によって生成されたレーザー光は、計測プローブ部分20において被測定ガスを透過し、フォトダイオード1により受光され、起電力に変換される。プリアンプ2は、フォトダイオード1に生じた起電力を増幅し、受光信号を生成する。   The laser light generated by the laser diode 19 passes through the measurement gas in the measurement probe portion 20, is received by the photodiode 1, and is converted into an electromotive force. The preamplifier 2 amplifies the electromotive force generated in the photodiode 1 and generates a light reception signal.

図3(c)は、受光信号の電圧と時刻との関係を示している。フォトダイオード1における起電力の大きさは、光強度及びレーザ光の波長に比例する。従って、被測定ガスによる吸収を受けない期間(時刻t1〜t2−1、時刻t2−2〜t3;以下、第2期間)において、受光信号の電圧は時刻に比例して上昇する。しかし、被測定ガスによる吸収を受ける第1期間では、被測定ガスによる吸収により、受光信号の電圧が減少する。   FIG. 3C shows the relationship between the voltage of the received light signal and time. The magnitude of the electromotive force in the photodiode 1 is proportional to the light intensity and the wavelength of the laser beam. Therefore, the voltage of the light reception signal rises in proportion to the time in the period in which the gas to be measured is not absorbed (time t1 to t2-1, time t2-2 to t3; hereinafter, second period). However, in the first period in which absorption by the gas to be measured is received, the voltage of the light reception signal decreases due to absorption by the gas to be measured.

受光信号は、差動増幅部30に入力されると共に、参照信号生成部4にも入力される。   The received light signal is input to the differential amplifier 30 and also input to the reference signal generator 4.

図4(a)、(b)は、参照信号生成部4における処理を説明するための説明図である。参照信号生成部4においては、アナログ/デジタルコンバータ3が、受光信号をデジタル信号に変換する。アナログ/デジタルコンバータ3は、図4(a)に示されるように、第2期間における受光信号を、6点抽出する。具体的には、第1期間よりも前の第2期間から点a1、a2、a3を抽出し、第1期間よりも後の第2期間から点b1、b2、及びb3を抽出する。アナログ/デジタルコンバータ3は、抽出したデータを抽出データとして演算処理部4に通知する。   FIGS. 4A and 4B are explanatory diagrams for explaining processing in the reference signal generation unit 4. In the reference signal generation unit 4, the analog / digital converter 3 converts the received light signal into a digital signal. As shown in FIG. 4A, the analog / digital converter 3 extracts six light reception signals in the second period. Specifically, the points a1, a2, and a3 are extracted from the second period before the first period, and the points b1, b2, and b3 are extracted from the second period after the first period. The analog / digital converter 3 notifies the arithmetic processing unit 4 of the extracted data as extracted data.

演算処理部4は、図4(b)に示されるように、抽出データを補間して、参照信号データを生成する。この際、演算処理部4は、信号発生回路11が生成した駆動用信号の波形に対応した処理により、抽出信号データを補間する。本実施形態では、駆動用信号の波形パターンがのこぎり波である。そのため、被測定ガスによる吸収がないと仮定した場合の受光信号も、のこぎり波となるはずである。すなわち、受光信号の電圧は時刻t1〜t3の間において直線的に上昇するはずである。従って、演算処理部4は、抽出データを線形補間することで、参照信号データを生成する。演算処理4は、例えば、最小二乗法を用いて、抽出データを補間する。   As shown in FIG. 4B, the arithmetic processing unit 4 interpolates the extracted data to generate reference signal data. At this time, the arithmetic processing unit 4 interpolates the extracted signal data by a process corresponding to the waveform of the driving signal generated by the signal generating circuit 11. In the present embodiment, the waveform pattern of the driving signal is a sawtooth wave. For this reason, the light reception signal assuming no absorption by the gas to be measured should also be a sawtooth wave. That is, the voltage of the light reception signal should rise linearly between times t1 and t3. Therefore, the arithmetic processing unit 4 generates reference signal data by linearly interpolating the extracted data. The calculation process 4 interpolates extraction data, for example using the least squares method.

