JP2011117732A - Hydrocarbon concentration measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化水素濃度測定装置に関し、特にエンジンから排出される排気ガスに照射した赤外線の吸収量に基づいて排気ガスに含まれる炭化水素の濃度和を測定する技術に関する。 The present invention relates to a hydrocarbon concentration measuring apparatus, and more particularly to a technique for measuring a concentration sum of hydrocarbons contained in exhaust gas based on an absorption amount of infrared rays irradiated to exhaust gas discharged from an engine.
従来、自動車等の排気ガスに含まれる炭化水素の濃度和(Total Hydrocarbon:THC)を測定する装置として、赤外分光法を利用したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus using infrared spectroscopy is known as an apparatus for measuring the total concentration of hydrocarbons (Total Hydrocarbon: THC) contained in exhaust gas of an automobile or the like (see, for example, Patent Document 1).
上記のような赤外分光法を利用した炭化水素濃度測定装置は、排気ガスに赤外線を照射し、当該赤外線の特定の波長域における吸収量に基づいて、排気ガスに含まれる炭化水素の濃度和を測定する。
当該測定においては、光学チョッパを用いて、排気ガスに照射される赤外線を周期的に遮断し、当該赤外線の受光強度のゼロ点を把握することで、赤外線の発振強度の補正、及び背景光の影響(ノイズ)の除去等を行っている。
The hydrocarbon concentration measuring device using infrared spectroscopy as described above irradiates exhaust gas with infrared rays, and based on the absorption amount of the infrared rays in a specific wavelength region, the concentration sum of hydrocarbons contained in the exhaust gas. Measure.
In the measurement, an infrared ray irradiated to the exhaust gas is periodically blocked using an optical chopper, and the zero point of the received light intensity of the infrared ray is grasped to correct the infrared oscillation intensity and the background light. The influence (noise) is removed.
しかしながら、排気ガスに含まれる炭化水素の濃度の測定に光学チョッパを用いると、炭化水素濃度測定装置の大型化を招くと共に、光学チョッパを制御するための装置が必要となり、コストの悪化を招く。更に、光学チョッパの制御に何らかのずれが生じた場合には、最終的に測定される炭化水素の濃度に誤差が生じる恐れがある。 However, if an optical chopper is used to measure the concentration of hydrocarbons contained in the exhaust gas, the size of the hydrocarbon concentration measuring device will be increased, and a device for controlling the optical chopper will be required, leading to cost deterioration. Furthermore, if any deviation occurs in the control of the optical chopper, an error may occur in the hydrocarbon concentration finally measured.
本発明は、光学チョッパを用いず、小型かつ安価で測定誤差を低減した炭化水素濃度測定装置を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a hydrocarbon concentration measuring apparatus that is small and inexpensive and has reduced measurement error without using an optical chopper.
本発明の炭化水素濃度測定装置は、波長が周期的に変動する赤外線を照射する照射部と、前記赤外線を検出して、当該赤外線の強度を得る受光部と、測定対象ガスを収容し、前記赤外線を透過するセルと、を具備し、前記照射部から前記セルに収容される測定対象ガスに向けて赤外線を照射し、前記測定対象ガスを透過した赤外線を前記受光部によって検出することで、前記測定対象ガスを透過した赤外線の強度を得て、当該赤外線の強度に基づいて、前記測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定する炭化水素濃度測定装置であって、前記照射部は、前記測定対象ガスに含まれる炭化水素に吸収される波長域を含む赤外線を照射する光源と、前記光源から照射される赤外線を分光して、前記測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定するために必要な波長域を有する中波長の赤外線、前記中波長の赤外線よりも短い波長域を有する短波長の赤外線、及び前記中波長の赤外線よりも長い波長域を有する長波長の赤外線を順番に取り出すことで周期的に波長変動させる分光器と、前記短波長の赤外線、及び前記長波長の赤外線のうちの少なくとも片方の光路を遮断する遮断手段と、を具備する。 The hydrocarbon concentration measuring apparatus of the present invention includes an irradiation unit that irradiates infrared rays whose wavelengths periodically change, a light receiving unit that detects the infrared rays and obtains the intensity of the infrared rays, and a measurement target gas. A cell that transmits infrared rays, irradiates infrared rays from the irradiation unit toward the measurement target gas accommodated in the cells, and detects the infrared rays transmitted through the measurement target gas by the light receiving unit, Obtaining the intensity of infrared light that has passed through the measurement target gas, and measuring the concentration of hydrocarbons contained in the measurement target gas based on the intensity of the infrared light, the irradiation unit, A light source that irradiates infrared rays including a wavelength range that is absorbed by hydrocarbons contained in the measurement target gas, and infrared rays emitted from the light sources are dispersed to measure the concentration of hydrocarbons contained in the measurement target gas. In order, a medium-wavelength infrared having a wavelength range necessary for performing, a short-wavelength infrared having a shorter wavelength range than the medium-wavelength infrared, and a long-wavelength infrared having a longer wavelength range than the medium-wavelength infrared A spectroscope that periodically changes the wavelength by taking out the light, and a blocking means that blocks at least one of the short wavelength infrared light and the long wavelength infrared light.
