JP2012108156A - Gas concentration measurement method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に生じるガスや、あるいは該密閉容器から外部に排出されるガス、あるいは排出されたガスが滞留する可能性の高い場所におけるガス等のガス濃度を計測する計測方法および計測装置に関する。 The present invention relates to a gas generated in a closed container such as a boiler, a garbage incinerator, a combustion chamber of a combustion engine, a gas discharged to the outside from the closed container, or a place where the discharged gas is highly likely to stay. The present invention relates to a measuring method and a measuring apparatus for measuring a gas concentration of gas or the like in the gas.
従来から、ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に発生するガスの濃度を測定するための手法として、レーザ光を用いる技術が開発されている。このレーザ光を用いるガス濃度測定技術は、ガス種別毎に特有波長を吸収する性質を持つことを利用し、ガス雰囲気中に特定波長のレーザ光を照射して、ガス雰囲気を通過したレーザ光のスペクトルを分析することで、特定ガス種別の濃度を把握するものであり、吸収分光法といわれている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique using a laser beam has been developed as a technique for measuring the concentration of gas generated in a closed container such as a boiler, a garbage incinerator, or a combustion chamber of a combustion engine. This gas concentration measurement technology using laser light utilizes the property of absorbing a specific wavelength for each gas type, and irradiates laser light of a specific wavelength in the gas atmosphere, and the laser light that has passed through the gas atmosphere. By analyzing the spectrum, the concentration of a specific gas type is grasped, which is called absorption spectroscopy.
その例として、特許文献1(特開平10−142148号公報)が知られており、該特許文献1には、背景光(バックグラウンドノイズ)がある条件下でも、特定種別のガス濃度を正確に測定することができるように、レーザ光を周波数変調して計測する主計測光と、別のセンサで計測する背景光とを用いて、主計測光と背景光との差分を演算することでバックグラウンドノイズを低減する手法が示されている。 As an example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-142148) is known. In Patent Document 1, the concentration of a specific type of gas is accurately measured even under conditions with background light (background noise). The background noise is calculated by calculating the difference between the main measurement light and the background light using the main measurement light that is measured by frequency-modulating the laser light and the background light that is measured by another sensor so that it can be measured. A technique for reducing the above is shown.
また、特許文献2(特許3342446号公報)においては、前記特許文献1と同様に主計測光と、別のセンサで計測する背景光とを用いて、主計測光と背景光との差分を演算することで(差分回路方式)、バックグラウンドノイズを低減する手法が示されており、さらには、レーザ光の変調を単一の周波数でなく2つの異なる周波数で変調(二重変調)することによって、単一周波数による変調では計測用レーザの多重反射(フリンジ)に起因する計測値のドリフトが発生しやすいが、その計測値のドリフトを抑制する技術が示されている。 Moreover, in patent document 2 (patent 3342446 gazette), the difference of main measurement light and background light is calculated using main measurement light and the background light measured by another sensor similarly to the said patent document 1. (Difference circuit method) shows a technique for reducing background noise, and further, by modulating the laser light not at a single frequency but at two different frequencies (double modulation), Although modulation with a single frequency is likely to cause a drift in the measurement value due to multiple reflection (fringing) of the measurement laser, a technique for suppressing the drift in the measurement value is shown.
該特許文献2に示されるガス濃度計測装置の概要を、図10を参照して説明する。
レーザ光を発振するための半導体レーザダイオード(LD)01からなる光源は、LDドライバ02の制御回路に接続され、LDの温度と電流が制御されるようになっている。発振されたレーザ光は、ハーフミラー03で反射されて一方の光学窓から他方の光学窓に向けてレーザ光Lが計測領域に入射される。計測領域を通過したレーザ光は、他方の光学窓の近傍に配置された受光手段としての2つのフォトダイオード(PD2、PD3)04、05によって受光されるようになっている。
An outline of the gas concentration measuring apparatus disclosed in Patent Document 2 will be described with reference to FIG.
A light source composed of a semiconductor laser diode (LD) 01 for oscillating laser light is connected to a control circuit of an
一方のフォトダイオード04は光軸上に配置されて計測領域を通過したレーザ光Lを受光するようになっていて、他方のフォトダイオード05は、レーザ光軸から外れたところに配置され、計測領域の火炎から発せられる光を背景光として受光するようになっている。この二つのフォトダイオード04、05からの受光信号は、測定ユニット06を経由してAD変換器07に入力されて、そこからコンピュータ08に送られる。
One
しかし、前記特許文献1、2に示される技術は、何れも1種類のガス濃度を測定するための技術であり、1個のレーザダイオードから発光される1本の照射レーザ光Lについて示されている。
特に、特許文献2においては2つのサイン波発生器09、010で変調することが示されているが、これはレーザの多重反射(フリンジ)に起因する計測値のドリフトを防止するためのものであり多種類のガス濃度の測定を1本の照射レーザ光Lで可能とする技術ではない。
従って、複数種類のガス濃度を計測しようとするには複数本の照射レーザ光を設ける等のシステムにしなければならず、計測効率の悪化と計測装置の複雑化と装置コストの増加を招くおそれがあり、1本の照射レーザ光を用い、1個または複数個のレーザダイオードからのレーザ光によって複数種類のガス濃度を効率よく測定する技術が必要である。
However, the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 are all techniques for measuring one kind of gas concentration, and are shown for one irradiation laser light L emitted from one laser diode. Yes.
In particular, Patent Document 2 shows that modulation is performed by two sine wave generators 09 and 010, but this is for preventing drift of a measurement value due to multiple reflection (fringe) of a laser. It is not a technique that enables measurement of various gas concentrations with a single irradiation laser beam L.
Therefore, in order to measure a plurality of types of gas concentrations, a system such as providing a plurality of irradiation laser beams must be provided, which may lead to deterioration in measurement efficiency, complication of the measurement apparatus, and increase in apparatus cost. There is a need for a technique for efficiently measuring a plurality of types of gas concentrations by using one irradiation laser beam and laser beams from one or a plurality of laser diodes.
そこで、本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に発生するガス、あるいは該密閉容器から外部に排出されるガス等のガス濃度を、レーザ光を用いての測定であって、複数種のガス濃度を、効率よく簡単なシステムで計測可能とするガス濃度計測方法および計測装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such a background, and gas generated in a closed container such as a boiler, a garbage incinerator, a combustion chamber of a combustion engine, or the like, is discharged to the outside from the closed container. An object of the present invention is to provide a gas concentration measurement method and a measurement apparatus that can measure a gas concentration such as a gas using a laser beam and that can measure a plurality of types of gas concentrations with an efficient and simple system. .
前記課題を解決するため、本第1発明は、測定ガス雰囲気内に特定波長のレーザ光を照射して、該特定波長のレーザ光の吸収量からガス濃度を計測するガス濃度計測方法において、複数個のレーザダイオードの発振波長を複数種のガスに対応する吸収波長に設定し、各レーザダイオードからの発振光を時分割して生成し、該生成された発振光を同一のレーザビームによって照射し、照射されたレーザ光を受光して得られる受光信号から複数種のガス濃度を求めることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the first invention includes a plurality of gas concentration measurement methods in which a measurement gas atmosphere is irradiated with laser light of a specific wavelength, and the gas concentration is measured from the amount of absorption of the laser light of the specific wavelength. The oscillation wavelength of each laser diode is set to an absorption wavelength corresponding to a plurality of types of gases, the oscillation light from each laser diode is generated in a time-sharing manner, and the generated oscillation light is irradiated with the same laser beam. The method is characterized in that a plurality of types of gas concentrations are obtained from a received light signal obtained by receiving irradiated laser light.
