JP2011013126A - ガス濃度測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】TDLAS測定法を用いたガス濃度測定装置においてLDの温調を簡素化しつつ、LDの温度変化の影響を軽減して測定精度を向上させる。
【解決手段】LD1の温度が変化するとLD1の発光強度とともに発光波長が変化する。そこで、吸収ピークが現れる駆動電流のドリフト量と発光強度変化量との関係を予め求めて、光強度補正データ記憶部83に格納しておく。ガス濃度測定時に、ガス濃度算出部81は波長走査において現れる目的成分の吸収ピークの高さからガス濃度を算出する。一方、濃度補正演算部82は吸収ピークのドリフト量を求め、光強度補正データ記憶部83の補正情報に基づいて、ドリフト量に対応した光強度変化量に相当する分だけ濃度値を補正する。これにより、LD1の温度変化に伴う発光強度の変化の影響が除去され、高精度のガス濃度値が求まる。
【選択図】図1
【解決手段】LD1の温度が変化するとLD1の発光強度とともに発光波長が変化する。そこで、吸収ピークが現れる駆動電流のドリフト量と発光強度変化量との関係を予め求めて、光強度補正データ記憶部83に格納しておく。ガス濃度測定時に、ガス濃度算出部81は波長走査において現れる目的成分の吸収ピークの高さからガス濃度を算出する。一方、濃度補正演算部82は吸収ピークのドリフト量を求め、光強度補正データ記憶部83の補正情報に基づいて、ドリフト量に対応した光強度変化量に相当する分だけ濃度値を補正する。これにより、LD1の温度変化に伴う発光強度の変化の影響が除去され、高精度のガス濃度値が求まる。
【選択図】図1
Description
本発明は、レーザ光に対する吸収を利用して被測定ガス中の特定成分の濃度を測定するガス濃度測定装置に関する。
ガス濃度測定法の1つとして、従来より、波長可変半導体レーザ吸収分光(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy、以下「TDLAS」と略す)測定法が広く知られている(特許文献1、非特許文献1など参照)。
TDLAS測定法では、周波数fで変調したレーザ光を被測定ガスが充満された測定セルに照射し、該ガス中を通過した後のレーザ光の強度を光検出器により検出する。様々なガス成分はそれぞれ特有の波長の光を吸収する。そのため、レーザ光の波長を上記変調周波数fよりも十分に低い周波数で走査すると、目的とするガス成分に特有の波長においてレーザ光は強い吸収を受ける。この吸収は変調周波数fの高調波成分として発現する。そこで、光検出器による検出信号から変調周波数fの高調波成分(通常は第2高調波成分)を例えばロックインアンプにより抽出し、その高調波成分の信号の大きさから被測定ガス中の目的成分の濃度を求める。
TDLAS測定法は被測定ガスに光検出器などの検出部が接触しない非接触式の測定法である。そのため、測定に際して被測定ガスの場を乱すことがない。また、応答時間がきわめて短くほぼリアルタイムで濃度測定が可能である、測定感度が高い、といった利点も有する。
上記のようなTDLAS測定法では、一般に、レーザ光源として半導体レーザダイオード(以下「LD」と略す)が用いられる。LDの発振波長は注入される電流(駆動電流)に依存するから、レーザ光の波長走査は駆動電流を走査することにより実施される。図3は、特定波長λにおいて吸収を生じる目的成分の濃度を計測する際の、時間経過に伴うレーザ光波長の変化の一例を示す図である。このように、波長走査による低周波の周波数変化に周波数変調による高周波の周波数変化が重畳した状態である。
上記のようにレーザ光の波長走査を行う過程で生じる受光光の強度変化が被測定ガス中の目的成分の濃度を示す。したがって、TDLAS法において濃度計測の精度を高めるには、LDの発光強度の安定性が重要である。特定波長におけるLDの発光強度は駆動電流に依存するとともに温度にも依存する。そのため、LDの温度が変化した場合、特定波長を得るための駆動電流も変化することになり、特定波長におけるLDの発光強度も変化してしまうことになる。
そこで従来は、同じ発光強度を維持するための駆動電流を変化させずに済むように、ペルチエ素子などを用いた温調機構によりLDの温度を一定に維持するようにしていた。そして、駆動電流と発光波長との関係が一義的に決まるものとして、駆動電流を走査することでレーザ光波長の走査を行っていた。
しかしながら、いかに高精度な温調機構を用いたとしても、LD内部の発熱や外部からの熱の侵入を完全に除去し、LDの温度を一定に維持することは困難である。また、外部からの熱の侵入は二重温調などの技術を用いることでかなり抑えることができるものの、こうした温調機構には多大なコストが掛かる。また、温調のための温度計測点とLDの発光点とを一致させることは不可能であるから、その位置の差による温度誤差は避けられない。もちろん、その誤差を見込んだ補正処理や制御を行うことは可能であるものの、誤差をゼロにすることはできない。
レイド(J. Reid)、ラブリエ(D. Labrie)、「セカンド-ハーモニック・デテクション・ウィズ・チューナブル・ダイオード・レーザーズ−コンパリソン・オブ・イクスペリメント・アンド・セオリー(Second-Harmonic Detection with Tunable Diode Lasers − Comparison of Experiment and Theory)」、アプライド・フィジックス(Appl. Phys.)、B26、1981年、 p.203−210