本発明の炭化水素濃度測定装置において、前記分光器は、入射する赤外線を複数の方向に反射させる反射手段と、入射する赤外線を回折させることにより分光する回折手段と、から構成され、前記遮断手段は、前記短波長の赤外線、及び前記長波長の赤外線のうちの少なくとも片方の光路上に設けられ、当該光路を遮断する遮光部材であることが好ましい。 In the hydrocarbon concentration measuring apparatus of the present invention, the spectroscope is composed of a reflecting means for reflecting incident infrared rays in a plurality of directions, and a diffracting means for diffracting incident infrared rays, and the blocking means. Is preferably a light-shielding member that is provided on at least one of the short-wavelength infrared light and the long-wavelength infrared light and blocks the light path.
本発明の炭化水素濃度測定装置において、前記分光器は、入射する赤外線を複数の方向に反射させる反射手段と、入射する赤外線を回折させることにより分光する回折手段と、から構成され、前記反射手段は、前記光源から照射される赤外線が前記回折手段に入射しない位置を含む範囲で揺動することで前記遮断手段として機能することが好ましい。 In the hydrocarbon concentration measuring apparatus according to the present invention, the spectroscope includes a reflecting unit that reflects incident infrared rays in a plurality of directions, and a diffracting unit that diffracts incident infrared rays, and the reflecting unit. Preferably functions as the blocking means by oscillating within a range including a position where the infrared rays emitted from the light source do not enter the diffraction means.
本発明によれば、装置を小型化し、コストを低減すると共に、排気ガスに含まれる炭化水素の測定における誤差を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the size of the apparatus, reduce costs, and reduce errors in the measurement of hydrocarbons contained in exhaust gas.
以下では、図1を参照して、THC測定装置1について説明する。
THC測定装置1は、赤外分光法を利用した炭化水素濃度測定装置であり、自動車等のエンジンから排出される排気ガス(測定対象ガス)に赤外線を照射し、当該赤外線の特定の波長域における吸収量に基づいて、排気ガスに含まれる炭化水素の濃度和(Total Hydrocarbon:THC)を測定する。
Hereinafter, the THC measuring apparatus 1 will be described with reference to FIG.
The THC measurement device 1 is a hydrocarbon concentration measurement device using infrared spectroscopy, which irradiates exhaust gas (measurement target gas) exhausted from an engine such as an automobile with infrared rays, in a specific wavelength region of the infrared rays. Based on the amount of absorption, the total concentration of hydrocarbons (total hydrocarbon: THC) contained in the exhaust gas is measured.
図1に示すように、THC測定装置1は、照射部10、セル20、受光部30、及び制御部40を具備する。
As shown in FIG. 1, the THC measurement apparatus 1 includes an irradiation unit 10, a
照射部10は、波長が周期的に変動する赤外線をセル20の内部に供給された排気ガスに向けて照射する。
照射部10は、その外装をなす筐体11を具備する。
筐体11は、照射部10を構成する複数の部材を収容する筐体であり、当該複数の部材の相対的な位置関係を保持する。
なお、筐体11に収容され、照射部10を構成する複数の部材の詳細については後述する。
The irradiating unit 10 irradiates the infrared gas whose wavelength varies periodically toward the exhaust gas supplied into the
The irradiation unit 10 includes a
The
Note that details of a plurality of members housed in the
セル20は、略円筒状の部材であり、自動車等の排気経路の中途部に配置して当該排気経路を流動する排気ガスを内部に導入する。セル20は、所定の方向(セル20の軸方向と直交する方向であり、図1における左右方向)に赤外線が透過可能に構成されており、セル20の内部に導入された排気ガスを透過した後の赤外線(以下、「透過光」と記す。)を取得可能となっている。つまり、赤外線が導入される側(図1における右側)と反対側(同じく左側)で、排気ガスを透過した透過光を取得する。セル20によって取得された透過光は、受光部30によって受光される。
The
受光部30は、フォトダイオード等の光検出器を含み、照射部10から照射されてセル20の内部に導入された排気ガスを透過した後の赤外線、つまり透過光を検出することで、その強度(赤外線強度)を得る。
The
制御部40は、照射部10及び受光部30と電気的に接続されている。
制御部40は、照射部10を制御して、所望の波長域を有する赤外線を照射部10から照射可能とする。また、制御部40は、受光部30から透過光の強度を取得し、当該透過光の強度に基づいて排気ガスに含まれる炭化水素の濃度和を算出する。
The
The
以上のように、THC測定装置1においては、照射部10から照射された赤外線がセル20の内部に導入された排気ガスに向けて照射され、当該排気ガスを透過した赤外線(透過光)が受光部30によって検出されて、その強度が得られる。そして、当該透過光の強度に基づいて、制御部40が排気ガスに含まれる炭化水素の濃度和を算出する。
As described above, in the THC measurement device 1, infrared rays irradiated from the irradiation unit 10 are irradiated toward the exhaust gas introduced into the
以下では、図2〜図3を参照して、照射部10の構造について詳細に説明する。 Below, with reference to FIGS. 2-3, the structure of the irradiation part 10 is demonstrated in detail.
