JP2013096810A - Device and method for optical gas measurement - Google Patents

Device and method for optical gas measurement Download PDF

Info

Publication number
JP2013096810A
JP2013096810A JP2011239200A JP2011239200A JP2013096810A JP 2013096810 A JP2013096810 A JP 2013096810A JP 2011239200 A JP2011239200 A JP 2011239200A JP 2011239200 A JP2011239200 A JP 2011239200A JP 2013096810 A JP2013096810 A JP 2013096810A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measurement
light
signal
difference
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011239200A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Minoru Danno
実 団野
Shinichiro Asaumi
慎一郎 浅海
Kenji Muta
研二 牟田
Atsushi Takita
篤史 瀧田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2011239200A priority Critical patent/JP2013096810A/en
Publication of JP2013096810A publication Critical patent/JP2013096810A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly accurate device and method for analyzing gas.SOLUTION: Provided is an optical gas measurement device for analyzing a plurality of components contained in target gas. The optical gas measurement device detects a differential signal by using different laser light for each component of a measurement target and by splitting the laser light into measurement laser light that passes a measurement cell and reference laser light that does not pass the measurement cell. Signal processing means, which generates the differential signal corresponding to the difference between intensity of the measurement laser light and intensity of the reference laser light received by light receiving means, includes a plurality of differential detectors having different detection sensitivities for detecting the difference between intensity of the measurement laser light and intensity of the reference laser light. Highly accurate measurement is made by switching the differential detector to be used to input the differential signal to an analyzer depending on a wavelength of laser light entering the measurement cell.

Description

本発明は、測定対象のガスにレーザ光を照射してガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測装置および光学式ガス計測方法に関する。   The present invention relates to an optical gas measurement device and an optical gas measurement method for analyzing a plurality of components contained in a gas by irradiating a measurement target gas with laser light.

管路内を流れるガス(気体)に含まれる複数の成分を分析する方法として、管路内を流れるガスにレーザ光を照射して分析する方法がある。例えば、本件出願人が出願した特許文献1には、内燃機関から排出される排ガスの流通する排気経路中にレーザ光を照射し、排ガスを透過したレーザ光に基づいて、前記排ガスを分析する排ガス分析装置が記載されている。排ガス分析装置は、排ガスの成分に合わせた吸収波長を有する複数のレーザ光を発生させるレーザ光発生部と、該レーザ光発生部で発生させた複数のレーザ光をそれぞれ信号用レーザ光と参照用レーザ光に分波する分波部と、該分波部で分波された各信号用レーザ光を単一の信号用レーザ光に合波する信号用合波部と、分波部で分波された各参照用レーザ光を単一の参照用レーザ光に合波する参照用合波部と、排気経路に単一の信号用レーザ光を照射する照射部および排気経路を通過した単一の信号用レーザ光を受光する受光部を備えるセンサ部と、センサ部で検出したレーザ光の光強度と単一の参照用レーザ光の光強度の差分から各成分を算出するパーソナルコンピュータと、を有する。   As a method of analyzing a plurality of components contained in a gas (gas) flowing in the pipeline, there is a method of analyzing the gas flowing in the pipeline by irradiating it with laser light. For example, Patent Document 1 filed by the applicant of the present application discloses an exhaust gas that irradiates laser light into an exhaust path through which exhaust gas discharged from an internal combustion engine circulates and analyzes the exhaust gas based on laser light that has passed through the exhaust gas. An analyzer is described. The exhaust gas analyzer includes a laser beam generator that generates a plurality of laser beams having absorption wavelengths that match the components of the exhaust gas, and a plurality of laser beams generated by the laser beam generator are used as a signal laser beam and a reference laser beam, respectively. A demultiplexing unit that demultiplexes the laser beam, a signal multiplexing unit that multiplexes each signal laser beam demultiplexed by the demultiplexing unit into a single signal laser beam, and demultiplexing by the demultiplexing unit A reference multiplexing unit that multiplexes each reference laser beam into a single reference laser beam, an irradiation unit that irradiates a single signal laser beam to the exhaust path, and a single unit that has passed through the exhaust path A sensor unit including a light receiving unit that receives the signal laser beam, and a personal computer that calculates each component from a difference between the light intensity of the laser beam detected by the sensor unit and the light intensity of the single reference laser beam. .

特許第4490333号公報Japanese Patent No. 4490333

特許文献1に記載の排ガス分析装置は、排ガス、つまり配管を流れる測定対象のガスの各成分に対応するレーザ光を用い、当該レーザ光を排気経路、つまり測定対象のガスが流通する管路に入射させる測定光と、管路を通過しない参照光とに分岐し、管路を通過した測定光と管路を通過しない参照光との差分を検出することで、測定対象の成分を分析することができる。また、特許文献1に記載の排ガス分析装置は、測定対象のガスの各成分に対応する複数のレーザ光を合波し1つの測定経路とすることで、装置構成を簡単にすることができ、装置を安価にすることができる。ここで、特許文献1に記載の排ガス分析装置は、測定対象のガスの各成分を計測することができるが、計測精度が低い成分が生じる場合がある。   The exhaust gas analyzer described in Patent Document 1 uses laser light corresponding to each component of the gas to be measured flowing through the exhaust gas, that is, the pipe, and passes the laser light to the exhaust path, that is, the pipe through which the gas to be measured flows. The measurement target component is analyzed by detecting the difference between the measurement light to be incident and the reference light that does not pass through the pipeline, and the difference between the measurement light that has passed through the pipeline and the reference light that does not pass through the pipeline. Can do. In addition, the exhaust gas analyzer described in Patent Document 1 can simplify the device configuration by combining a plurality of laser beams corresponding to each component of the gas to be measured into one measurement path, The apparatus can be made inexpensive. Here, although the exhaust gas analyzer described in Patent Document 1 can measure each component of the gas to be measured, a component with low measurement accuracy may occur.

例えば、特許文献1に記載の排ガス分析装置は、計測対象の成分(化学種)の中で、他の成分に比べて、特に強い光吸収量を示す成分(例えば、排気ガスではHO)があると、その光吸収量の計測値で差分検出器が飽和し、他の成分(化学種)の光吸収量の計測値が低く抑えられ、その成分の計測感度が低くなってしまう。つまり、排ガス分析装置は、強い光吸収量の成分を検出するための差分検出器を用いると、弱い光吸収量の検出感度が低くなってしまう。ここで、光吸収量は、濃度×成分の固有の吸収強度で決まる。このため、測定対象のガスに含まれる濃度が同じでも成分の固有の吸収強度が他の成分よりも大きいと光吸収量が他の成分より強くなり、成分の固有の吸収強度が同程度でも測定対象のガスに含まれる濃度が他の成分よりも高いと光吸収量が他の成分より強くなる。 For example, the exhaust gas analyzer described in Patent Document 1 is a component (chemical species) to be measured that has a particularly strong light absorption amount compared to other components (for example, H 2 O in exhaust gas). If there is, the difference detector is saturated with the measurement value of the light absorption amount, the measurement value of the light absorption amount of the other component (chemical species) can be suppressed low, and the measurement sensitivity of the component becomes low. That is, if the exhaust gas analyzer uses a difference detector for detecting a component having a strong light absorption amount, the detection sensitivity of the weak light absorption amount is lowered. Here, the amount of light absorption is determined by density x inherent absorption intensity of the component. For this reason, even if the concentration in the gas to be measured is the same, if the intrinsic absorption intensity of the component is greater than the other components, the amount of light absorption is stronger than the other components, and measurement is performed even if the intrinsic absorption intensity of the component is the same When the concentration contained in the target gas is higher than that of other components, the amount of light absorption becomes stronger than that of other components.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より高い精度で測定対象のガスに含まれる複数種類の物質を分析することができる光学式ガス分析装置及びガス分析方法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 provides an optical gas analyzer and a gas analysis method capable of analyzing a plurality of types of substances contained in a gas to be measured with higher accuracy. Objective.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測装置であって、測定対象ガスが流れる計測セルと、前記ガスの測定対象の複数の成分に対応する波長を含む複数のレーザ光を切り替えて出力でき、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐する発光部ユニット、前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させる測定光光学系および前記参照レーザ光を案内する参照光光学系を備える発光手段と、前記発光手段の動作を制御し、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させ、当該測定対象の成分の計測が終了した後、次に測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させる発光制御手段と、前記計測セルを通過した前記測定レーザ光を受光する第1受光装置および前記参照光光学系で案内された前記参照レーザ光を受光する第2受光装置を備える受光手段と、前記受光手段で受光した前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段と、前記信号処理手段で生成された信号に基づいて測定対象の成分を分析する解析装置と、を備え、前記信号処理手段は、前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備え、前記計測セルに入射させるレーザ光の波長に応じて、前記解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替え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 an optical gas measurement device that analyzes a plurality of components contained in a measurement target gas, the measurement cell through which the measurement target gas flows, and the gas A light emitting unit that can switch and output a plurality of laser beams including wavelengths corresponding to a plurality of components to be measured, and branches the output laser beams into a measurement laser beam and a reference laser beam, and the measurement laser beam into the measurement cell A light emitting means having a measuring light optical system to be incident on the light source and a reference light optical system for guiding the reference laser light; and controlling the operation of the light emitting means to select a laser light having a wavelength corresponding to a component to be measured. Then, after the selected laser beam is incident on the measurement cell and measurement of the component to be measured is completed, the laser beam having a wavelength corresponding to the component to be measured to be measured next is selected and selected. A light emission control means for making the laser light incident on the measurement cell; a first light receiving device for receiving the measurement laser light that has passed through the measurement cell; and the reference laser light guided by the reference light optical system. A light receiving means including a second light receiving device, a signal processing means for generating a difference signal between the intensity of the measurement laser light received by the light receiving means and the intensity of the reference laser light, and a signal generated by the signal processing means An analysis device that analyzes a component to be measured based on the signal processing means, wherein the signal processing means includes a difference detector having different detection sensitivities for detecting a difference between the intensity of the measurement laser beam and the intensity of the reference laser beam. A plurality of the detectors are provided, and the difference detector that inputs a difference signal to the analyzer is switched according to the wavelength of the laser light incident on the measurement cell.

