JP2012173176A - Signal processor and laser measurement device - Google Patents

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明生 近藤
Masaki Kato
聖樹 加藤
Yoshinao Takakuwa
義直 高桑
Nobuhiro Ono
信廣 大野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a signal processor and a laser measurement device that can detect a desired signal component from a light reception signal with high precision.SOLUTION: The signal processor includes a crystal filter which passes an output of a transmissive frequency band including a transmissive frequency and attenuates an output of a band other than the transmissive frequency band, an oscillator which oscillates a frequency of the difference between the transmissive frequency and a specified frequency, and a downstream-side frequency converter which mixes the signal oscillated by the oscillator with the signal passed through the crystal filter, and converts an output of the transmissive frequency of the signal passed through the crystal filter into an output of the specified frequency, and further includes a signal processing part including a filter processing part which reduces an output of a frequency other than the specified frequency and a spectrum signal extractor (for example, a lock-in detector) which extracts a spectrum signal by performing spectrum signal extraction processing (for example, lock-in processing) on the signal having been processed by the filter processing part.

Description

本発明は、レーザ吸収分光法により測定対象のガスの物理量を算出するレーザ計測に用いる信号処理装置およびレーザ計測装置に関する。   The present invention relates to a signal processing apparatus and a laser measurement apparatus used for laser measurement for calculating a physical quantity of a gas to be measured by laser absorption spectroscopy.

管路内を流れるガス(気体)を分析する方法として、レーザ光を測定光として用いる方法がある。例えば、特許文献1には、一定電流に重畳された第1の交流成分を有する電流で変調され、温度に応じて波長が変化するレーザ光を発振するレーザと、検知雰囲気通過後のレーザ光の強度を電圧に変換する光強度電圧変換器と、該光強度電圧変換器の出力電圧を位相敏感検波する2つの位相敏感検波器と、一方の位相敏感検波器から得られる1次の位相敏感検波信号と他方の位相敏感検波器から得られる2次の位相敏感検波信号とに基づいて検知雰囲気の濃度を検知するガス検知装置が記載されている。   As a method for analyzing a gas (gas) flowing through a pipe, there is a method using laser light as measurement light. For example, Patent Document 1 discloses a laser that oscillates a laser beam that is modulated by a current having a first alternating current component superimposed on a constant current and changes in wavelength according to temperature, and a laser beam that has passed through a detection atmosphere. Light intensity voltage converter for converting intensity into voltage, two phase sensitive detectors for phase sensitive detection of the output voltage of the light intensity voltage converter, and primary phase sensitive detection obtained from one of the phase sensitive detectors A gas detection device is described that detects the concentration of a detection atmosphere based on a signal and a secondary phase sensitive detection signal obtained from the other phase sensitive detector.

また、特許文献2には、レーザ光を出射するレーザ素子と、レーザ光を基本波で周波数変調する周波数変調部と、周波数変調されたレーザ光を検出する光検出部と、光検出部にて検出されたレーザ光から基本波成分を検出する基本波成分検出部と、光検出部にて検出されたレーザ光から2倍波成分を検出する2倍波成分検出部と、光検出部にて検出された基本波成分と2倍波成分との振幅比に基づいて測定対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出部と、を有するガス濃度測定装置が記載されている。また、当該ガス濃度測定装置は、レーザ光から検出された基本波成分と2倍波成分との振幅比を算出する振幅比算出部と、基本波成分と2倍波成分との振幅比に基づいてレーザ素子の温度を設定する温度設定部と、吸収ピーク波長からシフトされた波長を基準とする波長変調を行った時の基本波成分と2倍波成分との振幅比に基づいてレーザ素子の駆動電流を制御する駆動電流制御部とを備える。   Patent Document 2 discloses a laser element that emits laser light, a frequency modulation unit that modulates the frequency of the laser light with a fundamental wave, a light detection unit that detects the frequency-modulated laser light, and a light detection unit. A fundamental wave component detection unit that detects a fundamental wave component from the detected laser beam, a second harmonic component detection unit that detects a second harmonic component from the laser beam detected by the light detection unit, and a light detection unit A gas concentration measuring device having a gas concentration calculating unit that calculates the concentration of a measurement target gas based on an amplitude ratio between a detected fundamental wave component and a second harmonic component is described. The gas concentration measuring apparatus is based on an amplitude ratio calculation unit that calculates an amplitude ratio between a fundamental wave component and a second harmonic component detected from laser light, and an amplitude ratio between the fundamental wave component and the second harmonic component. The temperature setting unit for setting the temperature of the laser element, and the amplitude ratio between the fundamental wave component and the second harmonic wave component when the wavelength modulation is performed based on the wavelength shifted from the absorption peak wavelength. A drive current control unit that controls the drive current.

特許第2796649号明細書Japanese Patent No. 2796649 特開2008−147557号公報JP 2008-147557 A

特許文献1および特許文献2に記載されているように、測定光として波長変調を行いつつ出力したレーザ光を用い、当該レーザ光の吸収を計測することで、測定対象物質の濃度等の物理量を計測することができる。レーザ光を用いてガス濃度を計測することで高い応答性でガス濃度を計測することができる。   As described in Patent Document 1 and Patent Document 2, by using the laser light output while performing wavelength modulation as the measurement light, and measuring the absorption of the laser light, the physical quantity such as the concentration of the measurement target substance is obtained. It can be measured. The gas concentration can be measured with high responsiveness by measuring the gas concentration using laser light.

受光部がレーザ光を受光して生成する受光信号には、種々のノイズが含まれる。そのため、受光信号からノイズを除去し、必要な成分(例えば波長変調を行う変調周波数に対応する信号成分)を抽出するために各種信号処理を行う。この信号処理としては、ロックインアンプで、ロックイン処理およびローパス処理を行い特定のスペクトル信号を抽出する方法がある。しかしながら、検出対象の信号はノイズに対して出力が小さいため、高精度な検出を行う場合は、ロックインアンプによる処理前にFIRフィルタや、バンドパスフィルタ等を設け、ロックインアンプの処理対象の周波数成分を抽出する、つまりロックインアンプの処理対象の周波数以外の周波数成分を低減させる処理を行う。   The received light signal generated by the light receiving unit receiving the laser beam includes various noises. Therefore, various signal processes are performed to remove noise from the received light signal and extract a necessary component (for example, a signal component corresponding to a modulation frequency for performing wavelength modulation). As this signal processing, there is a method of extracting a specific spectrum signal by performing lock-in processing and low-pass processing with a lock-in amplifier. However, since the signal to be detected has a small output against noise, when performing highly accurate detection, an FIR filter, a bandpass filter, etc. are provided before processing by the lock-in amplifier, The frequency component is extracted, that is, the frequency component other than the frequency to be processed by the lock-in amplifier is reduced.

ここで、FIRフィルタやバンドパスフィルタを用いた処理では、ノイズを十分に低減できない場合があったり、ノイズを十分に低減するために多くの計算を実行する必要があったりする。   Here, in the process using the FIR filter or the band pass filter, there are cases where the noise cannot be sufficiently reduced, and it is necessary to perform many calculations in order to sufficiently reduce the noise.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、受光信号から所望の信号成分を高い精度で検出することができるレーザ計測装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a laser measuring apparatus capable of detecting a desired signal component from a light reception signal with high accuracy.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、流体が流れる計測セルと、測定対象のガスに固有な吸収波長を含む波長域のレーザ光を変調周波数で波長を変調しつつ出力し、前記計測セルに入射させる発光部と、前記入射部から入射され、前記計測セルを通過し、前記出射部から出射された前記レーザ光を受光し、受光した光量を受光信号として出力する受光部と、を有し、前記受光信号に基づいて前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量を算出するレーザ計測装置に適用され、前記受光部が受光した受光信号を処理し、前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量の算出に用いるスペクトル信号を出力する信号処理装置であって、前記指定周波数以外の周波数の出力を低減するフィルタ処理部と、前記フィルタ処理部で処理された信号にスペクトル信号抽出処理を行い、前記スペクトル信号を抽出するスペクトル信号抽出器と、を含み、前記フィルタ処理部は、透過周波数を含む透過周波数帯域の出力を通過させ、前記透過周波数帯域以外の出力を減衰する水晶フィルタと、前記透過周波数と前記指定周波数との差分の周波数を発振する発振器と、前記発振器から発振された信号と前記水晶フィルタを通過した信号とを混合し、前記水晶フィルタを通過した信号の透過周波数の出力を、前記指定周波数の出力に変換する下流側周波数変換器と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention modulates the wavelength of a measurement cell in which a fluid flows and a laser beam in a wavelength region including an absorption wavelength specific to a measurement target gas with a modulation frequency. A light-emitting unit that outputs and enters the measurement cell; and receives the laser light that is incident from the incident unit, passes through the measurement cell, and is emitted from the emission unit, and outputs the received light amount as a light-receiving signal. And a light receiving unit, applied to a laser measuring device that calculates a physical quantity of a gas to be measured flowing through the measurement cell based on the light reception signal, processes the light reception signal received by the light receiving unit, and the measurement cell A signal processing device for outputting a spectrum signal used for calculation of a physical quantity of a gas to be measured flowing through the filter processing unit for reducing output of a frequency other than the designated frequency, and the filter processing unit A spectrum signal extractor for performing a spectrum signal extraction process on the processed signal and extracting the spectrum signal, wherein the filter processing unit passes an output of a transmission frequency band including a transmission frequency, and transmits the transmission frequency band A crystal filter that attenuates an output other than the above, an oscillator that oscillates a difference frequency between the transmission frequency and the specified frequency, a signal oscillated from the oscillator and a signal that has passed through the crystal filter, and A downstream frequency converter that converts the output of the transmission frequency of the signal that has passed through the filter into the output of the specified frequency.

ここで、信号処理装置は、前記受光信号に含まれる指定周波数の成分を前記透過周波数に含まれる周波数の成分に変換する上流側周波数変換部をさらに有することが好ましい。   Here, it is preferable that the signal processing apparatus further includes an upstream frequency conversion unit that converts a component of a specified frequency included in the light reception signal into a component of a frequency included in the transmission frequency.

また、前記上流側周波数変換部は、前記発振部から発振された信号と前記受光信号とを混合し、前記受光信号に含まれる指定周波数の成分を前記透過周波数に含まれる周波数の成分に変換することが好ましい。   The upstream frequency converting unit mixes the signal oscillated from the oscillating unit and the light receiving signal, and converts the component of the specified frequency included in the light receiving signal into the component of the frequency included in the transmission frequency. It is preferable.

また、前記発振器は、出力する信号の周波数を変更可能なことが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said oscillator can change the frequency of the signal to output.

また、前記指定周波数は、前記変調周波数を2倍以上で整数倍した周波数であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the designated frequency is a frequency obtained by multiplying the modulation frequency by two or more times as an integer.

また、前記受光信号は、前記透過周波数の出力が前記スペクトル信号の前記指定周波数の出力であることが好ましい。   The light reception signal preferably has an output of the transmission frequency that is an output of the designated frequency of the spectrum signal.

また、前記透過周波数は、前記変調周波数を2倍以上で整数倍した周波数であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the transmission frequency is a frequency obtained by multiplying the modulation frequency by an integer of 2 or more.

また、前記下流周波数変換器と前記スペクトル信号抽出器との間に配置され、前記下流側周波数変換器を通過した信号から前記指定周波数以上の周波数の出力を低減するローパスフィルタをさらに有することが好ましい。   Further, it is preferable to further include a low-pass filter that is disposed between the downstream frequency converter and the spectral signal extractor and reduces an output of a frequency equal to or higher than the specified frequency from a signal that has passed through the downstream frequency converter. .

