JP2010151693A - Gas analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に生じるガスや、あるいは該密閉容器から外部に排出される排出ガス、あるいは排出されたガスが滞留する可能性の高い場所における、ガス分析装置に関する。 In the present invention, there is a high possibility that gas generated in a closed container such as a boiler, a waste incinerator, a combustion chamber of a combustion engine or the like, or exhaust gas discharged to the outside from the closed container, or discharged gas is retained. The present invention relates to a gas analyzer in a place.
従来から、ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に発生するガスや、該燃焼室から外部に排出される排出ガス濃度を計測する手法として、レーザ光を用いる技術が開発されている。このレーザ光を用いるガス濃度計測技術は、ガス種別毎に特有波長を吸収する性質を持つことを利用し、ガス雰囲気中に特定波長のレーザ光を照射して、ガス雰囲気を通過したレーザ光のスペクトルを分析することで、特定ガス種別の濃度やガス温度を把握するものである。 Conventionally, a technology that uses laser light has been developed as a method for measuring the concentration of gas generated in closed containers such as boilers, garbage incinerators, and combustion chambers of combustion engines, and exhaust gas concentrations discharged from the combustion chambers to the outside. Has been. This gas concentration measurement technology using laser light utilizes the property of absorbing a specific wavelength for each gas type, and irradiates laser light of a specific wavelength in the gas atmosphere, and the laser light that has passed through the gas atmosphere. By analyzing the spectrum, the concentration and gas temperature of a specific gas type are grasped.
レーザ光を利用してエンジンからの排ガス濃度やガス温度を計測する例として、図6(a)、(b)に示すような装置が知られている。
図6(a)は、レーザダイオードLDからのレーザ光を、計測対象ガス01中の計測しようとするガス成分に合わせた所定の吸収波長に設定して、計測セル02に設けられた照射部03のコリメータ05から照射する。計測対象ガス01中を通過したレーザ光は受光部07のフォトダイオード09で受光するように構成されている。なお、レーザ光の照射用、受光用の窓08、010が設けられている。
計測対象ガスを通過した計測受光信号と、計測対象ガスを通過しない参照受光信号との差分信号を差動増幅器011で増幅して、増幅した信号に基づいて、計測対象のガス中のガス成分によって吸収された吸収スペクトルを把握し、この吸収スペクトルを解析して計測対象中に検出しようとするガス成分の濃度や温度を測定する。
As an example of measuring the exhaust gas concentration and gas temperature from an engine using laser light, devices as shown in FIGS. 6A and 6B are known.
In FIG. 6A, the laser light from the laser diode LD is set to a predetermined absorption wavelength according to the gas component to be measured in the
A differential signal between the measurement light reception signal that has passed through the measurement target gas and the reference light reception signal that does not pass through the measurement target gas is amplified by the differential amplifier 011, and based on the amplified signal, the gas component in the measurement target gas The absorbed absorption spectrum is grasped, and the concentration and temperature of the gas component to be detected in the measurement object are measured by analyzing the absorption spectrum.
また、図6(b)は、レーザダイオードLDからのレーザ光を、計測対象ガス01中の計測しようとするガス成分に合わせた所定の吸収波長に設定し、計測セル02に設けられた照射部03のコリメータ05から照射して、計測対象ガス01中を通過したレーザ光を受光部07のフォトダイオード09で受光するように構成され、該フォトダイオード09で受光した信号をPDアンプ(フォトダイオードアンプ)013に入力して増幅し、その増幅信号から前記所定波長に同期する信号を検出(ロックイン検出)して、計測対象のガス中のガス成分によって吸収された吸収スペクトルを把握し、この吸収スペクトルを解析して計測対象中に検出しようとするガス成分の濃度や温度を測定する。
FIG. 6B shows an irradiation unit provided in the
図6(a)、(b)に示したいずれの装置も、計測セル02が計測対象ガス01とレーザの干渉部であるため、エンジン配管等に直列に挿入して使用することが多く、その表面温度はエンジンからの排ガス温度によって200℃を超えることがあり、フォトダイオード09や、PDアンプ013を計測セル02に直接設置できず、計測セル02との間に断熱冶具を挿入している。
そのため、計測セルの構造が複雑になり、運搬、設置、使用において過度の注意が必要となっていた。
また、フォトダイオード09や、PDアンプ013を計測セル02の近傍に設置するため、エンジンの排気配管からのノイズを拾いやすいという問題もあった。
6 (a) and 6 (b), since the
For this reason, the structure of the measurement cell has become complicated, and excessive care has been required in transportation, installation, and use.