図2に示すように、照射部10は、光源12、可動ミラー13、回折格子14、固定ミラー15、及び光学スリット板16を具備する。これらの部材は、筐体11(図1参照)に収容され、互いの相対的な位置関係を保持した状態で固定されている。
As shown in FIG. 2, the irradiation unit 10 includes a
光源12は、セル20(図1参照)に導入された排気ガスに含まれる炭化水素に吸収される波長域を含む広帯域の赤外線を可動ミラー13に向けて照射する部材である。
The
可動ミラー13は、光源12から照射された赤外線を反射する手段として機能し、適宜の角度で回折格子14に入射させる部材である。可動ミラー13としては、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー等を適用することが可能である。
可動ミラー13は、適宜の固定軸に揺動可能に設けられており、当該固定軸周りにおける所定範囲(図2に示す位置P1と位置P2との間)を揺動するように制御部40(図1参照)によって制御される。図2に示す位置P1を可動ミラー13の初期位置とすると、可動ミラー13が位置P2まで回動し、再び位置P1に戻るまでが可動ミラー13の回動周期(1周期)となっている。
可動ミラー13の揺動範囲は、すべての位置において回折格子14に赤外線を入射可能なように設定されている。
こうして、可動ミラー13は、回折格子14に入射する赤外線の角度を周期的に変更する。
The
The
The swing range of the
In this way, the
回折格子14は、可動ミラー13によって反射された赤外線を回折する手段として機能し、当該赤外線を波長ごとに分光して、固定ミラー15に向けて反射させる部材である。回折格子14としては、表面(赤外線が入射する側の面)に互いに平行な多数の溝が形成された金属板等を適用することが可能である。
The diffraction grating 14 functions as means for diffracting the infrared light reflected by the
回折格子14は、可動ミラー13によって反射された赤外線が入射する位置に配置されており、当該入射した赤外線から可動ミラー13の揺動位置に応じて「中波長の赤外線」、「短波長の赤外線」、及び「長波長の赤外線」を生成する。
中波長の赤外線は、回折格子14によって分光された赤外線の一部をなし、セル20に導入された排気ガスに含まれる炭化水素に吸収される波長域の赤外線であり、前記炭化水素の濃度和を測定するために使用される。
短波長の赤外線は、回折格子14によって分光された赤外線の一部をなし、中波長の赤外線よりも短い波長域の赤外線である。短波長の赤外線は、セル20に導入された排気ガスに含まれる炭化水素に吸収されない波長域の赤外線である。
長波長の赤外線は、回折格子14によって分光された赤外線の一部をなし、中波長の赤外線よりも長い波長域の赤外線である。長波長の赤外線は、セル20に導入された排気ガスに含まれる炭化水素に吸収されない波長域の赤外線である。
The diffraction grating 14 is disposed at a position where the infrared ray reflected by the
The medium-wavelength infrared light is a part of the infrared light dispersed by the
The short wavelength infrared ray forms a part of the infrared ray dispersed by the
The long-wavelength infrared light is a part of the infrared light dispersed by the
固定ミラー15は、回折格子14によって分光された赤外線を光学スリット板16に向けて反射させる部材である。
固定ミラー15は、回折格子14によって生成される、中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線の光路上に配置されている。
The fixed
The fixed
固定ミラー15によって反射された、中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線、それぞれの光軸は互いに所定の間隔を空けて略平行となっている。
これは、前述のように、可動ミラー13が所定範囲(図2に示す位置P1と位置P2との間)を揺動しながら光源12から照射された赤外線を回折格子14に向けて反射し、複数の角度で回折格子14に入射した赤外線が分光されるためである。ただし、中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線、それぞれの光軸が互いに所定の間隔を空けて略平行となるように、光源12の設置位置、可動ミラー13の揺動範囲及び設置位置、回折格子14の設置位置、並びに固定ミラー15の設置位置等が適宜設定されているものとする。
こうして、可動ミラー13と回折格子14とが分光器として機能し、可動ミラー13の揺動と同期して、中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線を順番に取り出すことで照射部10から照射される赤外線の波長が変動し、波長掃引を実現している。