また、前記ローパスフィルタと前記スペクトル信号抽出器との間に配置され、前記下流側周波数変換器を通過した信号を増幅する増幅器と、前記ローパスフィルタと前記増幅器との間に配置されたコイルカップリングと、をさらに有することが好ましい。   An amplifier that is disposed between the low-pass filter and the spectral signal extractor and that amplifies the signal that has passed through the downstream frequency converter, and a coil coupling that is disposed between the low-pass filter and the amplifier. It is preferable to further include

また、前記水晶フィルタと前記下流側周波数変換器との間に配置され、前記水晶フィルタを通過した信号を増幅する増幅器と、前記水晶フィルタと前記増幅器との間に配置されたコイルカップリングと、をさらに有することが好ましい。   Also, an amplifier that is disposed between the crystal filter and the downstream frequency converter, amplifies a signal that has passed through the crystal filter, and a coil coupling that is disposed between the crystal filter and the amplifier, It is preferable to further have.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明はレーザ計測装置であって、上記のいずれかに記載の信号処理装置と、流体を流す流路と連結可能な主管、前記主管に連結し、光が通過可能な窓部が形成された入射部、前記主管に連結し光が通過可能な窓部が形成された出射部と、を含む計測セルと、測定対象のガスに固有な吸収波長を含む波長域のレーザ光を変調周波数で波長を変調しつつ出力し、前記入射部に入射させる発光部と、前記入射部から入射され、前記計測セルを通過し、前記出射部から出射された前記レーザ光を受光し、受光した光量を受光信号として出力する受光部と、前記スペクトル信号に基づいて、前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量を算出する物理量算出部と、各部の動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a laser measurement device, wherein the signal processing device according to any one of the above, a main pipe that can be connected to a flow path for fluid, and the main pipe A measurement cell including an incident part connected to and formed with a window part through which light can pass, and an emission part formed with a window part connected to the main pipe and through which light can pass; A laser beam in a wavelength region including an absorption wavelength is output while modulating the wavelength at a modulation frequency, and a light emitting unit that is incident on the incident unit, incident from the incident unit, passes through the measurement cell, and is output from the output unit A light receiving unit that receives the laser beam and outputs the received light amount as a light reception signal, a physical quantity calculation unit that calculates a physical quantity of a measurement target gas flowing through the measurement cell based on the spectrum signal, A control unit for controlling the operation; Characterized in that it.

ここで、前記物理量算出部が算出する物理量は、前記測定対象のガスの濃度であることが好ましい。   Here, the physical quantity calculated by the physical quantity calculator is preferably the concentration of the gas to be measured.

また、前記物理量算出部は、前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記測定対象のガスの濃度を算出することが好ましい。   The physical quantity calculation unit preferably calculates the concentration of the measurement target gas based on the intensity of the laser beam output from the light emitting unit and the intensity of the laser beam received by the light receiving unit.

本発明にかかる信号処理装置およびレーザ計測装置は、受光信号から所望の信号成分を高い精度で検出することができるという効果を奏する。   The signal processing device and the laser measurement device according to the present invention have an effect that a desired signal component can be detected from the received light signal with high accuracy.

図1は、本発明の信号処理装置を有するレーザ計測装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a laser measuring apparatus having a signal processing apparatus of the present invention. 図2は、図1に示すレーザ計測装置の信号処理部の概略構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a signal processing unit of the laser measurement apparatus illustrated in FIG. 1. 図3Aは、信号処理部の処理を説明するための説明図である。FIG. 3A is an explanatory diagram for explaining processing of the signal processing unit. 図3Bは、信号処理部の処理を説明するための説明図である。FIG. 3B is an explanatory diagram for explaining processing of the signal processing unit. 図3Cは、信号処理部の処理を説明するための説明図である。FIG. 3C is an explanatory diagram for explaining processing of the signal processing unit. 図3Dは、信号処理部の処理を説明するための説明図である。FIG. 3D is an explanatory diagram for explaining processing of the signal processing unit. 図3Eは、信号処理部の処理を説明するための説明図である。FIG. 3E is an explanatory diagram for explaining processing of the signal processing unit. 図4は、水晶フィルタの特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing characteristics of the crystal filter. 図5Aは、信号処理部の経路で検出されるスペクトルの一例を示すグラフである。FIG. 5A is a graph showing an example of a spectrum detected by the path of the signal processing unit. 図5Bは、信号処理部の経路で検出されるスペクトルの一例を示すグラフである。FIG. 5B is a graph showing an example of a spectrum detected by the path of the signal processing unit. 図5Cは、信号処理部の経路で検出されるスペクトルの一例を示すグラフである。FIG. 5C is a graph showing an example of a spectrum detected by the path of the signal processing unit. 図5Dは、信号処理部の経路で検出されるスペクトルの一例を示すグラフである。FIG. 5D is a graph illustrating an example of a spectrum detected by the path of the signal processing unit. 図5Eは、信号処理部の経路で検出されるスペクトルの一例を示すグラフである。FIG. 5E is a graph illustrating an example of a spectrum detected by the path of the signal processing unit. 図6は、レーザ計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the laser measuring device. 図7は、レーザ計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the laser measuring device. 図8は、レーザ計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the laser measuring device. 図9は、信号処理部の処理を説明するための説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining processing of the signal processing unit.

以下に、本発明にかかる信号処理装置およびレーザ計測装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、レーザ計測装置は、流路を流れる種々の気体(ガス)、液体等の流体に含まれる測定対象の物質(ガス、特定の成分)の物理量(濃度、量)を計測することができる。レーザ計測装置は、例えば、ディーゼルエンジンに取付、ディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれる窒素酸化物、硫化酸化物、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア等の濃度等を計測してもよい。なお、測定対象のガスを排出(供給)する装置は、これに限定されず、ガソリンエンジンや、ガスタービン等種々の内燃機関に用いることができる。また、内燃機関を有する装置としては、車両、船舶、発電機等種々の装置が例示される。さらに、レーザ計測装置は、ゴミ焼却炉、ボイラ等の燃焼機器から排出される排ガスに含まれる測定対象物質の濃度等を計測することもできる。なお、以下の実施形態では、配管を流れる排ガスに含まれる測定物質の濃度を計測する場合として説明する。   Hereinafter, an embodiment of a signal processing device and a laser measurement device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. Note that the laser measurement device can measure physical quantities (concentrations, quantities) of substances (gases, specific components) to be measured contained in various gases (gases) and fluids such as liquids flowing through the flow path. For example, the laser measuring device may be attached to a diesel engine and measure the concentration of nitrogen oxides, sulfide oxides, carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, etc. contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine. The apparatus for discharging (supplying) the gas to be measured is not limited to this, and can be used for various internal combustion engines such as a gasoline engine and a gas turbine. Examples of the device having an internal combustion engine include various devices such as vehicles, ships, and generators. Furthermore, the laser measuring device can also measure the concentration of a measurement target substance contained in exhaust gas discharged from combustion equipment such as a garbage incinerator or a boiler. In the following embodiments, the case where the concentration of the measurement substance contained in the exhaust gas flowing through the pipe is measured will be described.

図1は、本発明の信号処理装置を有するレーザ計測装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。図1に示すようにレーザ計測装置10は、計測セル12と、計測手段14と、を有する。ここで、レーザ計測装置10は、排ガスAが流れる配管6と配管8との間に設けられている。また、排ガスAは、配管6の上流側から供給され、配管6、レーザ計測装置10、配管8を通過し、配管8よりも下流に排出される。なお、配管6の上流側には、排ガスの発生装置(供給装置)が配置されている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a laser measuring apparatus having a signal processing apparatus of the present invention. As shown in FIG. 1, the laser measurement device 10 includes a measurement cell 12 and measurement means 14. Here, the laser measuring device 10 is provided between the pipe 6 and the pipe 8 through which the exhaust gas A flows. Further, the exhaust gas A is supplied from the upstream side of the pipe 6, passes through the pipe 6, the laser measuring device 10, and the pipe 8, and is discharged downstream from the pipe 8. An exhaust gas generator (supply device) is disposed upstream of the pipe 6.

計測セル12は、基本的に主管20と、入射管22と、出射管24とを有する。また、入射管22には、窓26が設けられており、出射管24には、窓28が設けられている。主管20は、筒状の管状部材であり、一方の端部が配管6と連結され、他方の端部が配管8と連結されている。つまり、主管20は、排ガスAが流れる流路の一部となる位置に配置されている。これにより、排ガスAは、配管6、主管20、配管8の順に流れる。また、配管6を流れる排ガスAは、基本的に全て主管20を流れる。   The measurement cell 12 basically includes a main tube 20, an incident tube 22, and an exit tube 24. Further, the incident tube 22 is provided with a window 26, and the exit tube 24 is provided with a window 28. The main pipe 20 is a tubular tubular member, and has one end connected to the pipe 6 and the other end connected to the pipe 8. That is, the main pipe 20 is disposed at a position that becomes a part of the flow path through which the exhaust gas A flows. Thereby, the exhaust gas A flows in the order of the pipe 6, the main pipe 20, and the pipe 8. Further, the exhaust gas A flowing through the pipe 6 basically flows through the main pipe 20.

入射管22は、管状部材であり、一方の端部が主管20に連結されている。また、主管20は、入射管22との連結部が、入射管22の開口(端部の開口)と略同一形状の開口となっている。つまり、入射管22は、主管20と、空気の流通が可能な状態で連結されている。また、入射管22の他方の端部には、窓26が設けられており、窓26により封止されている。なお、窓26は、光を透過する部材、例えば、透明なガラス、樹脂等で構成されている。これにより、入射管22は、窓26が設けられている端部が、空気が流通しない状態で、かつ、光が透過できる状態となる。   The incident tube 22 is a tubular member, and has one end connected to the main tube 20. Further, in the main tube 20, the connection portion with the incident tube 22 is an opening having substantially the same shape as the opening (end opening) of the incident tube 22. That is, the incident tube 22 is connected to the main tube 20 in a state where air can flow. A window 26 is provided at the other end of the incident tube 22 and is sealed by the window 26. The window 26 is made of a light transmitting member such as transparent glass or resin. Thereby, the incident tube 22 is in a state where the end portion where the window 26 is provided is in a state where air is not circulated and light can pass therethrough.

入射管22は、図1に示すように、窓26側の端部の開口(つまり、窓26により塞がれている開口)の面積と、主管20側の端部(つまり、主管20と連結している部分の開口)の面積とが実質的に同一の円筒形状である。なお、入射管22の形状は円筒形状に限定されず、空気および光を通過させる筒型の形状であればよく、種々の形状とすることができる。例えば、断面が四角、多角形、楕円、非対称曲面となる形状としてもよい。また筒形状の断面の形状、径が位置によって変化する形状でもよい。   As shown in FIG. 1, the incident tube 22 is connected to the area of the opening at the end on the window 26 side (that is, the opening closed by the window 26) and the end on the main tube 20 side (that is, connected to the main tube 20). The area of the opening) is substantially the same cylindrical shape. The shape of the incident tube 22 is not limited to a cylindrical shape, and may be any shape as long as it is a cylindrical shape that allows air and light to pass therethrough. For example, the cross section may be a square, a polygon, an ellipse, or an asymmetric curved surface. Moreover, the shape of the cross section of a cylindrical shape and the shape from which a diameter changes with positions may be sufficient.

出射管24は、入射管22と略同一形状の管状部材であり、一方の端部が主管20に連結され、出射管24の他方の端部には、窓28が設けられている。出射管24も、主管20と空気が流通可能な状態で、窓28が設けられている端部が、空気が流通しない状態で、かつ、光が透過できる状態となる。また、出射管24は、中心軸が入射管22の中心軸と略同一となる位置に配置されている。つまり、入射管22と出射管24とは、主管20の対向する位置に配置されている。   The exit tube 24 is a tubular member having substantially the same shape as the entrance tube 22. One end of the exit tube 24 is connected to the main tube 20, and a window 28 is provided at the other end of the exit tube 24. The exit tube 24 is also in a state where air can flow through the main tube 20, and an end portion provided with the window 28 is in a state where air does not flow and light can pass therethrough. Further, the emission tube 24 is disposed at a position where the central axis is substantially the same as the central axis of the incident tube 22. That is, the entrance tube 22 and the exit tube 24 are disposed at positions facing the main tube 20.

また、出射管24も、窓28側の端部の開口(つまり、窓28により塞がれている開口)の面積と、主管20側の端部(つまり、主管20と連結している部分の開口)の面積とが実質的に同一の円筒形状である。なお、出射管24も形状は円筒形状に限定されず、空気および光を通過させる筒型の形状であればよく、種々の形状とすることができる。例えば、断面が四角、多角形、楕円、非対称曲面となる形状としてもよい。また筒形状の断面の形状、径が位置によって変化する形状でもよい。なお、出射管24も、後述するパージガスが安定して流れる形状とすることが好ましい。   The exit tube 24 also has an area of an opening at the end on the window 28 side (that is, an opening closed by the window 28) and an end portion on the main tube 20 side (that is, a portion connected to the main tube 20). The area of the opening) is substantially the same cylindrical shape. The shape of the emission tube 24 is not limited to a cylindrical shape, and may be any shape as long as it has a cylindrical shape that allows air and light to pass therethrough. For example, the cross section may be a square, a polygon, an ellipse, or an asymmetric curved surface. Moreover, the shape of the cross section of a cylindrical shape and the shape from which a diameter changes with positions may be sufficient. In addition, it is preferable that the emission tube 24 also has a shape in which a purge gas described later flows stably.