演算処理部4により生成された参照信号データは、デジタル/アナログコンバータ5によりアナログ化され、参照信号として差動増幅部30に入力される。この参照信号は、受信信号のうちの被測定ガスによる吸収を受けない部分に基づいて生成された信号であり、被測定ガスによる吸収がなかった場合の受信信号を正確に模擬している。生成された参照信号は、図示しないタイマー回路などにより、フォトダイオード部13から直接入力される受光信号に同期されて、入力される。   The reference signal data generated by the arithmetic processing unit 4 is converted to analog by the digital / analog converter 5 and input to the differential amplifier 30 as a reference signal. The reference signal is a signal generated based on a portion of the received signal that is not absorbed by the gas to be measured, and accurately simulates the received signal when there is no absorption by the gas to be measured. The generated reference signal is input in synchronization with a light reception signal directly input from the photodiode unit 13 by a timer circuit (not shown) or the like.

差動増幅部30においては、参照信号と受光信号との差分を示す差動増幅信号が生成される。図5は、差動増幅信号の波形を示している。図5に示されるように、差動増幅信号の信号電圧は、被測定ガスの吸収波長帯のレーザ光が出射されている第1期間において、レーザ光の吸収量に対応する分だけ上昇することになる。差動増幅信号は、濃度計算部8に入力される。濃度計算部8においては、パルス抽出回路6が、差動増幅信号のパルス部分を抽出する。そして、抽出されたパルス部分は、パルス波高値検出回路7によりそのピーク値(波高値)が検出される。このピーク値は、被測定ガスの濃度に依存した値である。従って、検出されたピーク値に基づいて、被測定ガスの濃度を算出することができる。   In the differential amplification unit 30, a differential amplification signal indicating a difference between the reference signal and the light reception signal is generated. FIG. 5 shows the waveform of the differential amplification signal. As shown in FIG. 5, the signal voltage of the differential amplification signal rises by an amount corresponding to the amount of absorption of the laser beam in the first period in which the laser beam in the absorption wavelength band of the gas to be measured is emitted. become. The differential amplification signal is input to the concentration calculation unit 8. In the concentration calculator 8, the pulse extraction circuit 6 extracts the pulse portion of the differential amplification signal. Then, the peak value (peak value) of the extracted pulse portion is detected by the pulse peak value detection circuit 7. This peak value is a value depending on the concentration of the gas to be measured. Therefore, the concentration of the gas to be measured can be calculated based on the detected peak value.

以上説明したように、本実施形態によれば、参照信号は、実際に被測定ガスを透過したレーザー光による受光信号に対して、駆動用信号の波形に基づいた処理を行うことにより、生成される。ここで、被測定ガスを透過しない参照光用の光路を設ける必要はない。従って、装置構成を単純化することができ、安価な構成とすることをできる。また、レーザ光を二つに分ける必要もないので、出射されたときの光強度を保ったままレーザ光を被測定ガスに入射させることができる。これにより、希薄なガスでも感度良く計測することができる。   As described above, according to the present embodiment, the reference signal is generated by performing processing based on the waveform of the drive signal on the light reception signal by the laser light that actually passes through the gas to be measured. The Here, there is no need to provide an optical path for reference light that does not transmit the gas to be measured. Therefore, the device configuration can be simplified and an inexpensive configuration can be achieved. Further, since there is no need to divide the laser beam into two, the laser beam can be incident on the measurement gas while maintaining the light intensity when emitted. Thereby, even a dilute gas can be measured with high sensitivity.