また、前記発光部ユニットは、前記ガスの測定対象の成分に対応する波長を含むレーザ光を射出する発光部、前記発光部から射出されたレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐部する分波器および前記分波器で分波された測定レーザ光と前記参照レーザ光とをそれぞれ案内する発光部光学系を備え、それぞれ異なる成分に対応する波長を含むレーザ光を射出させる複数の発光部ユニットと、複数の前記発光部ユニットの前記測定レーザ光を合波する第1合波器と、複数の前記発光部ユニットの前記参照レーザ光を合波する第2合波器とを備え、前記測定光光学系は、前記第1合波器で合波された前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させ、前記参照光光学系は、前記第2合波器で合波された前記参照レーザ光を案内し、前記発光制御手段は、レーザ光を出力させる前記発光部ユニットを時間毎に切り替え、1つの前記発光部ユニットから出力されたレーザ光を前記計測セルに入射させ、前記信号処理手段は、前記計測セルに入射させるレーザ光を出力する前記発光部ユニットに応じて、前記解析装置に出力する差分信号を検出する前記差分検出器を切り替えることが好ましい。   The light emitting unit emits a laser beam including a wavelength corresponding to a component to be measured of the gas, and branches the laser beam emitted from the light emitting unit into a measurement laser beam and a reference laser beam. A plurality of light emission units each including a light emitting unit optical system for guiding a demultiplexer and the measurement laser beam demultiplexed by the demultiplexer and the reference laser beam, each of which emits a laser beam having a wavelength corresponding to a different component; A first unit that multiplexes the measurement laser beams of the plurality of light emitting unit units, and a second multiplexer that multiplexes the reference laser beams of the plurality of light emitting unit units, The measurement light optical system causes the measurement laser light combined by the first multiplexer to be incident on the measurement cell, and the reference light optical system is the reference combined by the second multiplexer Guide the laser light and control the emission The stage switches the light emitting unit for outputting the laser light every time, and causes the laser light output from one light emitting unit to enter the measurement cell, and the signal processing means enters the measurement cell. It is preferable to switch the difference detector that detects the difference signal output to the analysis device in accordance with the light emitting unit that outputs laser light.

また、前記信号処理手段は、前記第1受光装置から出力される受光信号を入力する前記差分検出器を切り替える第1信号切替装置と、前記第2受光装置から出力される受光信号を入力する前記差分検出器を切り替える第2信号切替装置と、を備え、前記第1信号切替装置と前記第2信号切替装置とが受光信号を入力する前記差分検出器を切り替えることで、前記解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えることが好ましい。   The signal processing means inputs a first signal switching device for switching the difference detector that inputs a light reception signal output from the first light receiving device, and a light reception signal output from the second light receiving device. A second signal switching device that switches between the difference detectors, and the first signal switching device and the second signal switching device switch the difference detector that receives a light reception signal, so that a difference signal is sent to the analysis device. It is preferable to switch the difference detector for inputting.

また、前記信号処理手段は、複数の前記差分検出器から出力される差分信号のうち、前記解析装置に入力する差分信号を切り替える信号切替装置を有することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the signal processing means includes a signal switching device that switches a difference signal input to the analysis device among the difference signals output from the plurality of difference detectors.

また、前記解析装置は、それぞれのガス種類の前記差分信号の大きさに基づいて、それぞれのガス種類の分析時に使用する差分信号を出力する前記差分検出器を決定し、前記信号処理手段の動作を制御することが好ましい。   Further, the analysis device determines the difference detector that outputs a difference signal to be used when analyzing each gas type based on the magnitude of the difference signal of each gas type, and operates the signal processing unit. Is preferably controlled.

また、前記信号処理手段は、計測開始時の計測では、検出感度がより低い差分検出器から出力される差分信号を前記解析装置に出力することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said signal processing means outputs the difference signal output from a difference detector with a lower detection sensitivity to the said analysis apparatus in the measurement at the time of a measurement start.

また、前記信号処理手段は、前記差分検出器の感度と、当該差分検出器と感度が隣接している前記差分検出器の感度と、の差が5倍以上20倍以下であることが好ましい。   The signal processing means preferably has a difference between the sensitivity of the difference detector and the sensitivity of the difference detector adjacent to the difference detector in the range of 5 to 20 times.

また、前記信号処理手段は、前記差分検出器を2つ備えていることが好ましい。   The signal processing means preferably includes two difference detectors.

また、前記発光制御手段は、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を、前記測定対象の成分に対応する波長を含む範囲で掃引させて前記発光部ユニットから出力させることが好ましい。   Further, it is preferable that the light emission control unit sweeps a laser beam having a wavelength corresponding to a measurement target component to be measured in a range including a wavelength corresponding to the measurement target component and outputs the laser light from the light emitting unit. .

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測定対象ガスが流れる計測セルと、前記ガスの測定対象の複数の成分に対応する波長を含む複数のレーザ光を切り替えて出力でき、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐する発光部ユニット、前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させる測定光光学系および前記参照レーザ光を案内する参照光光学系を備える発光手段と、前記発光手段の動作を制御し、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させ、当該測定対象の成分の計測が終了した後、次に測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させる発光制御手段と、前記計測セルを通過した前記測定レーザ光を受光する第1受光装置および前記参照光光学系で案内された前記参照レーザ光を受光する第2受光装置を備える受光手段と、前記受光手段で受光した前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段と、前記信号処理手段で生成された信号に基づいて測定対象の成分を分析する解析装置と、を備え、前記信号処理手段は、測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備える光学式ガス計測装置で測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測方法であって、前記計測セルに入射させるレーザ光の波長を検出するステップと、前記検出したレーザ光の波長に基づいて解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えるステップと、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 switches and outputs a measurement cell through which a measurement target gas flows and a plurality of laser beams including wavelengths corresponding to a plurality of components of the measurement target of the gas. A light emitting unit that branches the output laser light into measurement laser light and reference laser light, a measurement light optical system that causes the measurement laser light to enter the measurement cell, and a reference light optical system that guides the reference laser light Controlling the operation of the light emitting means and the light emitting means, selecting a laser beam having a wavelength corresponding to the component to be measured to be measured, causing the selected laser beam to enter the measurement cell, and After the measurement is completed, a light emission control means for selecting a laser beam having a wavelength corresponding to a component to be measured next to be measured, and causing the selected laser beam to enter the measurement cell; and the measurement cell Light receiving means comprising a first light receiving device for receiving the measurement laser light that has passed and a second light receiving device for receiving the reference laser light guided by the reference light optical system; and the measurement laser light received by the light receiving means. Signal processing means for generating a difference signal between the intensity of the reference laser light and the intensity of the reference laser light, and an analysis device for analyzing a component to be measured based on the signal generated by the signal processing means, the signal processing An optical unit that analyzes a plurality of components contained in a measurement target gas using an optical gas measurement device including a plurality of difference detectors having different detection sensitivities for detecting a difference between the intensity of the measurement laser beam and the intensity of the reference laser beam. A method of detecting a wavelength of a laser beam incident on the measurement cell, and before inputting a differential signal to the analyzer based on the detected wavelength of the laser beam. And having a step of switching the differential detector, the.

本発明にかかる光学式ガス計測装置及び光学式ガス計測方法は、より高い精度でガスを分析することができるという効果を奏する。   The optical gas measurement device and the optical gas measurement method according to the present invention have an effect that gas can be analyzed with higher accuracy.

図1は、本発明の光学式ガス計測装置の一実施形態であるガス濃度計測装置の一例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 example of a gas concentration measuring apparatus which is an embodiment of the optical gas measuring apparatus of the present invention. 図2は、第1ドライバから第1LDに供給される電流信号の一例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a current signal supplied from the first driver to the first LD. 図3は、計測セルに入射するレーザ光の強度と時間の関係の一例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the intensity of laser light incident on the measurement cell and time. 図4は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。FIG. 4 is a flowchart showing the measurement operation of the gas concentration measuring apparatus. 図5は、第1差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of a difference signal detected by the first difference detector. 図6は、第2差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a difference signal detected by the second difference detector. 図7は、ガス濃度計測装置の他の例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 example of the gas concentration measuring apparatus. 図8は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。FIG. 8 is a flowchart showing the measurement operation of the gas concentration measuring apparatus. 図9は、第1差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of a difference signal detected by the first difference detector. 図10は、第2差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of a difference signal detected by the second difference detector. 図11は、ガス濃度計測装置の他の例の概略構成を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another example of the gas concentration measuring apparatus. 図12は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。FIG. 12 is a flowchart showing the measurement operation of the gas concentration measuring apparatus. 図13は、ガス濃度計測装置の差分検出器の決定処理の一例を示すフロー図である。FIG. 13 is a flowchart showing an example of the determination process of the difference detector of the gas concentration measuring apparatus. 図14は、ガス濃度計測装置を備える試験装置の概略構成を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a test apparatus including a gas concentration measuring device. 図15は、図14に示す試験装置の計測結果の一例を示すグラフである。FIG. 15 is a graph illustrating an example of a measurement result of the test apparatus illustrated in FIG. 図16は、図14に示す試験装置の計測結果の他の例を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing another example of the measurement result of the test apparatus shown in FIG.

以下に、本発明にかかる光学式ガス計測装置およびガス計測方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記実施形態では、本発明を、管路を流れる排ガス(測定対象のガス)に含まれる複数の対象成分の濃度を計測するガス濃度計測装置として用いた場合について説明するが、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。   Hereinafter, an optical gas measuring device and a gas measuring method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiment, a case will be described in which the present invention is used as a gas concentration measurement device that measures the concentration of a plurality of target components contained in exhaust gas (gas to be measured) flowing through a pipeline. However, the present invention is not limited to the above.