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、LDの温調の根本的な限界を考慮し、温調に要するコストを抑制しつつ、温度変動の影響を軽減して高い精度でガス濃度を求めることができる、TDLAS測定法によるガス濃度測定装置を提供することにある。
上記課題を解決するために成された本発明は、発光波長が可変であるレーザ光源と、所定周波数で変調を施すとともに該変調周波数よりも低い周波数で所定波長範囲を波長走査するように前記レーザ光源へ供給する駆動電流を変化させる駆動制御手段と、被測定ガスが導入される測定セルと、前記レーザ光源から出射され前記測定セルを通過した後のレーザ光を検出する光検出部と、を具備し、前記光検出部により得られる信号に含まれる高調波成分に基づいて被測定ガス中の特定成分の濃度を求めるガス濃度測定装置において、
a)レーザ光の波長走査時に前記光検出部により得られる信号に基づいて波長が既知である特定のピークが現れる駆動電流の値を求め、その値とその波長に対応するピークが得られる標準的な駆動電流の値との差を求める電流差算出手段と、
b)予め取得しておいた前記レーザ光源の駆動電流と発光強度との関係に基づき、前記電流値算出手段により求めた電流差に応じたレーザ光源の発光強度の変化量に相当する分だけ、高調波成分に基づいて算出された被測定ガス中の特定成分の濃度値、又はその濃度値を算出するための信号を補正する補正実行手段と、
を備えることを特徴としている。
a)レーザ光の波長走査時に前記光検出部により得られる信号に基づいて波長が既知である特定のピークが現れる駆動電流の値を求め、その値とその波長に対応するピークが得られる標準的な駆動電流の値との差を求める電流差算出手段と、
b)予め取得しておいた前記レーザ光源の駆動電流と発光強度との関係に基づき、前記電流値算出手段により求めた電流差に応じたレーザ光源の発光強度の変化量に相当する分だけ、高調波成分に基づいて算出された被測定ガス中の特定成分の濃度値、又はその濃度値を算出するための信号を補正する補正実行手段と、
を備えることを特徴としている。
波長が既知である特定のピークとしては、レーザ光源の駆動電流とその発光(発振)波長との関係が既知であるものであればよく、一般的には、被測定ガス中の特定の成分による吸収ピークを用いることが好ましい。
既知である波長λに対応するピークが得られる標準的な駆動電流とは、予め想定したレーザ光源の温度(標準温度)Tにおいて波長λの発振が生じる駆動電流である。例えば、特定の吸収ピークの波長を含むような所定の波長範囲の走査は、レーザ光源への駆動電流を所定の電流範囲で走査することにより実施される。レーザ光源の温度が標準温度T一定であれば、波長がλである吸収ピークは、所定の駆動電流、つまり標準的な駆動電流をレーザ光源に供給した時点で現れる。
ところが、レーザ光源の温度が標準温度Tからずれていると、同じ波長λのレーザ光を発生するためにレーザ光源に与えるべき駆動電流が変化する。つまり、その駆動電流の変化量はレーザ光源の温度変動に起因するものであるとみなせる。また、レーザ光源の駆動電流が変化するために、波長λにおけるレーザ光源の発光強度も変化する。そこで、本発明に係るガス濃度測定装置では、例えば、レーザ光源の駆動電流とその発光強度との関係又はレーザ光源の駆動電流変化量とその発光強度変化量との関係を予め測定し、その関係を示す計算式又は対応表を補正用参照情報として記憶手段に格納しておくようにする。
例えば被測定ガス中の特定成分の濃度を測定する際に、レーザ光の波長走査を行うと、電流差算出手段は、光検出部により得られる信号に基づいて目的成分に特有の波長の吸収ピークが現れる駆動電流の値を求め、その値とその吸収ピークの波長が得られる標準的な駆動電流の値との差を求める。上述のように、レーザ光源の温度が標準温度T一定であれば上記の電流差はゼロになる筈であり、温度が標準温度Tからずれていれば電流差が生じる。この電流差がレーザ光源の温度変化に起因すると見込まれる発光強度変化量に対応する。
補正実行手段は、上記の補正用参照情報を参照して、上述したようなレーザ光源の温度変化による発光強度変化の影響を除去するような補正を実行する。この補正実行手段の具体的な補正手法として、大別して、データ処理上の計算により補正を行う方法と、ハードウエア的に信号強度を補正する方法とが考えられる。
即ち、この種のガス濃度測定装置では、ロックイン検出などにより得られる2次高調波成分のピークの高さから目的成分の濃度が求められる。そこで、本発明に係るガス濃度測定装置の一態様において、上記補正実行手段は、2次高調波成分のピークの高さから計算された濃度値に対し、上記補正用参照情報に基づく補正演算処理を実行することにより、補正済みの濃度値を算出するようにすることができる。また、2次高調波成分のピークの高さから濃度を計算する前に、上記補正用参照情報に基づいてピーク高さ自体を補正し、その補正済みのピーク高さから発光強度の影響を除去した濃度値を計算するようにしてもよい。