そして、前記時分割の発振光は、各レーザダイオードを駆動する駆動電流を時分割制御することで生成しても、各レーザダイオードから連続発振されているレーザ光を時分割して生成してもよい。 The time division oscillation light may be generated by time division control of the drive current for driving each laser diode, or the laser light continuously oscillated from each laser diode may be generated by time division. Good.
かかる発明によれば、時分割して交互にそれぞれのレーザ光が受光手段に照射されてくるため、それぞれのガスに対応する信号の取出しが容易であり、複数種のガス濃度を簡単確実に算出可能になる。
また、連続発振されているレーザ光を時分割して生成する場合には、発光状態が安定し、精度の高い計測が維持される。
According to this invention, since each laser beam is irradiated onto the light receiving means alternately in a time-division manner, it is easy to extract signals corresponding to each gas, and a plurality of types of gas concentrations can be calculated easily and reliably. It becomes possible.
Further, when laser light that is continuously oscillated is generated in a time-sharing manner, the light emission state is stabilized and highly accurate measurement is maintained.
次に、第2発明は、測定ガス雰囲気内に特定波長のレーザ光を照射して、該特定波長のレーザ光の吸収量からガス濃度を計測するガス濃度計測方法において、複数個のレーザダイオードの発振波長を複数種のガスに対応する吸収波長に設定し、各レーザダイオードを連続発振するように駆動電流を印加し、各レーザダイオードからの発振光を合波して同一のレーザビームで照射し、照射されたレーザ光を受光して得られる受光信号を、各ガスの変調周波数を基にそれぞれのガスに対する信号を取出して、複数種のガス濃度を求めることを特徴とする。 Next, a second invention is a gas concentration measurement method for irradiating a measurement gas atmosphere with laser light of a specific wavelength and measuring the gas concentration from the absorption amount of the laser light of the specific wavelength. The oscillation wavelength is set to an absorption wavelength corresponding to multiple types of gases, a drive current is applied so that each laser diode continuously oscillates, and the oscillation light from each laser diode is combined and irradiated with the same laser beam. The light receiving signal obtained by receiving the irradiated laser light is extracted from the signal for each gas based on the modulation frequency of each gas to obtain a plurality of types of gas concentrations.
かかる第2発明によれば、各ガスの変調周波数を全て異ならせて、受光後に夫々のガスを変調周波数に基づいて電気的に分離して取出すため、変調周波数の設定によって、電気的に確実にそれぞれのガスを分離して計測できる。
また、レーザダイオード自体は発光の停止、始動を繰り返さず連続発光状態のため、発光が安定しおり、精度の高い計測が維持される。
According to the second aspect of the invention, the modulation frequencies of the respective gases are all made different, and the respective gases are electrically separated and taken out based on the modulation frequency after light reception. Each gas can be measured separately.
In addition, since the laser diode itself is in a continuous light emission state without repeatedly stopping and starting light emission, the light emission is stable, and highly accurate measurement is maintained.
次に、第3発明は、測定ガス雰囲気内に特定波長のレーザ光を照射して、該特定波長のレーザ光の吸収量からガス濃度を計測するガス濃度計測方法において、複数個のレーザダイオードの発振波長を複数種のガスに対応する吸収波長に設定し、各レーザダイオードを連続発振するように駆動電流を印加し、各レーザダイオードからの発振光を合波して同一のレーザビームで照射し、照射されたレーザ光を受光して得られる受光信号を、受光ダイオードで受光する前に光フィルタまたは偏向面によってそれぞれのガスに対する信号に分離して、複数種のガス濃度を求めることを特徴とする。 Next, a third invention is a gas concentration measurement method for irradiating a measurement gas atmosphere with laser light of a specific wavelength and measuring the gas concentration from the absorption amount of the laser light of the specific wavelength. The oscillation wavelength is set to an absorption wavelength corresponding to multiple types of gases, a drive current is applied so that each laser diode continuously oscillates, and the oscillation light from each laser diode is combined and irradiated with the same laser beam. The light receiving signal obtained by receiving the irradiated laser light is separated into signals for each gas by an optical filter or a deflecting surface before being received by the light receiving diode, and a plurality of types of gas concentrations are obtained. To do.
かかる第3発明によれば、レーザ光の受光手段側でしかも、受光手段に入力される前に光フィルタまたは偏向面によってそれぞれのガスに対する信号に分離するため、複雑な電気回路を要せず装置が簡単化される。 According to the third aspect of the invention, since the laser light is separated into the signals for the respective gases by the optical filter or the deflecting surface before being input to the light receiving means, the apparatus does not require a complicated electric circuit. Is simplified.
また、第4発明は、第1発明の方法を実施するための装置発明であり、測定ガス雰囲気内に特定波長のレーザ光を照射して、該特定波長のレーザ光の吸収量からガス濃度を計測するガス濃度計測装置において、複数個の前記レーザダイオードと、発振波長が複数種のガスに対応する吸収波長に設定された各レーザダイオードからの発振光を時分割して生成する時分割手段と、該時分割して生成された複数種のガスに対応するレーザ光を同一のレーザビームによって照射し、照射されたレーザ光を受光する受光手段と、該受光手段によって受光された受光信号から前記時分割手段によって分割されたそれぞれのガス濃度を求めることを特徴とする。 Further, the fourth invention is an apparatus invention for carrying out the method of the first invention, wherein the gas concentration is determined from the amount of absorption of the laser light of the specific wavelength by irradiating the measurement gas atmosphere with the laser light of the specific wavelength. In the gas concentration measuring device to measure, a plurality of the laser diodes, and time division means for generating the oscillation light from each laser diode whose oscillation wavelength is set to an absorption wavelength corresponding to a plurality of types of gas in a time division manner Irradiating laser light corresponding to a plurality of types of gases generated by the time division with the same laser beam, and receiving light from the irradiated laser light, and the light receiving signal received by the light receiving means Each gas concentration divided | segmented by the time division means is calculated | required, It is characterized by the above-mentioned.
かかる第4発明によれば、第1発明と同様に、かかる発明によれば、時分割して交互にそれぞれのレーザ光が受光手段に照射されてくるため、それぞれのガスに対応する信号の取出しが容易であり、複数種のガス濃度を簡単確実に算出可能になる。 According to the fourth invention, similarly to the first invention, according to such an invention, each laser beam is alternately irradiated to the light receiving means in a time-division manner, and therefore, signals corresponding to the respective gases are taken out. Therefore, it is possible to calculate a plurality of types of gas concentrations easily and reliably.