また、ガス濃度計測装置として用いる場合は、管路を流れる種々のガスについて複数の成分(ガス種、化学種)の濃度を計測することができる。例えば、ガス濃度計測装置を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複数の成分の濃度を計測してもよい。なお、排ガスを排出する機関、つまり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を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、ゴミ焼却炉から排出される排ガスに含まれる複数の測定対象の成分の濃度を計測することもできる。測定対象となる成分(物質、ガス種、化学種)としては、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO)、メタン(CH)、水(HO)が例示される。また、窒素酸化物、硫化酸化物、アンモニア等を測定対象となる成分(物質)とすることもできる。 Moreover, when using as a gas concentration measuring apparatus, the density | concentration of a some component (gas seed | species, chemical species) can be measured about the various gas which flows through a pipe line. For example, a gas concentration measuring device may be attached to a diesel engine and the concentrations of a plurality of components contained in exhaust gas discharged from the diesel engine may be measured. Note that an engine that exhausts exhaust gas, that is, a device that exhausts (supplies) a gas to be measured is not limited thereto, and various internal combustion engines such as a gasoline engine and a gas turbine can be used. Examples of the device having an internal combustion engine include various devices such as vehicles, ships, and generators. Furthermore, it is also possible to measure the concentrations of the components to be measured contained in the exhaust gas discharged from the garbage incinerator. Examples of components (substances, gas species, chemical species) to be measured include carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), and water (H 2 O). Further, nitrogen oxides, sulfide oxides, ammonia, and the like can be used as components (substances) to be measured.

(実施形態1)
図1は、本発明の光学式ガス計測装置の一実施形態であるガス濃度計測装置の概略構成を示す模式図である。図1に示すガス濃度計測装置10は、計測セル(ガス計測セル)12と、発光手段14と、発光制御手段15と、受光手段16と、信号処理手段18と、解析装置20と、を有する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a gas concentration measuring apparatus which is an embodiment of the optical gas measuring apparatus of the present invention. A gas concentration measuring apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a measuring cell (gas measuring cell) 12, a light emitting means 14, a light emission controlling means 15, a light receiving means 16, a signal processing means 18, and an analyzing apparatus 20. .

計測セル12は、排ガスが流れる管路である。計測セル12は、配管からサンプリングされた排ガスが流入し、計測が終了した排ガスが外部に排出される。計測セル12は、基本的に排ガスの流入管および排ガスの流出管と連結された主管と、レーザ光を主管内に入射させる入射管と、主管を通過したレーザ光を出射させる出射管とを有する。なお、入射管及び出射管には、レーザ光が通過可能な窓が設けられている。主管は、円筒状の管状部材であり、一方の端部近傍に流入管が連結され、他方の端部近傍に流出管が連結されている。つまり、主管は、排ガス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、排ガスは、流入管、主管、流出管の順に流れる。また、流入管を流れる排ガスは、基本的に全て主管に流れ、その後、流出管に流れる。   The measurement cell 12 is a conduit through which exhaust gas flows. In the measurement cell 12, the exhaust gas sampled from the pipe flows, and the exhaust gas whose measurement has been completed is discharged to the outside. The measurement cell 12 basically includes a main pipe connected to an exhaust gas inflow pipe and an exhaust gas outflow pipe, an incident pipe for allowing laser light to enter the main pipe, and an emission pipe for emitting laser light that has passed through the main pipe. . Note that the entrance tube and the exit tube are provided with windows through which laser light can pass. The main pipe is a cylindrical tubular member, and an inflow pipe is connected near one end, and an outflow pipe is connected near the other end. That is, the main pipe is disposed at a position that becomes a part of the flow path through which the exhaust gas flows. Thereby, exhaust gas flows in order of an inflow pipe, a main pipe, and an outflow pipe. Further, the exhaust gas flowing through the inflow pipe basically flows to the main pipe, and then flows to the outflow pipe.

計測セル12は、入射管からレーザ光が入射され、出射管から出射される。なお、レーザ光の主管内の通過経路は、種々の設定とすることができる。例えば、主管の軸方向に直交する方向にレーザ光が通過するようにすることができる。また、主管の軸方向に対して所定角度傾斜させてレーザ光を通過させるようにしてもよい。また、反射部材を設け、主管内でレーザ光を反射させ、主管内を往復させて通過させるようにしてもよい。   The measurement cell 12 receives laser light from the incident tube and is emitted from the emission tube. The passage path of the laser light in the main tube can be set in various ways. For example, the laser beam can pass in a direction orthogonal to the axial direction of the main tube. Further, the laser beam may be allowed to pass through a predetermined angle with respect to the axial direction of the main pipe. Further, a reflecting member may be provided so that the laser beam is reflected in the main tube and reciprocated through the main tube.

なお、計測セル12は、排ガスが流れる第1配管と第2配管との間に設けてもよい。つまり、計測対象のガスが流れる管路中に計測セルを設けてもよい。この場合、排ガスは、第1配管の上流側から供給され、第1配管、計測セル12、第2配管を通過し、第2配管よりも下流に排出される。なお、第1配管の上流側には、排ガスの発生装置(供給装置)が配置されている。   Note that the measurement cell 12 may be provided between the first pipe and the second pipe through which the exhaust gas flows. That is, a measurement cell may be provided in a pipeline through which a measurement target gas flows. In this case, the exhaust gas is supplied from the upstream side of the first pipe, passes through the first pipe, the measurement cell 12, and the second pipe, and is discharged downstream from the second pipe. An exhaust gas generator (supply device) is disposed upstream of the first pipe.

発光手段14は、第1LD34aと、第2LD34bと、第3LD34cと、第4LD34dと、分波器38a、38b、38c、38dと、合波器42a、42bと、集光光学系43と、を有する。また、発光手段14は、レーザ光を案内する光ファイバ36a、36b、36c、36d、40a、40b、40c、40d、41a、41b、41c、41d、44で、各部が繋がっている。   The light emitting unit 14 includes a first LD 34a, a second LD 34b, a third LD 34c, a fourth LD 34d, duplexers 38a, 38b, 38c, 38d, multiplexers 42a, 42b, and a condensing optical system 43. . The light emitting means 14 is connected to each other by optical fibers 36a, 36b, 36c, 36d, 40a, 40b, 40c, 40d, 41a, 41b, 41c, 41d, 44 for guiding laser light.

第1LD34a、第2LD34bと、第3LD34cと、第4LD34dと、は、それぞれ異なる測定対象の成分を測定する波長域のレーザ光を出力する発光素子である。例えば、第1LD34aは、水を測定することができる波長域のレーザ光L1を出力する発光素子であり、第2LD34bは、一酸化炭素を測定することができる波長域のレーザ光L2を出力する発光素子であり、第3LD34cは、二酸化炭素を測定することができる波長域のレーザ光L3を出力する発光素子であり、第4LD34dは、メタンを測定することができる波長域のレーザ光L4を出力する発光素子である。なお、測定対象の成分を測定できる波長域のレーザ光とは、測定対象の成分に対応する波長を含むレーザ光である。例えば、測定対象の成分を測定できる波長域のレーザ光は、測定対象物質により吸収または散乱される波長を含むレーザ光である。   The first LD 34a, the second LD 34b, the third LD 34c, and the fourth LD 34d are light-emitting elements that output laser beams in wavelength ranges that measure different components to be measured. For example, the first LD 34a is a light emitting element that outputs laser light L1 in a wavelength range that can measure water, and the second LD 34b is light emission that outputs laser light L2 in a wavelength range that can measure carbon monoxide. The third LD 34c is a light emitting element that outputs a laser beam L3 in a wavelength range capable of measuring carbon dioxide, and the fourth LD 34d outputs a laser beam L4 in a wavelength range capable of measuring methane. It is a light emitting element. In addition, the laser beam in the wavelength region in which the component to be measured can be measured is a laser beam including a wavelength corresponding to the component to be measured. For example, a laser beam in a wavelength region in which a component to be measured can be measured is a laser beam including a wavelength that is absorbed or scattered by the measurement target substance.

ここで、発光手段14は、第1LD34a、光ファイバ36a、40a、41a、分波器38aが一つの発光部ユニットとなり、第2LD34b、光ファイバ36b、40b、41b、分波器38bが一つの発光部ユニットとなり、第3LD34c、光ファイバ36c、40c、41c、分波器38cが一つの発光部ユニットとなり、第4LD34d、光ファイバ36d、40d、41d、分波器38dが一つの発光部ユニットとなる。発光部ユニットは、第1LD34a、第2LD34bと、第3LD34cと、第4LD34dと、で出力されるレーザ光の波長が異なるのみで、基本的に同じ構成である。以下、代表して第1LD34a、光ファイバ36a、40a、41a、分波器38aを有する発光部ユニットについて説明する。   Here, in the light emitting means 14, the first LD 34a, the optical fibers 36a, 40a, 41a, and the demultiplexer 38a constitute one light emitting unit, and the second LD 34b, the optical fibers 36b, 40b, 41b, and the demultiplexer 38b emit one light. The third LD 34c, the optical fibers 36c, 40c, 41c, and the demultiplexer 38c become one light emitting unit, and the fourth LD 34d, the optical fibers 36d, 40d, 41d, and the demultiplexer 38d become one light emitting unit. . The light emitting unit has basically the same configuration except that the wavelengths of laser beams output from the first LD 34a, the second LD 34b, the third LD 34c, and the fourth LD 34d are different. Hereinafter, the light emitting unit having the first LD 34a, the optical fibers 36a, 40a, 41a, and the duplexer 38a will be described as a representative.

まず、第1LD34aは、上述したようにレーザ光L1を出力する発光素子である。次に、光ファイバ36a、40a、41aは、レーザ光を案内する部材(導光部材)である。光ファイバ36aは、第1LD34aと分波器38aとを連結しており、第1LD34aから出力されたレーザ光を分波器38aに入射させる。光ファイバ40aは、分波器38aと合波器42aとを連結しており、分波器38aから出力されたレーザ光を合波器42aに入射させる。光ファイバ41aは、分波器38aと合波器42bとを連結しており、分波器38aから出力されたレーザ光を合波器42bに入射させる。   First, the first LD 34a is a light emitting element that outputs the laser light L1 as described above. Next, the optical fibers 36a, 40a, and 41a are members (light guide members) for guiding laser light. The optical fiber 36a connects the first LD 34a and the duplexer 38a, and makes the laser beam output from the first LD 34a enter the duplexer 38a. The optical fiber 40a connects the duplexer 38a and the multiplexer 42a, and causes the laser beam output from the duplexer 38a to enter the multiplexer 42a. The optical fiber 41a connects the duplexer 38a and the multiplexer 42b, and makes the laser beam output from the duplexer 38a enter the multiplexer 42b.

分波器38aは、第1LD34aから射出されたレーザ光を2つのレーザ光に分光する。具体的には、分波器38aは、第1LD34aから射出されたレーザ光L1を2つのレーザ光L1に分光する。   The duplexer 38a splits the laser light emitted from the first LD 34a into two laser lights. Specifically, the duplexer 38a splits the laser light L1 emitted from the first LD 34a into two laser lights L1.