一方、本発明に係るガス濃度測定装置の別の態様において、上記補正実行手段は、上記補正用参照情報に基づいて、光検出器から出力される検出信号を増幅する増幅器のゲイン、A/D変換器のフルスケール、ロックインアンプのゲインなどを変更するようにしてもよい。
本発明に係るガス濃度測定装置によれば、従来のようにレーザ光源の温調を高精度に行う必要がなくなり、或る程度の温度変化を許容できる、比較的簡単で低廉なコストの温調機構でもって高い精度の濃度計測を行うことができる。そのため、装置のコストを引き下げるのに有利である。また、本発明に係るガス濃度測定装置によれば、レーザ光源の発光そのものから温度変動を推測しているため、従来の温度計測結果に基づく温度制御のように、温度計測位置と発光位置とが相違することによる制御上の誤差が存在しない。そのため、レーザ光源の発光部位自体の温度変動の影響を高い精度で除去することが可能である。また、レーザ光源の温調が不安定な状況になったり、装置周辺の環境温度の変化が大きいような場所における計測や長時間に亘る計測を行ったりする場合でも、安定した精度の高い濃度測定が可能になる。
本発明に係るガス濃度測定装置の一実施例について、添付図面を参照して説明する。図1は本実施例によるガス濃度測定装置の概略ブロック図である。
本実施例のガス濃度測定装置において、半導体レーザダイオード(LD)1は、制御部10の制御の下にLD駆動部2から供給される駆動電流に応じて、周波数fで変調され、さらに所定の波長範囲で繰り返し波長が走査されるレーザ光を測定セル3に照射する。LD1としては例えばDFB(Distributed Feedback)型レーザで近赤外領域〜中赤外領域の波長のものを用いることができるが、必ずしもこれに限るものではない。LD1はペルチエ素子などを利用した、比較的簡単な構成のLD温調部11により温調される。
測定セル3には被測定ガスが連続的に導入されており、LD1から照射されたレーザ光は測定セル3を通過する間に被測定ガスに含まれる成分による吸収を受ける。この吸収波長は成分に固有である。そうして吸収を受けた後のレーザ光がフォトダイオード(以下「PD」と略す)4に到達し、PD4は受光強度に応じた電流信号を出力する。PD4はLD温調部11と同様のPD温調部12により温調される。
PD4による電流信号はPDアンプ5に入力され、PDアンプ5は電流信号を電圧信号に変換した上で増幅する。増幅された信号はA/D変換器6により所定サンプリング時間間隔でデジタル値(検出データ)に変換され、デジタル方式のロックイン検出器7に入力される。ロックイン検出器7は、検出データから制御部10により指示される参照信号と同じ周波数、即ち、変調周波数fの2倍の周波数成分を持つ第2高調波成分のみを抽出する。なお、アナログ方式のロックイン検出器を用いることも可能であり、その場合には、ロックイン検出を行った後にA/D変換を行えばよい。
データ処理部8はガス濃度算出部81を含み、ロックイン検出により抽出された第2高調波成分を含む検出データに対し、所定のデータ処理を実行することにより、被測定ガス中の目的成分の濃度を計算する。従来のガス濃度測定装置であれば、ここで算出されたガス濃度値がそのまま測定結果として出力部9より出力されるが、この本実施例のガス濃度測定装置では、データ処理部8は特徴的な機能ブロックとして、濃度補正演算部82及び光強度補正データ記憶部83を備え、後述するように濃度値を補正した上で出力部9に出力する。
本実施例のガス濃度測定装置におけるガス濃度の測定動作を簡単に説明する。LD駆動部2は、所定の変調周波数fで変調を施す駆動電流と、被測定ガス中の目的成分の吸収スペクトル付近の所定の波長範囲に亘る波長走査を変調周波数fよりも十分に低い周波数の周期で繰り返すための駆動電流と、を加算してLD1に供給する。これにより、LD1は時間経過に伴って波長が変化するとともに、所定の振幅で周波数変調が施されたレーザ光を出射する(上述の図3参照)。
測定セル3を通過する前のレーザ光は、波長走査の周波数成分を除けば変調周波数fの成分しか含まないが、測定セル3内で被測定ガスに含まれる目的成分の吸収により変調周波数fに歪みが生じ高調波成分が生成される。一般に、高調波成分のうち2次高調波(倍波)成分の波形はガス成分による吸収ピーク波形と相似形となっており、そのピークの高さがガス成分濃度に比例する。そこで、ロックイン検出器7において2次高調波成分を抽出し、ガス濃度算出部81はこの高調波成分のピークの高さから目的成分の濃度を計算する。
ここでは目的成分が一酸化炭素(CO)であるとする。この場合、一酸化炭素の特性吸収波長である2.33[μm]を中心とした所定の波長範囲で波長走査がなされるように、LD駆動部2は、波長λ=2.33[μm]に対応した駆動電流Iaを中心とし、電流I1〜I2の範囲で駆動電流を掃引する。この波長走査の際のレーザ光の波長と駆動電流Iaとの関係は、LD1が標準温度Tであるときのものである。その状態では、ロックイン検出器7の入力における信号値と駆動電流との関係は図4中の点線で示すようになり、ロックイン検出器7の出力における信号値と駆動電流との関係は図5中の点線で示すようになる。即ち、駆動電流IaがLD1に供給されているときにLD1の発振波長はλ=2.33[μm]であり、このときに一酸化炭素による吸収ピークが現れる。図5中に点線で示すピークの高さP1が目的成分濃度を反映するから、ガス濃度算出部81はピーク高さを求め、予め求めておいた校正情報等を参照してそのピーク高さをガス濃度値に換算する。