尚、本実施形態では、駆動用信号がのこぎり波であるため、演算処理部4が、線形補間により参照信号データを生成する場合について説明した。しかし、駆動用信号の波形がのこぎり波以外の波形であれば、演算処理部4は、線形補間に限られず、駆動用信号の波形に対応した補間により、参照信号データを生成する。
例えば、駆動用信号が正弦波であったとする。図6(a)は、駆動用信号が正弦波であった場合の参照信号生成部15の処理を説明する説明図である。図6(a)に示されるように、受光信号の電圧は、第1期間内において、減少している。これはのこぎり波の場合と同じである。アナログ/デジタルコンバータ3は、第2期間中の中から、6点(a4、a5、a6、b4、b5、b6)のデータを抽出する。次に、図6(b)に示されるように、演算処理部4が、抽出データを補間して参照信号データを生成する。ここで、駆動用信号が正弦波であるので、被測定ガスを透過させなかったときの受光信号も正弦波となるはずである。従って、演算処理部4は、線形補間を行うのではなく、参照信号データが正弦波となるような補間を行う。
In the present embodiment, since the driving signal is a sawtooth wave, the case where the arithmetic processing unit 4 generates reference signal data by linear interpolation has been described. However, if the waveform of the driving signal is a waveform other than the sawtooth wave, the arithmetic processing unit 4 is not limited to linear interpolation, and generates reference signal data by interpolation corresponding to the waveform of the driving signal.
For example, assume that the driving signal is a sine wave. FIG. 6A is an explanatory diagram illustrating processing of the reference signal generation unit 15 when the driving signal is a sine wave. As shown in FIG. 6A, the voltage of the light reception signal decreases within the first period. This is the same as in the case of a sawtooth wave. The analog / digital converter 3 extracts 6 points (a4, a5, a6, b4, b5, b6) of data from the second period. Next, as shown in FIG. 6B, the arithmetic processing unit 4 interpolates the extracted data to generate reference signal data. Here, since the driving signal is a sine wave, the received light signal when the gas to be measured is not transmitted should also be a sine wave. Therefore, the arithmetic processing unit 4 does not perform linear interpolation but performs interpolation so that the reference signal data becomes a sine wave.

また、本実施形態では、参照信号生成部15において、受光信号データの第2期間から6点が抽出される場合について説明した。しかし、抽出される点の数は、6点に限定されない。例えば、線形補間を行う場合、駆動用信号の波形に対応する受光信号の傾きが予め設定されていれば、抽出される点が1点だけであっても、抽出した点と予め設定された傾きとに基づいて参照信号データを生成することができる。
但し、より精度良く参照信号データを生成するためには、第1期間を挟むように、複数点が抽出されることが好ましい。すなわち、第1期間よりも前後の第2期間から、少なくとも一点づつデータを抽出することが好ましい。フォトダイオード部13により生成される受光信号の波形は、コリメートレンズ22や集光レンズ23の経年使用による汚れなどによっても影響を受けることがある。たとえば、駆動用信号がのこぎり波である場合、受光信号の傾きが汚れなどの影響により変化してしまう可能性がある。したがって、一点だけを抽出した場合には、参照信号の精度が落ちてしまうことがある。これに対して、第1期間を挟むように第2期間から複数点を抽出すれば、汚れなどの影響を受けることなく、参照信号を生成することができる。
In the present embodiment, the case where the reference signal generation unit 15 extracts 6 points from the second period of the received light signal data has been described. However, the number of extracted points is not limited to six. For example, when linear interpolation is performed, if the inclination of the received light signal corresponding to the waveform of the driving signal is set in advance, even if there is only one extracted point, the extracted point and the preset inclination The reference signal data can be generated based on the above.
However, in order to generate reference signal data with higher accuracy, it is preferable to extract a plurality of points so as to sandwich the first period. That is, it is preferable to extract data at least one point from the second period before and after the first period. The waveform of the light reception signal generated by the photodiode unit 13 may be affected by dirt or the like due to aged use of the collimating lens 22 or the condenser lens 23. For example, when the driving signal is a sawtooth wave, the inclination of the received light signal may change due to the influence of dirt or the like. Therefore, when only one point is extracted, the accuracy of the reference signal may be reduced. In contrast, if a plurality of points are extracted from the second period so as to sandwich the first period, the reference signal can be generated without being affected by dirt or the like.