つぎに、第5発明は、第2発明の方法を実施するための装置発明であり、測定ガス雰囲気内に特定波長のレーザ光を照射して、該特定波長のレーザ光の吸収量からガス濃度を計測するガス濃度計測装置において、複数個の前記レーザダイオードと、発振波長が複数種のガスに対応する吸収波長に設定された各レーザダイオードから連続発振するようにレーザダイオードに駆動電流を供給する電流駆動回路と、各レーザダイオードからの発振光を合波して照射されたレーザ光を受光する受光手段と、該受光手段によって受光された受光信号から各ガスの変調周波数を基にそれぞれのガス信号を取り出す復調手段とを有し、該復調手段によって夫々のガス信号を取出してガス濃度を求めることを特徴とする。 Next, the fifth aspect of the invention is an apparatus invention for carrying out the method of the second aspect of the invention, wherein a laser beam having a specific wavelength is irradiated in a measurement gas atmosphere, and the gas concentration is determined from the absorption amount of the laser beam having the specific wavelength. In the gas concentration measuring apparatus for measuring the gas, a driving current is supplied to the laser diode so as to continuously oscillate from the plurality of laser diodes and the laser diodes whose oscillation wavelengths are set to absorption wavelengths corresponding to a plurality of types of gases. A current driving circuit; a light receiving means for receiving the laser light irradiated by combining the oscillation light from each laser diode; and a gas based on the modulation frequency of each gas from the light reception signal received by the light receiving means. And a demodulating means for extracting a signal. The demodulating means extracts each gas signal to obtain the gas concentration.
また、第6発明は、第3発明の方法を実施するための装置発明であり、被測定ガス雰囲気内に特定波長のレーザ光を照射して、該特定波長のレーザ光の吸収量からガス濃度を計測するガス濃度計測装置において、
複数個の前記レーザダイオードと、発振波長が複数種のガスに対応する吸収波長に設定された各レーザダイオードから連続発振するように駆動電流を印加する駆動電流制御手段と、各レーザダイオードからの発振光を合波して照射されたレーザ光を受光する受光手段と、該受光手段で受光する前にそれぞれのガスに対応するガス信号を分離する光フィルタまたは偏向面からなる光分離手段とを有し、該光分離手段によって夫々のガス信号を取出してガス濃度を求めることを特徴とする。
The sixth invention is an apparatus invention for carrying out the method of the third invention, wherein the gas concentration is determined from the amount of absorption of the laser light of the specific wavelength by irradiating the measured gas atmosphere with the laser light of the specific wavelength. In the gas concentration measuring device that measures
A plurality of laser diodes; drive current control means for applying a drive current so as to continuously oscillate from each laser diode whose oscillation wavelength is set to an absorption wavelength corresponding to a plurality of gases; and oscillation from each laser diode A light receiving means for receiving the laser light irradiated by combining the light and a light separating means comprising an optical filter or a deflecting surface for separating a gas signal corresponding to each gas before receiving the light by the light receiving means. In addition, the gas concentration is obtained by taking out each gas signal by the light separation means.
かかる第5、6発明によれば、レーザ光の受光手段側でそれぞれのガスに対する信号に分離するため、発光部側の状態は安定しており、安定した計測が維持される。
さらに、第6発明によれば各ガスの変調周波数を全て異ならせて、受光後に夫々のガスを変調周波数に基づいて電気的に分離するため、変調周波数の設定によって、電気的に確実にそれぞれのガスを分離して計測できる。
また、第8発明によれば複雑な電気回路を要せず装置が簡単化される。
According to the fifth and sixth inventions, since the laser light receiving means side separates the signals for the respective gases, the state on the light emitting unit side is stable, and stable measurement is maintained.
Furthermore, according to the sixth invention, the modulation frequencies of the respective gases are all made different so that each gas is electrically separated based on the modulation frequency after light reception. Gas can be measured separately.
Further, according to the eighth invention, the apparatus is simplified without requiring a complicated electric circuit.
本発明によれば、ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に発生するガス、あるいは該密閉容器から外部に排出されるガス等のガス濃度をレーザ光を用いての測定であって、複数種のガス濃度を、効率よく簡単なシステムで計測可能とするガス濃度計測方法および計測装置を提供できる。 According to the present invention, the concentration of a gas generated in a closed container such as a boiler, a waste incinerator, or a combustion chamber of a combustion engine, or a gas discharged to the outside from the closed container is measured using laser light. Thus, it is possible to provide a gas concentration measurement method and a measurement apparatus that can measure a plurality of types of gas concentrations with a simple and efficient system.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
(第1実施形態)
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Only.
(First embodiment)
図1は本発明の第1実施形態に係るガス濃度計測装置2の概要を示す全体構成ブロック図である。
図1に示すように、レーザ光を発振するための半導体レーザダイオード(LD)4からなる光源は、LDドライバのLD電流駆動回路6、およびLD温度駆動回路8に接続され、該駆動回路でLD4の温度と電流が制御されるようになっている。
LD電流駆動回路6には、加算器9を経由して、直流電流10、ランプ波12、変調信号f、変調信号w、さらに、波長切換手段14からの波長ロック信号16と該波長ロック信号を基準信号として切換後の切換後波長信号18とがそれぞれ印加される。
FIG. 1 is an overall configuration block diagram showing an outline of a gas concentration measuring apparatus 2 according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a light source composed of a semiconductor laser diode (LD) 4 for oscillating a laser beam is connected to an LD
The LD
直流電流10は、半導体レーザダイオード4を駆動するための電流であり、変調信号f、変調信号wは、レーザ光に対して周波数変調を施すために印加する信号であり、また、ランプ波12は、測定対象ガス固有の吸収スペクトルのところでレーザ発振波長をゆっくりと掃引させるために印加する信号である。
The direct current 10 is a current for driving the
半導体レーザダイオード4から発振されたレーザ光は、光ファイバのレーザ光路20を通って、分波器22に導かれる。この分波器22で、参照ガスセル24と計測領域とへ分波され、計測領域へ分波されたレーザ光は、レーザビームLによってエンジンの燃焼室内、またはエンジンの排気管内のガス流通領域に一方のコリメータ(光学レンズ)26から他方のコリメータ(光学レンズ)28に向けて照射される。
そして、計測領域を通過したレーザ光は、他方のコリメータ28の近傍に配置された受光手段30のフォトダイオード(PD)(受光ダイオード)によって受光され、プリアンプで増幅されるようになっている。
The laser light oscillated from the
The laser light that has passed through the measurement region is received by a photodiode (PD) (light receiving diode) of the light receiving means 30 disposed in the vicinity of the