LD1の温度が上記標準温度Tからずれると、LD1の駆動電流と発振波長との関係が崩れる。そのため、例えば、図4及び図5に示すように、目的成分による吸収ピークの位置ずれ(つまりドリフト)が発生する。このドリフトは、LD1の温度が標準温度Tであれば駆動電流がIaで波長λの発振が生じるのに対し、LD1の温度が標準温度Tから変化したことにより、駆動電流値Ibで波長λの発振が生じていることを意味している。
また、発振波長λにおいては、駆動電流値がIa→Ibに変化したことによって発光強度も変化しており、それに伴って、みかけ上、目的成分による吸光量が変化する。この吸光量の変化は、図5に示すように、ロックイン検出後のピークの高さ(信号強度)の変化P1→P2として現れ、結果として、見かけのガス濃度の変化となって測定誤差につながる。つまり、図5の場合、目的成分による吸収ピークの高さはP1→P2と減少しているため、実際の目的成分濃度は同じであっても、ガス濃度算出部81で算出されるガス濃度値は低くなる。そこで、温度変化に起因するこの誤差を除去するために、次に示すような補正処理を実行する。図2は本実施例のガス濃度測定装置における温度変動に起因する発光強度変動補正処理のフローチャートである。
光強度補正データ記憶部83には、予めLD1の駆動電流と発光強度との関係を測定した結果に基づいて作成される、計算式やテーブルなどの補正参照用データが格納される。図7は駆動電流のドリフト量とLDの発光強度変化量との関係の一例を示す図である。この図のような関係に基づいて、例えば駆動電流のドリフト量に対して発光強度の変化量が求まる換算式又はテーブルを作成し、これを補正参照用データとしておけばよい。一般的に、LDの駆動電流と発光強度との関係は個体差が殆どなく、また経時的な変化も無視できる程度であることが多いので、本装置の製造メーカーが補正参照用データを取得して例えばフラッシュメモリなどである光強度補正データ記憶部83に格納させておけばよい。もちろん、光強度補正データ記憶部83に格納されている補正参照用データを適宜更新できるようにしておいてもよい。
ガス濃度計測時に、上述したようにロックイン検出器7から検出データがデータ処理部8に入力されると(ステップS1)、ガス濃度算出部81は吸収ピークの高さを計測し(ステップS2)、その高さに基づいてガス濃度を算出する(ステップS3)。一方、濃度補正演算部82は検出データに基づいて、吸収ピークに対応した駆動電流のドリフト量(図5の例ではIa−Ib)を算出する(ステップS4)。上述したように所定波長範囲の走査は、駆動電流をI1からI2まで変化させることで実現される(この場合には周波数変調のために加算される駆動電流は無視できる)。したがって、例えば駆動電流をI1からI2まで一定の率で変化させる場合には、1回の走査期間中のどの時点で吸収ピークが発生するのかが分かれば、その吸収ピークに対応した駆動電流を認識可能である。
駆動電流のドリフト量が判明したならば、光強度補正データ記憶部83に格納されている補正データを用い、上記ドリフト量に対応した発光強度変化量に相当する分を補正するようにガス濃度値を補正する(ステップS5)。例えば図5の例では、温度変化によって吸収ピークの波長における発光強度が下がり、それによって吸収ピークが見かけ上、小さくなっている。そこで、発光強度が下がった分だけガス濃度値を高くするように補正する。そうして補正した濃度値を出力部9から出力する(ステップS6)。
上記のように駆動電流のドリフト量を利用したLD温度補正の効果を実測例に基づいて説明する。
図7は、従来の装置、つまり上述したLD温度補正を行わない装置において、濃度が10[ppm]である一酸化炭素を7時間30分に亘って連続計測した結果の一例を示すグラフである。この場合、計測開始直後は10[ppm]の濃度値を示していたが、徐々に濃度値が上昇している。CO濃度が同一である被測定ガスを測定セルに流し続けた状態であるから、濃度値のふらつき(ドリフト)は見かけ上の濃度変化である。その後も濃度値は安定せず、ゆっくりと下降し、一旦は正しい値を示したが、次は低めの値を示し、再度上昇に転じるなど不安定である。この結果、計測期間中の見かけ上の濃度変動は3[ppm]にもなり、もともとの濃度値10[ppm]に対してかなり大きな変動であると言える。
図7は、従来の装置、つまり上述したLD温度補正を行わない装置において、濃度が10[ppm]である一酸化炭素を7時間30分に亘って連続計測した結果の一例を示すグラフである。この場合、計測開始直後は10[ppm]の濃度値を示していたが、徐々に濃度値が上昇している。CO濃度が同一である被測定ガスを測定セルに流し続けた状態であるから、濃度値のふらつき(ドリフト)は見かけ上の濃度変化である。その後も濃度値は安定せず、ゆっくりと下降し、一旦は正しい値を示したが、次は低めの値を示し、再度上昇に転じるなど不安定である。この結果、計測期間中の見かけ上の濃度変動は3[ppm]にもなり、もともとの濃度値10[ppm]に対してかなり大きな変動であると言える。
図8は図7の連続計測中の吸収ピークの位置、つまりドリフトを観測したグラフである。図7及び図8を合わせて見ると、図7に示した見かけ上のCO濃度の変化は、吸収ピークの位置の変化と極めて高い相関があることが分かる。このことから、吸収ピークのドリフトは、LDの温度変化によって、特定波長を得るために必要な駆動電流が変化したことによるものであり、結果的に、そのドリフト量はレーザ光強度の変化量に相当していると推測できる。