Further, since the
一方、図6(a)(b)に示すようなフォトダイオード09や、PDアンプ013を計測セル02に直接設置しない構成として、特許文献1(特開平10−90170号公報)のような技術も知られている。
かかる特許文献1は、図7に示すように、吸収波長にロックしたパルス光が光源020から光ファィバ022を経て光学手段024に出射され、光学手段024から光ファィバ026を介して、ガス管027内のガス検出センサ028に出射される。そして、ガス検出センサ028では、近傍に存在するガス濃度に応じて通過光を損失させて出射させる。ガス検出センサ028の出射光の一部は、反射手段029のミラーによって反射されて、再びガス検出センサ028に入斜し、損失した光が光学手段024を経由して検出部030の光電変化器032によって電気信号に変換されて、信号処理部034で信号処理されてガス濃度が算出処理される。
On the other hand, as a configuration in which the
In
しかし、特許文献1に示される計測装置では、図6(a)、(b)に示すような計測セルに直接フォトダイオードやフォトダイオードアンプを設置せずに、光ファィバ026、036を介して検出部030の光電変化器032に接続して電気信号に変換される構成であるため、断熱冶具の挿入や、エンジン配管のノイズを拾いやすいという問題は生じないが、光経路中に反射手段のミラーを用いているため、光信号にノイズが乗りやすい問題がある。
また、特許文献1の場合には複数のガス濃度を検出するには、ガス種に応じてそれぞれのガス検出センサ028を複数設置しなければならず装置の大型化を伴う問題もある。
However, in the measurement apparatus shown in
In addition, in the case of
そこで、本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、光経路中において光信号にノイズが乗りにくく、精度の良いガス濃度およびガス温度計測を可能にし、さらに、複数種のガス計測においても装置の複雑化や大型化を伴わずに簡単な構成によって達成することができるガス分析装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such a background, makes it difficult for noise to be applied to an optical signal in an optical path, enables accurate gas concentration and gas temperature measurement, and further provides a plurality of types of gases. It is an object of the present invention to provide a gas analyzer that can be achieved with a simple configuration without increasing the complexity and size of the apparatus even in measurement.
前記課題を解決するため、本発明は、計測対象ガス中に照射されたレーザ光の吸収スペクトルを解析してガス濃度および温度を計測するガス分析装置において、レーザ光発光部で発光されたレーザ光を計測対象のガス中に照射する照射部と、前記計測対象ガス中を通過したレーザ光を受光する受光部との両機能を有する送受光部を計測対象ガスに向けて複数設置し、前記送受光部に光ファイバを接続し、該光ファイバの経路中に光サーキュレータを設置し、一方と他方の両光サーキュレータ間の単一のレーザ光経路に照射および受光信号の双方向を搬送させるように構成したことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a laser beam emitted from a laser beam emitter in a gas analyzer that analyzes the absorption spectrum of a laser beam irradiated into a measurement target gas and measures the gas concentration and temperature. A plurality of transmitter / receiver units having both functions of an irradiation unit that irradiates the measurement target gas and a light receiving unit that receives laser light that has passed through the measurement target gas are installed toward the measurement target gas. An optical fiber is connected to the light receiving unit, an optical circulator is installed in the path of the optical fiber, and both irradiation and light reception signals are conveyed in a single laser light path between one and the other optical circulators. It is characterized by comprising.
かかる発明によれば、単一のレーザ光経路に双方向に計測信号を流すことができるため、計測対象ガスと同一経路で干渉するため、高精度なガス濃度の計測ができる。
また、サーキュレータは計測対象ガスの近傍に設置する必要がないため、断熱構造や、振動防止構造等が不要になるため、装置が簡単化できる。
また、両光サーキュレータ間の単一のレーザ光経路には、照射および受光信号の双方向が搬送されるが、搬送経路内には反射部のような計測信号へ光学ノイズを生成せしめる要因がないため、ノイズの発生が少ない高精度なガス濃度の計測ができる。
According to this invention, since a measurement signal can be flowed bidirectionally through a single laser beam path, it interferes with the measurement target gas in the same path, so that a highly accurate gas concentration can be measured.
