JP2010237106A - 排ガス分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐ノイズ性を向上させ、ハンドリング性の信頼性の向上を図ることのできる、レーザ吸引法による排ガス分析装置を開示する。
【解決手段】エンジンから排出される排ガスにレーザ光を照射し、排ガス中を透過した信号光を受光素子で受光し、二光路差分方式または一光路差分方式によって受光素子で受光した信号を処理し、処理した信号に基づき排ガスの成分を分析するようにしたレーザ吸引法による排ガス分析装置において、受光素子６で受光した信号を信号増幅器（プリアンプ）７によって環境ノイズに影響されないレベルにまで増幅した後、増幅後の信号から電圧差分増幅器８で差分信号を得、それを解析することで排ガスの成分を分析する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の排ガスの分析装置に係り、特に、排気経路中に取り付けることで、排気経路中を通過する排ガスの成分を正確にリアルタイムに測定できるようにした排ガス分析装置に関する。

この種の排ガス分析装置として、特許文献１には、レーザ吸引法による二光路差分方式を用いた排ガス分析装置が記載されている。その装置は、レーザ光発生手段の出力光を測定光と参照光の二光路に分波させて前記測定光を計測セル内を流れる排ガスに照射させる光分波手段と、光分波手段と計測セルの間の光路に配置された光減衰器と、排ガス中を透過した測定光と参照光を受光する受光素子と、受光素子で受光された測定光信号と参照光信号との差分信号を検出する差分検出器（電流差分増幅器）とを備えている。差分検出器からの信号を解析することで、排ガスの分析を行っている。

特開２００６−３３７３２６号公報

上記したレーザ吸引法による排ガス分析装置において、受光素子で受光した信号から変換された電気信号（電流信号）は、通常、μＡオーダーの微弱な信号であることから、特に差分増幅器に至るまでのケーブルで外部からの電磁波等によるノイズを拾い易く、拾ったノイズが測定信号の誤差となる場合が起こっている。実際の装置においては、ケーブル長を短くしたり、ケーブルを金属メッシュ等で覆う等で、ノイズ対策を行っているが、装置として使用勝手が悪くなる不都合が生じている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、耐ノイズ性を向上させ、ハンドリング性と信頼性の向上を図ることのできる、レーザ吸引法による排ガス分析装置を開示することを課題とする。

上記の課題を解決するための本発明によるレーザ吸引法による排ガス分析装置は、エンジンから排出される排ガスにレーザ光を照射し、排ガス中を透過した信号光を受光素子で受光し、二光路差分方式または一光路差分方式によって前記受光素子で受光した信号を処理し、処理した信号に基づき排ガスの成分を分析するようにしたレーザ吸引法による排ガス分析装置において、前記受光素子で受光した信号を増幅する信号増幅器をさらに備え、増幅後の信号から差分信号を得、それを解析することで前記排ガスの成分を分析することを特徴とする。

本発明による排ガス分析装置では、受光素子で受光した排ガス中を透過した微弱な信号光信号を、信号増幅器によって環境ノイズに影響されないレベルにまで増幅した後に、差分を取るようにしており、二光路差分方式または一光路差分方式のいずれの場合であっても、環境ノイズの影響を少なくした信号に基づき、高精度での排ガス成分の分析が可能となる。

本発明による排ガス分析装置の第１の形態を説明するためのブロック図。 本発明による排ガス分析装置の第２の形態を説明するためのブロック図。 本発明による排ガス分析装置の第３の形態を説明するためのブロック図。 本発明による排ガス分析装置の第４の形態を説明するためのブロック図。

以下、図面を参照して、本発明に係る排ガス分析装置を実施の形態により説明する。
図１は第１の形態であり、この排ガス分析装置Ａ１は二光路差分方式を採用している。図１において、排ガス分析装置Ａ１はレーザ光発生手段１を備え、一例として、３０ｋＨｚのランプ波信号をレーザーダイオード（ＬＤ）２に与える。ＬＤ２はレーザ光を出力する。出力光は公知の分波器３によって、測定光Ｐ１と参照光Ｐ２とに分波され、測定光Ｐ１と参照光Ｐ２は、それぞれ公知の光減衰器（ＶＯＡ）４を通過する。