次に、計測手段14は、発光部40と、光ファイバ42と、受光部44と、光源ドライバ46と、信号処理部(信号処理装置)47と、物理量算出部48と、制御部50と、を有する。なお、本実施形態では、信号処理部47と、物理量算出部48と、を別々に設けたが一体で(1つの処理部として)設けてもよい。また、光源ドライバ46と、信号処理部47と、物理量算出部48と、制御部50と、を一体で(1つの処理部として)設けてもよい。   Next, the measuring unit 14 includes a light emitting unit 40, an optical fiber 42, a light receiving unit 44, a light source driver 46, a signal processing unit (signal processing device) 47, a physical quantity calculating unit 48, a control unit 50, Have In the present embodiment, the signal processing unit 47 and the physical quantity calculation unit 48 are provided separately, but may be provided integrally (as one processing unit). In addition, the light source driver 46, the signal processing unit 47, the physical quantity calculation unit 48, and the control unit 50 may be provided integrally (as one processing unit).

発光部40は、所定波長のレーザ光を出力(発光)させる発光素子を有する。なお、発光部40の発光素子は、出力するレーザ光の出力波長(周波数)を所定の波長幅(周波数幅)で変化させることができる発光素子である。発光素子としては、波長可変の半導体レーザ素子(LD:Laser Diode)を用いることができる。発光部40は、測定対象の物質が吸収する近赤外波長域を含む波長域のレーザ光を出力する。例えば、計測対象が一酸化窒素の場合、発光部40は、一酸化窒素を吸収する近赤外波長域を含む波長域のレーザ光を出力する。また、計測対象が二酸化窒素の場合、発光部40は、二酸化窒素を吸収する近赤外波長域の波長域を含むレーザ光を出力する。また、計測対象が亜酸化窒素の場合、発光部40は、亜酸化窒素を吸収する近赤外波長域の波長域を含むレーザ光を出力する。なお、測定対象が複数の物質である場合、発光部40は、夫々の物質が吸収する波長域の光を発光する発光素子を複数備え、それぞれの波長域の光を出力するようにしてもよい。光ファイバ42は、発光部40から出力されたレーザ光を案内し、窓26から計測セル12内に入射させる。   The light emitting unit 40 includes a light emitting element that outputs (emits) laser light having a predetermined wavelength. The light emitting element of the light emitting unit 40 is a light emitting element that can change the output wavelength (frequency) of the laser beam to be output with a predetermined wavelength width (frequency width). As the light emitting element, a tunable semiconductor laser element (LD: Laser Diode) can be used. The light emitting unit 40 outputs laser light in a wavelength region including a near infrared wavelength region that is absorbed by the substance to be measured. For example, when the measurement target is nitric oxide, the light emitting unit 40 outputs laser light in a wavelength range including a near infrared wavelength range that absorbs nitric oxide. Further, when the measurement target is nitrogen dioxide, the light emitting unit 40 outputs laser light including a near-infrared wavelength region that absorbs nitrogen dioxide. Further, when the measurement target is nitrous oxide, the light emitting unit 40 outputs laser light including a near infrared wavelength region that absorbs nitrous oxide. When the measurement target is a plurality of substances, the light emitting unit 40 may include a plurality of light emitting elements that emit light in the wavelength ranges absorbed by the respective substances, and output light in the respective wavelength ranges. . The optical fiber 42 guides the laser light output from the light emitting unit 40 and causes the laser light to enter the measurement cell 12 through the window 26.

受光部44は、計測セル12の主管20の内部を通過し、出射管24の窓28から出力されたレーザ光を受光する受光部である。なお、受光部44は、例えば、フォトダイオード(PD、Photodiode)等の光検出器を備え、光検出器によってレーザ光を受光し、その光の強度を検出する。受光部44は、受光したレーザ光の強度(光量)を受光信号として、信号処理部47に送る。   The light receiving unit 44 is a light receiving unit that receives the laser light that passes through the inside of the main tube 20 of the measurement cell 12 and is output from the window 28 of the emission tube 24. The light receiving unit 44 includes, for example, a photodetector such as a photodiode (PD), receives the laser beam by the photodetector, and detects the intensity of the light. The light receiving unit 44 sends the intensity (light quantity) of the received laser beam as a light reception signal to the signal processing unit 47.

光源ドライバ46は、発光部40を駆動する機能を有し、発光部40に供給する電流、電圧を調整することで、発光部40から出力されるレーザ光の波長、強度を調整する。光源ドライバ46は、発振器であり、電流、電圧を所定の波形で発光部40に供給することで時間により波長が変化するレーザ光を出力させる。本実施形態の光源ドライバ46は、設定された変調周波数(例えば、100kHz、125kHz)でレーザ光の波長を振動させる。光源ドライバ46は、制御部50を介して物理量算出部48に、発光部40から出力しているレーザ光の強度の情報を出力する。   The light source driver 46 has a function of driving the light emitting unit 40 and adjusts the wavelength and intensity of the laser light output from the light emitting unit 40 by adjusting the current and voltage supplied to the light emitting unit 40. The light source driver 46 is an oscillator, and outputs laser light whose wavelength changes with time by supplying current and voltage to the light emitting unit 40 in a predetermined waveform. The light source driver 46 of the present embodiment vibrates the wavelength of the laser light at a set modulation frequency (for example, 100 kHz, 125 kHz). The light source driver 46 outputs information on the intensity of the laser beam output from the light emitting unit 40 to the physical quantity calculating unit 48 via the control unit 50.

信号処理部47は、受光部44がレーザ光を受光することで生成した信号(受光信号)を処理する。具体的には、信号処理部47は、受光信号に含まれるノイズ成分を除去し、発光部40から出力され受光部44に到達したレーザ光の成分を抽出する。なお、抽出して生成される信号を以下スペクトル信号という。また、信号処理部47の処理については後述する。   The signal processing unit 47 processes a signal (light reception signal) generated when the light receiving unit 44 receives laser light. Specifically, the signal processing unit 47 removes a noise component included in the light reception signal, and extracts a component of the laser light output from the light emitting unit 40 and reaching the light receiving unit 44. A signal generated by extraction is hereinafter referred to as a spectrum signal. The processing of the signal processing unit 47 will be described later.

物理量算出部48は、信号処理部47から出力されたスペクトル信号に基づいて、計測セル12を流れる排ガスの濃度を算出する。物理量算出部48は、信号処理部47から出力されたスペクトル信号と、制御部50により光源ドライバ46を駆動させている条件とに基づいて、計測対象の物質の濃度を算出する。具体的には、物理量算出部48は、制御部50により光源ドライバ46を駆動させている条件に基づいて発光部40から出力されるレーザ光の強度を算出し、信号処理部47で生成されたスペクトル信号に基づいて受光したレーザ光の強度を算出する。物理量算出部48は、この発光したレーザ光の強度と受光したレーザ光の強度と比較し、排ガスAに含まれる測定対象の物質の濃度を算出する。   The physical quantity calculation unit 48 calculates the concentration of the exhaust gas flowing through the measurement cell 12 based on the spectrum signal output from the signal processing unit 47. The physical quantity calculation unit 48 calculates the concentration of the substance to be measured based on the spectrum signal output from the signal processing unit 47 and the conditions under which the light source driver 46 is driven by the control unit 50. Specifically, the physical quantity calculation unit 48 calculates the intensity of the laser light output from the light emitting unit 40 based on the condition that the light source driver 46 is driven by the control unit 50, and is generated by the signal processing unit 47. The intensity of the received laser beam is calculated based on the spectrum signal. The physical quantity calculator 48 compares the intensity of the emitted laser light with the intensity of the received laser light, and calculates the concentration of the substance to be measured contained in the exhaust gas A.

具体的には、発光部40から出力された近赤外の波長域のレーザ光Lは、光ファイバ42から計測セル12の所定経路、具体的には、窓26、入射管22、主管20、出射管24、窓28を通過した後、受光部44に到達する。このとき、計測セル12内の排ガスA中に測定対象の物質が含まれていると、計測セル12を通過するレーザ光が吸収される。そのため、レーザ光Lは、排ガスA中の測定対象の物質の濃度によって、受光部44に到達するレーザ光の出力が変化する。受光部44は、受光したレーザ光を受光信号に変換する。受光部44で生成された受光信号は、信号処理部47で処理されスペクトル信号として物理量算出部48に入力される。また、制御部50および光源ドライバ46は、発光部40から出力したレーザ光Lの強度を物理量算出部48に出力する。物理量算出部48は、発光部40から出力した光の強度と、スペクトル信号から算出される強度とを比較し、その減少割合から計測セル12内を流れる排ガスAの測定対象の物質の濃度を算出する。このように計測手段14は、いわゆるTDLAS方式(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy:可変波長ダイオードレーザー分光法)を用いることで、出力したレーザ光の強度と、受光部44で検出した受光信号とに基づいて主管20内の所定位置、つまり、測定位置を通過する排ガスA中の測定対象の物質の濃度を、算出および/または計測することができる。また、計測手段14は、連続的に測定対象の物質の濃度を、算出および/または計測することができる。なお、レーザ計測装置10は、発光部40から出力されるレーザ光の強度を一定として、スペクトル信号のみ基づいて排ガスAに含まれる測定対象の物質の濃度を算出してもよい。   Specifically, the near-infrared wavelength laser beam L output from the light emitting unit 40 is a predetermined path from the optical fiber 42 to the measurement cell 12, specifically, the window 26, the incident tube 22, the main tube 20, After passing through the emission tube 24 and the window 28, the light reaches the light receiving unit 44. At this time, if the substance to be measured is contained in the exhaust gas A in the measurement cell 12, the laser light passing through the measurement cell 12 is absorbed. Therefore, the output of the laser beam L reaching the light receiving unit 44 varies depending on the concentration of the substance to be measured in the exhaust gas A. The light receiving unit 44 converts the received laser light into a light reception signal. The received light signal generated by the light receiving unit 44 is processed by the signal processing unit 47 and input to the physical quantity calculation unit 48 as a spectrum signal. In addition, the control unit 50 and the light source driver 46 output the intensity of the laser light L output from the light emitting unit 40 to the physical quantity calculation unit 48. The physical quantity calculation unit 48 compares the intensity of the light output from the light emitting unit 40 with the intensity calculated from the spectrum signal, and calculates the concentration of the measurement target substance of the exhaust gas A flowing in the measurement cell 12 from the decrease rate. To do. As described above, the measuring unit 14 uses the so-called TDLAS method (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy), and based on the intensity of the output laser light and the received light signal detected by the light receiving unit 44. The concentration of the substance to be measured in the exhaust gas A passing through the predetermined position in the main pipe 20, that is, the measurement position, can be calculated and / or measured. Moreover, the measurement means 14 can calculate and / or measure the concentration of the substance to be measured continuously. The laser measuring device 10 may calculate the concentration of the substance to be measured included in the exhaust gas A based on only the spectrum signal, with the intensity of the laser light output from the light emitting unit 40 being constant.

制御部50は、各部の動作を制御する制御機能を有し、必要に応じて、各部の動作を制御する。なお、制御部50は、計測手段14の制御のみならず、レーザ計測装置10の全体の動作を制御する。つまり、制御部50は、レーザ計測装置10の動作を制御する制御部である。   The control unit 50 has a control function for controlling the operation of each unit, and controls the operation of each unit as necessary. The control unit 50 controls not only the control of the measuring means 14 but also the overall operation of the laser measuring device 10. That is, the control unit 50 is a control unit that controls the operation of the laser measurement apparatus 10.