Further, since the circulator does not need to be installed in the vicinity of the measurement target gas, a heat insulating structure, a vibration preventing structure, or the like is not necessary, and the apparatus can be simplified.
In addition, both directions of irradiation and light reception signals are transported in a single laser beam path between both optical circulators, but there is no factor in the measurement path that causes optical noise to be generated in the transport path. Therefore, it is possible to measure the gas concentration with high accuracy with little noise generation.
また、本発明において、好ましくは、前記送受光部はコリメータ(光学レンズ)からなり、1つの計測セルに前記コリメータを一対設置し、両コリメータへ接続する光ファィバにそれぞれ前記光サーキュレータを設置し、両光サーキュレータを介して前記それぞれの送受光部から異なるガス種に対する吸収波長のレーザ光を照射および受光するように構成するとよい。 In the present invention, preferably, the light transmitting / receiving unit is formed of a collimator (optical lens), a pair of the collimators is installed in one measurement cell, and the optical circulators are installed in optical fibers connected to both collimators, It is good to comprise so that the laser beam of the absorption wavelength with respect to different gas types may be irradiated and light-received from each said light transmission / reception part via both optical circulators.
かかる構成によると、2種の異なるガス種に対して、1つの計測セルに設置された一対の送受光部によって、濃度測定ができるため、計測装置を小型化できる。すなわち、一方の光サーキュレータを介して照射されるレーザ光と、他方の光サーキュレータを介して照射されるレーザ光を、測定すべきガス種の吸収波長に設定することで、同時に2種のガス濃度を高精度に、かつ簡単な装置によってできるようになる。 According to such a configuration, concentration measurement can be performed on two different gas types by a pair of light transmitting / receiving units installed in one measurement cell, and thus the measurement apparatus can be downsized. That is, by setting the laser beam irradiated through one optical circulator and the laser beam irradiated through the other optical circulator to the absorption wavelengths of the gas species to be measured, two gas concentrations can be simultaneously measured. Can be performed with high accuracy and a simple device.
また、本発明において、好ましくは、前記送受光部はコリメータからなり、1つの計測セルに前記コリメータを一対設置し、両コリメータへの光ファィバにそれぞれ前記光サーキュレータを設置し、両光サーキュレータを介して前記それぞれの送受光部から同種ガスに対する異なる吸収波長のレーザ光を照射および受光するように構成するとよい。 In the present invention, it is preferable that the light transmission / reception unit includes a collimator, a pair of the collimators are installed in one measurement cell, the optical circulators are installed in optical fibers to both collimators, and both optical circulators are used. In this case, it is preferable to irradiate and receive laser beams having different absorption wavelengths for the same kind of gas from the respective light transmitting / receiving units.
かかる構成によると、同種ガスに対する異なる吸収波長のレーザ光を、両光サーキュレータを介して照射および受光するので、同種のガスに対する濃度測定精度が向上するとともに、同一のガス濃度であっても、波長に対する吸収量がガス温度(雰囲気温度)によって変化することに基づいて、ガス濃度計測とともにガス温度を計測できる。 According to such a configuration, laser light having different absorption wavelengths for the same kind of gas is irradiated and received via both optical circulators, so that the concentration measurement accuracy for the same kind of gas is improved and the wavelength is the same even at the same gas concentration. The gas temperature can be measured together with the gas concentration measurement based on the fact that the amount of absorption with respect to the gas changes depending on the gas temperature (atmosphere temperature).
また、本発明において、好ましくは、前記送受光部はコリメータからなり、1つの計測セルに前記コリメータを一対設置し、両コリメータへの光ファィバにそれぞれ前記光サーキュレータを設置し、一方の光サーキュレータを短絡して光の流れ方向を1方向に限定せしめ、短絡していない他方の光サーキュレータによって計測信号の送受光を行うようにするとよい。 In the present invention, it is preferable that the light transmission / reception unit includes a collimator, a pair of the collimators are installed in one measurement cell, the optical circulators are installed in optical fibers to both collimators, and one optical circulator is installed. It is preferable that the light flow direction is limited to one direction by short-circuiting, and the measurement signal is transmitted and received by the other optical circulator that is not short-circuited.