The optical axes of the medium-wavelength infrared light, the short-wavelength infrared light, and the long-wavelength infrared light reflected by the fixed
As described above, the
In this way, the
光学スリット板16は、光源12から照射される赤外線を透過しない材料からなる板材であり、所定の波長域の赤外線を遮断する遮光部材として機能する。光学スリット板16は、固定ミラー15によって反射された、中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線の光路上に配置されている。光学スリット板16には、スリット16aが形成されている。
スリット16aは、光学スリット板16の表裏面を貫通する微細な孔であり、中波長の赤外線、及び短波長の赤外線の光路が位置する部分に配置されている。中波長の赤外線、及び短波長の赤外線は、光学スリット板16のスリット16aを通過し、長波長の赤外線は、光学スリット板16におけるスリット16aが形成されていない部分に遮断される。
The
The
以上のように、照射部10においては、光源12、可動ミラー13、回折格子14、固定ミラー15、光学スリット板16を順に辿る光路が形成される。
As described above, in the irradiation unit 10, an optical path that sequentially follows the
光源12から照射された赤外線は、所定範囲(図2に示す位置P1と位置P2との間)を揺動する可動ミラー13と、赤外線を分光する回折格子14とによって波長掃引されつつ、光学スリット板16に到達した赤外線のうち、中波長の赤外線、及び短波長の赤外線のみが光学スリット板16によって選択されて照射部10から照射される。
なお、光学スリット板16のスリット16aを通過した赤外線は、コリメートレンズ等により適宜調整された後、セル20(図1参照)の内部に供給された排気ガスに向けて照射される。この時、照射される赤外線は、光学スリット板16によって部分的に遮断されているため、光学スリット板16を設置しない場合と比較して強度が低くなるが、セル20の内部に供給された排気ガスに含まれる炭化水素を測定可能な程度の強度を有するように設定されている。
The infrared light emitted from the
The infrared rays that have passed through the
こうして、図3に示すように、赤外線の波長掃引時において長波長の赤外線を遮断して、受光部30(図1参照)によって受光される赤外線の強度が一定時間ゼロとなる部分を周期的に形成することが可能となる。
これにより、光学チョッパを用いて赤外線を周期的に遮断することなく、赤外線の受光強度のゼロ点を把握することができ、赤外線の発振強度の補正、及び背景光の影響(ノイズ)の除去を行うことができる。したがって、THC測定装置1を小型かつ安価に構成すると共に、排気ガスに含まれる炭化水素の測定における誤差を低減することができる。
なお、本実施形態における光学スリット板16は、スリット16aを有し、長波長の赤外線のみを遮断する構成としたが、これに限定するものではなく、短波長の赤外線のみを遮断するスリットを有する構成、又は短波長の赤外線を遮断するスリットと、長波長の赤外線を遮断するスリットとの両方を有する構成としてもよい。
Thus, as shown in FIG. 3, the long wavelength infrared rays are blocked during the infrared wavelength sweep, and the portions where the intensity of the infrared rays received by the light receiving unit 30 (see FIG. 1) is zero for a certain period are periodically It becomes possible to form.
This makes it possible to grasp the zero point of the infrared light reception intensity without periodically blocking the infrared light using an optical chopper, to correct the infrared oscillation intensity, and to remove the influence (noise) of the background light. It can be carried out. Therefore, the THC measuring device 1 can be configured to be small and inexpensive, and errors in measuring hydrocarbons contained in the exhaust gas can be reduced.