第1LD34a、光ファイバ36a、40a、41a、分波器38aを有する発光部ユニットは、以上のような構成であり、第1LD34aから射出されたレーザ光L1が光ファイバ36aを通過して分波器38aに入射される。第1LD34aから射出されたレーザ光L1は、分波器38aで2つに分割され、一方のレーザ光L1が合波器42aに入射され、他方のレーザ光L1が合波器42bに入射される。   The light emitting unit having the first LD 34a, the optical fibers 36a, 40a, 41a, and the branching filter 38a is configured as described above, and the laser beam L1 emitted from the first LD 34a passes through the optical fiber 36a and is branched. It is incident on 38a. The laser beam L1 emitted from the first LD 34a is divided into two by the duplexer 38a, one laser beam L1 is incident on the multiplexer 42a, and the other laser beam L1 is incident on the multiplexer 42b. .

同様に、第2LD34b、光ファイバ36b、40b、41b、分波器38bを有する発光部ユニットは、第2LD34bから射出されたレーザ光L2が光ファイバ36bを通過して分波器38bに入射される。第2LD34bから射出されたレーザ光L2は、分波器36bで2つに分割され、一方のレーザ光L2が合波器42aに入射され、他方のレーザ光L2が合波器42bに入射される。   Similarly, in the light emitting unit having the second LD 34b, the optical fibers 36b, 40b, 41b, and the demultiplexer 38b, the laser light L2 emitted from the second LD 34b passes through the optical fiber 36b and enters the demultiplexer 38b. . The laser beam L2 emitted from the second LD 34b is divided into two by the demultiplexer 36b, one laser beam L2 is incident on the multiplexer 42a, and the other laser beam L2 is incident on the multiplexer 42b. .

第3LD34c、光ファイバ36c、40c、41c、分波器38cを有する発光部ユニットは、第3LD34cから射出されたレーザ光L3が光ファイバ36cを通過して分波器38cに入射される。第3LD34cから射出されたレーザ光L3は、分波器38cで2つに分割され、一方のレーザ光L3が合波器42aに入射され、他方のレーザ光L3が合波器42bに入射される。   In the light emitting unit having the third LD 34c, the optical fibers 36c, 40c, 41c, and the demultiplexer 38c, the laser light L3 emitted from the third LD 34c passes through the optical fiber 36c and is incident on the demultiplexer 38c. The laser beam L3 emitted from the third LD 34c is divided into two by the demultiplexer 38c, one laser beam L3 is incident on the multiplexer 42a, and the other laser beam L3 is incident on the multiplexer 42b. .

第4LD34d、光ファイバ36d、40d、41d、分波器38dを有する発光部ユニットは、第4LD34dから射出されたレーザ光L4が光ファイバ36dを通過して分波器38dに入射される。第4LD34dから射出されたレーザ光L4は、分波器38dで2つに分割され、一方のレーザ光L4が合波器42aに入射され、他方のレーザ光L4が合波器42bに入射される。   In the light emitting unit having the fourth LD 34d, the optical fibers 36d, 40d, 41d, and the demultiplexer 38d, the laser light L4 emitted from the fourth LD 34d passes through the optical fiber 36d and is incident on the demultiplexer 38d. The laser beam L4 emitted from the fourth LD 34d is split into two by the duplexer 38d, one laser beam L4 is incident on the multiplexer 42a, and the other laser beam L4 is incident on the multiplexer 42b. .

なお、発光部ユニットは、分波器38a、38b、38c、38dの下流側に一定範囲で減衰量を変更することができる調整機構(VOA)を設けてもよい。   The light emitting unit may be provided with an adjustment mechanism (VOA) that can change the attenuation within a certain range on the downstream side of the duplexers 38a, 38b, 38c, and 38d.

合波器42a、42bは、複数のレーザ光を合波する。合波器42aは、光ファイバ40a、40b、40c、40dとそれぞれ連結されており、光ファイバ40a、40b、40c、40dを通過した一方のレーザ光L1、L2、L3、L4とを合波する。合波器42bは、光ファイバ41a、41b、41c、41dとそれぞれ連結されており、光ファイバ41a、41b、41c、41dを通過した他方のレーザ光L1、L2、L3、L4とを合波する。合波器42aで合波されたレーザ光は、測定レーザ光となる。合波器42bで合波されたレーザ光は、参照レーザ光となる。   The multiplexers 42a and 42b multiplex a plurality of laser beams. The multiplexer 42a is coupled to the optical fibers 40a, 40b, 40c, and 40d, and multiplexes one of the laser beams L1, L2, L3, and L4 that have passed through the optical fibers 40a, 40b, 40c, and 40d. . The multiplexer 42b is coupled to the optical fibers 41a, 41b, 41c, and 41d, and multiplexes the other laser beams L1, L2, L3, and L4 that have passed through the optical fibers 41a, 41b, 41c, and 41d. . The laser beam combined by the multiplexer 42a becomes a measurement laser beam. The laser beam combined by the multiplexer 42b becomes a reference laser beam.

集光光学系43は、合波器42aから出力された測定レーザ光を計測セル12の入射部に案内する光学系である。集光光学系43は、レンズ等を有し、合波器42aから出力された測定レーザ光を集光して計測セル12に入射させる。光ファイバ44は、合波器42bから出力された参照レーザ光を案内する光学部材である。   The condensing optical system 43 is an optical system that guides the measurement laser light output from the multiplexer 42 a to the incident portion of the measurement cell 12. The condensing optical system 43 has a lens or the like, condenses the measurement laser light output from the multiplexer 42 a, and makes it incident on the measurement cell 12. The optical fiber 44 is an optical member that guides the reference laser beam output from the multiplexer 42b.

発光制御手段15は、第1ドライバ47aと、第2ドライバ47bと、第3ドライバ47cと、第4ドライバ47dと、LD制御器48と、を有する。第1ドライバ47aと、第2ドライバ47bと、第3ドライバ47cと、第4ドライバ47dと、は、電流信号を出力する駆動部である。第1ドライバ47aは、第1LD34aに電流信号を出力する。第2ドライバ47bは、第2LD34bに電流信号を出力する。第3ドライバ47cは、第3LD34cに電流信号を出力する。第4ドライバ47dは、第4LD34dに電流信号を出力する。   The light emission control unit 15 includes a first driver 47a, a second driver 47b, a third driver 47c, a fourth driver 47d, and an LD controller 48. The first driver 47a, the second driver 47b, the third driver 47c, and the fourth driver 47d are drive units that output current signals. The first driver 47a outputs a current signal to the first LD 34a. The second driver 47b outputs a current signal to the second LD 34b. The third driver 47c outputs a current signal to the third LD 34c. The fourth driver 47d outputs a current signal to the fourth LD 34d.

LD制御器48は、第1ドライバ47aと、第2ドライバ47bと、第3ドライバ47cと、第4ドライバ47dとのそれぞれに制御信号を送り、第1ドライバ47aと、第2ドライバ47bと、第3ドライバ47cと、第4ドライバ47dとの動作を制御する。   The LD controller 48 sends control signals to the first driver 47a, the second driver 47b, the third driver 47c, and the fourth driver 47d, and the first driver 47a, the second driver 47b, The operation of the third driver 47c and the fourth driver 47d is controlled.

ここで、図2は、第1ドライバから第1LDに供給される電流信号の一例を示す説明図である。LD制御器48は、電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から0に変化する制御信号を第1ドライバ47aに送る。第1ドライバ47aは、LD制御器48から、制御信号を受信したら、図2に示すように、時間tsから時間teの間で電流値が徐々に線形で増加する電流信号を第1LD34aに送る。   Here, FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a current signal supplied from the first driver to the first LD. The LD controller 48 sends a control signal to the first driver 47a, in which the current value of the current signal gradually increases and the current value changes from the maximum value to 0 after a certain time has elapsed. When the first driver 47a receives the control signal from the LD controller 48, as shown in FIG. 2, the first driver 47a sends a current signal whose current value gradually increases linearly from the time ts to the time te to the first LD 34a.

また、LD制御器48は、第1ドライバ47aに電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から0に変化する制御信号を送ったら、第2ドライバ47bに同様の制御信号を送る。LD制御器48は、第2ドライバ47bに電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から0に変化する制御信号を送ったら、第3ドライバ47cに同様の制御信号を送る。LD制御器48は、第3ドライバ47cに電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から0に変化する制御信号を送ったら、第4ドライバ47dに同様の制御信号を送る。LD制御器48は、第4ドライバ47dに電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から0に変化する制御信号を送ったら、第1ドライバ47aに同様の制御信号を送る。また、LD制御器48は、第1ドライバ47aと、第2ドライバ47bと、第3ドライバ47cと、第4ドライバ47dに送るLD制御信号(各発光部ユニットの駆動状態を示す信号)を信号処理手段18、解析装置20にも送る。   Further, when the LD controller 48 sends a control signal in which the current value of the current signal gradually increases to the first driver 47a and the current value changes from the maximum value to 0 after a lapse of a certain time, the same applies to the second driver 47b. Send control signal. When the LD controller 48 sends the second driver 47b a control signal in which the current value of the current signal gradually increases and the current value changes from the maximum value to 0 after a certain time has elapsed, the same control is performed to the third driver 47c. Send a signal. If the current value of the current signal gradually increases to the third driver 47c and the LD controller 48 sends a control signal for changing the current value from the maximum value to 0 after a certain time has elapsed, the LD controller 48 performs similar control to the fourth driver 47d. Send a signal. When the LD controller 48 sends the fourth driver 47d a control signal in which the current value of the current signal gradually increases and the current value changes from the maximum value to 0 after a predetermined time has elapsed, the same control is performed to the first driver 47a. Send a signal. Also, the LD controller 48 processes the LD control signal (a signal indicating the driving state of each light emitting unit) to be sent to the first driver 47a, the second driver 47b, the third driver 47c, and the fourth driver 47d. Also sent to the means 18 and the analyzer 20.