かかる構成によると、計測セル内におけるレーザ光と計測対象ガスとの干渉路長を倍加できるので、信号ノイズ比(S/N比)が高くなり計測精度を向上することができ、さらに、光経路上に大きな反射点が存在しないため、フリンジ(光ノイズ)の発生要因が極めて少ないので、計測精度を向上することができる。 According to this configuration, since the interference path length between the laser beam and the measurement target gas in the measurement cell can be doubled, the signal noise ratio (S / N ratio) can be increased, and the measurement accuracy can be improved. Since there is no large reflection point on the top, the generation factor of fringe (optical noise) is extremely small, so that the measurement accuracy can be improved.
さらに、短絡している光サーキュレータを計測セル近傍に設置すると、短絡していない他の光サーキュレータとの接続のための光ファイバが1本となり、計測装置をさらに簡易化することができる。 Furthermore, when an optical circulator that is short-circuited is installed in the vicinity of the measurement cell, the number of optical fibers for connection with other optical circulators that are not short-circuited becomes one, and the measurement apparatus can be further simplified.
また、本発明において、好ましくは、前記送受光部はコリメータからなり、1つの計測セルに前記コリメータを複数対設置するとともに、各対のコリメータを計測対象ガスに対して異なる方向に照射可能に配置してレーザ光経路を直列的に接続するとよい。 In the present invention, it is preferable that the light transmitting / receiving unit includes a collimator, and a plurality of collimators are installed in one measurement cell, and each pair of collimators is arranged to be able to irradiate the measurement target gas in different directions. Then, the laser beam paths are preferably connected in series.
かかる構成によると、計測対象ガスに対して異方向のレーザ光経路を複数対形成してこれらを直列に接続するので、計測対象ガスを偏りなく計測できるとともに計測対象ガスとの干渉路長が長くとれるため、信号ノイズ比(S/N比)が高くなりガス濃度の測定精度がさらに向上する。 According to such a configuration, a plurality of pairs of laser light paths in different directions with respect to the measurement target gas are formed and connected in series, so that the measurement target gas can be measured without deviation and the interference path length with the measurement target gas is long. Therefore, the signal noise ratio (S / N ratio) is increased, and the measurement accuracy of the gas concentration is further improved.
本発明によれば、光経路中において光信号にノイズが乗りにくく、精度の良いガス濃度およびガス温度計測を可能にし、さらに、複数種のガス計測においても装置の複雑化や大型化を伴わずに簡単な構成によって達成することができるガス分析装置を提供することができる。 According to the present invention, it is difficult for noise to be applied to an optical signal in an optical path, and accurate gas concentration and gas temperature measurement can be performed. Further, even in measurement of a plurality of types of gases, the apparatus is not complicated or enlarged. It is possible to provide a gas analyzer that can be achieved with a simple configuration.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Only.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るガス分析装置の全体構成図を示す。計測対象ガスは、ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に発生するガスや、該燃焼室から外部に排出されるガスに適用できるが、ここでは、例えば、エンジンの排気通路への設置について説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gas analyzer according to a first embodiment of the present invention. The measurement target gas can be applied to a gas generated in a closed container such as a boiler, a waste incinerator, a combustion chamber of a combustion engine, or a gas discharged to the outside from the combustion chamber. The installation in the passage will be described.