In addition, although the
また、本発明に係る照射部の他の形態として、照射部110を照射部10に代えて適用することも可能である。
以下では、図4〜図5を参照して、照射部110の構造について詳細に説明する。
As another form of the irradiation unit according to the present invention, the
Below, with reference to FIGS. 4-5, the structure of the
図4に示すように、照射部110は、光源112、可動ミラー113、回折格子114、ハーフミラー115、及び光学スリット板116を具備する。
As shown in FIG. 4, the
光源112は、照射部10の光源12と略同様に構成され、セル20(図1参照)に導入された排気ガスに含まれる炭化水素に吸収される波長域を含む広帯域の赤外線をハーフミラー115を介して、回折格子114に向けて照射する部材である。
The
可動ミラー113は、照射部10の可動ミラー13と略同様に構成され、回折格子114によって分光された赤外線を反射する手段として機能し、適宜の角度で再び回折格子114に入射させる部材である。
可動ミラー113は、適宜の固定軸に揺動可能に設けられており、当該固定軸周りにおける所定範囲(図4に示す位置P3と位置P4との間)を揺動するように制御部40(図1参照)によって制御される。図4に示す位置P3を可動ミラー113の初期位置とすると、可動ミラー113が位置P4まで回動し、再び位置P3に戻るまでが可動ミラー113の回動周期(1周期)となっている。
The
The
回折格子114は、照射部10の回折格子14と略同様に構成され、光源112から照射され、ハーフミラー115を透過した赤外線を回折する手段として機能し、当該赤外線を波長ごとに分光して、可動ミラー113に向けて反射させると共に、可動ミラー113によって反射された赤外線をハーフミラー115に向けて反射させる部材である。回折格子114は、光源112から照射され、ハーフミラー115を透過した赤外線が入射し、かつ可動ミラー113によって反射された赤外線が入射する位置に配置されている。
回折格子114は、照射部10の回折格子14と同様に、可動ミラー113の揺動位置に応じて、入射した赤外線から中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線を生成する。
The
Similar to the
ハーフミラー115は、入射光の一部を反射し、残りの一部を透過させる部材であり、光源112から照射された赤外線の一部を透過して回折格子114に入射させると共に、回折格子114によって分光された赤外線を光学スリット板116に向けて反射させる。
ハーフミラー115は、光源112から照射された赤外線の光路上であって、かつ回折格子114によって生成される、中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線の光路上に配置されている。
The
The
ハーフミラー115によって反射された、中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線、それぞれの光軸は互いに所定の間隔を空けて略平行となっている。
これは、前述のように、可動ミラー113が所定範囲(図4に示す位置P3と位置P4との間)を揺動しながら回折格子114によって分光され反射された赤外線を再び回折格子114に向けて反射し、複数の角度で回折格子114に入射した赤外線が分光されるためである。
The optical axes of the medium-wavelength infrared light, the short-wavelength infrared light, and the long-wavelength infrared light reflected by the
As described above, this is because the
詳細には、回折格子114によって生成された、中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線は、可動ミラー113に向かう角度(回折格子114での反射角)がそれぞれ互いに異なるが、揺動する可動ミラー113に対する入射角がそれぞれ0度、つまり中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線、それぞれの光軸と可動ミラー113とが直交した状態の時に、可動ミラー113によって反射され、それぞれ可動ミラー113と回折格子114との間の同一の光路を辿り、それぞれの光軸が互いに所定の間隔を空けて略平行となった状態でハーフミラー115に入射する。ただし、中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線、それぞれの光軸が互いに所定の間隔を空けて略平行となるように、光源112の設置位置、可動ミラー113の揺動範囲及び設置位置、回折格子114の設置位置、並びにハーフミラー115の設置位置等が適宜設定されているものとする。
こうして、可動ミラー113と回折格子114とが分光器として機能し、可動ミラー113の揺動と同期して、中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線を順番に取り出すことで照射部110から照射される赤外線の波長が変動し、波長掃引を実現している。
Specifically, the medium-wavelength infrared light, the short-wavelength infrared light, and the long-wavelength infrared light generated by the
In this way, the
光学スリット板116は、照射部10の光学スリット板16と略同様に構成され、光源112から照射される赤外線を透過しない材料からなる板材であり、所定の波長域の赤外線を遮断する遮光部材として機能する。光学スリット板116は、ハーフミラー115によって反射された、中波長の赤外線、短波長の赤外線、及び長波長の赤外線の光路上に配置されている。光学スリット板116には、スリット116aが形成されている。
スリット116aは、光学スリット板116の表裏面を貫通する微細な孔であり、中波長の赤外線、及び長波長の赤外線の光路が位置する部分に配置される。中波長の赤外線、及び長波長の赤外線は、光学スリット板116のスリット116aを通過し、短波長の赤外線は、光学スリット板116におけるスリット116aが形成されていない部分に遮断される。
The
The
以上のように、照射部110においては、光源112、ハーフミラー115、回折格子114、可動ミラー113、回折格子114、ハーフミラー115、光学スリット板116を順に辿る光路が形成される。
照射部110においては、回折格子114を2回経由する光路となっているため、照射部10と比較して、より良好に赤外線を分光することができる。
As described above, in the
In the
光源112から照射された赤外線は、所定範囲(図4に示す位置P3と位置P4との間)を揺動する可動ミラー113と、赤外線を分光する回折格子114とによって波長掃引されつつ、光学スリット板116に到達した赤外線のうち、中波長の赤外線、及び長波長の赤外線のみが光学スリット板116によって選択されて照射部110から照射される。
なお、光学スリット板116のスリット116aを通過した赤外線は、コリメートレンズ等により適宜調整された後、セル20(図1参照)の内部に供給された排気ガスに向けて照射される。この時、照射される赤外線は、ハーフミラー115によって部分的に反射及び透過され、かつ光学スリット板116によって部分的に遮断されているため、ハーフミラー115及び光学スリット板116を設置しない場合と比較して強度が低くなるが、セル20の内部に供給された排気ガスに含まれる炭化水素を測定可能な程度の強度を有するように設定されている。
The infrared rays emitted from the
The infrared rays that have passed through the
こうして、図5に示すように、赤外線の波長掃引時において短波長の赤外線を遮断して、受光部30(図1参照)によって受光される赤外線の強度が一定時間ゼロとなる部分を周期的に形成することが可能となる。
これにより、光学チョッパを用いて赤外線を周期的に遮断することなく、赤外線の受光強度のゼロ点を把握することができ、赤外線の発振強度の補正、及び背景光の影響(ノイズ)の除去を行うことができる。したがって、THC測定装置1を小型かつ安価に構成すると共に、排気ガスに含まれる炭化水素の測定における誤差を低減することができる。
なお、本実施形態における光学スリット板116は、スリット116aを有し、短波長の赤外線のみを遮断する構成としたが、これに限定するものではなく、長波長の赤外線のみを遮断するスリットを有する構成、又は短波長の赤外線を遮断するスリットと、長波長の赤外線を遮断するスリットとの両方を有する構成としてもよい。
Thus, as shown in FIG. 5, the infrared light having a short wavelength is blocked during the wavelength sweeping of the infrared light, and the portion where the intensity of the infrared light received by the light receiving unit 30 (see FIG. 1) is zero for a certain period is periodically It becomes possible to form.