(第2の実施形態)
続いて、第2の実施形態について説明する。図7は、本実施形態に係る濃度計測装置10を示す概略構成図である。尚、計測プローブ部分20に関する図示は省略されている。第1の実施形態と比較して、本実施形態では、信号発生回路11で生成される駆動用信号が参照信号生成部15にも入力される点、及び参照信号生成部15が受光信号に関係なく駆動用信号に基づいて参照信号を生成する点が異なっている。その他の点については、第1の実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described. FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the concentration measuring apparatus 10 according to the present embodiment. In addition, illustration regarding the measurement probe part 20 is abbreviate | omitted. Compared with the first embodiment, in this embodiment, the driving signal generated by the signal generation circuit 11 is also input to the reference signal generation unit 15, and the reference signal generation unit 15 is related to the received light signal. The difference is that the reference signal is generated based on the driving signal. Since other points can be the same as those in the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

信号発生回路11により生成された駆動用信号は、レーザーダイオード部12へ供給されると共に、参照信号生成部15にも供給される。   The driving signal generated by the signal generation circuit 11 is supplied to the laser diode unit 12 and also to the reference signal generation unit 15.

参照信号生成部15には、予め駆動用信号と参照信号との対応関係が設定されている。その対応関係は、たとえば、RAMなどに設定されている。その対応関係は、信号発生回路11からレーザダイオード部12及びフォトダイオード部13を介して受光信号が生成されるまでの経路の考慮された関係であり、例えば予め実験を行うことにより得られることができる。   In the reference signal generation unit 15, a correspondence relationship between the driving signal and the reference signal is set in advance. The correspondence is set in, for example, a RAM. The correspondence relationship is a relationship in which the path from the signal generation circuit 11 to the generation of the light reception signal through the laser diode unit 12 and the photodiode unit 13 is taken into account, and can be obtained, for example, by conducting an experiment in advance. it can.

演算処理部4は、信号発生回路11から取得した駆動用信号に対して、予め設定された対応関係に基づいて処理を行い、参照信号データを生成する。ここで生成される参照信号データは、結果的に、駆動用信号の波形に対応していることになる。参照信号データは、デジタル/アナログコンバータ5により参照信号に変換され、差動増幅部30に入力される。   The arithmetic processing unit 4 processes the driving signal acquired from the signal generation circuit 11 based on a preset correspondence relationship, and generates reference signal data. As a result, the reference signal data generated here corresponds to the waveform of the driving signal. The reference signal data is converted into a reference signal by the digital / analog converter 5 and input to the differential amplifier 30.

本実施形態では、参照信号が、実際に被測定ガスを透過したレーザ光に基づく受光信号とは関係なく生成される。そのため、第1の実施形態で述べたような光学面の汚れなどによる影響は考慮されていない。しかしながら、第1の実施形態と同様に、被測定ガスを透過しない参照光用の光路を設ける必要はない。従って、装置構成を単純化することができるという作用効果を奏することができる。また、レーザ光を二つに分ける必要がなく、レーザ光の光強度を保つことができる観点から、第1の実施形態と同様に感度良く計測することができる。   In the present embodiment, the reference signal is generated regardless of the light reception signal based on the laser light that actually passes through the measurement gas. Therefore, the influence due to the contamination of the optical surface as described in the first embodiment is not considered. However, as in the first embodiment, it is not necessary to provide an optical path for reference light that does not transmit the gas to be measured. Therefore, it is possible to achieve an effect that the device configuration can be simplified. Further, it is not necessary to divide the laser beam into two, and from the viewpoint of maintaining the light intensity of the laser beam, it is possible to measure with high sensitivity as in the first embodiment.