排気通路の途中に直列的に設置された計測セル1には、計測対象ガス2の排気ガス流に対して直角方向に計測用のレーザ光を照射および受光するコリメータ(光学レンズ)(送受光部)3a、3bが、一対設置されている。また、窓5a、5bから排気通路内に照射、受光されるようになっている。コリメータ3aには、光ファイバ7aが接続され、光ファイバ7aを介して、コリメータ3aは一方の光サーキュレータ9aの2番ポートに接続されている。
A collimator (optical lens) (transmission / reception unit) that irradiates and receives measurement laser light in a direction perpendicular to the exhaust gas flow of the
この光サーキュレータとは、図5に示すように、1番ポート1に入力した信号は次の2番ポートにのみ出力され、2番ポートに入力した信号は3番ポートにのみ出力され、最後の3番ポートに入力した信号は最初の1番ポートに出力される特性を有した電子部品であり、出力3ポート(端子)のタイプのものを使用する。
In this optical circulator, as shown in FIG. 5, the signal input to the
第1光サーキュレータ9aの1番ポートには、第1分析手段11のレーザ光発光手段13からのレーザ光が光ファイバ15を介して入力され、3番ポートから出力されて第1フォトダイオード17aによって電気信号に変換される。その後、第1PDアンプ(フォトダイオード増幅器)19aによって増幅されて、増幅後の信号は第2分析手段21の解析手段23に入力され、計測対象ガス中のガス成分によって吸収された吸収スペクトルを把握し、この吸収スペクトルを解析して計測対象中のガス成分の濃度や温度を測定する。
Laser light from the laser light emitting means 13 of the first analyzing means 11 is input to the first port of the first
一方、コリメータ3bには、光ファイバ7bが接続され、光ファイバ7bを介して、コリメータ3bは、第2光サーキュレータ9bの2番ポートに接続されている。そして、第2光サーキュレータ9bの1番ポートには、第2分析手段21のレーザ光発光手段25から光ファイバ27を介して入力され、3番ポートから出力されて第2フォトダイオード17bによって電気信号に変換される。その後、第2PDアンプ(フォトダイオード増幅器)19bによって増幅されて、増幅後の信号は第1分析手段11の解析手段12に入力され、計測対象ガス中のガス成分によって吸収された吸収スペクトルを把握し、この吸収スペクトルを解析して計測対象中のガス成分の濃度や温度を測定する。
On the other hand, an
以上のように構成されたガス分析装置において、第1分析手段11のレーザ光発光手段13から、分析対象の第1ガス種に対する吸収波長に設定されたレーザ光が、光ファイバ15によって第1光サーキュレータ9aの1番ポートに導かれ、2番ポートから出力されて光ファィバ7aによってコリメータ3aに入力されて、計測対象ガス2中に照射される。
その後、透過光がコリメータ3bによって受光され、光ファィバ7bによって第2光サーキュレータ9bの2番ポートに導かれて、3番ポートから出力されて光ファィバ31によって第2フォトダイオード17bに入力される。その後は、既に説明したように、第1分析手段11の解析手段12に入力されて、計測対象のガス中のガス成分によって吸収された吸収スペクトルを解析する。
In the gas analyzer configured as described above, the laser light set to the absorption wavelength for the first gas species to be analyzed is sent from the laser light emitting means 13 of the first analyzing means 11 to the first light by the
Thereafter, the transmitted light is received by the
また、同様に、第2分析手段21のレーザ光発光手段25から、分析対象の第2ガス種に対する吸収波長に設定されたレーザ光が、光ファイバ27によって第2光サーキュレータ9bの1番ポートに導かれ、2番ポートから出力されて光ファィバ7bによってコリメータ3bに入力されて、計測対象ガス2中に照射される。
その後、透過光がコリメータ3aによって受光され、光ファィバ7aによって第1光サーキュレータ9aの2番ポートに導かれて、3番ポートから出力されて光ファィバ33によって第1フォトダイオード17aに入力される。その後は、既に説明したように、第2分析手段21の解析手段23に入力されて、計測対象のガス中のガス成分によって吸収された吸収スペクトルを解析する。
Similarly, the laser light set to the absorption wavelength for the second gas species to be analyzed is sent from the laser light emitting means 25 of the second analyzing means 21 to the first port of the second
Thereafter, the transmitted light is received by the
従って、第1実施形態によれば、第1光サーキュレータ9aと第2光サーキュレータ9bとの間に形成される単一のレーザ光経路に、双方向に計測信号を流すことができるため、すなわち、計測対象ガスと同一経路で干渉するため、同一位置で異なるガス濃度を計測して比較でき、高精度なガス濃度の計測ができる。
Therefore, according to the first embodiment, a measurement signal can flow in both directions in a single laser beam path formed between the first
