JP2011220758A - ガス分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】波長可変レーザ装置6への駆動電流を変調周波数faで変調させる変調部16を備えている。試料セル2内を通過させたレーザ光を検出する受光部8からの信号を処理する信号処理部として、周波数2×faの信号を抽出する第1信号処理部18と周波数がfa未満の信号を抽出する第2信号処理部20を備えている。演算部22はこれらの信号処理部18,20からの信号に基づき、測定対象成分の分子数密度が高調波同期検出法を適用することができる低い分子数密度であるときは第1信号処理部18からの信号に基づいて高調波同期検出法を用いた演算を行ない、測定対象成分の分子数密度が高調波同期検出法を適用することができない高い分子数密度であるときは直接吸収スペクトル法を用いた演算を行なう。
【選択図】 図1
Description
Signal(ν)∝(I0(ν)−I(ν)) (10)
本発明の第1実施例を図1及び図2A、2Bを用いて説明する。この実施例のガス分析装置は、測定対象成分中の水分の分子数密度を測定する水分測定装置である。
次に、第2実施例について図4A〜4Fを用いて説明する。この実施例のガス分析装置の装置全体の構成は図1と同様であるが、この実施例ではレーザ光の光周波数が走査されることから、信号処理系統は一部異なる。以下に第1実施例との相違部分を中心に説明する。
加算器26では加算器27からの周波数fbの鋸波信号27Sに変調周波数faの信号39Sが加算されて、図4Dに示されるような駆動信号26Sとなって電圧/電流変換器28に印加される。この駆動信号によりレーザ発振が制御されることにより、発生するレーザ光は周波数fbの鋸波で波長が発振周波数ν0を中心として走査され、周波数faで変調されたものとなる。走査周波数fbは変調周波数faよりもかなり低く、数Hz〜数百Hzが好ましい。変調周波数faは一般的に数kHz〜数MHz程度である。このように、周波数faで変調させた正弦波を加えたレ−ザ光が試料ガスに照射される。ここで、周波数faの正弦波の振幅の大きさは周波数fbの鋸波の振幅よりも充分に小さい方が望ましい。これは実施例1と同様に、あまり大きすぎると第2信号処理部20aで検出する信号強度I(ν0)中に他の光周波数の成分影響が強く現れてしまい、正確な測定が出来な
次に、ガス分析装置の第3実施例を図8A、8Bを用いて説明する。この実施例では、波長可変レーザ装置6から発せられるレ−ザ光の一部をビームスプリッタ7で試料セル2へ照射されるレーザ光から分岐させ、試料セル2を通過させることなく受光部8b側へ導くように構成する。受光部8bは、試料セル2内を通過させたレーザ光を検出するためのフォトダイオード40aとフォトダイオード40aの電流信号を電圧信号に変換する電流/電圧変換器42aに加え、試料セル2内を通過させないレーザ光を検出するためのフォトダイオード40bと電流/電圧変換器42bを備え、試料セル2内を通過させたレーザ光と通過させないレーザ光とを同時に別個の検出器で検出する。フォトダイオード40bでは試料セル2内を通過させないレーザ光を検出するため、この検出信号を測定対象成分による吸収がない場合の検出信号、すなわち参照光強度信号として使用する。
4 光学チャンバ
6 波長可変レーザ装置
8,8b 受光部
10a,10b 反射鏡
12 光源駆動部
14 制御部
16 変調部
18 第1信号処理部
20,20a,20b 第2信号処理部
22,22a,22b 演算部
23−1,23−1a 第1演算手段
23−2,23−2a 第2演算手段
24 オフセット直流電圧発生部
25 切替え手段
26 加算器
28 電圧電流変換器
30 クロック生成部
32 直流電圧発生器
34 分周器
36 乗算器
38,46 バンドパスフィルタ
39 移相器
40,40a,40b フォトダイオード
42,42a,42b 電流/電圧変換器
44 同期検波部
48,52 A/Dコンバータ
50 ローパスフィルタ
Claims (9)
- 試料ガスを流通させる試料セルと、
前記試料セルに対して試料ガス中の測定対象成分が吸収をもつ特定の光周波数のレーザ光を照射するレーザ照射部と、
前記レーザ光を照射するための駆動電流を前記レーザ照射部に印加する光源駆動部と、
前記光源駆動部から前記レーザ照射部に印加する前記駆動電流を第1の周波数faの変調周波数で変調する変調部と、
前記試料セル内部を通過した前記レーザ光を受光する受光部と、
前記受光部の光検出信号を前記変調周波数の整数倍の周波数で同期検波して高調波同期検出法により高調波信号強度Signal(ν)を検出する第1信号処理部と、
前記受光部の光検出信号を前記第1信号処理部を経ずに取り込み、周波数フィルタによって前記第1の周波数fa以上の周波数成分を遮断し、前記特定の光周波数での光強度信号I(ν)を検出する第2信号処理部と、
