JP2011117868A - ガス中の水分測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ光を周波数変調する変調振幅をa1(<a2)に設定し(S1)、その状態でレーザ光をサンプルセルに照射する。透過光の検出信号を同期検出して得られる2次高調波同期検出信号に基づいて水分濃度を算出すると、光学チャンバ内の妨害水分の影響は無視でき、サンプルセル内の測定対象ガスの水分濃度が得られる(S2)。例えばサンプルセル内が高真空雰囲気になって検出限界以下になると(S3でYES)、変調振幅をより大きなa2に切り替える(S4)。すると、大気圧雰囲気中の妨害水分に対する検出感度が高くなり、2次高調波同期検出信号に基づいて妨害水分の濃度が算出される(S5)。
【選択図】図3
Description
a)レーザ光の周波数変調の変調振幅を少なくとも2種類に切り替え可能に設定する変調振幅設定手段と、
b)前記変調振幅設定手段により相対的に小さな変調振幅が設定された状態で得られた検出信号に基づき前記サンプルセル内の水分の濃度を算出する一方、前記変調振幅設定手段により相対的に大きな変調振幅が設定された状態で得られた検出信号に基づき前記レーザ照射部から前記受光部までの光路中で前記サンプルセルを除く空間における妨害水分の濃度を算出する水分算出手段と、
を備えることを特徴としている。
〔条件1〕:測定対象ガス測定時の変調振幅a1がa1[cm-1]≦2.2×γEDであること。
〔条件2〕:〔条件1〕の下で測定対象ガス中の水分濃度が本装置の検出限界以下であること。
〔条件3〕:光学チャンバ6内空間の水分測定時の変調振幅a2がa2[cm-1]≧10×a1であること。
但し、上記条件は必須条件ではない。特に〔条件1〕及び〔条件3〕については、a1<a2であればよく、a1[cm-1] <0.05<a2[cm-1]を満たせば、各変調振幅における感度の差が十分に生じる。
測定開始後に、まず制御部26は変調振幅をa1(=0.01[cm-1])に設定し(ステップS1)、つまり変調振幅a1に対応したデータを変調振幅制御用DAC29に出力して、上述した動作により測定を実行する(ステップS2)。即ち、所定の範囲で波長がスイープされ且つ変調振幅a1で周波数変調されたレーザ光L1を波長可変レーザ装置7から出射させ、サンプルセル1内の測定対象ガス中を通過して吸収を受けた後のレーザ光L2を光検出部8で検出する。そして、これに基づく2次高調波同期検出信号を演算部25で処理し、水分濃度を計算する。このときには得られる水分濃度は、サンプルセル1内の測定対象ガスの水分濃度であるとみなせる。
2…ガス流路
3、4…反射鏡
5…透明窓
6…光学チャンバ
7…波長可変レーザ装置
8…光検出部
81…光電変換素子
82…I/V変換アンプ
9…除湿乾燥剤
10…レーザ制御部
11…信号処理部
21…アンプ
22…同期検出器
23…ローパスフィルタ
24…アナログ/デジタル変換器
25…演算部
26…制御部
27…2fクロック生成部
28…分周器
29…変調振幅制御用デジタル/アナログ変換器
30…乗算器
31…LD波長走査用デジタル/アナログ変換器
32…バンドパスフィルタ
33…移相器
34…加算器
35…電圧/電流変換器
40、41…導光路
Claims (6)
- 測定対象ガスが導入されるサンプルセルと、該サンプルセルの外側に配置されたレーザ照射部及び受光部と、を具備し、周波数fで変調させたレーザ光を前記レーザ照射部から出射させて前記サンプルセル内の測定対象ガスに通過させた後に前記受光部により検出し、その検出信号を周波数fの整数倍の周波数で同期検出し、その検出結果に基づいて前記測定対象ガスに含まれる水分の濃度を算出する、ガス中の水分測定装置であって、
a)レーザ光の周波数変調の変調振幅を少なくとも2種類に切り替え可能に設定する変調振幅設定手段と、
b)前記変調振幅設定手段により相対的に小さな変調振幅が設定された状態で得られた検出信号に基づき前記サンプルセル内の水分の濃度を算出する一方、前記変調振幅設定手段により相対的に大きな変調振幅が設定された状態で得られた検出信号に基づき前記レーザ照射部から前記受光部までの光路中で前記サンプルセルを除く空間における妨害水分の濃度を算出する水分算出手段と、
を備えることを特徴とするガス中の水分測定装置。 - 請求項1に記載のガス中の水分測定装置であって、前記変調振幅設定手段により相対的に小さな変調振幅が設定された状態で得られた検出信号又は該検出信号に基づいて算出される水分濃度が所定値を下回る場合に、前記変調振幅設定手段により相対的に大きな変調振幅を設定し、その状態で得られる検出信号に基づき妨害水分の濃度を算出するように、前記変調振幅設定手段及び前記水分算出手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とするガス中の水分測定装置。
- 請求項1に記載のガス中の水分測定装置であって、前記サンプルセル内の測定対象ガスの全圧が1[Torr]よりも高真空雰囲気である条件の下で、妨害水分濃度を測定するように前記変調振幅設定手段及び前記水分算出手段を制御する制御手段を備えることを特徴とするガス中の水分測定装置。
- 請求項1に記載のガス中の水分測定装置であって、前記レーザ照射部及び前記受光部を内部に収容した1乃至複数の密閉構造の光学チャンバが前記サンプルセルに接して配設され、該光学チャンバ内に除湿乾燥手段を備えることを特徴とするガス中の水分測定装置。
- 請求項1に記載のガス中の水分測定装置であって、前記サンプルセルは、対向する壁面の間で複数回レーザ光が反射する多重反射型のセルであることを特徴とするガス中の水分測定装置。
- 請求項1又は2に記載のガス中の水分測定装置であって、前記変調振幅設定手段により設定される2種の変調振幅a1及びa2が、a1[cm-1] <0.05<a2[cm-1]、なる関係を満たすことを特徴とするガス中の水分測定装置。
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