図9は上述したようなLD温度補正を実施した結果を補正なしの場合(図7と同じ)と比較したグラフである。上述したようにLD温度補正を行わない状態では3[ppm]程度の見かけ上の濃度変動が生じていたのに対し、LD温度補正を行うことによりその見かけ上の濃度変動が1[ppm]以下に抑えられていることが分かる。なお、この実測時の被測定ガス中のCO濃度の安定性から考えて、1[ppm]以下の濃度変動は実際の濃度変動の誤差の範囲であり、上記のLD温度補正による濃度値の補正精度はかなり高いものと推測できる。
また、上記実施例では、吸収ピークの高さからガス濃度を算出した結果に対し、データ処理上で補正を行っていたが、ガス濃度を算出する前の段階、即ち、吸収ピークの高さに対してデータ処理上で補正を行い、その補正後のピークの高さからガス濃度を算出するようにしてもよい。
また、上述のようなデータ処理上での補正、換言すればソフトウエア的な補正ではなく、ハードウエア的な補正を施すようにしてもよい。図10はこうしたハードウエア的な補正を行う場合の、本発明の変形例によるガス濃度測定装置の概略ブロック図である。多くの構成要素は既に説明した図1の装置と共通しているが、このガス濃度測定装置では、PDアンプ5’がゲイン制御可能なアンプであり、データ処理部8’に含まれるゲイン補正量算出部84が算出したゲインがPDアンプ5’に設定される。即ち、この変形例によるガス濃度測定装置では、ゲイン補正量算出部84が、吸収ピークの駆動電流のドリフト量に応じてPDアンプ5’のゲインを調整し、発光強度の変化量に相当する信号の変化を除去する。それによって、結果的に、吸収ピーク高さから求まるガス濃度値が修正される。
また、PDアンプのゲインを変化させる以外に、A/D変換器6のフルスケール(入力アナログ電圧とデジタル値との対応関係)、ロックイン検出器7のゲインなどを変化させるようにしても同様の信号調整が可能である。
なお、本発明に係るガス濃度測定装置では温度変化によるLDの発光強度の変動の影響を軽減することができるものの、その温度変化が大きすぎると、特定の吸収ピークの波長のレーザ光を発生させるための駆動電流が電流走査の範囲から外れてしまうことがあり得る。その場合には、上記のような補正が行えないのみならず、ガス濃度の測定自体が行えない。そこで、少なくとも特定の吸収ピークの波長のレーザ光を発生させるための駆動電流が電流走査範囲を外れることがないような温度変化に抑えるためにLD温調部11で温調を行っている。ただし、駆動電流と発光波長との関係が大きく崩れた場合に、所定の波長範囲を走査するための駆動電流の走査範囲を適宜変更する構成であれば、常に目的成分に特有の吸収波長が波長走査範囲に含まれるようにすることができる。その場合には、LD温調部はより一層簡素で済み、LD温調部が不要となる場合もある。
また、上記実施例はいずれも本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜に変形や修正、追加などを行っても、本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
1…半導体レーザダイオード(LD)
2…LD駆動部
3…測定セル
4…フォトダイオード(PD)
5、5’…PDアンプ
6…A/D変換器
7…ロックイン検出器
8、8’…データ処理部
81…ガス濃度算出部
82…濃度補正演算部
83…光強度補正データ記憶部
84…ゲイン補正量算出部
9…出力部
10…制御部
11…LD温調部
12…PD温調部
2…LD駆動部
3…測定セル
4…フォトダイオード(PD)
5、5’…PDアンプ
6…A/D変換器
7…ロックイン検出器
8、8’…データ処理部
81…ガス濃度算出部
82…濃度補正演算部
83…光強度補正データ記憶部
84…ゲイン補正量算出部
9…出力部
10…制御部
11…LD温調部
12…PD温調部
Claims (5)
- 発光波長が可変であるレーザ光源と、所定周波数で変調を施すとともに該変調周波数よりも低い周波数で所定波長範囲を波長走査するように前記レーザ光源へ供給する駆動電流を変化させる駆動制御手段と、被測定ガスが導入される測定セルと、前記レーザ光源から出射され前記測定セルを通過した後のレーザ光を検出する光検出部と、を具備し、前記光検出部により得られる信号に含まれる高調波成分に基づいて被測定ガス中の特定成分の濃度を求めるガス濃度測定装置において、
a)レーザ光の波長走査時に前記光検出部により得られる信号に基づいて波長が既知である特定のピークが現れる駆動電流の値を求め、その値とその波長に対応するピークが得られる標準的な駆動電流の値との差を求める電流差算出手段と、
b)予め取得しておいた前記レーザ光源の駆動電流と発光強度との関係に基づき、前記電流値算出手段により求めた電流差に応じたレーザ光源の発光強度の変化量に相当する分だけ、高調波成分に基づいて算出された被測定ガス中の特定成分の濃度値、又はその濃度値を算出するための信号を補正する補正実行手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度測定装置。 - 請求項1に記載のガス濃度測定装置であって、