次に、図2から図4を用いて、レーザ計測装置10の信号処理部47の構成を説明し、信号処理部47による受光信号の処理について説明する。ここで、図2は、図1に示すレーザ計測装置の信号処理部の概略構成を示すブロック図である。また、図3Aから図3Eは、それぞれ信号処理部の処理を説明するための説明図である。図4は、水晶フィルタの特性を示すグラフである。なお、図3Aから図3Eは、信号の周波数と出力(強度)との関係を模式的に示すグラフ、つまり信号を周波数解析した場合に算出される周波数と出力の関係を示すグラフである。図3Aから図3Eは、縦軸を出力とし、横軸を周波数とした。また、図4は、水晶フィルタの周波数特性を示すグラフであり、縦軸を利得[dB]とし、横軸を周波数[MHz]とした。   Next, the configuration of the signal processing unit 47 of the laser measurement apparatus 10 will be described using FIGS. 2 to 4, and the processing of the received light signal by the signal processing unit 47 will be described. Here, FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a signal processing unit of the laser measuring apparatus shown in FIG. 3A to 3E are explanatory diagrams for explaining processing of the signal processing unit, respectively. FIG. 4 is a graph showing characteristics of the crystal filter. 3A to 3E are graphs schematically showing the relationship between the signal frequency and the output (intensity), that is, the graph showing the relationship between the frequency calculated when the signal is subjected to frequency analysis and the output. In FIGS. 3A to 3E, the vertical axis is output and the horizontal axis is frequency. FIG. 4 is a graph showing the frequency characteristics of the crystal filter. The vertical axis represents gain [dB], and the horizontal axis represents frequency [MHz].

図2に示す信号処理部47は、受光部44から送られた受光信号を処理してスペクトル信号を生成し、生成したスペクトル信号を物理量算出部48に送る。信号処理部47は、指定周波数以外の周波数の出力を低減するフィルタ処理部62と、フィルタ処理部62で処理された信号にスペクトル信号抽出処理(例えば、ロックイン処理)を行い、スペクトル信号を抽出するスペクトル信号抽出器(例えば、ロックイン検出器)64と、を有する。ここで、指定周波数とは、スペクトル信号抽出器64でスペクトル信号抽出する対象の周波数であり、検出対象である吸収スペクトルの成分を含む周波数である。本実施形態では、指定周波数として、変調周波数を2倍以上で整数倍した周波数を用いる。   The signal processing unit 47 shown in FIG. 2 processes the light reception signal sent from the light receiving unit 44 to generate a spectrum signal, and sends the generated spectrum signal to the physical quantity calculation unit 48. The signal processing unit 47 extracts a spectrum signal by performing a spectrum processing extraction process (for example, a lock-in process) on the signal processed by the filter processing unit 62 and a filter processing unit 62 that reduces the output of frequencies other than the specified frequency. A spectral signal extractor (for example, lock-in detector) 64. Here, the designated frequency is a frequency of a spectrum signal extracted by the spectrum signal extractor 64 and includes a component of an absorption spectrum that is a detection target. In the present embodiment, as the designated frequency, a frequency obtained by multiplying the modulation frequency by two or more and an integer is used.

なお、以下の説明では、125kHzを変調周波数としたレーザ光を出力し、指定周波数を250kHzとしてスペクトル信号を生成する場合として説明する。つまり、以下の説明の例では、受光部44がレーザ光を受光して生成する受光信号には、測定対象の物質がレーザ光を吸収することで生じる吸収スペクトルの成分が125kHzの偶数倍の周波数に含まれる。そこで、レーザ計測装置10の信号処理部47は、吸収スペクトルの成分が含まれる周波数のうち250kHzの周波数を解析対象(測定対象)の周波数、つまり指定周波数とし、指定周波数の成分を抽出する処理を行う。フィルタ処理部62に送られる受光信号は、指定周波数である250kHz成分にノイズ成分が重畳している。そのため、受光信号は、図3Aに示すように、各周波数成分に出力が分布している状態となる。信号処理部47が、図3Aに示すようなノイズが重畳された受光信号から解析対象の指定周波数の成分を抽出する処理を行う。   In the following description, it is assumed that a laser beam having a modulation frequency of 125 kHz is output and a spectrum signal is generated with a specified frequency of 250 kHz. That is, in the example described below, the light reception signal generated by the light receiving unit 44 receiving the laser light has an absorption spectrum component that is generated when the substance to be measured absorbs the laser light and has an even multiple of 125 kHz. include. Therefore, the signal processing unit 47 of the laser measuring apparatus 10 performs processing for extracting a component of the designated frequency by setting the frequency of 250 kHz out of the frequencies including the component of the absorption spectrum as the frequency of the analysis target (measurement target), that is, the designated frequency. Do. In the received light signal sent to the filter processing unit 62, a noise component is superimposed on a 250 kHz component that is a specified frequency. Therefore, as shown in FIG. 3A, the light reception signal is in a state where the output is distributed in each frequency component. The signal processing unit 47 performs processing for extracting a component of the designated frequency to be analyzed from the received light signal on which noise is superimposed as shown in FIG. 3A.

フィルタ処理部62は、発振器70と、アップコンバータ(上流側周波数変換器)72と、水晶フィルタ74と、コイルカップリング76と、増幅器77と、ダウンコンバータ(下流側周波数変換器)78と、ローパスフィルタ80と、コイルカップリング82と、増幅器84と、を有する。   The filter processing unit 62 includes an oscillator 70, an up converter (upstream frequency converter) 72, a crystal filter 74, a coil coupling 76, an amplifier 77, a down converter (downstream frequency converter) 78, and a low pass. A filter 80, a coil coupling 82, and an amplifier 84 are included.

発振器70は、設定した周波数の信号を生成し出力する信号生成器である。発振器70は、指定周波数と後述する水晶フィルタ74を通過する周波数(透過周波数)との差分の周波数(発振周波数)の信号を生成し、アップコンバー72とダウンコンバータ78とに送る。なお、本実施形態では、発振器70は、発振周波数が10.45MHzの信号を出力する。つまり、周波数が10.45MHzの成分で構成された信号を出力する。   The oscillator 70 is a signal generator that generates and outputs a signal having a set frequency. The oscillator 70 generates a signal having a difference frequency (oscillation frequency) between a specified frequency and a frequency (transmission frequency) passing through a crystal filter 74 described later, and sends the signal to the up-converter 72 and the down-converter 78. In the present embodiment, the oscillator 70 outputs a signal having an oscillation frequency of 10.45 MHz. That is, a signal composed of a component having a frequency of 10.45 MHz is output.

アップコンバータ(上流側周波数変換器)72は、受光信号と発振器70から送られた信号とをヘテロダインの定理により混合する混合器(周波数変換器、ミキサ)である。アップコンバータ72は、受信信号の各周波数の成分を発振周波数分増加させた成分と発振周波数分減少させた成分とした信号を生成する。つまり、アップコンバータ72は、発振周波数を基準として、正負の両方向に受信信号を展開した信号を生成する。つまり、発振周波数をfとし、受信信号の各周波数faとすると、周波数faの出力をf±faの周波数の出力とする。図3Aに示す受信信号は、アップコンバータ(上流側周波数変換器)72を通過することで、図3Bに示す信号となる。ここで、図3Bに示す信号は、受光振動の指定周波数(250kHz)の成分が、発振周波数10.45MHzに±0.25MHzした10.2MHzの成分と、10.7MHzの成分となる。アップコンバータ72は、処理した信号を水晶フィルタ74に送る。   The up-converter (upstream frequency converter) 72 is a mixer (frequency converter, mixer) that mixes the received light signal and the signal sent from the oscillator 70 according to the heterodyne theorem. The up-converter 72 generates a signal in which each frequency component of the received signal is increased by the oscillation frequency and reduced by the oscillation frequency. That is, the up-converter 72 generates a signal that expands the received signal in both positive and negative directions with the oscillation frequency as a reference. That is, if the oscillation frequency is f and each frequency fa of the received signal, the output of the frequency fa is the output of f ± fa. The received signal shown in FIG. 3A passes through an up converter (upstream frequency converter) 72 to become a signal shown in FIG. 3B. Here, in the signal shown in FIG. 3B, the component of the specified frequency (250 kHz) of the received light vibration is a 10.2 MHz component obtained by adding ± 0.25 MHz to the oscillation frequency 10.45 MHz and a 10.7 MHz component. The up converter 72 sends the processed signal to the crystal filter 74.

水晶フィルタ74は、所定の周波数である透過周波数の成分を選択的に通過させ、透過周波数以外の周波数成分を除去、低減するフィルタである。水晶フィルタ74は、水晶振動子を用いるフィルタであり、透過周波数(水晶振動子と共振する周波数成分)を中心周波数とする一定の周波数帯域の成分を選択的に通過させ、透過周波数を中心周波数とする一定の周波数帯域以外の周波数の成分(出力)を減少させる。ここで、本実施形態の水晶フィルタ74は、図4に示すように、透過周波数が10.7MHzのフィルタである。ここで、図4の縦軸の利得は、各周波数における透過率と同様であり、利得が0に近いほど出力を透過し、利得のマイナス成分が大きいほど(−90dBに近いほど)、出力を低減する。なお、水晶フィルタ74は、利得が−80dBの周波数成分は、ほとんど透過させない。水晶フィルタ74は、10.7MHzを中心として、10.69MHz以上10.71MHz未満の範囲の周波数成分の出力を一定程度透過し、それ以外の周波数成分の出力を低減させる。これにより、水晶フィルタ74を透過した信号は、図3Cに示すように、透過周波数の10.7MHzを中心とした一定周波数域の成分が支配的な信号となる。水晶フィルタ74は、アップコンバータ72から送られた信号に対して処理(フィルタ処理)を行い、処理を行った信号(水晶フィルタ74を通過した信号)をコイルカップリング76(増幅器77)に送る。   The crystal filter 74 is a filter that selectively transmits a transmission frequency component, which is a predetermined frequency, and removes and reduces frequency components other than the transmission frequency. The crystal filter 74 is a filter that uses a crystal resonator, and selectively transmits a component in a certain frequency band having a transmission frequency (a frequency component that resonates with the crystal resonator) as a center frequency. The frequency component (output) other than the fixed frequency band is reduced. Here, the crystal filter 74 of the present embodiment is a filter having a transmission frequency of 10.7 MHz as shown in FIG. Here, the gain on the vertical axis in FIG. 4 is the same as the transmittance at each frequency, and the output is transmitted as the gain is closer to 0, and the output is increased as the negative component of the gain is larger (closer to −90 dB). To reduce. The crystal filter 74 hardly transmits the frequency component having a gain of −80 dB. The crystal filter 74 transmits a certain amount of output of frequency components in the range of 10.69 MHz or more and less than 10.71 MHz around 10.7 MHz, and reduces the output of other frequency components. As a result, as shown in FIG. 3C, the signal transmitted through the crystal filter 74 becomes a signal having a dominant frequency component centered on the transmission frequency of 10.7 MHz. The crystal filter 74 performs processing (filter processing) on the signal sent from the up-converter 72, and sends the processed signal (the signal that has passed through the crystal filter 74) to the coil coupling 76 (amplifier 77).

コイルカップリング76は、水晶フィルタ74と、増幅器77との間に配置されている。コイルカップリング76は、増幅器77に使用しているオペアンプの入力部の回路定数を整合する機器であり、増幅器77の他の部品との整合部に配置されている。コイルカップリング76は、一対のコイルで構成されており、一方のコイルが水晶フィルタ74と接続し、他方のコイルが増幅器77と接続している。コイルカップリング76は、一対のコイルが対向して配置されており、水晶フィルタ74から送られてきた信号を一方のコイルから他方のコイルに伝達し、増幅器77に送る。コイルカップリング76は、一対のコイルを介して信号を伝達することで、増幅器77の整合部で発生する熱ノイズを抑制することができる。   The coil coupling 76 is disposed between the crystal filter 74 and the amplifier 77. The coil coupling 76 is a device that matches the circuit constant of the input part of the operational amplifier used in the amplifier 77, and is arranged in a matching part with other parts of the amplifier 77. The coil coupling 76 is constituted by a pair of coils, one coil is connected to the crystal filter 74 and the other coil is connected to the amplifier 77. The coil coupling 76 has a pair of coils facing each other, transmits a signal sent from the crystal filter 74 from one coil to the other coil, and sends it to the amplifier 77. The coil coupling 76 can suppress thermal noise generated at the matching portion of the amplifier 77 by transmitting a signal through a pair of coils.

増幅器77は、水晶フィルタ74から送られ、コイルカップリング76を通過した信号(受光信号から透過周波数を中心とした周波数域以外の周波数の成分を除去、低減した信号)を増幅する。増幅器77は、増幅した信号をダウンコンバータ78に送る。   The amplifier 77 amplifies the signal sent from the crystal filter 74 and passed through the coil coupling 76 (a signal obtained by removing and reducing a frequency component other than the frequency region centered on the transmission frequency from the received light signal). The amplifier 77 sends the amplified signal to the down converter 78.