前記第1信号処理部で検出された高調波信号強度Signal(ν)及び前記第2信号処理部で検出された光強度信号I(ν)を取り込み、試料ガス中の前記測定対象成分の分子数密度cを算出する演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記レーザ光が前記特定周波数において前記測定対象成分による吸収を受けなかったときの参照光強度信号をI0(ν)として、前記高調波信号強度Signal(ν)と参照光強度信号I0(ν)とから試料ガス中における測定対象成分の分子数密度cを算出する第1演算手段と、
前記光強度信号I(ν)と参照光強度信号I0(ν)とから直接吸収スペクトル測定法により試料ガス中における測定対象成分の分子数密度cを算出する第2演算手段と、
を備えているガス分析装置。 - 前記演算部は切替え手段を備え、
該切替え手段は前記光強度信号I(ν)と参照光強度信号I0(ν)とから試料中の前記測定対象成分の分子数密度が高調波同期検出法による測定に適した低い分子数密度であるか又はそれより高い分子数密度で直接吸収スペクトル測定法による測定に適した分子数密度であるかを判定し、高調波同期検出法による測定に適した分子数密度であるとの判定結果を得たときは第1演算手段による算出分子数密度cを出力し、直接吸収スペクトル測定法による測定に適した分子数密度であるとの判定結果を得たときは第2演算手段による算出分子数密度cを出力するように出力を切り替えるものである請求項1に記載のガス分析装置。 - 前記切替え手段は、ln(I0(ν)/I(ν))もしくは(I0(ν)−I(ν))/I0(ν)が予め定めた値以下のときに高調波同期検出法による測定に適した低い分子数密度であるとの判定結果を得、前記値がその予め定めた値よりも大きいときに直接吸収スペクトル測定法による測定に適した分子数密度であるとの判定結果を得るものである請求項2に記載のガス分析装置。
- 前記切替え手段は、前記光強度信号I(ν)と参照光強度信号I0(ν)の差が予め設定した値以下のときに高調波同期検出法による測定に適した分子数密度であるとの判定結果を得、前記差がその設定値よりも大きいときに直接吸収スペクトル測定法による測定に適した分子数密度であるとの判定結果を得るものである請求項2に記載のガス分析装置。
- 前記光源駆動部は前記レーザ照射部から照射されるレーザ光の周波数が前記特定周波数となるように前記レーザ照射部に印加する駆動電流を設定しているものであり、
前記演算部は前記レーザ光が前記特定周波数において前記測定対象成分による吸収を受けなかったときの参照光強度信号I0(ν)を保持する参照光強度信号I0(ν)保持部を備えており、
前記第1演算手段と第2演算手段は参照光強度信号I0(ν)として前記参照光強度信号I0(ν)保持部に保持されている参照光強度信号I0(ν)値を使用する請求項1から4のいずれか一項に記載のガス分析装置。 - 前記特定周波数が前記測定対象成分の吸収線の中心周波数(ν0)である請求項5に記載のガス分析装置。
- 前記レーザ照射部が測定対象成分による吸収を受けない周波数のレーザ光まで発振するように前記レーザ照射部に印加するレーザ駆動電流を変化させるレーザ波長走査用電流生成部を備え、
前記第2信号処理部は、前記レーザ波長走査用電流生成部によって前記レーザ照射部が測定対象成分による吸収を受けない周波数のレーザ光を発振したときのその吸収を受けない周波数における透過光強度も測定し、その結果から近似的に測定対象成分による光吸収がない場合に相当する前記特定周波数での参照光強度信号I0(ν)を算出する部分を備えている請求項1から4のいずれか一項に記載のガス分析装置。 - 前記レーザ波長走査用電流生成部は、前記第1の周波数faよりも低い第2の周波数fb周期の鋸波を発生させるものである請求項7に記載のガス分析装置。
- 前記試料セルと前記レーザ照射部との間に配置され、前記レーザ照射部から出射されたレーザ光を試料セル内に入射するレーザ光と試料セルに入射しないレーザ光に分岐させるビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタにより分岐されて前記試料セルに入射しない側のレーザ光を受光する参照用受光部とをさらに備え、
前記第2信号処理部は、前記参照用受光部による検出信号を周波数フィルタによって第1の周波数fa成分以上を遮断し,その処理後に現れた前記特定周波数での光強度を検出して、それを測定対象成分による光吸収がない場合に相当する前記特定周波数での参照光強度信号I0(ν)とする部分を備えている請求項1から4のいずれか一項に記載のガス分析装置。
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