図1に示すように、受光手段30によって受光された信号は、その後、復調処理手段32に送られる。復調処理手段32の部分は、二個所から入力され、一方の入力側からは、バンドパスフィルタ(BPF)34と、ACアンプ36と、第1ロックインアンプ(変調信号fによる復調手段)38と、第2ロックインアンプ(変調信号wによる復調手段)40と、DCアンプ42とが直列に接続されて構成されている。
また、他方の入力側からは、ローパスフィルタ(LPF)44と、DCアンプ46とが直列に接続されて構成されている。それぞれのDCアンプ42、46からの出力はAD変換器48に入力されて、そこからコンピュータ50に送られるようになっている。
As shown in FIG. 1, the signal received by the light receiving means 30 is then sent to the demodulation processing means 32. The part of the demodulation processing means 32 is inputted from two places. From one input side, a band pass filter (BPF) 34, an
Further, a low-pass filter (LPF) 44 and a
一方の入力側からの受光信号は、バンドパスフィルタ34によって一定周波数帯域の信号を通過させ、ACアンプ36で増幅される。その後、第1ロックインアンプ(変調信号fによる復調手段)38へ入力して、この第1ロックインアンプ38では、変調信号fが参照信号として入力されて該変調信号fと同期する信号が取り出される。さらに、第2ロックインアンプ(変調信号wによる復調手段)40へ入力して、この第2ロックインアンプ40では、変調信号wが参照信号として入力されて該変調信号wと同期する信号が取り出される。
The received light signal from one input side is passed through a signal of a certain frequency band by a
このようにして、変調信号f、wで二重に周波数変調されたレーザ光から、第1ロックインアンプ38と第2ロックインアンプ40とによって復調して目的の信号成分を取り出すようになっている。
In this way, the target signal component is extracted from the laser light that is doubly frequency-modulated with the modulation signals f and w by the first lock-in
また、復調処理手段32の他方の入力側からの受信信号は、ローパスフィルタ44によって低周波成分だけを通過させて、DCアンプ46によって増幅して、受光信号中の直流成分の検出値としてAD変換器48に入力される。
AD変換器48を通過後のデジタル信号はコンピュータ50に入力されて、前記第138、および第2ロックインアンプ40からの信号成分と、前記直流成分との計測結果に基づいて対象ガス濃度の解析処理が行われる。
Further, the received signal from the other input side of the demodulation processing means 32 passes only the low frequency component by the
The digital signal after passing through the
一方、分波器22から参照ガスセル24へと分波されたレーザ光は、標準信号処理手段52に入力される。レーザ光を参照ガスセル24に封入された一定圧力の既知濃度の標準ガス内を流通させて、受光手段54によって受光し、前記復調処理手段32と同様の信号処理を施して、AD変換器48に出力される。そして、ガス濃度の検定、補正等の処理に用いられる。
On the other hand, the laser beam demultiplexed from the
標準信号処理手段52のうち、図1に示すように、バンドパスフィルタ(BPF)56と、ACアンプ58と、第3ロックインアンプ(変調信号fによる復調手段)60と、第5ロックインアンプ(変調信号wによる復調手段)62と、DCアンプ64とが直列に接続される回路から、標準ガスから変調信号f、wで変調された目的信号が取り出され、その信号を基に、波長切換手段14の波長ロック信号16が設定される。さらにその波長ロック信号16に一定値を加算した切換後波長信号18が形成される。
Among the standard signal processing means 52, as shown in FIG. 1, a band pass filter (BPF) 56, an
図3を参照して、波長切換手段14について説明する。例えば、測定すべきガスの種類がNH3ガスとH2Oガスの場合には、それぞれの波長が1.512μm付近にあり、またN2OガスとNH3ガスの場合には1.517μm付近に存在するので、1個のレーザダイオードの電流による波長掃引範囲内でこれら2種のガスの光吸収が観測可能である。 The wavelength switching means 14 will be described with reference to FIG. For example, when the types of gases to be measured are NH 3 gas and H 2 O gas, the respective wavelengths are in the vicinity of 1.512 μm, and in the case of N 2 O gas and NH 3 gas, the wavelength is about 1.517 μm. Therefore, the light absorption of these two gases can be observed within the wavelength sweep range by the current of one laser diode.
例えば、NH3ガスとH2Oガスの2種のガスを測定する場合に、アンモニアNH3の吸収中心波長λ1を基準としてロック波長とし、参照ガスセル24へ該アンモニアNH3ガスを封入して、標準信号処理手段52の前記バンドパスフィルタ(BPF)56と、ACアンプ58と、第3ロックインアンプ60と、第5ロックインアンプ62と、DCアンプ64とが直列に接続される回路からの出力によって算出される吸収波長を、ロック波長λ1として設定する。
For example, when measuring two kinds of gases, NH 3 gas and H 2 O gas, the ammonia NH 3 gas is sealed in the
そして、図3(a)(b)に示すように、アンモニアNH3の吸収中心波長λ1を発振させるための電流I1と、水蒸気H2Oの吸収中心波長λ2を発振させるための電流I2を時間分割Δtで交互に切り換えて発振させる。電流I2は、I2=I1+ΔIであり、切換後波長信号18として設定される。
波長ロック信号16と切換後波長信号18とが交互にパルス状の切換電流として波長切換手段14で生成されて、加算器9へ入力される。
電流I1が印加されたときに、λ1におけるガスの吸収信号を検出し、電流I2が印加された時に、波長λ2におけるガスの吸収信号を検出することによって、1個のレーザダイオード4によって、NH3ガスとH2Oガスの2種のガス濃度の計測ができる。
Then, as shown in FIGS. 3A and 3B, a current I1 for oscillating the absorption center wavelength λ1 of ammonia NH 3 and a current I2 for oscillating the absorption center wavelength λ2 of water vapor H 2 O are timed. Oscillation is performed by alternately switching at the division Δt. The current I2 is I2 = I1 + ΔI, and is set as the
The
By detecting the gas absorption signal at λ1 when the current I1 is applied and by detecting the gas absorption signal at the wavelength λ2 when the current I2 is applied, the
なお、復調処理手段32での処理が、NH3ガスとH2Oガスとのどちらのガスに対する処理化かが分かるように、I1が印加されたときのタイミングと、電流I2が印加されたときのタイミング、すなわち時間分割(Δt)のタイミングが、コンピュータ50に自動的に取り込まれて、測定濃度の算出において2種のガスが区別されて算出されるようになっている。
It should be noted that the timing when I1 is applied and the current I2 is applied so that the processing in the demodulation processing means 32 can be performed with respect to which of NH 3 gas and H 2 O gas is processed. In other words, the timing of time division (Δt) is automatically taken into the
また、波長切換手段14では、波長λ1を発振させるための電流I1が印加されたときの波長のずれ信号を検出して、波長のずれを補正する信号を発生して、ロック波長λ1からのずれを補正して波長の安定化を行っている。 The wavelength switching means 14 detects a wavelength shift signal when the current I1 for oscillating the wavelength λ1 is applied, generates a signal for correcting the wavelength shift, and shifts from the lock wavelength λ1. Is used to stabilize the wavelength.
なお、時間分割(Δt)の間隔は、測定すべきガスに応じて設定され、エンジンの燃焼室内を測定対象とする場合には、エンジン回転数に応じて、例えば回転数の上昇とともに小さくするように可変化させても良く、さらに、爆発燃焼の1サイクル内に2種のガス計測ができるようにΔtを設定することも可能である。
また、NH3ガスの吸収中心波長λ1をロック波長として説明したが、H2Oガスの吸収中心波長λ2をロック波長として電流設定してもよい。
Note that the time division (Δt) interval is set according to the gas to be measured, and when the combustion chamber of the engine is to be measured, the time division (Δt) is decreased with increasing engine speed, for example, according to the engine speed. Further, it is possible to set Δt so that two types of gas can be measured within one cycle of explosion combustion.
Moreover, although the absorption center wavelength λ1 of the NH 3 gas has been described as the lock wavelength, the current may be set using the absorption center wavelength λ2 of the H 2 O gas as the lock wavelength.