また、第1光サーキュレータ9a、第2光サーキュレータ9bは計測セル1の近傍に設置する必要がないため、断熱構造や、振動防止構造等が不要になるため、装置が簡単化できる。
また、第1光サーキュレータ9aと第2光サーキュレータ9bとの間に形成される単一のレーザ光経路には、照射および受光信号の双方向が搬送されるが、搬送経路内には反射部のような計測信号へフリンジ(光学ノイズ)を生成せしめる要因がないため、ノイズの発生が少ない高精度なガス濃度の計測ができる。
Further, since the first
In addition, a single laser beam path formed between the first
また、2種の異なるガス種に対して、1つの計測セル1に設置された一対のコリメータ3a、3bだけで、双方向にレーザ光を搬送することによって、濃度測定ができるため、計測装置を小型化できる。
In addition, since the concentration measurement can be performed by conveying the laser beam bidirectionally with only a pair of
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について、図2(a)、(b)を参照して説明する。図2(a)は全体構成説明図であり、(b)は同一ガス種の異なる吸収波長(λ1、λ2)における吸収スペクトルの大きさの一例を示し、ガス温度計測の説明図である。
第1実施形態においては、異なるガス種について計測したが、第2実施形態は、同一ガス種の異なるスペクトルを照射する場合である。第1実施形態と同一構成部品については同一符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2A is an explanatory diagram of the overall configuration, and FIG. 2B is an explanatory diagram of gas temperature measurement, showing an example of the magnitude of an absorption spectrum at different absorption wavelengths (λ1, λ2) of the same gas type.
In the first embodiment, different gas types are measured, but the second embodiment is a case where different spectra of the same gas type are irradiated. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
第1分析手段11のレーザ光発光手段13において、分析対象のガス種に対する第1吸収波長に設定されたレーザ光が発光される。また、第2分析手段21のレーザ光発光手段25において、分析対象のガス種に対する第2吸収波長に設定されたレーザ光が発光される。
そして、それぞれのレーザ光の計測対象ガス2に対する照射と、受光との搬送は第1実施形態において説明したものと同様である。
Laser light emission means 13 of the first analysis means 11 emits laser light set to the first absorption wavelength for the gas species to be analyzed. Further, the laser light emitting means 25 of the second analyzing means 21 emits the laser light set to the second absorption wavelength for the gas species to be analyzed.
The irradiation of each laser beam to the
本第2実施形態によると、同一ガス種に対して異なる吸収波長のレーザ光を照射するため、測定される濃度は同一であるが、吸収スペクトルの強度に差異が生じる。図2(b)のようにスペクトルの大きさが異なる。これは吸収波長(λ1、λ2)が異なるスペクトルは温度依存性が異なるため、吸収波長のスペクトルの大きさの比(B/A)、または差分を測定することで、ガス温度を計測することが可能になり、ガス濃度同時にガス温度も計測できる。 According to the second embodiment, since the same gas species are irradiated with laser beams having different absorption wavelengths, the measured concentrations are the same, but there is a difference in the intensity of the absorption spectrum. As shown in FIG. 2B, the spectrum sizes are different. This is because the spectra with different absorption wavelengths (λ1, λ2) have different temperature dependence, so the gas temperature can be measured by measuring the ratio (B / A) or difference of the absorption wavelength spectra. The gas temperature can be measured simultaneously with the gas concentration.