ガス濃度計測装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a gas concentration measuring device. 第1の実施形態にかかるガス濃度計測装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the gas concentration measuring device concerning 1st Embodiment. ガス濃度計測装置の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of a gas concentration measuring apparatus. 参照信号生成部の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of a reference signal production | generation part. 差動増幅信号を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating a differential amplification signal. 駆動用信号が正弦波である場合の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement in case a drive signal is a sine wave. 第2の実施形態にかかるガス濃度計測装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the gas concentration measuring device concerning 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 フォトダイオード
2 プリアンプ
3 アナログ/デジタルコンバータ
4 演算処理部
5 デジタル/アナログコンバータ
6 パルス抽出回路
7 パルス波高値検出回路
8 濃度計算部
9 アナログ/デジタルコンバータ
10 ガス濃度計測装置
11 駆動用信号生成部
12 レーザーダイオード部
13 フォトダイオード部
14 オペアンプ
15 参照信号生成部
16 LDドライバ
17 デジタル/アナログコンバータ
18 電流アンプ
19 レーザーダイオード
20 計測プローブ部分
21 計測プローブ
22 コリメートレンズ
23 集光レンズ
24 排気管
25 ミラー
30 差動増幅部
101 波形発生部
102 LDドライバ
103 レーザーダイオード
104 分波器
105 被測定ガス
106 フォトダイオード
107 フォトダイオード
108 検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photodiode 2 Preamplifier 3 Analog / digital converter 4 Arithmetic processing part 5 Digital / analog converter 6 Pulse extraction circuit 7 Pulse peak value detection circuit 8 Concentration calculation part 9 Analog / digital converter 10 Gas concentration measurement apparatus 11 Drive signal generation part 12 Laser diode section 13 Photodiode section 14 Operational amplifier 15 Reference signal generation section 16 LD driver 17 Digital / analog converter 18 Current amplifier 19 Laser diode 20 Measurement probe section 21 Measurement probe 22 Collimating lens 23 Condensing lens 24 Exhaust pipe 25 Mirror 30 Differential Amplifier 101 Waveform generator 102 LD driver 103 Laser diode 104 Divider 105 Gas to be measured 106 Photodiode 107 Photodiode 10 Detection unit

Claims (12)