前記波長が既知である特定のピークは特定の吸収ピークであることを特徴とするガス濃度測定装置。 - 請求項1に記載のガス濃度測定装置であって、
レーザ光源の駆動電流とその発光強度との関係又はレーザ光源の駆動電流変化量とその発光強度変化量との関係を示す計算式又は対応表を補正用参照情報として格納する記憶手段を備え、
前記補正実行手段は前記補正用参照情報を参照して補正を行うことを特徴とするガス濃度測定装置。 - 請求項3に記載のガス濃度測定装置であって、
前記補正実行手段は、2次高調波成分のピークの高さから計算された濃度値に対し、前記補正用参照情報に基づく補正演算処理を実行することにより、補正済みの濃度値を算出することを特徴とするガス濃度測定装置。 - 請求項3に記載のガス濃度測定装置であって、
前記補正実行手段は、前記補正用参照情報に基づいて、光検出器から出力される検出信号を増幅する増幅器のゲイン、A/D変換器のフルスケール、又はロックインアンプのゲインのいずれかを変更することを特徴とするガス濃度測定装置。
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Cited By (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012173109A (ja) * | 2011-02-21 | 2012-09-10 | Yokogawa Electric Corp | レーザガス分析装置 |
JP2013088135A (ja) * | 2011-10-13 | 2013-05-13 | Yokogawa Electric Corp | レーザガス分析装置 |
WO2014106940A1 (ja) * | 2013-01-07 | 2014-07-10 | 株式会社島津製作所 | ガス吸収分光装置及びガス吸収分光方法 |
CN104330190A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-02-04 | 中国航天科工集团第三研究院第八三五八研究所 | 基于光学分光系统的tdlas气体测温检测装置 |
CN104359857A (zh) * | 2014-11-15 | 2015-02-18 | 武汉新烽光电科技有限公司 | 一种可分时复用的tdlas气体监测装置 |
JP2015180899A (ja) * | 2015-07-14 | 2015-10-15 | 横河電機株式会社 | レーザガス分析装置 |
CN105043582A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-11 | 天津津航技术物理研究所 | 基于扩束聚焦系统的tdlas气体测温检测装置 |
CN105911021A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-08-31 | 上海镭芯微电子有限公司 | 基于tdlas检测多种气体的方法和装置 |
JP6049930B1 (ja) * | 2016-03-24 | 2016-12-21 | 株式会社東芝 | ガス分析方法およびガス測定装置 |
JP2017173291A (ja) * | 2016-11-22 | 2017-09-28 | 株式会社東芝 | 物質分析方法および分析装置 |
CN107576505A (zh) * | 2017-10-16 | 2018-01-12 | 上海交通大学 | 用于发动机燃烧过程监测的中红外激光测量系统及方法 |
CN108181266A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-06-19 | 合肥金星机电科技发展有限公司 | Tdlas气体浓度检测方法 |
CN110736719A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-01-31 | 中国科学院电工研究所 | 一种基于tdlas直接吸收光谱的气体浓度标定及测量方法 |
CN111536950A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-08-14 | 杭州浅海科技有限责任公司 | 一种剖面海洋测量仪器的去温度影响的方法 |
CN111579532A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-08-25 | 北京航空航天大学 | 一种基于频分复用和主峰扫描的激光吸收光谱层析成像方法 |
JP2021032597A (ja) * | 2019-08-19 | 2021-03-01 | 横河電機株式会社 | ガス分析計 |
CN113030015A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-25 | 合肥华领安防科技有限公司 | 一种危险气体激光遥感探测装置及其消除环境干扰的方法 |
CN113218882A (zh) * | 2020-02-05 | 2021-08-06 | 阿自倍尔株式会社 | 测定装置、测定方法及生成方法 |
CN109696418B (zh) * | 2019-02-27 | 2021-08-10 | 南京科远智慧科技集团股份有限公司 | 一种应用于低信噪比下的tdlas直接吸收法的外差平衡探测系统及探测方法 |