ダウンコンバータ(下流側周波数変換器)78は、増幅器77から送られた信号と発振器70から送られた信号とをヘテロダインの定理により混合する混合器(周波数変換器、ミキサ)である。ダウンコンバータ78は、アップコンバータ72と同様の構成であり、増幅器77から送られた信号の各周波数の成分を発振周波数分増加させた成分と発振周波数分減少させた成分とした信号を生成する。つまり、ダウンコンバータ78は、発振周波数を基準として、正負の両方向に増幅器77から送られた信号を展開した信号を生成する。ダウンコンバータ78を通過した信号は、図3Dに示す信号となる。ここで、図3Dに示す信号は、透過周波数(10.7MHz)の成分が、発振周波数10.45MHzに±10.7MHzした250kHzの成分と、21.15MHzの成分となる。ダウンコンバータ78は、処理した信号をローパスフィルタ80に送る。   The down converter (downstream frequency converter) 78 is a mixer (frequency converter, mixer) that mixes the signal sent from the amplifier 77 and the signal sent from the oscillator 70 by the heterodyne theorem. The down-converter 78 has the same configuration as the up-converter 72, and generates a signal having a component in which each frequency component of the signal transmitted from the amplifier 77 is increased by an oscillation frequency and a component in which the oscillation frequency is decreased. That is, the down-converter 78 generates a signal obtained by developing the signal sent from the amplifier 77 in both positive and negative directions with reference to the oscillation frequency. The signal that has passed through the down converter 78 becomes the signal shown in FIG. 3D. Here, in the signal shown in FIG. 3D, the component of the transmission frequency (10.7 MHz) is a component of 250 kHz obtained by adding ± 10.7 MHz to the oscillation frequency of 10.45 MHz and a component of 21.15 MHz. The down converter 78 sends the processed signal to the low pass filter 80.

ローパスフィルタ80は、ダウンコンバータ78とコイルカップリング82との間に配置されている。ローパスフィルタ80は、設定された閾値周波数以下の周波数の成分を透過させ、閾値周波数より大きい周波数の成分を低減するフィルタであり、ダウンコンバータ78から送られた信号のうち、指定周波数を中心とした周波数域の成分を透過させ、透過周波数に発振周波数を加算した周波数を中心とした周波数域の成分を低減する。なお、ローパスフィルタ80としては、1MHz以上の周波数の成分を低減する(1MHz未満の周波数の成分をそのまま透過する)フィルタを用いることが好ましい。本実施形態では、250kHzを中心とした周波数域の成分を透過させ、21.15MHzを中心とした周波数域の成分を低減する。   The low-pass filter 80 is disposed between the down converter 78 and the coil coupling 82. The low-pass filter 80 is a filter that transmits a component having a frequency equal to or lower than a set threshold frequency and reduces a component having a frequency that is higher than the threshold frequency. The frequency band component is transmitted, and the frequency band component centered on the frequency obtained by adding the oscillation frequency to the transmission frequency is reduced. As the low-pass filter 80, it is preferable to use a filter that reduces a frequency component of 1 MHz or higher (transmits a frequency component of less than 1 MHz as it is). In the present embodiment, the frequency band component centered at 250 kHz is transmitted, and the frequency band component centered at 21.15 MHz is reduced.

コイルカップリング82は、ローパスフィルタ80と、増幅器84との間に配置されている。コイルカップリング82は、増幅器84に使用しているオペアンプの入力部の回路定数を整合する機器であり、増幅器84の他の部品との整合部に配置されている。コイルカップリング82は、一対のコイルで構成されており、一方のコイルがローパスフィルタ80と接続し、他方のコイルが増幅器84と接続している。コイルカップリング82は、一対のコイルが対向して配置されており、ローパスフィルタ80から送られてきた信号を一方のコイルから他方のコイルに伝達し、増幅器84に送る。コイルカップリング76は、一対のコイルを介して信号を伝達することで、増幅器84の整合部で発生する熱ノイズを抑制することができる。   The coil coupling 82 is disposed between the low pass filter 80 and the amplifier 84. The coil coupling 82 is a device that matches the circuit constant of the input part of the operational amplifier used in the amplifier 84 and is arranged in a matching part with other parts of the amplifier 84. The coil coupling 82 is composed of a pair of coils, one coil is connected to the low-pass filter 80, and the other coil is connected to the amplifier 84. The coil coupling 82 has a pair of coils facing each other, transmits a signal sent from the low-pass filter 80 from one coil to the other coil, and sends it to the amplifier 84. The coil coupling 76 can suppress thermal noise generated at the matching portion of the amplifier 84 by transmitting a signal through a pair of coils.

増幅器84は、ローパスフィルタ80から送られ、コイルカップリング82を通過した信号(受光信号から指定周波数以外の周波数の成分を除去、低減した信号)を増幅する。これにより、増幅器84を通過した信号は、図3Eに示す信号となる。図3Eに示す信号は、図3Dに示す信号がローパスフィルタ80を通過することで21.15MHzを中心とした周波数域の成分が低減され250kHzを中心とした周波数域の成分が支配的な信号とされ、さらに250kHzを中心とした周波数域の成分が増幅された信号である。増幅器84は、増幅した信号をスペクトル信号抽出器64に送る。   The amplifier 84 amplifies the signal sent from the low-pass filter 80 and passed through the coil coupling 82 (a signal obtained by removing and reducing a frequency component other than the specified frequency from the received light signal). As a result, the signal passing through the amplifier 84 becomes the signal shown in FIG. 3E. The signal shown in FIG. 3E is a signal in which the frequency band component centered at 21.15 MHz is reduced and the frequency band component centered at 250 kHz is dominant when the signal shown in FIG. In addition, the frequency band component centered at 250 kHz is amplified. The amplifier 84 sends the amplified signal to the spectrum signal extractor 64.

次に、スペクトル信号抽出器64は、フィルタ処理部62で処理され、指定周波数以外の周波数の成分が低減された受光信号に対して、指定周波数を参照周波数としてスペクトル信号抽出処理を行う。これにより、指定周波数以外の周波数の成分が低減された受光信号から指定周波数のスペクトル信号を生成する。なお、スペクトル信号抽出器64としては、上記で例示したように、ロックイン処理を行うロックイン検出器を用いることができる。ロックイン検出器を用いることで、安価な構成で高精度にスペクトル信号を抽出することができる。なお、スペクトル信号抽出器64の種類はロックイン検出器に限定されない。スペクトル信号抽出器64は、検出したスペクトル信号を物理量算出部48に送る。信号処理部47は、以上のようにして受光信号からスペクトル信号を生成及び/または抽出する。   Next, the spectrum signal extractor 64 performs a spectrum signal extraction process using the specified frequency as a reference frequency for the received light signal that has been processed by the filter processing unit 62 and whose frequency components other than the specified frequency are reduced. As a result, a spectrum signal of the designated frequency is generated from the received light signal in which the frequency components other than the designated frequency are reduced. As the spectrum signal extractor 64, as exemplified above, a lock-in detector that performs lock-in processing can be used. By using a lock-in detector, a spectrum signal can be extracted with high accuracy with an inexpensive configuration. Note that the type of the spectral signal extractor 64 is not limited to the lock-in detector. The spectrum signal extractor 64 sends the detected spectrum signal to the physical quantity calculator 48. The signal processing unit 47 generates and / or extracts a spectrum signal from the received light signal as described above.

次に、具体的な信号の計測結果の一例の図4及び図5Aから図5Eを用いて、信号処理部47の処理をより詳細に説明する。図5Aから図5Eは、それぞれ信号処理部の経路で検出されるスペクトルの一例を示すグラフである。図5Aから図5Eは、縦軸を電圧(出力)[dBV]とし、横軸を周波数[MHz]とした。なお、以下の説明では、100kHzを変調周波数としたレーザ光を出力し、指定周波数を200kHzとし、発振器の発振周波数を10.5MHzとしてスペクトル信号を生成する場合として説明する。   Next, the processing of the signal processing unit 47 will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5A to 5E, which are examples of specific signal measurement results. FIG. 5A to FIG. 5E are graphs showing examples of spectra detected by the path of the signal processing unit. 5A to 5E, the vertical axis represents voltage (output) [dBV], and the horizontal axis represents frequency [MHz]. In the following description, a description will be given of a case where a laser beam having a modulation frequency of 100 kHz is output, a specified frequency is 200 kHz, and an oscillation frequency of the oscillator is 10.5 MHz to generate a spectrum signal.

まず、受光信号のスペクトル(信号処理部47に入力する入力スペクトル)は、図5Aに示すように、各周波数成分に出力が分布している状態となる。ここで、図5Aに示す受光信号は、変調周波数の100kHzの成分が−10.93dBVであり、指定周波数の200kHzの成分が−53.16dBVである。このように、受光信号では、解析対象の200kHzの成分とノイズの100kHzの成分との差が−42.23dBとなり、解析対象の成分が、ノイズ成分である100kHzの成分よりも小さい出力となっている。   First, as shown in FIG. 5A, the spectrum of the received light signal (input spectrum input to the signal processing unit 47) is in a state in which the output is distributed to each frequency component. Here, in the received light signal shown in FIG. 5A, the 100 kHz component of the modulation frequency is −10.93 dBV, and the 200 kHz component of the specified frequency is −53.16 dBV. Thus, in the received light signal, the difference between the 200 kHz component to be analyzed and the 100 kHz component of noise is −42.23 dB, and the analysis target component has an output smaller than the 100 kHz component that is the noise component. Yes.

その後、アップコンバータ72により周波数変換(アップコンバート)した信号は、図5Bに示す出力分布となる。図5Bに示すように、アップコンバートした信号は、発振周波数である10.5MHzを中心として周波数軸に略対象な波形となる。またアップコンバートした信号は、変調周波数の100kHzを周波数変換した10.60MHzの成分が−17.74dBVであり、指定周波数の200kHzを周波数変換した10.7MHzの成分が−60.20dBVである。このように、アップコンバートした信号では、解析対象の10.7MHzの成分とノイズの10.6MHzの成分との差が−42.46dBとなる。なお、アップコンバータ72で処理することで、各周波数の成分は減少している。   Thereafter, the signal subjected to frequency conversion (up-conversion) by the up-converter 72 has an output distribution shown in FIG. 5B. As shown in FIG. 5B, the up-converted signal has a substantially target waveform on the frequency axis centering on the oscillation frequency of 10.5 MHz. In the up-converted signal, the 10.60 MHz component obtained by frequency conversion of the modulation frequency of 100 kHz is -17.74 dBV, and the 10.7 MHz component obtained by frequency conversion of the specified frequency of 200 kHz is -60.20 dBV. Thus, in the up-converted signal, the difference between the 10.7 MHz component to be analyzed and the 10.6 MHz noise component is −42.46 dB. In addition, the component of each frequency has decreased by processing by the up-converter 72.

その後、水晶フィルタ74を通過(透過)した信号は、図5Cに示す出力分布となる。なお、図5Cに示すグラフは、周波数10MHzから11MHzの範囲のみを示している。図5Cに示すように、水晶フィルタ74を通過した信号は、透過周波数の10.7MHzを中心とした周波数域の成分を透過させ、その他の周波数域の成分を低減する。これにより、水晶フィルタ74を通過した信号は、周波数10.60MHzの成分が−101.25dBVであり、10.7MHzの成分が−60.72dBVである。このように、水晶フィルタ74を通過した信号は、解析対象の10.7MHzの成分は略そのまま通過させ、ノイズの10.6MHzの成分を低減させる。これにより、解析対象の10.7MHzの成分とノイズの10.6MHzの成分との差が37.53dBとなり、解析対象の成分がノイズ成分よりも大きくなる。   Thereafter, the signal passing (transmitting) through the crystal filter 74 has an output distribution shown in FIG. 5C. Note that the graph shown in FIG. 5C shows only the frequency range of 10 MHz to 11 MHz. As shown in FIG. 5C, the signal that has passed through the crystal filter 74 transmits components in the frequency region centered on the transmission frequency of 10.7 MHz, and reduces the components in other frequency regions. As a result, the signal having passed through the crystal filter 74 has a frequency 10.60 MHz component of −101.25 dBV and a 10.7 MHz component of −60.72 dBV. In this way, the signal that has passed through the crystal filter 74 allows the 10.7 MHz component to be analyzed to pass substantially as it is, and reduces the 10.6 MHz component of noise. As a result, the difference between the 10.7 MHz component to be analyzed and the 10.6 MHz noise component is 37.53 dB, and the analysis target component is larger than the noise component.