光減衰器（ＶＯＡ）４を通過した測定光Ｐ１は、例えばエンジン排ガス配管である計測セル５内を流れるエンジンから排出される排ガス中を透過した後、例えばフォトダイオード（ＰＤ）である受光素子６によって受光され、その光信号は電気信号に変換された後、信号増幅器であるプリアンプ７によって環境ノイズに影響されないレベルにまで増幅される。光減衰器（ＶＯＡ）４を通過した参照光Ｐ２は、計測セル５を通過することなく、フォトダイオード（ＰＤ）である受光素子６によって受光され、その光信号は、測定光Ｐ１と同様、電気信号に変換された後、信号増幅器であるプリアンプ７によって環境ノイズに影響されないレベルにまで増幅される。

プリアンプ７で増幅された測定光信号と参照光信号は、電圧差分増幅器８に入力する。電圧差分増幅器８からの差分信号はＡＤ変換器９を通過して、解析系を構成するコンピュータ１０に送られ、前記した特許文献１に記載のような従来知られた手法により、排ガス分析が行われる。

上記の排ガス分析装置Ａ１では、電圧差分増幅器８以降の信号処理系に入る前に、測定光信号と参照光信号は、環境ノイズに影響されないレベルにまでプリアンプ７で増幅されており、電圧差分増幅器８に至るまでに受けやすい環境ノイズの影響を回避することができる。

図２は、本発明による排ガス分析装置の第２の形態であり、この排ガス分析装置Ａ２は一光路差分方式を採用している。一光路差分方式は、計測セル５を透過した測定光信号からノイズを除去した信号を得、ノイズ除去後の信号を、解析系を構成するコンピュータで分析することによって、前記した特許文献１に記載のような従来知られた手法により、排ガス分析を行う方式である。所要の電気信号からノイズ成分を除去する方法それ自体は従来知られたものであり、例えば、特開２００４−２１９３７９号公報や特開２００６−１１８４２８号公報に記載される方法などが用いられる。

図２に示す排ガス分析装置Ａ２において、レーザ光発生手段２０は、例えば３０ｋＨｚのランプ波信号を発生するＬＤ電流設定回路２１と、ＬＤ駆動回路２２とを備える。ＬＤ２が出力するレーザ光は、測定光として公知の光減衰器（ＶＯＡ）４を通過した後、計測セル５内を流れるエンジンから排出される排ガス中を透過する。透過光は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）である受光素子６によって受光され、その光信号は電気信号に変換された後、信号増幅器であるプリアンプ７によって環境ノイズに影響されないレベルにまで増幅される。

プリアンプ７によって増幅された出力信号は２分枝され、一方は帯域可変ＬＰＦ（Low Pass Filter)２３を通過し、他方はゲイン可変アンプ２４を通過する。帯域可変ＬＰＦ２３を通過することで出力信号から高周波のノイズが除去された吸収スペクトル信号は、差動アンプ２５でゲイン可変アンプ２４を通過した全成分を含む出力信号と差分がとられ、高周波ノイズ信号が差分器を備えたＡＤ変換器９ａに送られる。ＡＤ変換器９ａには、ゲイン可変アンプ２４からの全成分信号と、差動アンプ２５からのノイズ信号と、帯域可変ＬＰＦ２３からの吸収スペクトル信号が送られ、そこでノイズを除去したＳ／Ｎ比の高い信号とされる。その信号が解析系を構成するコンピュータ１０に送られ、前記した特許文献１に記載のような従来知られた手法により、排ガス分析が行われる。

この排ガス分析装置Ａ２でも、ゲイン可変アンプ２４および帯域可変ＬＰＦ２３に入る前に、計測セル５を通過した光の信号は、環境ノイズに影響されないレベルにまでプリアンプ７で増幅されており、ゲイン可変アンプ２４および帯域可変ＬＰＦ２３以降の電気信号の処理において、環境ノイズの影響が現れるのを回避することができる。それにより、一層Ｓ／Ｎ比の高い信号を得ることができ、コンピュータ１０での排ガス分析の精度をより高いものとすることができる。