以上のように、1個のレーザダイオード4の駆動電流による波長掃引範囲内で、隣接するガス吸収波長λ1、λ2の間を、駆動電流I1、I2を交互に切り換えて、1個のレーザダイオード4から2種のガスに対応するレーザ光を時間分割(Δt)して照射するようにしたため、1個のレーザダイオードで2種のガス濃度を同一のレーザビームLによって同時に測定可能となり、システムの簡素化が図れ、ガス計測装置のコスト低減となる。
(第2実施形態)
As described above, the drive currents I1 and I2 are alternately switched between the adjacent gas absorption wavelengths λ1 and λ2 within the wavelength sweep range by the drive current of one
(Second Embodiment)
次に、図2、図4を参照して、第2実施形態について説明する。
第2実施形態は、第1実施形態に対して、波長ロック信号を、第1参照ガスセル70と第2参照ガスセル72とにそれぞれ封入したガスの吸収波長にロックする点が相違するのみで、他の構成要素は第1実施形態と同様であるため、同一符号を付してして説明は省略する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
The second embodiment differs from the first embodiment only in that the wavelength lock signal is locked to the absorption wavelength of the gas enclosed in the first
標準信号処理手段74には、第1参照ガスセル70と第2参照ガスセル72とが直列に配設して、例えば、第1参照ガスセル70には、既知濃度のNH3ガスが封入され、第2参照ガスセル72には、既知濃度のH2Oガスが封入され、バンドパスフィルタ(BPF)76と、ACアンプ78と、第3ロックインアンプ80と、第5ロックインアンプ82と、DCアンプ84とが直列に接続される回路からの出力を、波長切換手段86に送って、それぞれの参照ガスに基づく吸収波長を、第1ロック波長λ1と、第2ロック波長λ2として設定する。
In the standard signal processing means 74, a first
波長切換手段86では、図4(a),(b)に示すように、ロック波長λ1と、λ2に基づいて駆動電流I1、I2を設定して、第1波長ロック信号88と第2波長ロック信号90として時間分割(Δt)で交互にパルス状の切換電流を発生させて加算器9へ出力する。
In the wavelength switching means 86, as shown in FIGS. 4A and 4B, the drive currents I1 and I2 are set based on the lock wavelengths λ1 and λ2, and the first wavelength lock signal 88 and the second wavelength lock are set. As a
第2実施形態では、第1実施形態と同様の作用効果を有するとともに、さらに、アンモニアNH3の吸収中心波長λ1を発振させるための電流I1と、H2Oの吸収中心波長λ2を発振させるための電流I2をそれぞれ、参照ガスセルに封入された標準ガスを基に設定するため、実施例1のようなI2を切換量ΔIの加算によって求めるのに比べて正確な基準電流値が設定されるので誤差が生じにくく、精度が向上する。 The second embodiment has the same effect as the first embodiment, and further oscillates the current I1 for oscillating the absorption center wavelength λ1 of ammonia NH 3 and the absorption center wavelength λ2 of H 2 O. Since the current I2 is set based on the standard gas sealed in the reference gas cell, an accurate reference current value is set as compared with the case where I2 is obtained by adding the switching amount ΔI as in the first embodiment. Errors are less likely to occur and accuracy is improved.
(第3実施形態)
次に、図5を参照して、第3実施形態について説明する。
第1、第2実施形態では、1個のレーザダイオード4によって2種のガス濃度を計測する場合を説明したが、第3実施形態は、2個のレーザダイオード100、102を用いて、2種のガス濃度を計測する場合について説明する。
なお、第3、4実施形態は、レーザ光の照射側の改良であり、第5、6、7実施形態はレーザ光の受光側の改良である。
なお、第1実施形態、第2実施形態と同一構成要素については、同一符号を付して設明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
In the first and second embodiments, the case where two types of gas concentrations are measured by one
The third and fourth embodiments are improvements on the laser beam irradiation side, and the fifth, sixth, and seventh embodiments are improvements on the laser beam reception side.
In addition, about the same component as 1st Embodiment and 2nd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
レーザ光を発振するために光源は、第1レーザダイオード(LD1)100と第2レーザダイオード(LD2)102からなり、第1レーザダイオード100は、LD1電流駆動回路104、およびLD1温度駆動回路106に接続されて温度と電流が制御され、第2レーザダイオード102は、LD2電流駆動回路108、およびLD2温度駆動回路110に接続されて温度と電流が制御されるようになっている。
In order to oscillate the laser beam, the light source includes a first laser diode (LD1) 100 and a second laser diode (LD2) 102. The
LD1電流駆動回路104には、加算器112を経由して、第1直流電流114、ランプ波12、変調信号f、変調信号w、さらに、時分割手段116を構成するパルス信号118と、波長ロック信号120とがそれぞれ印加される。また、LD2電流駆動回路108にも、加算器122を経由して、同様の信号が入力される。
The LD1
第1レーザダイオード100と第2レーザダイオードとが交互に発振するように、第1レーザダイオード100に印加する電流(第1直流電流114とパルス信号118との加算電流)は、波長λ1が発振するように設定し、第2レーザダイオード102に印加する電流(第2直流電流124とパルス信号118との加算電流)は、波長λ2が発振するように設定する。
第1レーザダイオード100からの発振レーザと第2レーザダイオード102からの発振レーザは、合波機125によって合流されて、光ファイバのレーザ光路20を通って、分波器27から、ガス流通領域に同一のレーザビームによって照射される。
The current applied to the first laser diode 100 (added current of the first DC current 114 and the pulse signal 118) oscillates at the wavelength λ1 so that the
The oscillating laser from the
図6に示す第1レーザダイオード100からの波長λ1の発振と、第2レーザダイオード102からの波長λ2との発振の概要を示す。
図6では、パルス幅がランプ状であるが、フラットの出力状態であっても良い。また時間分割(Δt)については測定ガスに応じて実施形態1で説明したようなエンジンへの適用に際して適宜設定することができる。
An outline of oscillation of the wavelength λ1 from the
In FIG. 6, the pulse width is ramp-shaped, but it may be a flat output state. Further, the time division (Δt) can be set as appropriate when applied to the engine as described in the first embodiment in accordance with the measurement gas.
時分割して交互にそれぞれのレーザ光が受光手段30に照射されるため、それぞれのガスに対応する信号の取出しが容易であり、複数種のガス濃度を簡単確実に算出可能であり、波長λ1が発振する時間におけるガスの吸収信号から、第1ガスの濃度を計測し、波長λ2が発振する時間におけるガスの吸収信号から、第2ガスの濃度を計測することができる。
なお、時間分割(Δt)のタイミングと取出したガス信号との対応付けは、コンピュータ50において自動的に算出されるようになっている。
Since the respective laser beams are alternately irradiated onto the light receiving means 30 in a time-division manner, it is easy to extract signals corresponding to the respective gases, and it is possible to calculate a plurality of types of gas concentrations easily and reliably, and the wavelength λ1 The concentration of the first gas can be measured from the gas absorption signal at the time when the gas oscillates, and the concentration of the second gas can be measured from the gas absorption signal at the time when the wavelength λ2 oscillates.