CN113484279A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-08 | 山东微感光电子有限公司 | 激光器低功耗控温方法、气体浓度检测方法及系统 |
CN113670832A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-19 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种参考气室气体吸收峰轮廓中心检索方法 |
WO2021232562A1 (zh) * | 2020-05-20 | 2021-11-25 | 中南大学 | 气体浓度检测的多频调制方法、气体浓度检测方法及系统和装置 |
CN114199820A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-18 | 北京华亘安邦科技有限公司 | 一种气体浓度的检测方法和装置 |
CN114324224A (zh) * | 2020-10-09 | 2022-04-12 | 旭化成微电子株式会社 | 信号输出装置和浓度测定系统 |
CN115112605A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-09-27 | 湖南五凌电力科技有限公司 | 变压器油光谱的波长矫正方法、计算机设备及存储介质 |
CN117740728A (zh) * | 2023-12-15 | 2024-03-22 | 安徽皖仪科技股份有限公司 | 基于l-m非线性拟合的tdlas气体测量方法及系统 |
-
2009
- 2009-07-03 JP JP2009158366A patent/JP2011013126A/ja active Pending
Cited By (38)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8482735B2 (en) | 2011-02-21 | 2013-07-09 | Yokogawa Electric Corporation | Laser gas analyzer |
JP2012173109A (ja) * | 2011-02-21 | 2012-09-10 | Yokogawa Electric Corp | レーザガス分析装置 |
JP2013088135A (ja) * | 2011-10-13 | 2013-05-13 | Yokogawa Electric Corp | レーザガス分析装置 |
JP5983779B2 (ja) * | 2013-01-07 | 2016-09-06 | 株式会社島津製作所 | ガス吸収分光装置及びガス吸収分光方法 |
WO2014106940A1 (ja) * | 2013-01-07 | 2014-07-10 | 株式会社島津製作所 | ガス吸収分光装置及びガス吸収分光方法 |
CN104903703A (zh) * | 2013-01-07 | 2015-09-09 | 株式会社岛津制作所 | 气体吸收分光装置以及气体吸收分光方法 |
US9772277B2 (en) | 2013-01-07 | 2017-09-26 | Shimadzu Corporation | Gas absorption spectroscopic system and gas absorption spectroscopic method |
JPWO2014106940A1 (ja) * | 2013-01-07 | 2017-01-19 | 株式会社島津製作所 | ガス吸収分光装置及びガス吸収分光方法 |
CN104330190A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-02-04 | 中国航天科工集团第三研究院第八三五八研究所 | 基于光学分光系统的tdlas气体测温检测装置 |
CN104359857A (zh) * | 2014-11-15 | 2015-02-18 | 武汉新烽光电科技有限公司 | 一种可分时复用的tdlas气体监测装置 |
CN105043582A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-11 | 天津津航技术物理研究所 | 基于扩束聚焦系统的tdlas气体测温检测装置 |
JP2015180899A (ja) * | 2015-07-14 | 2015-10-15 | 横河電機株式会社 | レーザガス分析装置 |
JP6049930B1 (ja) * | 2016-03-24 | 2016-12-21 | 株式会社東芝 | ガス分析方法およびガス測定装置 |
WO2017163452A1 (ja) * | 2016-03-24 | 2017-09-28 | 株式会社 東芝 | ガス分析方法およびガス測定装置 |
CN105911021A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-08-31 | 上海镭芯微电子有限公司 | 基于tdlas检测多种气体的方法和装置 |
JP2017173291A (ja) * | 2016-11-22 | 2017-09-28 | 株式会社東芝 | 物質分析方法および分析装置 |