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について、図3を参照して説明する。図3は全体構成図を示し、図1の第1実施形態に対して、第2光サーキュレータ9bの1番ポートと3番ポートとが短絡していて、第1分析手段11だけを備えるものである。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an overall configuration diagram, and the first optical port of the second
すなわち、第1分析手段11のレーザ光発光手段13から、分析対象のガス種に対する吸収波長に設定されたレーザ光が、光ファイバ15によって第1光サーキュレータ9aの1番ポートに導かれ、2番ポートから出力されて光ファィバ7aによってコリメータ3aに入力されて、計測対象ガス2中に照射される。
That is, the laser light set to the absorption wavelength for the gas species to be analyzed is guided from the laser light emitting means 13 of the first analyzing means 11 to the first port of the first
その後、透過光がコリメータ3bによって受光され、光ファィバ7bによって第2光サーキュレータ9bの第2ポートに導かれて、3番ポートから出力され、さらに3番ポートからの出力を1番ポートに入力する。その結果、1番ポートに入力された信号が、再び2番ポートから出力されて、光ファィバ7bによってコリメータ3bに導かれて、コリメータ3bから照射される。そして、透過光がコリメータ3aによって受光され、光ファィバ7aによって第1光サーキュレータ9aの第2ポートに導かれて、3番ポートから出力されて光ファィバ33によって第1フォトダイオード17aに入力される。
Thereafter, the transmitted light is received by the
その後は、既に第1実施形態で説明したように、第1PDアンプ(フォトダイオード増幅器)19aによって増幅されて、増幅後の信号は第1分析手段11の解析手段12に入力され、計測対象のガス中のガス成分によって吸収された吸収スペクトルを把握し、この吸収スペクトルを解析して計測対象中のガス成分の濃度や温度を測定するようになっている。
すなわち、第2光サーキュレータ9bの1番ポートと3番ポートとを短絡して光の流れ方向を1方向に限定せしめ、短絡していない第1光サーキュレータ9aによって計測信号の送受光を行うようにする。
After that, as already described in the first embodiment, the signal is amplified by the first PD amplifier (photodiode amplifier) 19a, and the amplified signal is input to the
That is, the first and third ports of the second
本第3実施形態によると、計測セル1内におけるレーザ光と計測対象ガス2との干渉路長を倍加できるので、信号ノイズ比(S/N比)が高くなり計測精度を向上することができ、さらに、光経路上に大きな反射点が存在しないため、フリンジ(光ノイズ)の発生要因が極めて少ないので、計測精度を向上することができる。
さらに、短絡している第2光サーキュレータ9bを計測セル1近傍に設置すると、短絡していない第1光サーキュレータ9aとの接続のための光ファイバ7aの1本となり、計測装置をさらに簡易化して構成できる。
According to the third embodiment, since the interference path length between the laser beam and the
Further, when the second
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について、図4を参照して説明する。図4は全体構成図を示し、図1の第1実施形態に対して、一対のコリメータ3a、3bの設置だけではなく、1つの計測セル50に他の一対のコリメータ3c、3dを設置するとともに、各対のコリメータを計測対象ガスに対して異なる方向、具体例としては直行する方向に配置する。さらに、これら2つのコリメータ対を直列的に接続するものである。なお、第1実施形態と同一構成部品については同一符号を付して説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows an overall configuration diagram. In addition to the installation of a pair of
排気通路の途中に直列的に設置された計測セル50には、排気ガス流に対して直角方向に計測用のレーザ光を照射および受光するコリメータ(光学レンズ)(送受光部)3a、3bが、一対設置され、さらに、そのコリメータ3a、3bに対して直交するようにコリメータ3c、3dが1対設置されている。
The measuring
第1分析手段11のレーザ光発光手段13から、分析対象のガス種に対する吸収波長に設定されたレーザ光が、光ファイバ15によって第1光サーキュレータ9aの1番ポートに導かれ、2番ポートから出力されて光ファィバ7aによってコリメータ3aに入力されて、計測対象ガス2中に照射される。
The laser light set to the absorption wavelength for the gas species to be analyzed is guided from the laser light emitting means 13 of the first analyzing means 11 to the first port of the first
その後、透過光がコリメータ3bによって受光され、光ファィバ52によって、次のコリメータ3cに導かれて、該コリメータ3cから再び計測対象ガス2中に照射されて、コリメータ3dによって透過光が受光される。
そして、コリメータ3dによって受光され、光ファィバ54によって第2光サーキュレータ9bの第2ポートに導かれて、3番ポートから出力されて光ファィバ31によって第2フォトダイオード17bに入力される。その後は、既に説明したように、第1分析手段11の解析手段12に入力されて、計測対象のガス中のガス成分によって吸収された吸収スペクトルを解析する。
Thereafter, the transmitted light is received by the
The light is received by the
また、第2分析手段21のレーザ光発光手段25からの分析対象のガス種に対する吸収波長に設定されたレーザ光についても第1実施形態と同様に搬送されるが、計測セル50において、光ファィバ54によってコリメータ3dに導かれて照射されたレーザ光は、透過後、コリメータ3cで受光して、光ファィバ52でコリメータ3bに導かれ、再びコリメータ3bによって計測対象ガス中に照射されて、透過後にコリメータ3aよって受光されるようになっている。