Note that the correspondence between the timing of time division (Δt) and the extracted gas signal is automatically calculated by the
(第4実施形態)
次に、図7を参照して、第4実施形態について説明する。
第4実施形態は、第3実施形態に対して、パルス信号によって時分割する個所が第1レーザダイオード100と第2レーザダイオード102の駆動電流ではなく、第1レーザダイオード100と第2レーザダイオード102は連続発振しておき、発振されたレーザ光を一方のコリメータ(光学レンズ)26へ導く光ファイバの途中において光変調器134、136によって時分割する点が相違し、構成要素は第3実施形態と同様であるため、同一符号を付してして説明は省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
Compared with the third embodiment, the fourth embodiment is not the drive current of the
第1レーザダイオード100と第2レーザダイオード102とから発振されたレーザ光は、それぞれ、第1光偏波面コントローラ130、第2光偏波面コントローラ132に送られ、該光偏波面コントローラ130、132を経由して第1光変調器134、第2光変調器136に導かれる。この光偏波面コントローラ130、132ではレーザ光の偏波面を一定に整えて、次の光変調器134、136でのパルス信号138による変調作用を確実に行うようにしている。
The laser beams oscillated from the
第1レーザダイオード100と第2レーザダイオード102とを、連続発振させておき、時分割手段135を構成するパルス信号138に従って第1レーザダイオード100で発振したレーザ光は光変調器134を、第2レーザダイオード102で発振したレーザ光は光変調器136を、時間分割(時間Δt)によって交互に、通過するようになっていて、通過後に合波器139によって合流されて、同一の光ファイバのレーザ光路20を通って、分波器140に入力されて、分波器140にて、標準信号処理手段74の第1参照ガスセル70への流れと計測領域への流れとに分波される。
The
波長λ1が発振する時間におけるガスの吸収信号から、第1ガスの濃度を計測し、波長λ2が発振する時間におけるガスの吸収信号から、第2ガスの濃度を計測することができる。
また、前記第3実施形態に比べて、本第4実施形態によれば、第1、第2レーザダイオード102、102自体の起動を制御するものでなくレーザダイオードからの発光は連続的に行なわれているため、発光状態が安定し、精度の高い計測が可能となる。
The concentration of the first gas can be measured from the gas absorption signal at the time when the wavelength λ1 oscillates, and the concentration of the second gas can be measured from the gas absorption signal at the time when the wavelength λ2 oscillates.
Compared with the third embodiment, according to the fourth embodiment, the activation of the first and
(第5実施形態)
次に、図8を参照して、第5実施形態について説明する。
第5実施形態は、第1レーザダイオード100と第2レーザダイオード102とを、連続発振させておき、受光した信号から波長λ1と波長λ2との信号をそれぞれ変調周波数に基づいて電気的に分離するものである。
なお、第3実施形態、および第4実施形態と同一の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
In the fifth embodiment, the
In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as 3rd Embodiment and 4th Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
1種のガスを計測場合には、計測精度を向上させるために、二つの変調周波数f、w(f=10KHz、w=500Hz)で変調し、順次、復調手段150、152で復調させるが、2種のガスを計測する場合には、それぞれの変調周波数を、異なる周波数に設定することで信号を分離する。 In the case of measuring one kind of gas, in order to improve the measurement accuracy, it is modulated with two modulation frequencies f and w (f = 10 KHz, w = 500 Hz) and sequentially demodulated by the demodulation means 150 and 152. When measuring two kinds of gases, the signals are separated by setting the respective modulation frequencies to different frequencies.
例えば、第1レーザダイオード100は、f1=10KHz、w1=500Hzで変調し、第2レーザダイオード102は、f2=12KHz、w2=600Hzで変調する。
すなわち、受光手段30のプリアンプで増幅した電気信号は、第1復調処理手段154と、第2復調処理手段156とに入力され、第1復調処理手段154の第11ロックインアンプ150で変調周波数f1と同期する信号が、第12ロックインアンプ152で変調周波数w1と同期する信号が復調されて第1レーザダイオード100の吸収信号が検出される。
同様に、第2復調処理手段156の第21ロックインアンプ158で変調周波数f2と同期する信号が、第22ロックインアンプ160で変調周波数w2と同期する信号が復調されて第2レーザダイオード102の吸収信号が検出される。
第1復調処理手段154には、ガス濃度の安定および波長安定化のために第1標準信号処理手段162が設けられ、第2復調処理手段156には、第2標準信号処理手段164が設けられている。
For example, the
That is, the electric signal amplified by the preamplifier of the light receiving means 30 is input to the first demodulation processing means 154 and the second demodulation processing means 156, and the modulation frequency f1 by the eleventh lock-in
Similarly, a signal synchronized with the modulation frequency f2 is demodulated by the 21st lock-in amplifier 158 of the second demodulation processing means 156, and a signal synchronized with the modulation frequency w2 is demodulated by the 22nd lock-in amplifier 160. An absorption signal is detected.
The first demodulation processing means 154 is provided with first standard signal processing means 162 for gas concentration stabilization and wavelength stabilization, and the second demodulation processing means 156 is provided with second standard signal processing means 164. ing.
以上第5実施形態によれば、変調周波数f1、w1、f2、w2を全て異ならせて、受光後に2種のガスを電気的に分離するものであるため、レーザダイオード自体の発光の停止と始動を制御するものでなく発光は連続的に行なわれているため、発光状態は安定し、精度の高い計測が維持される。
また、変調周波数f1、w1、f2、w2の設定によって、電気的に処理されるため、確実に2種のガスを分離して計測できる。
As described above, according to the fifth embodiment, the modulation frequencies f1, w1, f2, and w2 are all made different so that the two gases are electrically separated after light reception. Since the light emission is performed continuously, the light emission state is stable and highly accurate measurement is maintained.
In addition, since electrical processing is performed by setting the modulation frequencies f1, w1, f2, and w2, it is possible to reliably separate and measure the two types of gases.
(第6実施形態)
次に、図9を参照して、第6実施形態について説明する。
第6実施形態は、第1レーザダイオード100と第2レーザダイオード102とを、連続発振させておき、受光手段170、172に受光する前に、波長フィルタ(光分離手段)174を用いて波長λ1と波長λ2との信号を分離するものである。
なお、いままでに説明した実施施形態と同一の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.
In the sixth embodiment, the
In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as embodiment described so far, and description is abbreviate | omitted.
図9に示すように、ガス流通領域を通過してコリメータ(光学レンズ)28に入射したレーザ光は、波長フィルタ174によって、例えば、波長λ1のレーザ光は通過させ、波長λ2のレーザ光は反射させるようにして、入射したレーザ光を分離して、その後、波長λ1のレーザ光は第1受光手段170に送られ、波長λ2のレーザ光は第2受光手段172に送られる。
As shown in FIG. 9, the laser light having passed through the gas flow region and incident on the collimator (optical lens) 28 is allowed to pass, for example, the laser light having the wavelength λ1 by the
その後、第1受光手段170から、第1復調処理手段154に入力し、第2受光手段172から、第2復調処理手段156に入力して、その後、第1復調処理手段154および第2復調処理手段156のそれぞれにおいては、第1実施形態で説明したように変調信号f、wに基づいて復調して、変調信号f、wに同期する信号を取り出す。
そして、第1復調処理手段154によって取り出した信号からは、λ1におけるガスの吸収信号を検出して第1ガスの濃度、第2復調処理手段156によって取り出した信号からは、波長λ2におけるガスの吸収信号を検出して第2ガスの濃度を計測する。
Thereafter, the first light receiving means 170 inputs the first demodulation processing means 154, the second light receiving means 172 inputs the second demodulation processing means 156, and then the first demodulation processing means 154 and the second demodulation processing. Each of the
The gas absorption signal at λ1 is detected from the signal extracted by the first demodulation processing means 154, and the gas absorption at the wavelength λ2 is detected from the signal extracted by the second demodulation processing means 156. A signal is detected and the concentration of the second gas is measured.