This makes it possible to grasp the zero point of the infrared light reception intensity without periodically blocking the infrared light using an optical chopper, to correct the infrared oscillation intensity, and to remove the influence (noise) of the background light. It can be carried out. Therefore, the THC measuring device 1 can be configured to be small and inexpensive, and errors in measuring hydrocarbons contained in the exhaust gas can be reduced.
The
また、本発明に係る照射部の他の形態として、照射部210を照射部110に代えて適用することも可能である。
以下では、図6〜図7を参照して、照射部210の構造について詳細に説明する。
なお、照射部110と共通する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
Further, as another form of the irradiation unit according to the present invention, the
Below, with reference to FIGS. 6-7, the structure of the
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is common with the
図6に示すように、照射部210は、光源112、可動ミラー113、回折格子114、ハーフミラー115、及び遮光板216を具備する。
照射部210は、光学スリット板116の代わりに遮光板216を有する点で照射部110と異なる。
As shown in FIG. 6, the
The
遮光板216は、光源112から照射される赤外線を遮断する遮光部材として機能する板材である。遮光板216は、回折格子114によって分光され、可動ミラー113に向けて反射された赤外線の一部をなす短波長の赤外線の光路上に配置されている。当該短波長の赤外線は、遮光板216によって遮断され、可動ミラー113への入射が不可能となっている。
The
以上のように、照射部210においては、光源112、ハーフミラー115、回折格子114、遮光板216(短波長の赤外線のみ)、可動ミラー113、回折格子114、ハーフミラー115を順に辿る光路が形成される。
照射部210においては、照射部110と同様に、回折格子114を2回経由する光路となっているため、照射部10と比較して、より良好に赤外線を分光することができる。
As described above, in the
In the
光源112から照射された赤外線は、所定範囲(図6に示す位置P3と位置P4との間)を揺動する可動ミラー113と、赤外線を分光する回折格子114とによって波長掃引されつつ、遮光板216によって短波長の赤外線が遮断されることで、中波長の赤外線、及び長波長の赤外線のみが選択されて照射部210から照射される。
なお、ハーフミラー115によって反射された赤外線は、コリメートレンズ等により適宜調整された後、セル20(図1参照)の内部に供給された排気ガスに向けて照射される。この時、照射される赤外線は、ハーフミラー115によって部分的に反射及び透過され、かつ遮光板216によって部分的に遮断されているため、ハーフミラー115及び遮光板216を設置しない場合と比較して強度が低くなるが、セル20の内部に供給された排気ガスに含まれる炭化水素を測定可能な程度の強度を有するように設定されている。
Infrared rays emitted from the
The infrared light reflected by the
こうして、図7に示すように、赤外線の波長掃引時において短波長の赤外線を遮断して、受光部30(図1参照)によって受光される赤外線の強度が一定時間ゼロとなる部分を周期的に形成することが可能となる。
これにより、光学チョッパを用いて赤外線を周期的に遮断することなく、赤外線の受光強度のゼロ点を把握することができ、赤外線の発振強度の補正、及び背景光の影響(ノイズ)の除去を行うことができる。したがって、THC測定装置1を小型かつ安価に構成すると共に、排気ガスに含まれる炭化水素の測定における誤差を低減することができる。
なお、本実施形態における遮光板216は、短波長の赤外線のみを遮断するように配置したが、これに限定するものではなく、長波長の赤外線のみを遮断するように配置してもよいし、短波長の赤外線と長波長の赤外線との両方を遮断するように複数配置してもよい。
In this way, as shown in FIG. 7, the short wavelength infrared rays are blocked during the infrared wavelength sweep, and the portions where the intensity of the infrared rays received by the light receiving unit 30 (see FIG. 1) is zero for a certain period are periodically It becomes possible to form.