予め設定された波形の駆動用信号を生成する駆動用信号生成部と、
前記駆動用信号に基づいてレーザ光を発振するレーザーダイオード部と、
前記レーザ光を受光して受光信号を生成するフォトダイオード部と、
前記駆動用信号の波形に対応した波形の参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記受光信号と前記参照信号とに基づいて、差動増幅信号を生成する差動増幅部と、
前記差動増幅信号に基づいて、被測定対象の濃度を計算する濃度計算部と、
を具備し、
前記レーザダイオード部から前記フォトダイオード部までの前記レーザ光の光路は、1光路であり、前記被測定対象を透過する光路である
ガス濃度計測装置。
A drive signal generator for generating a drive signal having a preset waveform;
A laser diode unit that oscillates laser light based on the driving signal;
A photodiode unit that receives the laser beam and generates a light reception signal;
A reference signal generator for generating a reference signal having a waveform corresponding to the waveform of the driving signal;
A differential amplification unit that generates a differential amplification signal based on the light reception signal and the reference signal;
Based on the differential amplification signal, a concentration calculator that calculates the concentration of the measurement target;
Comprising
An optical path of the laser beam from the laser diode section to the photodiode section is a single optical path, and is a gas concentration measuring device that is an optical path that passes through the measurement target.
請求項1に記載されたガス濃度計測装置であって、
前記駆動用信号の波形は、前記被測定対象による吸収の存在する第1波長帯と前記被測定対象による吸収の存在しない第2波長帯との双方を含む波長領域で前記レーザ光が走査されるような波形であり、
前記参照信号生成部は、前記第2波長帯に対応した前記受光信号に基づいて、前記第1波長帯に対応する部分を補間することにより、前記参照信号を生成する
ガス濃度計測装置。
A gas concentration measuring device according to claim 1,
The waveform of the driving signal is scanned with the laser beam in a wavelength region including both a first wavelength band where absorption by the measurement target exists and a second wavelength band where absorption by the measurement target does not exist. Is a waveform like
The gas concentration measuring device that generates the reference signal by interpolating a portion corresponding to the first wavelength band based on the received light signal corresponding to the second wavelength band.
請求項2に記載されたガス濃度計測装置であって、
前記参照信号生成部は、前記第2波長帯のうち前記第1波長帯よりも短波長側の波長に対応する前記受光信号と、前記第2波長帯のうち前記第1波長帯よりも長波長側の波長に対応する前記受光信号とに基づいて、前記第1波長帯に対応する部分を補間する
ガス濃度計測装置。
A gas concentration measuring device according to claim 2,
The reference signal generation unit includes the received light signal corresponding to a wavelength shorter than the first wavelength band in the second wavelength band, and a wavelength longer than the first wavelength band in the second wavelength band. A gas concentration measuring device that interpolates a portion corresponding to the first wavelength band based on the received light signal corresponding to the wavelength on the side.
請求項2又は3に記載されたガス濃度計測装置であって、
前記駆動用信号は、のこぎり波であり、
前記参照信号生成部は、線形補間により、前記第1波長帯に対応する部分を補間する
ガス濃度計測装置。
A gas concentration measuring device according to claim 2 or 3, wherein
The driving signal is a sawtooth wave,
The reference signal generation unit is a gas concentration measurement device that interpolates a portion corresponding to the first wavelength band by linear interpolation.
請求項2又は3に記載されたガス濃度計測装置であって、
前記駆動用信号は、正弦波であり、
前記参照信号生成部は、前記参照信号が正弦波となるように、前記第1波長帯に対応する部分を補間する
ガス濃度計測装置。
A gas concentration measuring device according to claim 2 or 3, wherein
The driving signal is a sine wave,
The gas concentration measuring device that interpolates a portion corresponding to the first wavelength band so that the reference signal is a sine wave.
請求項1に記載されたガス濃度計測装置であって、
前記参照信号生成部には、予め、前記駆動用信号と前記参照信号との対応関係が設定されており、
前記駆動用信号生成部は、前記駆動用信号を前記参照信号生成部へ通知し、
前記参照信号生成部は、通知された前記駆動用信号に対して設定された前記対応関係に基づいて処理を行い、前記参照信号を生成する
ガス濃度計測装置。
A gas concentration measuring device according to claim 1,
In the reference signal generation unit, a correspondence relationship between the driving signal and the reference signal is set in advance,
The drive signal generation unit notifies the reference signal generation unit of the drive signal,
The reference signal generation unit is a gas concentration measurement device that performs processing based on the correspondence set for the notified driving signal and generates the reference signal.
予め設定された波形の駆動用信号を生成するステップと、
前記駆動用信号に基づいてレーザ光を発振させるステップと、
前記レーザ光を、被測定対象を透過する1光路を介して受光し、受光信号を生成するステップと、
前記駆動用信号の波形に対応した波形の参照信号を生成するステップと、
前記受光信号と前記参照信号とに基づいて、差動増幅信号を生成するステップと、
前記差動増幅信号に基づいて、前記被測定対象の濃度を計算するステップと、
を具備する
ガス濃度計測方法。
Generating a driving signal having a preset waveform;
Oscillating laser light based on the driving signal;
Receiving the laser light through one optical path that passes through the object to be measured, and generating a light reception signal;
Generating a reference signal having a waveform corresponding to the waveform of the driving signal;
Generating a differential amplification signal based on the light reception signal and the reference signal;
Calculating the concentration of the object to be measured based on the differential amplification signal;