その後、ダウンコンバータ78により周波数変換(ダウンコンバート)した信号は、図5Dに示す出力分布となる。なお、図5Dは、横軸の周波数軸を対数軸としている。図5Dに示すように、ダウンコンバートした信号は、発振周波数である10.5MHzを中心として周波数軸に略対象な波形となり、解析対象の10.7MHzの成分は、周波数200kHzの成分と周波数21.2MHzの成分となる。また、ノイズの10.6MHzの成分は、周波数100kHzの成分と周波数21.3MHzの成分となる。つまり、10.7MHz以下の成分は、アップコンバータ72の処理前の信号の周波数と同一の周波数の成分となる。ダウンコンバートした信号は、100kHzの成分が−89.59dBVであり、指定周波数の200kHzの成分が−59.80dBVである。このように、ダウンコンバートした信号では、解析対象の200kHzの成分とノイズの100kHzの成分との差が29.79dBとなる。   Thereafter, the frequency-converted (down-converted) signal by the down converter 78 has an output distribution shown in FIG. 5D. In FIG. 5D, the horizontal frequency axis is a logarithmic axis. As shown in FIG. 5D, the down-converted signal has a substantially target waveform on the frequency axis with the oscillation frequency of 10.5 MHz as the center, and the 10.7 MHz component to be analyzed includes the 200 kHz component and the frequency 21. 2MHz component. In addition, the 10.6 MHz component of noise is a component having a frequency of 100 kHz and a component having a frequency of 21.3 MHz. That is, the component of 10.7 MHz or less is a component having the same frequency as the frequency of the signal before processing by the up-converter 72. The down-converted signal has a component of 100 kHz of −89.59 dBV and a component of 200 kHz of the designated frequency of −59.80 dBV. Thus, in the down-converted signal, the difference between the 200 kHz component to be analyzed and the 100 kHz noise component is 29.79 dB.

その後、ローパスフィルタ80を通過した信号は、図5Eに示す出力分布となる。また、図5Eも図5Dと同様に横軸の周波数軸を対数軸としている。なお、本具体例で用いたローパスフィルタ80は、周波数1MHz以上の成分を低減するフィルタである。図5Eに示すように、ローパスフィルタ80を通過した信号は、周波数1MHz以上の成分が低減され、周波数21.2MHzの成分が低減される。また、周波数100kHzの成分と、周波数200kHzの成分とは、略そのまま透過する。ローパスフィルタ80を通過した信号は、100kHzの成分が−89.61dBVであり、指定周波数の200kHzの成分が−60.06dBVである。このように、ローパスフィルタ80を通過した信号では、解析対象の200kHzの成分とノイズの100kHzの成分との差が29.55dBとなる。ローパスフィルタ80を通過した信号は、その後、増幅器84で増幅された後、スペクトル信号抽出器64でスペクトル信号抽出処理されることで、指定周波数成分を抽出したスペクトル信号を生成する。   Thereafter, the signal passing through the low-pass filter 80 has an output distribution shown in FIG. 5E. 5E also uses the frequency axis on the horizontal axis as a logarithmic axis, as in FIG. 5D. The low-pass filter 80 used in this specific example is a filter that reduces components having a frequency of 1 MHz or more. As shown in FIG. 5E, the signal that has passed through the low-pass filter 80 has a component with a frequency of 1 MHz or more reduced and a component with a frequency of 21.2 MHz. Further, the component with a frequency of 100 kHz and the component with a frequency of 200 kHz are transmitted almost as they are. The signal that has passed through the low-pass filter 80 has a component of 100 kHz of −89.61 dBV and a component of 200 kHz of the designated frequency of −60.06 dBV. Thus, in the signal that has passed through the low-pass filter 80, the difference between the 200 kHz component to be analyzed and the 100 kHz noise component is 29.55 dB. The signal that has passed through the low-pass filter 80 is then amplified by the amplifier 84 and is then subjected to spectrum signal extraction processing by the spectrum signal extractor 64, thereby generating a spectrum signal from which the designated frequency component has been extracted.

このように、レーザ計測装置10の信号処理部47は、受光信号の指定周波数の成分を水晶フィルタ74の透過周波数の成分とした後、当該信号を水晶フィルタ74に透過(通過)させることで、受光信号から効率よくノイズを除去または低減することができる。つまり、透過周波数(透過周波数を中心とした一定周波数域)以外の周波数の成分を高い割合で低減できる水晶フィルタ74でフィルタ処理を行うことで、受光信号の指定周波数の成分以外の成分を効率よく除去、低減することができる。また、透過周波数を中心とした一定周波数域を他のフィルタに比して狭い周波数域とすることができる。これにより、指定周波数の成分を高精度に抽出することができる。例えば、本実施形態のように、200kHzが指定周波数であり、100kHzに大きなノイズ成分がある場合も、ノイズ成分を好適に低減することができる。   As described above, the signal processing unit 47 of the laser measurement device 10 uses the specified frequency component of the received light signal as the transmission frequency component of the crystal filter 74, and then transmits (passes) the signal to the crystal filter 74. Noise can be efficiently removed or reduced from the received light signal. In other words, by performing the filtering process with the crystal filter 74 that can reduce the frequency components other than the transmission frequency (a constant frequency region centered on the transmission frequency) at a high rate, components other than the specified frequency component of the received light signal can be efficiently obtained. It can be removed and reduced. In addition, a constant frequency range centered on the transmission frequency can be made narrower than other filters. Thereby, the component of the designated frequency can be extracted with high accuracy. For example, as in the present embodiment, even when 200 kHz is the specified frequency and there is a large noise component at 100 kHz, the noise component can be suitably reduced.

本実施形態のように、アップコンバータ72及び発振器70で受光信号の指定周波数の成分を水晶フィルタ74の透過周波数の成分に変換することで、指定周波数の周波数によらず、水晶フィルタ74dで受光信号の指定周波数の成分を透過させ、その他の周波数の成分を除去低減することができる。   As in the present embodiment, the up-converter 72 and the oscillator 70 convert the light reception signal component of the light reception signal into the transmission frequency component of the crystal filter 74, so that the light reception signal is received by the crystal filter 74d regardless of the frequency of the specified frequency. The components of the designated frequency can be transmitted and the components of other frequencies can be removed and reduced.

また、水晶フィルタ74を透過した信号をダウンコンバータ78でタウンコンバートすることで、スペクトル信号抽出器64での処理をより簡単にすることができる。さらに、1つの発振器70がアップコンバータ72とダウンコンバータ78とに信号を供給することで、発振器の数を少なくすることができる。また信号処理部47に入力時と出力時とで、解析対象の成分が含まれる周波数を同一周波数とすることができる。   Further, by down-converting the signal transmitted through the crystal filter 74 by the down converter 78, the processing by the spectrum signal extractor 64 can be simplified. Furthermore, since one oscillator 70 supplies signals to the up-converter 72 and the down-converter 78, the number of oscillators can be reduced. Further, the frequency including the component to be analyzed can be set to the same frequency when the signal processing unit 47 is input and when it is output.

また、受光信号から効率よくノイズを除去または低減し、指定周波数の成分の出力とノイズ成分の出力との差が小さくなることで、ノイズ除去後でスペクトル信号抽出処理前の信号をより大きく増幅することができ、スペクトル信号抽出処理前に指定周波数の成分の出力をより増幅することができる。ここで、増幅器84は、スペクトル信号抽出器64の計測レンジに適用可能な大きさまで増幅させる場合に信号の大きさを基準として増幅の比率を設定する。そのため、指定周波数の成分の出力とノイズ成分の出力との差が小さくなることで、ノイズ成分の出力が指定周波数の成分の出力よりも一定程度大きい場合よりも、指定周波数の成分の出力をより大きく増幅することができる。つまり、より大きく増幅しても、出力をスペクトル信号抽出器64の計測レンジに適用可能な大きさに抑えることができる。これにより、指定周波数の成分の出力をより高精度に検出することができる。また、フィルタとしては、水晶フィルタを設ければよいため、装置構成を簡単にすることができる。   In addition, noise is efficiently removed or reduced from the received light signal, and the difference between the output of the specified frequency component and the output of the noise component is reduced, thereby amplifying the signal after the noise removal and before the spectral signal extraction processing. The output of the component of the designated frequency can be further amplified before the spectrum signal extraction process. Here, the amplifier 84 sets the amplification ratio based on the signal size when the signal is amplified to a size applicable to the measurement range of the spectrum signal extractor 64. Therefore, the difference between the output of the specified frequency component and the output of the noise component is reduced, so that the output of the specified frequency component is more than the case where the output of the noise component is a certain amount larger than the output of the specified frequency component. It can be greatly amplified. That is, even if the signal is amplified more greatly, the output can be suppressed to a size applicable to the measurement range of the spectrum signal extractor 64. Thereby, the output of the component of the designated frequency can be detected with higher accuracy. Further, since a crystal filter may be provided as the filter, the apparatus configuration can be simplified.

さらに、ノイズを好適に小さくできることで、スペクトル信号抽出器の計測レンジが小さい場合でも好適に指定周波数の出力を検出することができる。これにより、性能を維持しつつ、スペクトル信号抽出器を安価にすることができ、レーザ計測装置も安価にすることができる。   Furthermore, since the noise can be suitably reduced, the output of the designated frequency can be suitably detected even when the measurement range of the spectrum signal extractor is small. As a result, the spectral signal extractor can be made inexpensive while the performance is maintained, and the laser measuring device can also be made inexpensive.

次に、図6を用いて、レーザ計測装置の他の実施形態について説明する。図6は、レーザ計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。なお、図6に示すレーザ計測装置の実施形態は、信号処理部の構成を除いて他の構成は、基本的に図1および図2に示すレーザ計測装置と同様である。また、図6に示す信号処理部147のうち、図2に示す信号処理部47と同様の構成には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。   Next, another embodiment of the laser measuring device will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the laser measuring device. The embodiment of the laser measuring apparatus shown in FIG. 6 is basically the same as the laser measuring apparatus shown in FIGS. 1 and 2 except for the configuration of the signal processing unit. Further, in the signal processing unit 147 shown in FIG. 6, the same components as those of the signal processing unit 47 shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図6に示す信号処理部147は、フィルタ処理部162と、スペクトル信号検出器64と、を有する。フィルタ処理部162は、発振器70と、水晶フィルタ74と、コイルカップリング76と、増幅器77と、ダウンコンバータ(下流側周波数変換器)78と、ローパスフィルタ80と、コイルカップリング82と、増幅器84と、を有する。   The signal processing unit 147 illustrated in FIG. 6 includes a filter processing unit 162 and a spectrum signal detector 64. The filter processing unit 162 includes an oscillator 70, a crystal filter 74, a coil coupling 76, an amplifier 77, a down converter (downstream frequency converter) 78, a low-pass filter 80, a coil coupling 82, and an amplifier 84. And having.

発振器70は、設定した周波数の信号を生成し出力する信号生成器である。発振器70は、指定周波数と透過周波数との差分の周波数(発振周波数)の信号を生成し、ダウンコンバータ78に送る。   The oscillator 70 is a signal generator that generates and outputs a signal having a set frequency. The oscillator 70 generates a signal having a difference frequency (oscillation frequency) between the designated frequency and the transmission frequency and sends the signal to the down converter 78.

このように、信号処理部147は、アップコンバータを備えない点を除いて他の構成は、信号処理部47と同様である。本実施形態のレーザ計測装置の構成とした場合も、受光部44がレーザ光を受光し、生成する受光信号に含まれる解析対象の吸収スペクトルの成分が透過周波数の成分となるようにすることで、水晶フィルタ74が透過する周波数成分を測定対象の周波数の成分とすることができる。   Thus, the signal processing unit 147 is the same as the signal processing unit 47 except for the point that it does not include an up-converter. Even in the case of the configuration of the laser measuring apparatus of the present embodiment, the light receiving unit 44 receives the laser light, and the component of the absorption spectrum to be analyzed included in the generated light reception signal becomes the component of the transmission frequency. The frequency component transmitted through the crystal filter 74 can be the frequency component to be measured.

このように、受光部44が生成する受光信号に含まれる解析対象の吸収スペクトルの成分が透過周波数の成分とすることで、アップコンバータを設けることなく、受光信号から解析対象の吸収スペクトルの成分を抽出することができる。例えば、上記実施形態のように、透過周波数が10.7MHzの場合は、レーザ光の変調周波数を5.35MHzとすることで、解析対象を10.7MHzとすることができる。   As described above, the component of the absorption spectrum to be analyzed included in the light reception signal generated by the light receiving unit 44 is the component of the transmission frequency, so that the component of the absorption spectrum to be analyzed can be changed from the light reception signal without providing an up-converter. Can be extracted. For example, when the transmission frequency is 10.7 MHz as in the above embodiment, the analysis target can be set to 10.7 MHz by setting the modulation frequency of the laser light to 5.35 MHz.