This makes it possible to grasp the zero point of the infrared light reception intensity without periodically blocking the infrared light using an optical chopper, to correct the infrared oscillation intensity, and to remove the influence (noise) of the background light. It can be carried out. Therefore, the THC measuring device 1 can be configured to be small and inexpensive, and errors in measuring hydrocarbons contained in the exhaust gas can be reduced.
In addition, although the
また、本発明に係る照射部の他の形態として、照射部310を照射部10に代えて適用することも可能である。
以下では、図8〜図9を参照して、照射部310の構造について詳細に説明する。
Further, as another form of the irradiation unit according to the present invention, the
Below, with reference to FIGS. 8-9, the structure of the
図8に示すように、照射部310は、光源312、可動ミラー313、回折格子314、固定ミラー315を具備する。
As shown in FIG. 8, the
光源312は、照射部10の光源12と略同様に構成され、セル20(図1参照)に導入された排気ガスに含まれる炭化水素に吸収される波長域を含む広帯域の赤外線を可動ミラー313に向けて照射する部材である。
The
可動ミラー313は、照射部10の可動ミラー13と略同様に構成され、光源312から照射された赤外線を反射する手段として機能し、適宜の角度で回折格子314に入射させる部材である。
可動ミラー313は、適宜の固定軸に揺動可能に設けられており、当該固定軸周りにおける所定範囲(図8に示す位置P5と位置P6との間)を揺動するように制御部40(図1参照)によって制御される。図8に示す位置P5を可動ミラー313の初期位置とすると、可動ミラー313が位置P6まで回動し、再び位置P5に戻るまでが可動ミラー313の回動周期(1周期)となっている。
The
The
可動ミラー313の揺動範囲(図8に示す位置P5と位置P6との間)は、その一部において赤外線が回折格子314に入射しないように設定されている。
例えば、可動ミラー313が図8に示す位置P5に位置する時、可動ミラー313によって反射された赤外線は、回折格子314よりも図8における左側に向かい、回折格子314に入射しない。また、可動ミラー313が図8に示す位置P6に位置する時、可動ミラー313によって反射された赤外線は、回折格子314よりも図8における右側に向かい、回折格子314に入射しない。
The swing range of the movable mirror 313 (between the position P5 and the position P6 shown in FIG. 8) is set so that infrared rays do not enter the
For example, when the
回折格子314は、照射部10の回折格子14と略同様に構成され、可動ミラー313によって反射された赤外線を回折する手段として機能し、当該赤外線を波長ごとに分光して、固定ミラー315に向けて反射させる部材である。回折格子314は、可動ミラー313によって反射された赤外線が入射する位置に配置されている。
The
固定ミラー315は、照射部10の固定ミラー15と略同様に構成され、回折格子314によって分光された赤外線を反射させる部材である。
固定ミラー15は、回折格子314によって生成された中波長の赤外線の光路上に配置されている。
The fixed
The fixed
以上のように、照射部310においては、光源312、可動ミラー313、回折格子314、固定ミラー315を順に辿る光路が形成される。
As described above, in the
光源312から照射された赤外線は、所定範囲(図8に示す位置P5と位置P6との間)を揺動する可動ミラー313によって反射された赤外線の一部が回折格子314に入射しない状態で波長掃引されるため、中波長の赤外線のみが選択されて照射部310から照射される。つまり、可動ミラー313が回折格子314によって分光された赤外線の一部の光路を遮断する手段として機能することとなる。
なお、固定ミラー315によって反射された赤外線は、コリメートレンズ等により適宜調整された後、セル20(図1参照)の内部に供給された排気ガスに向けて照射される。この時、照射される赤外線は、遮光部材等によって部分的に遮断されていないため、強度が低下することはない。
The infrared light emitted from the
The infrared light reflected by the fixed
こうして、図9に示すように、赤外線の波長掃引時において中波長の赤外線のみを選択して、受光部30(図1参照)によって受光される赤外線の強度が一定時間ゼロとなる部分を周期的に形成することが可能となる。
これにより、光学チョッパを用いて赤外線を周期的に遮断することなく、赤外線の受光強度のゼロ点を把握することができ、赤外線の発振強度の補正、及び背景光の影響(ノイズ)の除去を行うことができる。したがって、THC測定装置1を小型かつ安価に構成すると共に、排気ガスに含まれる炭化水素の測定における誤差を低減することができる。
また、遮光部材等を用いて赤外線を遮断する必要がないため、THC測定装置1を更に安価に構成することができる。
なお、本実施形態における可動ミラー313は、図8に示す位置P5と位置P6との間を揺動して、中波長の赤外線のみを選択するが、これに限定するものではなく、中波長の赤外線と短波長の赤外線とを選択、又は中波長の赤外線と長波長の赤外線とを選択するような範囲で可動ミラー313を揺動させてもよい。
In this way, as shown in FIG. 9, only the middle-wavelength infrared light is selected at the time of the infrared wavelength sweep, and the portion where the intensity of the infrared light received by the light receiving unit 30 (see FIG. 1) is zero for a certain period is periodically Can be formed.