なお、図２において、ＬＤ電流設定回路２１からＡＤ変換器９ａにランプ波信号が送られているが、これは排ガス中の他成分を同時測定するときに、計測セル５を通過した信号との間での同期を取るためである。

図３は、本発明による排ガス分析装置の第３の形態であり、この排ガス分析装置Ａ３も一光路差分方式を採用している。図３に示す排ガス分析装置Ａ３は、プリアンプ７によって増幅された出力信号が可変アンプを通過して２分枝されるまでは、図２に示した排ガス分析装置Ａ２と同じである。従って、同じ部材には同じ符号を付し、説明は省略する。

排ガス分析装置Ａ３において、２分枝した信号の一方は、高帯域を通過させるＢＰＦ(Band Pass Filter)２６を通過することで、例えば計測セル５での背景光（輻射光）に起因する低周波ノイズである直流成分を除去し、吸収スペクトル信号のみが差分器を備えたＡＤ変換器９ａに送られる。また、ＡＤ変換器９ａには、他方の全成分を含む信号が送られる。二つの信号の差分を取ることで、ノイズのない信号となり、Ｓ／Ｎ比の高い信号とされる。その信号が解析系を構成するコンピュータ１０に送られ、前記した特許文献１に記載のような従来知られた手法により、排ガス分析が行われる。

この排ガス分析装置Ａ３でも、可変アンプ２４に入る前に、計測セル５を通過した光信号は、環境ノイズに影響されないレベルにまでプリアンプ７で増幅されており、可変アンプ２４以降の電気信号の処理において、環境ノイズの影響が現れるのを回避することができる。

図４は、本発明による排ガス分析装置の第４の形態であり、この排ガス分析装置Ａ４も一光路差分方式を採用している。図４に示す排ガス分析装置Ａ４は、実質的に、前記した排ガス分析装置Ａ２と排ガス分析装置Ａ３とを組み合わせたものであり、相当する部材には同じ符号を付し、説明は省略する。この装置では、高周波ノイズ成分と低周波ノイズ成分の双方を除去することで、さらに高いＳ／Ｎ比が得られることに加え、ここでも、可変アンプ２４に入る前に、計測セル５を通過した光信号は、環境ノイズに影響されないレベルにまでプリアンプ７で増幅されており、可変アンプ２４以降の電気信号の処理において、環境ノイズの影響が現れるのを回避することができる。そのために、一層高いＳ／Ｎ比での測定信号が得られる。

前記した一光路差分方式を採用した排ガス分析装置では、参照光回路を必要としないことから、光学系回路の簡素化を図ることができ、装置費用の低減および信頼性の向上にも寄与することができる。

Ａ…排ガス分析装置、
１…レーザ光発生手段、
２…レーザーダイオード（ＬＤ）、
３…分波器、
４…光減衰器（ＶＯＡ）、
５…計測セル、
６…フォトダイオード（ＰＤ）である受光素子、
７…信号増幅器であるプリアンプ、
８…電圧差分増幅器、
９…ＡＤ変換器、
９ａ…差分器を備えたＡＤ変換器、
１０…解析系を構成するコンピュータ、
２０…レーザ光発生手段、
２１…ＬＤ電流設定回路、
２２…ＬＤ駆動回路、
２３…ＬＰＦ、
２４…可変アンプ、
２５…差動アンプ、
２６…ＢＰＦ。

Claims (1)

1. エンジンから排出される排ガスにレーザ光を照射し、排ガス中を透過した信号光を受光素子で受光し、二光路差分方式または一光路差分方式によって前記受光素子で受光した信号を処理し、処理した信号に基づき排ガスの成分を分析するようにしたレーザ吸引法による排ガス分析装置であって、
   該排ガス分析装置は、前記受光素子で受光した信号を増幅する信号増幅器をさらに備え、増幅後の信号から差分信号を得、それを解析することで前記排ガスの成分を分析することを特徴とする排ガス分析装置。

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