次に、図7を用いて、レーザ計測装置の他の実施形態について説明する。図7は、レーザ計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。なお、図7に示すレーザ計測装置の実施形態は、信号処理部の構成を除いて他の構成は、基本的に図1および図2に示すレーザ計測装置と同様である。また、図7に示す信号処理部247のうち、図2に示す信号処理部47と同様の構成には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。   Next, another embodiment of the laser measuring device will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the laser measuring device. The embodiment of the laser measurement device shown in FIG. 7 is basically the same as the laser measurement device shown in FIGS. 1 and 2 except for the configuration of the signal processing unit. Also, in the signal processing unit 247 illustrated in FIG. 7, the same components as those of the signal processing unit 47 illustrated in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図7に示す信号処理部247は、フィルタ処理部262と、スペクトル信号抽出器64と、を有する。フィルタ処理部262は、アップコンバータ20と、周波数可変発振器270と、発振器271と、水晶フィルタ74と、コイルカップリング76と、増幅器77と、ダウンコンバータ(下流側周波数変換器)78と、ローパスフィルタ80と、コイルカップリング82と、増幅器84と、を有する。   The signal processing unit 247 illustrated in FIG. 7 includes a filter processing unit 262 and a spectrum signal extractor 64. The filter processing unit 262 includes an up converter 20, a variable frequency oscillator 270, an oscillator 271, a crystal filter 74, a coil coupling 76, an amplifier 77, a down converter (downstream frequency converter) 78, and a low pass filter. 80, a coil coupling 82, and an amplifier 84.

周波数可変発振器270は、発振周波数を任意に可変可能な信号生成器である。周波数可変発振器270は、発振周波数を多段階で変更したり、時間によって発振周波数を変化させたりすることができる。なお、周波数可変発振器270は、発振周波数として、指定周波数と水晶フィルタ74を通過する周波数(透過周波数)との差分の周波数を基準とし、周波数を変更可能とする。周波数可変発振器270は、生成した信号をアップコンバータ72に送る。   The variable frequency oscillator 270 is a signal generator that can arbitrarily vary the oscillation frequency. The variable frequency oscillator 270 can change the oscillation frequency in multiple stages or change the oscillation frequency with time. The frequency variable oscillator 270 can change the frequency based on the difference frequency between the specified frequency and the frequency passing through the crystal filter 74 (transmission frequency) as the oscillation frequency. The variable frequency oscillator 270 sends the generated signal to the up-converter 72.

発振器271は、設定した周波数の信号を生成し出力する信号生成器である。発振器271は、指定周波数と透過周波数との差分の周波数(発振周波数)の信号を生成し、ダウンコンバータ78に送る。   The oscillator 271 is a signal generator that generates and outputs a signal having a set frequency. The oscillator 271 generates a signal having a difference frequency (oscillation frequency) between the designated frequency and the transmission frequency and sends the signal to the down converter 78.

信号処理部247は、アップコンバータ72に信号を供給する発振器を周波数可変発振器270とすることで、受光信号に含まれる信号の解析対象の周波数を選択することができる。つまり、アップコンバータ72に入力する信号の発振周波数を変化させることで、水晶フィルタを通過する受光信号の周波数の成分を変更することができる。レーザ計測装置は、複数のレーザ光を別々の変調周波数で受光部44に入射させた場合も1つの受光部44でそれぞれの変調周波数に基づいた信号成分を抽出することができる。   The signal processing unit 247 can select the frequency to be analyzed of the signal included in the received light signal by using the frequency variable oscillator 270 as the oscillator that supplies the signal to the up-converter 72. That is, by changing the oscillation frequency of the signal input to the up-converter 72, the frequency component of the received light signal that passes through the crystal filter can be changed. The laser measuring device can extract signal components based on each modulation frequency by one light receiving unit 44 even when a plurality of laser beams are incident on the light receiving unit 44 at different modulation frequencies.

また、周波数可変発振器270から出力する信号の発振周波数を掃引(変調)することで、変調周波数が不安定な場合も、信号に含まれる吸収スペクトルに起因する成分が水晶フィルタ74を透過することができる。   Further, by sweeping (modulating) the oscillation frequency of the signal output from the frequency variable oscillator 270, even when the modulation frequency is unstable, a component due to the absorption spectrum included in the signal can pass through the crystal filter 74. it can.

また、ダウンコンバータ78には、発振器271から信号を送ることで、水晶フィルタ74を通過し、スペクトル信号抽出器64に到達する信号のうち、水晶フィルタ74の通過時の透過周波数の成分のタウンコンバート後の周波数を一定にすることができる。これにより、指定周波数を変更することなく、水晶フィルタ74を透過した成分をスペクトル信号抽出処理で抽出することができる。   Further, the signal from the oscillator 271 is sent to the down-converter 78 so that, of the signals that pass through the crystal filter 74 and reach the spectral signal extractor 64, the town conversion of the component of the transmission frequency when passing through the crystal filter 74 is performed. The subsequent frequency can be made constant. Thereby, the component which permeate | transmitted the crystal filter 74 can be extracted by a spectrum signal extraction process, without changing a designated frequency.

次に、図8および図9を用いて、レーザ計測装置の他の実施形態について説明する。図8は、レーザ計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。また、図9は、信号処理部の処理を説明するための説明図である。なお、図8に示すレーザ計測装置の実施形態は、信号処理部の構成を除いて他の構成は、基本的に図1および図2に示すレーザ計測装置と同様である。また、図8に示す信号処理部347のうち、図2に示す信号処理部46と同様の構成には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。また、図8に示す信号処理部347は、信号処理装置47に自己診断機能、キャリブレーション機能を付加したものである。   Next, another embodiment of the laser measuring device will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the laser measuring device. Moreover, FIG. 9 is explanatory drawing for demonstrating the process of a signal processing part. The embodiment of the laser measurement apparatus shown in FIG. 8 is basically the same as the laser measurement apparatus shown in FIGS. 1 and 2 except for the configuration of the signal processing unit. In addition, in the signal processing unit 347 illustrated in FIG. 8, the same components as those of the signal processing unit 46 illustrated in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. A signal processing unit 347 shown in FIG. 8 is obtained by adding a self-diagnosis function and a calibration function to the signal processing device 47.

図8に示す信号処理部347は、フィルタ処理部362と、スペクトル信号抽出器64と、メモリ366と、内蔵信号発生器368と、信号合流部369と、を有する。フィルタ処理部362は、フィルタ処理部62と同様の構成であるので詳細な説明を省略する。メモリ366は、記憶装置であり、スペクトル信号抽出器64で生成された信号の情報を取得し、取得した自信号とその信号を生成した条件とを記憶する。信号内蔵発生器368は、信号を生成して出力する発振器であり、制御部50に入力された指示に基づいて信号を生成し出力する。信号合流部369は、受光部44とフィルタ処理部362との間に配置されており、受光部44から送られた信号をフィルタ処理部362に送る。信号合流部369は、さらに、内蔵信号発生器368と連結しており、内蔵信号発生器368から送られた信号をフィルタ処理部362に送る。   The signal processing unit 347 illustrated in FIG. 8 includes a filter processing unit 362, a spectral signal extractor 64, a memory 366, a built-in signal generator 368, and a signal merge unit 369. Since the filter processing unit 362 has the same configuration as the filter processing unit 62, detailed description thereof is omitted. The memory 366 is a storage device, acquires information on the signal generated by the spectrum signal extractor 64, and stores the acquired own signal and the conditions for generating the signal. The signal built-in generator 368 is an oscillator that generates and outputs a signal, and generates and outputs a signal based on an instruction input to the control unit 50. The signal merge unit 369 is disposed between the light receiving unit 44 and the filter processing unit 362, and sends a signal sent from the light receiving unit 44 to the filter processing unit 362. The signal merge unit 369 is further connected to the built-in signal generator 368, and sends the signal sent from the built-in signal generator 368 to the filter processing unit 362.

信号処理部347は、上記のような構成である。信号処理部347は、制御部50の制御に基づいて、メモリ366に記憶された情報に基づいてフィルタ処理部362、スペクトル信号抽出器364の診断、キャリブレーションを実行する。なお、制御部50に替えて、信号処理部347が制御機能を備えてもよい。制御部50は、信号内蔵生成部368から信号を出力させ、信号合流部369からフィルタ処理部362を通過しスペクトル信号抽出器64に到達した信号を取得する。制御部50は、スペクトル信号抽出器64に到達した信号に基づいて、信号処理部347の経路内を伝達することで生じるホワイトノイズを検出し、その結果に基づいて信号処理部347の回路の診断やキャリブレーションを行う。例えば、図9に示すように、指定周波数250kHzの成分が波形380か、波形380よりも出力の大きい波形382か、波形380よりも出力の小さい波形384か、を検出し、信号処理部347の劣化状態を判定する。また、内蔵信号発生器368から強度の違う信号を順次出力し、その出力が、例えば、波形380、382、384のように、出力に比例しているか等を判定し、入力(受光信号)と出力(スペクトル信号)との関係を検出し、装置のキャリブレーションを行う。   The signal processing unit 347 is configured as described above. The signal processing unit 347 executes diagnosis and calibration of the filter processing unit 362 and the spectrum signal extractor 364 based on the information stored in the memory 366 based on the control of the control unit 50. Note that the signal processing unit 347 may have a control function instead of the control unit 50. The control unit 50 outputs a signal from the signal built-in generation unit 368, and acquires a signal that has passed through the filter processing unit 362 and reached the spectrum signal extractor 64 from the signal merge unit 369. The control unit 50 detects white noise generated by being transmitted through the path of the signal processing unit 347 based on the signal reaching the spectrum signal extractor 64, and based on the result, diagnoses the circuit of the signal processing unit 347. Or perform calibration. For example, as shown in FIG. 9, it is detected whether the component of the specified frequency 250 kHz is a waveform 380, a waveform 382 having a larger output than the waveform 380, or a waveform 384 having a smaller output than the waveform 380, and the signal processing unit 347 Determine the degradation state. Further, signals with different intensities are sequentially output from the built-in signal generator 368, and it is determined whether the output is proportional to the output, such as waveforms 380, 382, and 384, and the input (light receiving signal) is determined. The relationship with the output (spectrum signal) is detected, and the apparatus is calibrated.

信号処理部347は、以上のように、受光信号に変わる信号を生成し、系内のホワイトノイズを検出し、その結果を蓄積することで、系内の自己診断や、キャリブレーションを実行することができる。また、自己診断が可能となることで、不具合を解消することも可能となる。なお、自己診断や、キャリブレーションの方法は種々の方法を用いることができる。また、不具合が発生したら、使用者に通知するようにしてもよい。   As described above, the signal processing unit 347 generates a signal that changes to a light reception signal, detects white noise in the system, and accumulates the result, thereby executing self-diagnosis and calibration in the system. Can do. In addition, since the self-diagnosis becomes possible, it is possible to solve the problem. Various methods can be used for self-diagnosis and calibration. Further, when a problem occurs, the user may be notified.

また、上述したように、指定周波数は、変調周波数の整数倍の種々の値とすることができる。指定周波数として、変調周波数の4倍の周波数を用いても、変調周波数に含まれる吸収スペクトル(検出対象のスペクトル)の変化を検出することができる。なお、指定周波数として、変調周波数の4倍の周波数を用いて解析を行うとスペクトルの4次微分波形が検出される。このように変調周波数の2倍以外の周波数を用いることで、変調周波数の2倍の周波数にノイズ成分がある場合も吸収スペクトル(検出対象のスペクトル)の変化を検出することができる。   Further, as described above, the designated frequency can be various values that are integral multiples of the modulation frequency. Even when a frequency that is four times the modulation frequency is used as the designated frequency, a change in the absorption spectrum (detection target spectrum) included in the modulation frequency can be detected. If analysis is performed using a frequency that is four times the modulation frequency as the designated frequency, a fourth-order differential waveform of the spectrum is detected. By using a frequency other than twice the modulation frequency in this way, a change in the absorption spectrum (detection target spectrum) can be detected even when there is a noise component at a frequency twice the modulation frequency.