発光制御手段15は、以上のように、LD制御器48で、第1ドライバ47a、第2ドライバ47b、第3ドライバ47cおよび第4ドライバ47dに対して1つずつ順番に電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から0に変化する制御信号を送ることで、第1LD34aと、第2LD34bと、第3LD34cと、第4LD34dとの1つずつから順番にレーザ光を出力させることができる。また、制御信号を図2に示すように、一定時間経過後に電流値が最大値から0に変化する制御信号とすることで、第1LD34aと、第2LD34bと、第3LD34cと、第4LD34dとのそれぞれから出力されるレーザ光は時間により出力される波長が変化する。つまり、第1LD34aと、第2LD34bと、第3LD34cと、第4LD34dとのそれぞれから出力されるレーザ光は、波長が掃引されたレーザ光となる。   As described above, the light emission control unit 15 uses the LD controller 48 to set the current value of the current signal one by one with respect to the first driver 47a, the second driver 47b, the third driver 47c, and the fourth driver 47d. By gradually sending a control signal that changes the current value from the maximum value to 0 after a lapse of a certain time, laser light is sequentially emitted from the first LD 34a, the second LD 34b, the third LD 34c, and the fourth LD 34d in order. Can be output. Further, as shown in FIG. 2, the control signal is a control signal in which the current value changes from the maximum value to 0 after a lapse of a certain time, whereby each of the first LD 34a, the second LD 34b, the third LD 34c, and the fourth LD 34d. The wavelength of the laser beam output from the laser beam varies with time. That is, the laser light output from each of the first LD 34a, the second LD 34b, the third LD 34c, and the fourth LD 34d is a laser light having a swept wavelength.

ここで、図3は、計測セルに入射するレーザ光の強度と時間の関係の一例を示す説明図である。発光手段14および発光制御手段15は、このように複数の発光部ユニットから順番に掃引されたレーザ光を出力させることで、合波部42aから出力される測定レーザ光、合波部42bから出力される参照レーザ光は、図3に示すようにレーザ光の出力が徐々に増加し、一定時間経過後に出力が最大値から0に変化する波形が複数回繰り返される。ここで、時間t1sから時間t1eの間の出力波形72は、レーザ光L1の出力波形であり、時間t2sから時間t2eの間の出力波形74は、レーザ光L2の出力波形であり時間t3sから時間t3eの間の出力波形76は、レーザ光L3の出力波形であり、時間t4sから時間t4eの間の出力波形78は、レーザ光L4の出力波形である。なお、図3では、波形72、74、76、78とも同じになるが、出力されるレーザ光の波長、掃引される波長範囲は、波形72、74、76、78とも異なる波長、波長範囲となる。つまり、発光手段14および発光制御手段15は、発光部ユニットの1つ1つから順番にレーザ光を出力され、1つの発光部ユニットから出力されたレーザ光を計測セル12に順番に入射させる。   Here, FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the intensity of laser light incident on the measurement cell and time. The light emission means 14 and the light emission control means 15 output the measurement laser light output from the combining section 42a and the output from the combining section 42b by outputting the laser light sequentially swept from the plurality of light emitting section units in this way. As shown in FIG. 3, the laser beam output gradually increases, and the waveform in which the output changes from the maximum value to 0 after a lapse of a certain time is repeated a plurality of times. Here, the output waveform 72 from the time t1s to the time t1e is an output waveform of the laser light L1, and the output waveform 74 from the time t2s to the time t2e is an output waveform of the laser light L2 and from the time t3s to the time. An output waveform 76 during t3e is an output waveform of the laser beam L3, and an output waveform 78 between time t4s and time t4e is an output waveform of the laser beam L4. In FIG. 3, the waveforms 72, 74, 76, and 78 are the same, but the wavelength of the output laser light and the swept wavelength range are different from those of the waveforms 72, 74, 76, and 78. Become. That is, the light emitting unit 14 and the light emission control unit 15 sequentially output laser light from each of the light emitting unit, and cause the laser light output from one light emitting unit to enter the measurement cell 12 in order.

図1に戻り、ガス濃度計測装置10についての説明を続ける。受光手段16は、2つの受光装置50a、50bを有する。受光装置50aは、合波部42aで合波され、集光光学系43を通過して発光手段14から出力された後、計測セル12を通過した測定レーザ光を受光する。また、受光装置50bは、発光手段14の合波部42bから出力された後、光ファイバ44を通過し、計測セル12を通過していない参照レーザ光を受光する。受光装置50a、50bは、例えば、フォトダイオード(PD、Photodiode)等の光検出器であり、受光したレーザ光の強度を検出する。受光手段16は、受光したレーザ光の強度を受光信号として、信号処理手段18に送る。   Returning to FIG. 1, the description of the gas concentration measuring apparatus 10 will be continued. The light receiving means 16 has two light receiving devices 50a and 50b. The light receiving device 50 a receives the measurement laser light that has been combined by the combining unit 42 a, passed through the condensing optical system 43, output from the light emitting means 14, and then passed through the measurement cell 12. In addition, the light receiving device 50 b receives the reference laser light that has been output from the multiplexing unit 42 b of the light emitting unit 14, passes through the optical fiber 44, and does not pass through the measurement cell 12. The light receiving devices 50a and 50b are, for example, photodetectors such as photodiodes (PD), and detect the intensity of received laser light. The light receiving means 16 sends the intensity of the received laser beam as a light reception signal to the signal processing means 18.

信号処理手段18は、受光手段16の受光装置50a、受光装置50bから出力される受光信号を処理する手段であり、第1信号切替装置60a、第2信号切替装置60b、第1差分検出器62a、第2差分検出器62bを有する。   The signal processing means 18 is a means for processing the light reception signals output from the light receiving device 50a and the light receiving device 50b of the light receiving means 16, and includes a first signal switching device 60a, a second signal switching device 60b, and a first difference detector 62a. And a second difference detector 62b.

第1信号切替装置60aは、受光装置50a、第1差分検出器62a、第2差分検出器62bと連結されており、受光装置50aから出力された受光信号(測定レーザ光の受光信号)を第1差分検出器62aに入力するか、第2差分検出器62bに入力するか切り替える。具体的には、第1信号切替装置60aは、LD制御器48から出力される制御信号に基づいて、受光信号の出力先を第1差分検出器62aと第2差分検出器62bとの間で切り替える。   The first signal switching device 60a is connected to the light receiving device 50a, the first difference detector 62a, and the second difference detector 62b, and receives the light receiving signal (light receiving signal of the measurement laser light) output from the light receiving device 50a. Whether to input to the first difference detector 62a or to input to the second difference detector 62b is switched. Specifically, the first signal switching device 60a sets the output destination of the received light signal between the first difference detector 62a and the second difference detector 62b based on the control signal output from the LD controller 48. Switch.

第2信号切替装置60bは、受光装置50b、第1差分検出器62a、第2差分検出器62bと連結されており、受光装置50bから出力された受光信号(参照レーザ光の受光信号)を第1差分検出器62aに入力するか、第2差分検出器62bに入力するか切り替える。具体的には、第2信号切替装置60bは、LD制御器48から出力される制御信号に基づいて、受光信号の出力先を第1差分検出器62aと第2差分検出器62bとの間で切り替える。   The second signal switching device 60b is connected to the light receiving device 50b, the first difference detector 62a, and the second difference detector 62b, and receives the light reception signal (the light reception signal of the reference laser light) output from the light reception device 50b. Whether to input to the first difference detector 62a or to input to the second difference detector 62b is switched. Specifically, the second signal switching device 60b determines the output destination of the received light signal between the first difference detector 62a and the second difference detector 62b based on the control signal output from the LD controller 48. Switch.

第1差分検出器62aは、第1信号切替装置60aから送られる受光信号と、第2信号切替装置60bから送られる受光信号とを検出し、検出した差分を差分信号として、解析装置20に送る。第2差分検出器62bは、第1差分検出器62aと同様に、第1信号切替装置60aから送られる受光信号と、第2信号切替装置60bから送られる受光信号とを検出し、検出した差分を差分信号として、解析装置20に送る。ここで、第1差分検出器62aと、第2差分検出器62bと、は、差分信号のゲイン、つまり検出可能な差分信号の強度の差、分解能が異なる以外は基本的に同様の構成である。本実施形態では、第1差分検出器62aが、第2差分検出器62bよりも検出可能な差分信号の強度の差が大きい、つまりより大きな差分信号を検出することができる。第1差分検出器62aは、第2差分検出器62bよりも検出可能な差分信号の強度の差が大きい分、第2差分検出器62bよりも分解能が低い。なお、信号処理手段18の動作については後述する。   The first difference detector 62a detects the light reception signal sent from the first signal switching device 60a and the light reception signal sent from the second signal switching device 60b, and sends the detected difference to the analysis device 20 as a difference signal. . Similar to the first difference detector 62a, the second difference detector 62b detects the received light signal sent from the first signal switching device 60a and the received light signal sent from the second signal switching device 60b, and detects the detected difference. Is sent to the analysis device 20 as a differential signal. Here, the first difference detector 62a and the second difference detector 62b have basically the same configuration except that the gain of the difference signal, that is, the difference in the intensity of the detectable difference signal and the resolution are different. . In the present embodiment, the first difference detector 62a can detect a difference signal having a greater difference in the intensity of the difference signal that can be detected than the second difference detector 62b, that is, a larger difference signal. The first difference detector 62a has a lower resolution than the second difference detector 62b because the difference in the intensity of the difference signal that can be detected is larger than that of the second difference detector 62b. The operation of the signal processing means 18 will be described later.

解析装置20は、第1差分検出器62a、第2差分検出器62bから送られる信号と、発光手段14を駆動させている条件等に基づいて、解析を行い、複数の測定対象の成分の濃度を算出する。つまり、解析装置20は、差分信号を出力した差分検出器、レーザ光の出力強度、差分信号の大きさと濃度との関係等に基づいて、差分信号を解析し、排ガスに含まれる測定対象の成分の濃度を算出する。このように、解析装置20は、差分信号を解析することで、計測セル12中の排ガスの測定対象の成分によるレーザ光の吸収量を算出し、その吸収量に基づいて、排ガスに含まれる測定対象の成分の濃度を算出する。   The analysis device 20 performs analysis based on the signals sent from the first difference detector 62a and the second difference detector 62b, conditions for driving the light emitting means 14, and the like, and the concentrations of the components to be measured. Is calculated. That is, the analysis device 20 analyzes the difference signal based on the difference detector that has output the difference signal, the output intensity of the laser light, the relationship between the magnitude and concentration of the difference signal, and the like, and the component to be measured included in the exhaust gas. The concentration of is calculated. As described above, the analysis device 20 analyzes the difference signal to calculate the absorption amount of the laser light by the component of the measurement object of the exhaust gas in the measurement cell 12, and the measurement included in the exhaust gas based on the absorption amount. Calculate the concentration of the component of interest.