第6実施形態によれば、波長フィルタ174を用いて、受光手段170、172に入力される前に波長λ1と波長λ2との信号に分離するため、複雑な電気回路を要せず装置が簡単化される。
なお、波長フィルタ174は、波長が離れている場合には効果的であるが、近い場合には、分離能力が十分得られないために、波長フィルタ174に代えて、偏向面フィルタを用いてもよい。
According to the sixth embodiment, since the
The
なお、第1〜6実施形態では、光源として半導体レーザダイオード4を例に説明したが、その他の波長変調、振幅変調可能なレーザ発振器に適用可能である。
In the first to sixth embodiments, the
本発明によれば、内ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に発生するガス、あるいは該密閉容器から外部に排出されるガス等のガス濃度をレーザ光を用いての測定であって、複数種のガス濃度を、効率よく簡単なシステムで計測可能となるので、ガス濃度計測方法および計測装置への適用に際して有益である。 According to the present invention, the concentration of a gas generated in a closed container such as an inner boiler, a waste incinerator, or a combustion chamber of a combustion engine, or a gas discharged to the outside from the closed container is measured using a laser beam. Since it is possible to measure a plurality of types of gas concentrations with a simple and efficient system, it is useful for application to a gas concentration measurement method and a measurement apparatus.
2 ガス濃度計測装置
4 レーザダイオード(LD)
6 電流駆動回路(LD電流駆動回路)
8 温度駆動回路(LD温度駆動回路)
14、86 波長切換手段
24 参照ガスセル
26、28 コリメータ(光学レンズ)
30、170、172 受光手段
32 復調処理手段
38 第1ロックインアンプ(復調手段)
40 第2ロックインアンプ(復調手段)
52、74 標準信号処理手段
70 第1参照ガスセル
72 第2参照ガスセル
100 第1レーザダイオード(LD1)
102 第2レーザダイオード(LD2)
104 第1電流駆動回路(LD1電流駆動回路)
106 第1温度駆動回路(LD1温度駆動回路)
108 第2電流駆動回路(LD2電流駆動回路)
110 第2温度駆動回路(LD2温度駆動回路)
116、135 時分割手段
118、138 パルス信号
174 波長フィルタ(光分離手段)
f、f1、f2、w、w1、w2 変調信号
2 Gas
6 Current drive circuit (LD current drive circuit)
8 Temperature drive circuit (LD temperature drive circuit)
14, 86 Wavelength switching means 24
30, 170, 172 Light receiving means 32 Demodulation processing means 38 First lock-in amplifier (demodulation means)
40 Second lock-in amplifier (demodulation means)
52, 74 Standard signal processing means 70 First
102 Second laser diode (LD2)
104 1st current drive circuit (LD1 current drive circuit)
106 First temperature driving circuit (LD1 temperature driving circuit)
108 Second current drive circuit (LD2 current drive circuit)
110 Second temperature driving circuit (LD2 temperature driving circuit)
116, 135 Time division means 118, 138
f, f1, f2, w, w1, w2 modulation signal
Claims (8)
複数個のレーザダイオードの発振波長を複数種のガスに対応する吸収波長に設定し、各レーザダイオードからの発振光を時分割して生成し、該生成された発振光を同一のレーザビームによって照射し、照射されたレーザ光を受光して得られる受光信号から複数種のガス濃度を求めることを特徴とするガス濃度計測方法。 In a gas concentration measurement method of irradiating a measurement gas atmosphere with laser light of a specific wavelength and measuring the gas concentration from the amount of absorption of the laser light of the specific wavelength,
The oscillation wavelength of a plurality of laser diodes is set to an absorption wavelength corresponding to a plurality of types of gases, the oscillation light from each laser diode is generated by time division, and the generated oscillation light is irradiated by the same laser beam. A gas concentration measuring method characterized in that a plurality of types of gas concentrations are obtained from a received light signal obtained by receiving irradiated laser light.
複数個のレーザダイオードの発振波長を複数種のガスに対応する吸収波長に設定し、各レーザダイオードを連続発振するように駆動電流を印加し、各レーザダイオードからの発振光を合波して同一のレーザビームで照射し、照射されたレーザ光を受光して得られる受光信号を、各ガスの変調周波数を基にそれぞれのガスに対する信号を取出して、複数種のガス濃度を求めることを特徴とするガス濃度計測方法。 In a gas concentration measurement method of irradiating a measurement gas atmosphere with laser light of a specific wavelength and measuring the gas concentration from the amount of absorption of the laser light of the specific wavelength,
Set the oscillation wavelength of multiple laser diodes to the absorption wavelength corresponding to multiple gases, apply drive current so that each laser diode continuously oscillates, and combine the oscillation light from each laser diode to make them the same The light reception signal obtained by irradiating with the laser beam and receiving the irradiated laser light is extracted from the signal for each gas based on the modulation frequency of each gas, and a plurality of types of gas concentrations are obtained. Gas concentration measurement method.
複数個のレーザダイオードの発振波長を複数種のガスに対応する吸収波長に設定し、各レーザダイオードを連続発振するように駆動電流を印加し、各レーザダイオードからの発振光を合波して同一のレーザビームで照射し、照射されたレーザ光を受光して得られる受光信号を、受光ダイオードで受光する前に光フィルタまたは偏向面によってそれぞれのガスに対する信号に分離して、複数種のガス濃度を求めることを特徴とするガス濃度計測方法。 In a gas concentration measurement method of irradiating a measurement gas atmosphere with laser light of a specific wavelength and measuring the gas concentration from the amount of absorption of the laser light of the specific wavelength,
Set the oscillation wavelength of multiple laser diodes to the absorption wavelength corresponding to multiple gases, apply drive current so that each laser diode continuously oscillates, and combine the oscillation light from each laser diode to make them the same The light reception signal obtained by irradiating with the laser beam and receiving the irradiated laser light is separated into signals for each gas by an optical filter or deflecting surface before being received by the light receiving diode, and a plurality of gas concentrations A gas concentration measuring method characterized by obtaining
複数個の前記レーザダイオードと、発振波長が複数種のガスに対応する吸収波長に設定された各レーザダイオードからの発振光を時分割して生成する時分割手段と、該時分割して生成された複数種のガスに対応するレーザ光を合波して同一のレーザビームによって照射し、照射されたレーザ光を受光する受光手段と、該受光手段によって受光された受光信号から前記時分割手段によって分割されたそれぞれのガス濃度を求めることを特徴とするガス濃度計測装置。 In a gas concentration measurement device that irradiates a measurement gas atmosphere with laser light of a specific wavelength and measures the gas concentration from the amount of absorption of the laser light of the specific wavelength,
A plurality of the laser diodes, time division means for generating time-division oscillation light from each laser diode whose oscillation wavelength is set to an absorption wavelength corresponding to a plurality of types of gases, and the time division generation The laser beams corresponding to the plurality of kinds of gases are combined and irradiated with the same laser beam, and the light receiving means for receiving the irradiated laser light, and the time division means from the light reception signal received by the light receiving means. A gas concentration measuring device for obtaining a concentration of each divided gas.