また、レーザ計測装置の信号処理部は、上記実施形態のように増幅器と他の部材との連結部(増幅器等を構成するオペアンプの整合部)には、コイルカップリングを設けることが好ましい。整合部にコイルカップリングを用いることで、熱ノイズ等を抑制できる。なお、上記効果を得ることができるため、増幅器と他の部材との連結部には、コイルカップリングを用いることが好ましいがこれに限定されず、種々の連結部材を用いることができる。   Further, in the signal processing unit of the laser measurement device, it is preferable to provide a coil coupling at a connection part (a matching part of an operational amplifier constituting the amplifier or the like) between the amplifier and other members as in the above embodiment. By using a coil coupling for the matching portion, thermal noise or the like can be suppressed. In addition, since the said effect can be acquired, although it is preferable to use a coil coupling for the connection part of an amplifier and another member, it is not limited to this, A various connection member can be used.

また、上記実施形態では、水晶フィルタ74を透過した信号をローパスフィルタによりフィルタ処理をしたがこれに限定されない。フィルタとしてはバンドパスフィルタも用いることができる。また、信号成分が十分に大きい場合は増幅器77、84を設けなくてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the signal which permeate | transmitted the crystal filter 74 was filtered by the low-pass filter, it is not limited to this. A band pass filter can also be used as the filter. If the signal component is sufficiently large, the amplifiers 77 and 84 may not be provided.

また、レーザ計測装置は、発光部40から出力するレーザ光の波長を変調周波数よりも低い周波数である掃引周波数(例えば0.1kHz、1kHz)で掃引することが好ましい。レーザ光を掃引周波数掃引させることで、測定対象の物質の吸収波長がずれている場合や、レーザ光の出力波長が変動した場合でも補正することができ、測定対象の物質の物理量をより高い精度で計測できる。ここで、変調周波数に基づいたレーザ光の波長の振動の振動幅は、掃引周波数に基づいたレーザ光の波長の変化幅よりも小さくすることが好ましい。これにより、発光部40から出力されるレーザ光は、変調周波数で振動する振動の中心が、掃引周波数に基づいて変化するレーザ光となる。   The laser measuring device preferably sweeps the wavelength of the laser beam output from the light emitting unit 40 at a sweep frequency (for example, 0.1 kHz, 1 kHz) that is a frequency lower than the modulation frequency. By sweeping the laser light at the sweep frequency, it is possible to correct even if the absorption wavelength of the substance to be measured is shifted or the output wavelength of the laser light fluctuates, and the physical quantity of the substance to be measured is more accurate. Can be measured. Here, it is preferable that the vibration width of the laser light wavelength based on the modulation frequency be smaller than the change width of the laser light wavelength based on the sweep frequency. Thereby, the laser beam output from the light emitting unit 40 becomes a laser beam in which the center of vibration oscillating at the modulation frequency changes based on the sweep frequency.

6、8 配管
10 レーザ計測装置
12 計測セル
14 計測手段
20 主管
22 入射管
24 出射管
26、28 窓
40 発光部
42 光ファイバ
44 受光部
46 光源ドライバ
47 信号処理部
48 物理量算出部
50 制御部
62 フィルタ処理部
64 スペクトル信号抽出器
70 発振器
72 アップコンバータ
74 水晶フィルタ
76、82 コイルカップリング
77、84 増幅器
78 ダウンコンバータ
80 ローパスフィルタ
6, 8 Piping 10 Laser measuring device 12 Measuring cell 14 Measuring means 20 Main tube 22 Incident tube 24 Emission tube 26, 28 Window 40 Light emitting unit 42 Optical fiber 44 Light receiving unit 46 Light source driver 47 Signal processing unit 48 Physical quantity calculating unit 50 Control unit 62 Filter processing unit 64 Spectral signal extractor 70 Oscillator 72 Up converter 74 Crystal filter 76, 82 Coil coupling 77, 84 Amplifier 78 Down converter 80 Low pass filter

Claims (13)

流体が流れる計測セルと、測定対象のガスに固有な吸収波長を含む波長域のレーザ光を変調周波数で波長を変調しつつ出力し、前記計測セルに入射させる発光部と、前記入射部から入射され、前記計測セルを通過し、前記出射部から出射された前記レーザ光を受光し、受光した光量を受光信号として出力する受光部と、を有し、前記受光信号に基づいて前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量を算出するレーザ計測装置に適用され、
前記受光部が受光した受光信号を処理し、前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量の算出に用いるスペクトル信号を出力する信号処理装置であって、
前記指定周波数以外の周波数の出力を低減するフィルタ処理部と、
前記フィルタ処理部で処理された信号にスペクトル信号抽出処理を行い、前記スペクトル信号を抽出するスペクトル信号抽出器と、を含み、
前記フィルタ処理部は、透過周波数を含む透過周波数帯域の出力を通過させ、前記透過周波数帯域以外の出力を減衰する水晶フィルタと、
前記透過周波数と前記指定周波数との差分の周波数を発振する発振器と、
前記発振器から発振された信号と前記水晶フィルタを通過した信号とを混合し、前記水晶フィルタを通過した信号の透過周波数の出力を、前記指定周波数の出力に変換する下流側周波数変換器と、を有することを特徴とする信号処理装置。
A measurement cell through which a fluid flows, a laser beam in a wavelength region including an absorption wavelength specific to a gas to be measured, with a wavelength modulated and output, and a light emitting unit that is incident on the measurement cell, and incident from the incident unit And a light receiving unit that receives the laser light emitted from the emitting unit and outputs the received light amount as a light reception signal, and the measurement cell is configured based on the light reception signal. Applied to a laser measuring device that calculates the physical quantity of the gas to be measured,
A signal processing device that processes a light reception signal received by the light receiving unit and outputs a spectrum signal used to calculate a physical quantity of a gas to be measured flowing through the measurement cell;
A filter processing unit for reducing an output of a frequency other than the designated frequency;
A spectrum signal extractor that performs a spectrum signal extraction process on the signal processed by the filter processing unit and extracts the spectrum signal;
The filter processing unit passes the output of the transmission frequency band including the transmission frequency, and attenuates the output other than the transmission frequency band,
An oscillator that oscillates a difference frequency between the transmission frequency and the designated frequency;
A downstream frequency converter that mixes a signal oscillated from the oscillator and a signal that has passed through the crystal filter, and converts an output of a transmission frequency of the signal that has passed through the crystal filter into an output of the specified frequency; A signal processing device comprising:
前記受光信号に含まれる指定周波数の成分を前記透過周波数に含まれる周波数の成分に変換する上流側周波数変換部をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。   The signal processing apparatus according to claim 1, further comprising an upstream frequency conversion unit configured to convert a component of a specified frequency included in the light reception signal into a frequency component included in the transmission frequency. 前記上流側周波数変換部は、前記発振部から発振された信号と前記受光信号とを混合し、前記受光信号に含まれる指定周波数の成分を前記透過周波数に含まれる周波数の成分に変換することを特徴とする請求項2に記載の信号処理装置。   The upstream frequency converting unit mixes the signal oscillated from the oscillating unit and the light reception signal, and converts the component of the specified frequency included in the light reception signal into the component of the frequency included in the transmission frequency. The signal processing apparatus according to claim 2, wherein: 前記発振器は、出力する信号の周波数を変更可能なこと特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の信号処理装置。   The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the oscillator is capable of changing a frequency of an output signal. 前記指定周波数は、前記変調周波数を2倍以上で整数倍した周波数であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の信号処理装置。   5. The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the designated frequency is a frequency obtained by multiplying the modulation frequency by two or more and an integer. 前記受光信号は、前記透過周波数の出力が前記スペクトル信号の前記指定周波数の出力であることを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。   The signal processing apparatus according to claim 1, wherein an output of the transmission frequency of the light reception signal is an output of the designated frequency of the spectrum signal. 前記透過周波数は、前記変調周波数を2倍以上で整数倍した周波数であることを特徴とする請求項6に記載の信号処理装置。   The signal processing apparatus according to claim 6, wherein the transmission frequency is a frequency obtained by multiplying the modulation frequency by two or more and an integer. 前記下流周波数変換器と前記スペクトル信号抽出器との間に配置され、前記下流側周波数変換器を通過した信号から前記指定周波数以上の周波数の出力を低減するローパスフィルタをさらに有することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の信号処理装置。   It further comprises a low-pass filter that is disposed between the downstream frequency converter and the spectral signal extractor and reduces an output of a frequency equal to or higher than the specified frequency from a signal that has passed through the downstream frequency converter. The signal processing device according to any one of claims 1 to 7. 前記ローパスフィルタと前記スペクトル信号抽出器との間に配置され、前記下流側周波数変換器を通過した信号を増幅する増幅器と、
前記ローパスフィルタと前記増幅器との間に配置されたコイルカップリングと、をさらに有することを特徴とする請求項8に記載の信号処理装置。
An amplifier that is disposed between the low-pass filter and the spectral signal extractor and amplifies the signal that has passed through the downstream frequency converter;
The signal processing device according to claim 8, further comprising a coil coupling disposed between the low-pass filter and the amplifier.
前記水晶フィルタと前記下流側周波数変換器との間に配置され、前記水晶フィルタを通過した信号を増幅する増幅器と、
前記水晶フィルタと前記増幅器との間に配置されたコイルカップリングと、をさらに有することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の信号処理装置。
An amplifier that is disposed between the crystal filter and the downstream frequency converter and amplifies a signal that has passed through the crystal filter;
The signal processing apparatus according to claim 1, further comprising a coil coupling disposed between the crystal filter and the amplifier.
請求項1から10のいずれか一項に記載の信号処理装置と、
流体を流す流路と連結可能な主管、前記主管に連結し、光が通過可能な窓部が形成された入射部、前記主管に連結し光が通過可能な窓部が形成された出射部と、を含む計測セルと、
測定対象のガスに固有な吸収波長を含む波長域のレーザ光を変調周波数で波長を変調しつつ出力し、前記入射部に入射させる発光部と、
前記入射部から入射され、前記計測セルを通過し、前記出射部から出射された前記レーザ光を受光し、受光した光量を受光信号として出力する受光部と、
前記スペクトル信号に基づいて、前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量を算出する物理量算出部と、
各部の動作を制御する制御部と、を有することを特徴とするレーザ計測装置。
A signal processing device according to any one of claims 1 to 10,
A main pipe connectable to a flow path for fluid, an incident part connected to the main pipe and formed with a window part through which light can pass, an emission part connected to the main pipe and formed with a window part through which light can pass; A measuring cell including
A light emitting unit that outputs laser light in a wavelength region including an absorption wavelength unique to a gas to be measured while modulating the wavelength at a modulation frequency, and that is incident on the incident unit;
A light receiving portion that is incident from the incident portion, passes through the measurement cell, receives the laser light emitted from the emission portion, and outputs the received light amount as a light reception signal;
A physical quantity calculation unit that calculates a physical quantity of a gas to be measured flowing through the measurement cell based on the spectrum signal;
And a control unit that controls the operation of each unit.
前記物理量算出部が算出する物理量は、前記測定対象のガスの濃度であることを特徴とする請求項11に記載のレーザ計測装置。   The laser measurement apparatus according to claim 11, wherein the physical quantity calculated by the physical quantity calculation unit is a concentration of a gas to be measured. 前記物理量算出部は、前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記測定対象の物質の濃度を算出することを特徴とする請求項12に記載のレーザ計測装置。   The physical quantity calculation unit calculates the concentration of the substance to be measured based on the intensity of the laser beam output from the light emitting unit and the intensity of the laser beam received by the light receiving unit. 12. The laser measuring device according to 12.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103091285A (en) * 2012-12-29 2013-05-08 聚光科技(杭州)股份有限公司 Laser gas analysis device and method
JP2017053696A (en) * 2015-09-09 2017-03-16 株式会社島津製作所 Laser type gas analysis device
JP2018096974A (en) * 2016-12-15 2018-06-21 株式会社堀場製作所 Analysis device, analysis device program and analysis method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103091285A (en) * 2012-12-29 2013-05-08 聚光科技(杭州)股份有限公司 Laser gas analysis device and method
JP2017053696A (en) * 2015-09-09 2017-03-16 株式会社島津製作所 Laser type gas analysis device
JP2018096974A (en) * 2016-12-15 2018-06-21 株式会社堀場製作所 Analysis device, analysis device program and analysis method
US10605726B2 (en) 2016-12-15 2020-03-31 Horiba, Ltd. Analysis apparatus, program for analysis apparatus, and analysis method

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