ガス濃度計測装置10は、以上のような構成であり、発光制御手段15により発光手段14を制御し、各LDから順次レーザ光を出力させる。また、発光手段14は、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分離する。その後、測定レーザ光を計測セル12の所定経路を通過させた後、受光手段16に到達させる。なお、計測セル12内の排ガス中に測定対象の成分が含まれていると、計測セル12を通過する測定レーザ光の一部が測定対象の成分により吸収、散乱される。そのため、測定レーザ光は、排ガス中の測定対象の成分の濃度によって、受光手段16に到達するレーザ光の出力が変化する。また、参照レーザ光は、計測セル12を通過させずに受光手段16に到達させる。受光手段16は、受光した測定レーザ光と参照レーザ光をそれぞれ受光信号に変換し、信号処理手段18に出力する。信号処理手段18は、受光手段16から送られる受光信号を加工して差分信号として、解析装置20に出力する。解析装置20は、差分信号と各種条件に基づいて、差分信号の大きさ(測定レーザ光の減少割合)から計測セル12内を流れる排ガスの測定対象物の濃度を算出する。また、ガス濃度計測装置10は、計測セル12に入射されるレーザ光を切り替えることで、複数の測定対象の成分の濃度を順次、算出及び/または計測することができる。   The gas concentration measuring apparatus 10 is configured as described above, and the light emission control means 15 controls the light emission means 14 to sequentially output laser light from each LD. The light emitting means 14 separates the output laser light into measurement laser light and reference laser light. Thereafter, the measurement laser light passes through a predetermined path of the measurement cell 12 and then reaches the light receiving means 16. Note that if the measurement target component is contained in the exhaust gas in the measurement cell 12, a part of the measurement laser light passing through the measurement cell 12 is absorbed and scattered by the measurement target component. For this reason, the output of the laser beam that reaches the light receiving means 16 varies depending on the concentration of the component to be measured in the exhaust gas. Further, the reference laser beam reaches the light receiving means 16 without passing through the measurement cell 12. The light receiving means 16 converts the received measurement laser light and reference laser light into light reception signals and outputs them to the signal processing means 18. The signal processing means 18 processes the light receiving signal sent from the light receiving means 16 and outputs it as a differential signal to the analysis device 20. Based on the difference signal and various conditions, the analysis device 20 calculates the concentration of the measurement object of the exhaust gas flowing in the measurement cell 12 from the magnitude of the difference signal (the reduction rate of the measurement laser light). Further, the gas concentration measuring apparatus 10 can sequentially calculate and / or measure the concentrations of the components to be measured by switching the laser light incident on the measurement cell 12.

次に、ガス濃度計測装置10の動作をより詳細に説明する。ここで、図4は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。図5は、第1差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。図6は、第2差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。図4に示す処理は、信号処理手段18で実行する処理である。なお、図4に示す処理は、信号処理手段18の第1信号切替装置60aと、第2信号切替装置60bがLD制御信号に基づいてそれぞれ実行する。まず、信号処理手段18は、ステップS12として、LD制御信号を受信する。信号制御手段18は、ステップS12でLD制御信号を受信したら、ステップS14として、第1差分検出器で処理するかを判定する。つまり、LD制御信号に基づいて、レーザ光を出力しているLD、つまり測定対象の成分を特定し、当該成分の測定時に使用する差分検出器が第1差分検出器であるかを判定する。なお、LD制御信号と使用する差分検出器との関係は予め設定しておけばよい。   Next, the operation of the gas concentration measuring device 10 will be described in more detail. Here, FIG. 4 is a flowchart showing the measuring operation of the gas concentration measuring apparatus. FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of a difference signal detected by the first difference detector. FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a difference signal detected by the second difference detector. The process shown in FIG. 4 is a process executed by the signal processing means 18. Note that the processing shown in FIG. 4 is executed by the first signal switching device 60a and the second signal switching device 60b of the signal processing means 18 based on the LD control signal. First, the signal processing means 18 receives an LD control signal as step S12. When the signal control means 18 receives the LD control signal in step S12, it determines in step S14 whether the first difference detector processes it. That is, based on the LD control signal, the LD that outputs the laser beam, that is, the component to be measured is specified, and it is determined whether the difference detector used when measuring the component is the first difference detector. Note that the relationship between the LD control signal and the difference detector to be used may be set in advance.

信号処理手段18は、ステップS14で第1差分検出器で処理する(Yes)と判定した場合、ステップS16として、受光信号を第1差分検出器に送信し、ステップS20に進む。信号処理種手段18は、ステップS14で第1差分検出器で処理しない(No)と判定した場合、ステップS18として、受光信号を第2差分検出器に送信し、ステップS20に進む。信号処理手段18は、ステップS20として、処理終了かを判定する。信号処理手段18は、ステップS20で処理終了ではない(No)と判定した場合、ステップS12に進み本処理を繰り返す。信号処理手段18は、ステップS20で処理終了である(Yes)と判定した場合、本処理を終了する。   If it is determined in step S14 that the first difference detector processes (Yes), the signal processing means 18 transmits the received light signal to the first difference detector as step S16, and proceeds to step S20. If it is determined in step S14 that the first difference detector does not perform processing (No), the signal processing seed means 18 transmits the received light signal to the second difference detector as step S18, and proceeds to step S20. The signal processing means 18 determines whether the processing is finished as step S20. If the signal processing means 18 determines that the process is not finished (No) in step S20, the signal processing means 18 proceeds to step S12 and repeats this process. If the signal processing means 18 determines that the process is finished (Yes) in step S20, the process is finished.

ガス濃度計測装置10は、図4に示すように、LD制御信号に基づいて、受光信号を第1差分検出器62aで処理するか第2差分検出器62bで処理するかを切り替えることで、レーザ光を出力する発光部ユニット、測定対象の成分に対応した、適切な差分検出器で差分信号を検出することができる。具体的には、ガス濃度計測装置10は、図5および図6に示すように、時間t1sから時間t1eの間、つまり第1LD34aからレーザ光が出力されている間に検出される受光信号は、第1差分検出器62aに入力させることで、第1差分検出器62aで差分信号82を検出することができる。ガス濃度計測装置10は、時間t2sから時間t4eの間、つまり第2LD34b、第3LD34c、第4LD34dからレーザ光が出力されている間に検出される受光信号は、第2差分検出器62bに入力させることで、第2差分検出器62bで差分信号84、86、88を検出することができる。   As shown in FIG. 4, the gas concentration measurement apparatus 10 switches between processing the light reception signal by the first difference detector 62a or the second difference detector 62b based on the LD control signal, thereby changing the laser. The difference signal can be detected by an appropriate difference detector corresponding to the light emitting unit that outputs light and the component to be measured. Specifically, as shown in FIGS. 5 and 6, the gas concentration measuring apparatus 10 receives a light reception signal detected from time t1s to time t1e, that is, while laser light is being output from the first LD 34a. By making it input into the 1st difference detector 62a, the difference signal 82 is detectable with the 1st difference detector 62a. The gas concentration measuring apparatus 10 inputs the light reception signal detected during the period from the time t2s to the time t4e, that is, while the laser light is being output from the second LD 34b, the third LD 34c, and the fourth LD 34d, to the second difference detector 62b. Thus, the difference signals 84, 86, and 88 can be detected by the second difference detector 62b.

ガス濃度計測装置10は、以上のように、ゲインが異なる複数の差分検出器を設け、測定する成分(ガス種、化学種)毎、つまり計測セルに入射されるレーザ光の波長(波長帯)毎に、使用する差分検出器を切り替えることで、それぞれのガス種をより高精度に検出することができる。つまり、ガス濃度計測装置10は、差分信号の強度が異なる複数種類の成分を計測する場合でも、一部の成分の差分信号が小さくて適切な分解能で濃度を計測できない、また、差分信号が大きくて値がオーバーフローして正確な値が分からない等の事態が発生することを抑制することができる。また、ガス濃度計測装置10は、差分検出器のゲイン、感度を変更する必要もないため、安価な差分検出器を用いることができる。   As described above, the gas concentration measuring apparatus 10 includes a plurality of differential detectors having different gains, and each component (gas species, chemical species) to be measured, that is, the wavelength (wavelength band) of laser light incident on the measurement cell. Each gas type can be detected with higher accuracy by switching the difference detector to be used every time. That is, even when the gas concentration measuring apparatus 10 measures a plurality of types of components having different difference signal intensities, the difference signal of some components is small and the concentration cannot be measured with an appropriate resolution, and the difference signal is large. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a situation such as the value overflowing and the accurate value not being known. In addition, since the gas concentration measuring device 10 does not need to change the gain and sensitivity of the difference detector, an inexpensive difference detector can be used.

ガス濃度計測装置10は、第1信号切替装置60aと第2信号切替装置60bを設け、受光信号を第1差分検出器62aと第2差分検出器62bのいずれに入力するかを切り替えることで、第1差分検出器62aと第2差分検出器62b、基本的に第2差分検出器62bに処理可能な出力よりも大きい差分信号が入力することを抑制することができる。これにより、装置の寿命を長くすることができる。   The gas concentration measuring device 10 includes a first signal switching device 60a and a second signal switching device 60b, and switches between inputting the light reception signal to the first difference detector 62a and the second difference detector 62b. It can be suppressed that a difference signal larger than the output that can be processed is input to the first difference detector 62a and the second difference detector 62b, basically the second difference detector 62b. Thereby, the lifetime of an apparatus can be lengthened.