複数個の前記レーザダイオードと、発振波長が複数種のガスに対応する吸収波長に設定された各レーザダイオードから連続発振するようにレーザダイオードに駆動電流を供給する電流駆動回路と、各レーザダイオードからの発振光を合波して照射されたレーザ光を受光する受光手段と、該受光手段によって受光された受光信号から各ガスの変調周波数を基にそれぞれのガス信号を取り出す復調手段とを有し、該復調手段によって夫々のガス信号を取出してガス濃度を求めることを特徴とするガス濃度計測装置。 In a gas concentration measurement device that irradiates a measurement gas atmosphere with laser light of a specific wavelength and measures the gas concentration from the amount of absorption of the laser light of the specific wavelength,
A plurality of the laser diodes, a current drive circuit for supplying a drive current to the laser diodes so as to continuously oscillate from the laser diodes whose oscillation wavelengths are set to absorption wavelengths corresponding to a plurality of types of gases, and A light receiving means for receiving the laser beam irradiated by combining the oscillation light and a demodulating means for extracting each gas signal from the light reception signal received by the light receiving means based on the modulation frequency of each gas. A gas concentration measuring device for obtaining a gas concentration by taking out each gas signal by the demodulation means.
複数個の前記レーザダイオードと、発振波長が複数種のガスに対応する吸収波長に設定された各レーザダイオードから連続発振するように駆動電流を印加する駆動電流制御手段と、各レーザダイオードからの発振光を合波して照射されたレーザ光を受光する受光手段と、該受光手段で受光する前にそれぞれのガスに対応するガス信号を分離する光フィルタまたは偏向面からなる光分離手段とを有し、該光分離手段によって夫々のガス信号を取出してガス濃度を求めることを特徴とするガス濃度計測装置。
In a gas concentration measuring apparatus that irradiates a laser beam with a specific wavelength into the gas atmosphere to be measured and measures the gas concentration from the amount of absorption of the laser light with the specific wavelength,
A plurality of laser diodes; drive current control means for applying a drive current so as to continuously oscillate from each laser diode whose oscillation wavelength is set to an absorption wavelength corresponding to a plurality of gases; and oscillation from each laser diode A light receiving means for receiving the laser light irradiated by combining the light and a light separating means comprising an optical filter or a deflecting surface for separating a gas signal corresponding to each gas before receiving the light by the light receiving means. And a gas concentration measuring device for obtaining a gas concentration by taking out each gas signal by the light separation means.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014162536A1 (en) * | 2013-04-03 | 2014-10-09 | 富士電機株式会社 | Multicomponent laser gas analyzer |
CN106706560A (en) * | 2016-12-08 | 2017-05-24 | 武汉华敏测控技术股份有限公司 | Laser nitrogen potential analysis sensor and detection method |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5687845A (en) * | 1979-12-18 | 1981-07-16 | Fujitsu Ltd | Stabilizing system for wavelength of diode laser in infrared gas analyzer |
JPS57160046A (en) * | 1981-03-02 | 1982-10-02 | Ici Ltd | Method of and apparatus for monitoring gaseous pollutant |
JPH0217429A (en) * | 1988-07-05 | 1990-01-22 | Fujitsu Ltd | Concentration measuring method by using laser type gas sensor |
JPH0269639A (en) * | 1988-09-05 | 1990-03-08 | Fujitsu Ltd | Laser system gas sensor |
JPH0442041A (en) * | 1990-06-08 | 1992-02-12 | Japan Radio Co Ltd | Isotope analyzer |
JPH04225142A (en) * | 1990-12-27 | 1992-08-14 | Sekiyu Sangyo Kasseika Center | Measuring method of photoabsorption |
JPH04326042A (en) * | 1991-04-26 | 1992-11-16 | Tokyo Gas Co Ltd | Device for detecting variety of gases using optical fiber |
JPH0545279A (en) * | 1991-08-19 | 1993-02-23 | Tokyo Gas Co Ltd | Gas sensing device |
JPH08101123A (en) * | 1994-09-29 | 1996-04-16 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Method and device for sensing gas concentration |
JP2000074830A (en) * | 1998-08-28 | 2000-03-14 | Horiba Ltd | High-speed measuring method and measuring system for temperature, concentration and chemical species by use of semiconductor laser spectroscopy |
JP2001289785A (en) * | 2000-04-06 | 2001-10-19 | Oyo Kogaku Kenkyusho | Infrared laser component detector |
JP2005106546A (en) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Gas concentration flux measuring apparatus |
JP2006266771A (en) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Anritsu Corp | Gas sensor |
-
2012
- 2012-02-29 JP JP2012043753A patent/JP2012108156A/en active Pending
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5687845A (en) * | 1979-12-18 | 1981-07-16 | Fujitsu Ltd | Stabilizing system for wavelength of diode laser in infrared gas analyzer |
JPS57160046A (en) * | 1981-03-02 | 1982-10-02 | Ici Ltd | Method of and apparatus for monitoring gaseous pollutant |
JPH0217429A (en) * | 1988-07-05 | 1990-01-22 | Fujitsu Ltd | Concentration measuring method by using laser type gas sensor |
JPH0269639A (en) * | 1988-09-05 | 1990-03-08 | Fujitsu Ltd | Laser system gas sensor |
JPH0442041A (en) * | 1990-06-08 | 1992-02-12 | Japan Radio Co Ltd | Isotope analyzer |
JPH04225142A (en) * | 1990-12-27 | 1992-08-14 | Sekiyu Sangyo Kasseika Center | Measuring method of photoabsorption |
JPH04326042A (en) * | 1991-04-26 | 1992-11-16 | Tokyo Gas Co Ltd | Device for detecting variety of gases using optical fiber |
JPH0545279A (en) * | 1991-08-19 | 1993-02-23 | Tokyo Gas Co Ltd | Gas sensing device |
JPH08101123A (en) * | 1994-09-29 | 1996-04-16 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Method and device for sensing gas concentration |
JP2000074830A (en) * | 1998-08-28 | 2000-03-14 | Horiba Ltd | High-speed measuring method and measuring system for temperature, concentration and chemical species by use of semiconductor laser spectroscopy |
JP2001289785A (en) * | 2000-04-06 | 2001-10-19 | Oyo Kogaku Kenkyusho | Infrared laser component detector |
JP2005106546A (en) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Gas concentration flux measuring apparatus |
JP2006266771A (en) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Anritsu Corp | Gas sensor |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN7014001215; Ball D , et.al.: 'Coherent anti-Stokes Raman spectroscopy temperature measurements in an internal combustion engine' OPTICAL ENGINEERING Vol. 33 No. 9, 199409, pp.2870-2874 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014162536A1 (en) * | 2013-04-03 | 2014-10-09 | 富士電機株式会社 | Multicomponent laser gas analyzer |
CN106706560A (en) * | 2016-12-08 | 2017-05-24 | 武汉华敏测控技术股份有限公司 | Laser nitrogen potential analysis sensor and detection method |
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