A gas concentration measuring method comprising:
請求項7に記載されたガス濃度計測方法であって、
前記駆動用信号は、前記レーザ光が、前記被測定対象による吸収の存在する第1波長帯と前記被測定対象による吸収の存在しない第2波長帯との双方を含む波長領域で走査されるような波形を有し、
前記参照信号を生成するステップは、前記第2波長帯に対応した前記受光信号に基づいて、前記第1波長帯に対応する部分を補間することにより、前記参照信号を生成するステップを含む
ガス濃度計測方法。
The gas concentration measuring method according to claim 7,
The drive signal is scanned in a wavelength region in which the laser light includes both a first wavelength band where absorption by the measurement target exists and a second wavelength band where absorption by the measurement target does not exist. Have a strong waveform,
The step of generating the reference signal includes a step of generating the reference signal by interpolating a portion corresponding to the first wavelength band based on the received light signal corresponding to the second wavelength band. Measurement method.
請求項8に記載されたガス濃度計測方法であって、
前記参照信号を生成するステップは、前記第2波長帯のうち前記第1波長帯よりも短波長側の波長に対応する前記受光信号と、前記第2波長帯のうち前記第1波長帯よりも長波長側の波長に対応する前記受光信号とに基づいて、前記第1波長帯に対応する部分を補間するステップを含む
ガス濃度計測方法。
A gas concentration measurement method according to claim 8, wherein
The step of generating the reference signal includes: the received light signal corresponding to a wavelength shorter than the first wavelength band in the second wavelength band; and the first wavelength band among the second wavelength bands. A gas concentration measurement method including a step of interpolating a portion corresponding to the first wavelength band based on the light reception signal corresponding to a wavelength on a long wavelength side.
請求項8又は9に記載されたガス濃度計測方法であって、
前記駆動用信号は、のこぎり波であり、
前記参照信号を生成するステップは、線形補間により、前記第1波長帯に対応する部分を補間するステップを含む
ガス濃度計測方法。
A gas concentration measurement method according to claim 8 or 9, wherein
The driving signal is a sawtooth wave,
The step of generating the reference signal includes the step of interpolating a portion corresponding to the first wavelength band by linear interpolation.
請求項8又は9に記載されたガス濃度計測方法であって、
前記駆動用信号は、正弦波であり、
前記参照信号を生成するステップは、前記参照信号が正弦波となるように、前記第1波長帯に対応する部分を補間するステップを含む
ガス濃度計測方法。
A gas concentration measuring method according to claim 8 or 9, wherein
The driving signal is a sine wave,
The step of generating the reference signal includes a step of interpolating a portion corresponding to the first wavelength band so that the reference signal becomes a sine wave.
請求項7に記載されたガス濃度計測方法であって、
更に、
予め、前記駆動用信号と前記参照信号との対応関係を設定しておくステップと、
を具備し、
前記参照信号を生成するステップは、前記駆動用信号を前記対応関係に基づいて処理して、前記参照信号を生成するステップを含む
ガス濃度計測方法。
The gas concentration measuring method according to claim 7,
Furthermore,
Setting a correspondence relationship between the driving signal and the reference signal in advance;
Comprising
The step of generating the reference signal includes a step of processing the driving signal based on the correspondence relationship to generate the reference signal.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011209120A (en) * 2010-03-30 2011-10-20 Yokogawa Electric Corp Laser type gas analyzer
JP2016085073A (en) * 2014-10-23 2016-05-19 株式会社島津製作所 Laser type analysis device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08101064A (en) * 1994-09-30 1996-04-16 Jasco Corp Method and apparatus for estimating and producing base line
JP2000074830A (en) * 1998-08-28 2000-03-14 Horiba Ltd High-speed measuring method and measuring system for temperature, concentration and chemical species by use of semiconductor laser spectroscopy
JP3108420B2 (en) * 1988-07-07 2000-11-13 アルトップトロニック アクチボラゲット Method and apparatus for measuring gas concentration by spectroscopy
JP2001074654A (en) * 1999-08-31 2001-03-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Gas concentration measuring apparatus and combustion furnace
JP3782473B2 (en) * 1994-04-08 2006-06-07 三菱重工業株式会社 Gas concentration measuring device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3108420B2 (en) * 1988-07-07 2000-11-13 アルトップトロニック アクチボラゲット Method and apparatus for measuring gas concentration by spectroscopy
JP3782473B2 (en) * 1994-04-08 2006-06-07 三菱重工業株式会社 Gas concentration measuring device
JPH08101064A (en) * 1994-09-30 1996-04-16 Jasco Corp Method and apparatus for estimating and producing base line
JP2000074830A (en) * 1998-08-28 2000-03-14 Horiba Ltd High-speed measuring method and measuring system for temperature, concentration and chemical species by use of semiconductor laser spectroscopy
JP2001074654A (en) * 1999-08-31 2001-03-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Gas concentration measuring apparatus and combustion furnace

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011209120A (en) * 2010-03-30 2011-10-20 Yokogawa Electric Corp Laser type gas analyzer
JP2016085073A (en) * 2014-10-23 2016-05-19 株式会社島津製作所 Laser type analysis device

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