なお、本実施形態では、差分検出器を2つ用いたが、差分検出器の数はこれに限定されない。ガス濃度計測装置10は、本実施形態のように差分検出器を2つとすることで、構成を簡単にすることができる。ここで、ガス濃度計測装置10は、差分検出器の感度(ゲイン)と、当該差分検出器と感度が隣接している差分検出器の感度と、の差が5倍以上20倍以下であることが好ましく、感度の差を10倍とすることがより好ましい。これにより、より少ない差分検出器の数で、より広範囲の出力の差分信号を好適に検出することができ、濃度をより高い精度で検出することができる。例えば、排ガスに含まれる複数成分を計測する場合、HO計測に用いている波長と、CO計測波長で比較すると、温度600℃の条件でのHO(約12%)による光吸収量を1とすると、通常のガソリンエンジン出口でのCO最大発生量(約6%)による光吸収量は0.18となる。このため、他成分計測(例えばCO)用の差分検出器のゲイン(感度)を、HO計測に用いる差分検出器のゲインの約5倍以上とすることで、HOと、COを含む他の成分と、の両方を高い精度で検出することができる。また、定常運転時のCO濃度は、低く(約0.2%以下)。このため、HO(約12%)による光吸収量を1とすると、定常運転時のCOの光吸収量は、0.006となる。この場合、ガス濃度計測装置の差分検出器のゲインの観点から見ると、この時の計測値はCO計測範囲の1/10程度で良い。このため、2つの差分検出器のゲインの差を20倍以下とすることで精度を高く維持することができる。 In the present embodiment, two difference detectors are used, but the number of difference detectors is not limited to this. The gas concentration measuring apparatus 10 can be simplified in configuration by using two difference detectors as in the present embodiment. Here, in the gas concentration measuring apparatus 10, the difference between the sensitivity (gain) of the difference detector and the sensitivity of the difference detector whose sensitivity is adjacent to the difference detector is not less than 5 times and not more than 20 times. It is preferable that the difference in sensitivity is 10 times. As a result, a difference signal with a wider range of output can be suitably detected with a smaller number of difference detectors, and the concentration can be detected with higher accuracy. For example, when measuring a plurality of components contained in exhaust gas, the amount of light absorbed by H 2 O (about 12%) at a temperature of 600 ° C. is compared between the wavelength used for H 2 O measurement and the CO measurement wavelength. If 1 is 1, the light absorption amount due to the maximum CO generation amount (about 6%) at the normal gasoline engine outlet is 0.18. For this reason, by making the gain (sensitivity) of the difference detector for other component measurement (for example, CO) about 5 times or more the gain of the difference detector used for H 2 O measurement, H 2 O and CO are Both the other components included can be detected with high accuracy. In addition, the CO concentration during steady operation is low (approximately 0.2% or less). For this reason, assuming that the light absorption amount by H 2 O (about 12%) is 1, the light absorption amount of CO during steady operation is 0.006. In this case, from the viewpoint of the gain of the difference detector of the gas concentration measurement device, the measurement value at this time may be about 1/10 of the CO measurement range. For this reason, the accuracy can be maintained high by setting the difference in gain between the two difference detectors to 20 times or less.

なお、ガス濃度計測装置10は、レーザ光の波長を掃引することで、測定対象の成分の検出結果のピーク値を高い精度で検出することができる。また、ガス濃度計測装置10は、測定対象ガスの計測セル12の移動に対して短い時間で1つのガス種の計測を行うことができる。これにより、ガス濃度計測装置10は、複数の成分を順次計測しても、基本的に同一の対象に対する計測を実行できる。   In addition, the gas concentration measuring apparatus 10 can detect the peak value of the detection result of the component to be measured with high accuracy by sweeping the wavelength of the laser light. Further, the gas concentration measuring apparatus 10 can measure one gas type in a short time with respect to the movement of the measurement cell 12 of the measurement target gas. Thereby, even if the gas concentration measuring apparatus 10 measures a some component sequentially, it can perform the measurement with respect to the same object fundamentally.

(実施形態2)
上記実施形態では、受光信号を入力させる差分検出器を切り替えることで、解析する差分信号を検出する差分検出器を切り換えたが本発明はこれに限定されない。以下、図7から図10を用いて、他の実施形態について説明する。ここで、図7は、ガス濃度計測装置の他の例の概略構成を示す模式図である。なお、図7に示すガス濃度計測装置100は、信号処理手段118を除いて他の構成は、ガス濃度計測装置10と同様の構成である。そこで、ガス濃度計測装置100の構成で、ガス濃度計測装置10と同様の構成の部分は、同一の符号を付してその説明は省略し、以下、ガス濃度計測装置100に特有の点を説明する。
(Embodiment 2)
In the above embodiment, the difference detector that detects the difference signal to be analyzed is switched by switching the difference detector that inputs the light reception signal, but the present invention is not limited to this. Hereinafter, another embodiment will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another example of the gas concentration measuring apparatus. The gas concentration measuring apparatus 100 shown in FIG. 7 is the same as the gas concentration measuring apparatus 10 except for the signal processing means 118. Therefore, in the configuration of the gas concentration measuring apparatus 100, the same components as those of the gas concentration measuring apparatus 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Hereinafter, points unique to the gas concentration measuring apparatus 100 will be described. To do.

図7に示すガス濃度計測装置100は、計測セル12と、発光手段14と、発光制御手段15と、受光手段16と、信号処理手段118と、解析装置20と、を有する。なお計測セル12と、発光手段14と、発光制御手段15と、受光手段16と、解析装置20と、は、図1に示すガス濃度計測装置10の各部と同様の構成であるので、説明を省略する。   A gas concentration measuring apparatus 100 shown in FIG. 7 includes a measurement cell 12, a light emitting means 14, a light emission controlling means 15, a light receiving means 16, a signal processing means 118, and an analyzing apparatus 20. The measurement cell 12, the light emission means 14, the light emission control means 15, the light reception means 16, and the analysis device 20 have the same configuration as each part of the gas concentration measurement device 10 shown in FIG. Omitted.

信号処理手段118は、受光手段16の受光装置50a、受光装置50bから出力される受光信号を処理する手段であり、第1差分検出器62a、第2差分検出器62b、信号切替装置164を有する。   The signal processing unit 118 is a unit that processes a light reception signal output from the light receiving device 50a and the light receiving device 50b of the light receiving unit 16, and includes a first difference detector 62a, a second difference detector 62b, and a signal switching device 164. .

第1差分検出器62aは、受光装置50aから送られる受光信号と、受光装置50bから送られる受光信号とを検出し、検出した差分を差分信号として、信号切替装置164に送る。第2差分検出器62bは、受光装置50aから送られる受光信号と、受光装置50bから送られる受光信号とを検出し、検出した差分を差分信号として、信号切替装置164に送る。ここで、第1差分検出器62aおよび第2差分検出器62bは、ガス濃度計測装置10の第1差分検出器62aおよび第2差分検出器62bと同様の構成である。   The first difference detector 62a detects the light reception signal sent from the light receiving device 50a and the light reception signal sent from the light receiving device 50b, and sends the detected difference to the signal switching device 164 as a difference signal. The second difference detector 62b detects the light reception signal sent from the light receiving device 50a and the light reception signal sent from the light receiving device 50b, and sends the detected difference to the signal switching device 164 as a difference signal. Here, the first difference detector 62a and the second difference detector 62b have the same configuration as the first difference detector 62a and the second difference detector 62b of the gas concentration measuring device 10.

信号切替装置164は、第1差分検出器62a、第2差分検出器62b、解析装置20と連結されており、第1差分検出器62aから出力された差分信号を解析装置20に入力するか、第2差分検出器62bから出力された差分信号を解析装置20に入力するかを切り替える。具体的には、信号切替装置164は、LD制御器48から出力されるLD制御信号に基づいて、第1差分検出器62aの差分信号と第2差分検出器62bの差分信号のいずれを解析装置20に入力するかを切り替える。   The signal switching device 164 is connected to the first difference detector 62a, the second difference detector 62b, and the analysis device 20, and inputs the difference signal output from the first difference detector 62a to the analysis device 20. Whether to input the difference signal output from the second difference detector 62b to the analysis device 20 is switched. Specifically, the signal switching device 164 analyzes either the difference signal of the first difference detector 62a or the difference signal of the second difference detector 62b based on the LD control signal output from the LD controller 48. 20 to switch the input.

次に、ガス濃度計測装置100の動作を説明する。ここで、図8は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。図9は、第1差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。図10は、第2差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。図8に示す処理は、信号処理手段118の信号切替装置164で実行する処理である。まず、信号処理手段118は、ステップS32として、LD制御信号を受信する。信号制御手段118は、ステップS32でLD制御信号を受信したら、ステップS34として、第1差分検出器で処理するかを判定する。つまり、LD制御信号に基づいて、レーザ光を出力しているLD、つまり測定対象の成分を特定し、当該成分の測定時に使用する差分検出器が第1差分検出器であるかを判定する。なお、LD制御信号と使用する差分検出器との関係は予め設定しておけばよい。   Next, the operation of the gas concentration measuring apparatus 100 will be described. Here, FIG. 8 is a flowchart showing the measuring operation of the gas concentration measuring apparatus. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of a difference signal detected by the first difference detector. FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of a difference signal detected by the second difference detector. The process shown in FIG. 8 is a process executed by the signal switching device 164 of the signal processing unit 118. First, the signal processing means 118 receives an LD control signal as step S32. When the signal control means 118 receives the LD control signal in step S32, it determines in step S34 whether to process with the first difference detector. That is, based on the LD control signal, the LD that outputs the laser beam, that is, the component to be measured is specified, and it is determined whether the difference detector used when measuring the component is the first difference detector. Note that the relationship between the LD control signal and the difference detector to be used may be set in advance.

信号処理手段118は、ステップS34で第1差分検出器で処理する(Yes)と判定した場合、ステップS36として、第1差分検出器の検出結果を解析装置に送信し、ステップS40に進む。つまり、信号処理手段118の信号切替装置164は、第1差分検出器62aから出力された差分信号を解析装置20に送る。信号処理手段118は、ステップS34で第1差分検出器で処理しない(No)と判定した場合、ステップS38として、第2差分検出器の検出結果を解析装置に送信し、ステップS40に進む。つまり、信号処理手段118の信号切替装置164は、第2差分検出器62bから出力された差分信号を解析装置20に送る。信号処理手段118は、ステップS40として、処理終了かを判定する。信号処理手段118は、ステップS40で処理終了ではない(No)と判定した場合、ステップS32に進み本処理を繰り返す。信号処理手段118は、ステップS40で処理終了である(Yes)と判定した場合、本処理を終了する。   If it is determined in step S34 that the first difference detector processes (Yes), the signal processing means 118 transmits the detection result of the first difference detector to the analyzer as step S36, and proceeds to step S40. That is, the signal switching device 164 of the signal processing means 118 sends the difference signal output from the first difference detector 62a to the analysis device 20. If the signal processing means 118 determines in step S34 that the first difference detector does not perform processing (No), the signal processing means 118 transmits the detection result of the second difference detector to the analysis device as step S38, and proceeds to step S40. That is, the signal switching device 164 of the signal processing unit 118 sends the difference signal output from the second difference detector 62b to the analysis device 20. In step S40, the signal processing unit 118 determines whether the processing is finished. If the signal processing means 118 determines in step S40 that the process is not completed (No), the signal processing means 118 proceeds to step S32 and repeats this process. If the signal processing unit 118 determines that the process is completed (Yes) in step S40, the process ends.