This makes it possible to grasp the zero point of the infrared light reception intensity without periodically blocking the infrared light using an optical chopper, to correct the infrared oscillation intensity, and to remove the influence (noise) of the background light. It can be carried out. Therefore, the THC measuring device 1 can be configured to be small and inexpensive, and errors in measuring hydrocarbons contained in the exhaust gas can be reduced.
In addition, since it is not necessary to block infrared rays using a light blocking member or the like, the THC measuring apparatus 1 can be configured at a lower cost.
Note that the
1 THC測定装置
10 照射部
11 筐体
12 光源
13 可動ミラー
14 回折格子
15 固定ミラー
16 光学スリット板
16a スリット
20 セル
30 受光部
40 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 THC measuring apparatus 10
Claims (3)
前記赤外線を検出して、当該赤外線の強度を得る受光部と、
測定対象ガスを収容し、前記赤外線を透過するセルと、を具備し、
前記照射部から前記セルに収容される測定対象ガスに向けて赤外線を照射し、前記測定対象ガスを透過した赤外線を前記受光部によって検出することで、前記測定対象ガスを透過した赤外線の強度を得て、当該赤外線の強度に基づいて、前記測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定する炭化水素濃度測定装置であって、
前記照射部は、
前記測定対象ガスに含まれる炭化水素に吸収される波長域を含む赤外線を照射する光源と、
前記光源から照射される赤外線を分光して、前記測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定するために必要な波長域を有する中波長の赤外線、前記中波長の赤外線よりも短い波長域を有する短波長の赤外線、及び前記中波長の赤外線よりも長い波長域を有する長波長の赤外線を順番に取り出すことで周期的に波長変動させる分光器と、
前記短波長の赤外線、及び前記長波長の赤外線のうちの少なくとも片方の光路を遮断する遮断手段と、
を具備する炭化水素濃度測定装置。 An irradiating unit for irradiating infrared light whose wavelength varies periodically;
A light receiving unit that detects the infrared rays and obtains the intensity of the infrared rays;
Containing a measurement target gas and transmitting the infrared rays,
By irradiating infrared rays toward the measurement target gas contained in the cell from the irradiation unit, and detecting the infrared rays transmitted through the measurement target gas by the light receiving unit, the intensity of the infrared rays transmitted through the measurement target gas is determined. Obtaining, based on the intensity of the infrared rays, a hydrocarbon concentration measuring device that measures the concentration of hydrocarbons contained in the measurement object gas,
The irradiation unit is
A light source that emits infrared light including a wavelength range that is absorbed by hydrocarbons contained in the measurement target gas;
Spectroscopying the infrared rays emitted from the light source, a medium wavelength infrared ray having a wavelength range necessary for measuring the concentration of hydrocarbons contained in the measurement target gas, a wavelength range shorter than the medium wavelength infrared ray A spectroscope that periodically varies the wavelength by sequentially taking out short-wavelength infrared light and long-wavelength infrared light having a longer wavelength range than the medium-wavelength infrared light,
A blocking means for blocking at least one of the short wavelength infrared rays and the long wavelength infrared rays;
A hydrocarbon concentration measuring apparatus comprising:
入射する赤外線を複数の方向に反射させる反射手段と、
入射する赤外線を回折させることにより分光する回折手段と、から構成され、
前記遮断手段は、
前記短波長の赤外線、及び前記長波長の赤外線のうちの少なくとも片方の光路上に設けられ、当該光路を遮断する遮光部材である請求項1に記載の炭化水素濃度測定装置。 The spectrometer is
Reflecting means for reflecting incident infrared rays in a plurality of directions;
Diffracting means for diffracting incident infrared rays to diffract, and
The blocking means is
The hydrocarbon concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the hydrocarbon concentration measuring apparatus is a light shielding member that is provided on at least one of an optical path of the short wavelength infrared and the long wavelength infrared and blocks the optical path.
入射する赤外線を複数の方向に反射させる反射手段と、
入射する赤外線を回折させることにより分光する回折手段と、から構成され、
前記反射手段は、前記光源から照射される赤外線が前記回折手段に入射しない位置を含む範囲で揺動することで前記遮断手段として機能する請求項1に記載の炭化水素濃度測定装置。 The spectrometer is
Reflecting means for reflecting incident infrared rays in a plurality of directions;
Diffracting means for diffracting incident infrared rays to diffract, and
2. The hydrocarbon concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the reflecting unit functions as the blocking unit by swinging in a range including a position where the infrared light emitted from the light source does not enter the diffracting unit.
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