CN107576505A (zh) * | 2017-10-16 | 2018-01-12 | 上海交通大学 | 用于发动机燃烧过程监测的中红外激光测量系统及方法 |
CN108181266A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-06-19 | 合肥金星机电科技发展有限公司 | Tdlas气体浓度检测方法 |
CN108181266B (zh) * | 2017-12-14 | 2020-08-04 | 合肥金星机电科技发展有限公司 | Tdlas气体浓度检测方法 |
CN109696418B (zh) * | 2019-02-27 | 2021-08-10 | 南京科远智慧科技集团股份有限公司 | 一种应用于低信噪比下的tdlas直接吸收法的外差平衡探测系统及探测方法 |
JP2021032597A (ja) * | 2019-08-19 | 2021-03-01 | 横河電機株式会社 | ガス分析計 |
JP7099416B2 (ja) | 2019-08-19 | 2022-07-12 | 横河電機株式会社 | ガス分析計 |
CN110736719A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-01-31 | 中国科学院电工研究所 | 一种基于tdlas直接吸收光谱的气体浓度标定及测量方法 |
CN113218882A (zh) * | 2020-02-05 | 2021-08-06 | 阿自倍尔株式会社 | 测定装置、测定方法及生成方法 |
GB2608554A (en) * | 2020-05-20 | 2023-01-04 | Univ Central South | Multi-frequency modulation method for gas concentration measurement, gas concentration measurement method and system, and apparatus |
WO2021232562A1 (zh) * | 2020-05-20 | 2021-11-25 | 中南大学 | 气体浓度检测的多频调制方法、气体浓度检测方法及系统和装置 |
CN111536950A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-08-14 | 杭州浅海科技有限责任公司 | 一种剖面海洋测量仪器的去温度影响的方法 |
CN111579532A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-08-25 | 北京航空航天大学 | 一种基于频分复用和主峰扫描的激光吸收光谱层析成像方法 |
CN114324224A (zh) * | 2020-10-09 | 2022-04-12 | 旭化成微电子株式会社 | 信号输出装置和浓度测定系统 |
CN113030015A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-25 | 合肥华领安防科技有限公司 | 一种危险气体激光遥感探测装置及其消除环境干扰的方法 |
CN113484279A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-08 | 山东微感光电子有限公司 | 激光器低功耗控温方法、气体浓度检测方法及系统 |
CN113670832A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-19 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种参考气室气体吸收峰轮廓中心检索方法 |
CN113670832B (zh) * | 2021-08-24 | 2023-08-29 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种参考气室气体吸收峰轮廓中心检索方法 |
CN114199820A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-18 | 北京华亘安邦科技有限公司 | 一种气体浓度的检测方法和装置 |
CN114199820B (zh) * | 2021-12-07 | 2024-06-07 | 北京华亘安邦科技有限公司 | 一种气体浓度的检测方法和装置 |
CN115112605B (zh) * | 2022-07-21 | 2023-08-08 | 湖南五凌电力科技有限公司 | 变压器油光谱的波长矫正方法、计算机设备及存储介质 |
CN115112605A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-09-27 | 湖南五凌电力科技有限公司 | 变压器油光谱的波长矫正方法、计算机设备及存储介质 |
CN117740728A (zh) * | 2023-12-15 | 2024-03-22 | 安徽皖仪科技股份有限公司 | 基于l-m非线性拟合的tdlas气体测量方法及系统 |
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