The laser light set to the absorption wavelength for the gas species to be analyzed from the laser light emitting means 25 of the second analyzing means 21 is also transported in the same manner as in the first embodiment. The laser light guided and irradiated to the
本実施形態4によれば、計測対象ガスに対して異方向のレーザ光経路を複数対形成してこれらを直列に接続するので、計測対象ガスを偏りなく計測できるとともに計測対象ガスとの干渉路長が長くとれるため、信号ノイズ比(S/N比)が高くなりガス濃度の測定精度がさらに向上する。
なお、第4実施形態においてコリメータ3c、3dはコリメータ3a、3bに対して直行する方向が計測対象ガスを偏りなく計測する上で適しているが、直角方向でなく、コリメータ3a、3bの方向と異なる任意の方向に傾斜して設置してもよい。計測対象ガスとの干渉路長が長くとれるとともに、計測の目的に合わせた設置ができる。
According to the fourth embodiment, a plurality of pairs of laser light paths in different directions are formed with respect to the measurement target gas, and these are connected in series. Therefore, the measurement target gas can be measured without deviation and an interference path with the measurement target gas. Since the length can be increased, the signal-to-noise ratio (S / N ratio) is increased, and the measurement accuracy of the gas concentration is further improved.
In the fourth embodiment, the
本発明によれば、光経路中において光信号にノイズが乗りにくく、精度の良いガス濃度およびガス温度計測を可能にし、さらに、複数種のガス計測においても装置の複雑化や大型化を伴わずに簡単な構成によって達成することができるので、ガス分析装置への適用に際して有益である。 According to the present invention, it is difficult for noise to be applied to an optical signal in an optical path, and accurate gas concentration and gas temperature measurement can be performed. Further, even in measurement of a plurality of types of gases, the apparatus is not complicated or enlarged. This can be achieved with a simple configuration, which is advantageous when applied to a gas analyzer.
1、50 計測セル
2 計測対象ガス
3a、3b、3c、3d コリメータ(送受光部)
7a、7b、15、27、31、33 光ファイバ
9a 第1光サーキュレータ
9b 第2光サーキュレータ
11 第1分析手段
12、23 解析手段
13、25 レーザ光発光手段
17a 第1フォトダイオード
17b 第2フォトダイオード
21 第2分析手段
13、25 レーザ光発光手段
1, 50
7a, 7b, 15, 27, 31, 33
Claims (5)
レーザ光発光部で発光されたレーザ光を計測対象のガス中に照射する照射部と、前記計測対象ガス中を通過したレーザ光を受光する受光部との両機能を有する送受光部を計測対象ガスに向けて複数設置し、前記送受光部に光ファイバを接続し、該光ファイバの経路中に光サーキュレータを設置し、一方と他方の両光サーキュレータ間の単一のレーザ光経路に照射および受光信号の双方向を搬送させるように構成したことを特徴とするガス分析装置。 In a gas analyzer that measures the gas concentration and temperature by analyzing the absorption spectrum of the laser light irradiated into the measurement target gas,
Measuring / transmitting / receiving unit having both functions of irradiation unit for irradiating laser beam emitted from laser beam emitting unit into measurement target gas and receiving unit for receiving laser beam that has passed through measurement target gas. A plurality of lasers are installed toward the gas, an optical fiber is connected to the light transmitting / receiving unit, an optical circulator is installed in the path of the optical fiber, and a single laser beam path between one and the other optical circulator is irradiated and A gas analyzer characterized in that it is configured to carry bidirectional light reception signals.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008331597A JP2010151693A (en) | 2008-12-25 | 2008-12-25 | Gas analyzer |
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CN114216860A (en) * | 2021-11-29 | 2022-03-22 | 国网重庆市电力公司电力科学研究院 | System and method for detecting decomposition products of insulating gas of high-voltage equipment |
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2008
- 2008-12-25 JP JP2008331597A patent/JP2010151693A/en not_active Withdrawn
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