ガス濃度計測装置100は、図8に示すように、LD制御信号に基づいて、第1差分検出器62aで処理した差分信号を解析装置20に送るか、第2差分検出器62bで処理した差分信号を解析装置20に送るかを切り替えることでも、レーザ光を出力する発光部ユニット、測定対象の成分に対応した、適切な差分検出器で差分信号を検出することができる。   As shown in FIG. 8, the gas concentration measurement apparatus 100 sends the difference signal processed by the first difference detector 62a to the analysis apparatus 20 based on the LD control signal or the difference processed by the second difference detector 62b. By switching whether the signal is sent to the analysis device 20, the difference signal can be detected by the appropriate difference detector corresponding to the light emitting unit that outputs the laser light and the component to be measured.

具体的には、ガス濃度計測装置100は、図9および図10に示すように時間t1sから時間t4eの間、第1差分検出器62aと第2差分検出器62bの両方で差分信号が検出される。ガス濃度計測装置100は、第1差分検出器62aと第2差分検出器62bの両方で差分信号を検出しつつ、信号切替装置164でLD制御信号に基づいて解析装置20に入力させる差分信号を切り替える。具体的には、信号切替装置164は、時間t1sから時間t1eの間、つまり第1LD34aからレーザ光が出力されている間、図9に示すように、第1差分検出器62aから出力した差分信号を解析装置20に入力させる。これにより、ガス濃度計測装置100は、点線170で囲われている差分信号が解析装置20に入力される。信号切替装置164は、時間t2sから時間t4eの間、つまり第2LD34b、第3LD34c、第4LD34dからレーザ光が出力されている間、図10に示すように、第2差分検出器62bから出力した差分信号を解析装置20に入力させる。これにより、ガス濃度計測装置100は、点線172で囲われている差分信号が解析装置20に入力される。   Specifically, as shown in FIGS. 9 and 10, the gas concentration measuring apparatus 100 detects the difference signal by both the first difference detector 62a and the second difference detector 62b from time t1s to time t4e. The The gas concentration measuring device 100 detects a difference signal by both the first difference detector 62a and the second difference detector 62b, and outputs a difference signal to be input to the analysis device 20 based on the LD control signal by the signal switching device 164. Switch. Specifically, the signal switching device 164 performs the difference signal output from the first difference detector 62a as shown in FIG. 9 during the time t1s to the time t1e, that is, while the laser beam is output from the first LD 34a. Is input to the analysis device 20. As a result, the gas concentration measurement apparatus 100 inputs the difference signal surrounded by the dotted line 170 to the analysis apparatus 20. As shown in FIG. 10, the signal switching device 164 outputs the difference output from the second difference detector 62b during the period from time t2s to time t4e, that is, while the laser light is being output from the second LD 34b, the third LD 34c, and the fourth LD 34d. The signal is input to the analysis device 20. As a result, the gas concentration measurement apparatus 100 inputs the difference signal surrounded by the dotted line 172 to the analysis apparatus 20.

ガス濃度計測装置100は、受光手段16から出力される受光信号をそのまま差分検出器に入力させることができるため、つまり信号の分岐や信号切替装置を通過しない構成にできるため、差分検出器に入力される信号をよりノイズの少ない信号とすることができる。これにより、差分信号のノイズをより少なくすることができる。   Since the gas concentration measuring device 100 can directly input the light reception signal output from the light receiving means 16 to the difference detector, that is, it can be configured not to pass through the signal branching or signal switching device, it is input to the difference detector. The signal to be processed can be a signal with less noise. Thereby, the noise of a difference signal can be decreased more.

(実施形態3)
以下、図11から図13を用いて、他の実施形態について説明する。ここで、図11は、ガス濃度計測装置の他の例の概略構成を示す模式図である。なお、図11に示すガス濃度計測装置200は、基本的に解析装置220を除いて他の構成は、ガス濃度計測装置10と同様の構成である。そこで、ガス濃度計測装置200の構成で、ガス濃度計測装置10と同様の構成の部分は、同一の符号を付してその説明は省略し、以下、ガス濃度計測装置200に特有の点を説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, another embodiment will be described with reference to FIGS. 11 to 13. Here, FIG. 11 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another example of the gas concentration measuring apparatus. The gas concentration measuring device 200 shown in FIG. 11 is basically the same in configuration as the gas concentration measuring device 10 except for the analyzing device 220. Therefore, in the configuration of the gas concentration measuring apparatus 200, the same components as those of the gas concentration measuring apparatus 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Hereinafter, points unique to the gas concentration measuring apparatus 200 will be described. To do.

図11に示すガス濃度計測装置200は、計測セル12と、発光手段14と、発光制御手段15と、受光手段16と、信号処理手段18と、解析装置220と、を有する。なお計測セル12と、発光手段14と、発光制御手段15と、受光手段16と、信号処理手段18と、は、図1に示すガス濃度計測装置10の各部と同様の構成であるので、説明を省略する。ここで、ガス濃度計測装置200の信号処理手段18の第1信号切替装置60a、第2信号切替装置60bは、LD制御器48から送られるLD制御信号ではなく、解析装置220から送信される信号に基づいて、受光信号を入力する差分検出器を切り替える。   A gas concentration measuring apparatus 200 shown in FIG. 11 includes a measuring cell 12, a light emitting means 14, a light emission controlling means 15, a light receiving means 16, a signal processing means 18, and an analyzing apparatus 220. The measurement cell 12, the light emitting means 14, the light emission control means 15, the light receiving means 16, and the signal processing means 18 have the same configuration as each part of the gas concentration measuring apparatus 10 shown in FIG. Is omitted. Here, the first signal switching device 60 a and the second signal switching device 60 b of the signal processing means 18 of the gas concentration measuring device 200 are not the LD control signals sent from the LD controller 48 but the signals sent from the analysis device 220. Based on the above, the difference detector for inputting the received light signal is switched.

解析装置220は、上述した解析装置20と同様に差分信号等に基づいて、測定対象の成分(ガス種)の濃度の計測と並行して、解析に使用する差分信号を成分(ガス種)毎に決定する。つまり、解析装置220は、成分(ガス種)毎に第1差分検出器62aの差分信号で濃度検出を行うか、第2差分検出器62bの差分信号で濃度検出を行うかを判定し、判定結果に基づいて、第1信号切替装置60aと第2信号切替装置60bとの動作を制御する。   Similarly to the analysis device 20 described above, the analysis device 220 outputs the difference signal used for the analysis for each component (gas type) in parallel with the measurement of the concentration of the component (gas type) to be measured based on the difference signal or the like. To decide. That is, the analysis device 220 determines whether to perform concentration detection using the difference signal of the first difference detector 62a or to detect concentration using the difference signal of the second difference detector 62b for each component (gas type). Based on the result, the operation of the first signal switching device 60a and the second signal switching device 60b is controlled.

次に、ガス濃度計測装置200の動作をより詳細に説明する。ここで、図12は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。図13は、ガス濃度計測装置の差分検出器の決定処理の一例を示すフロー図である。図12に示す処理は、信号処理手段18および解析装置220で実行する処理である。   Next, the operation of the gas concentration measuring apparatus 200 will be described in more detail. Here, FIG. 12 is a flowchart showing the measuring operation of the gas concentration measuring apparatus. FIG. 13 is a flowchart showing an example of the determination process of the difference detector of the gas concentration measuring apparatus. The process shown in FIG. 12 is a process executed by the signal processing means 18 and the analysis device 220.

ガス濃度計測装置200の解析装置220は、ステップS60として、解析結果に基づいて対象ガス種(測定対象の成分)毎に使用する差分検出器を決定する。解析装置220は、過去の解析結果を用いて、ガス種毎に第1差分検出器62aの差分信号を解析に用いるか、第2差分検出器62bの差分信号を解析に用いるかを決定する。なお、ステップS60の処理については、後述する。   In step S60, the analyzer 220 of the gas concentration measuring apparatus 200 determines a difference detector to be used for each target gas type (component to be measured) based on the analysis result. The analysis device 220 determines whether to use the difference signal of the first difference detector 62a for the analysis or the difference signal of the second difference detector 62b for the analysis for each gas type using the past analysis result. The process of step S60 will be described later.

解析装置220は、ステップS62として、LD制御信号を受信する。解析装置220は、ステップS62でLD制御信号を受信したら、ステップS64として、第1差分検出器で処理するかを判定する。つまり、LD制御信号に基づいて、レーザ光を出力しているLD、つまり測定対象の成分を特定し、当該成分の測定時に使用する差分検出器が第1差分検出器であるかを判定する。なお、解析装置220は、ステップS60で決定した関係を用いて、LD制御信号と使用する差分検出器との関係を特定する。   The analysis device 220 receives the LD control signal as step S62. When receiving the LD control signal in step S62, the analysis device 220 determines in step S64 whether or not to process with the first difference detector. That is, based on the LD control signal, the LD that outputs the laser beam, that is, the component to be measured is specified, and it is determined whether the difference detector used when measuring the component is the first difference detector. Note that the analysis device 220 identifies the relationship between the LD control signal and the difference detector to be used, using the relationship determined in step S60.

解析装置220は、ステップS64で第1差分検出器で処理する(Yes)と判定した場合、ステップS66として、受光信号を第1差分検出器に送信し、ステップS70に進む。解析装置220は、第1信号切替装置60a、第2信号切替装置60bに制御信号を送信し、受光信号を第1信号切替装置60a、第2信号切替装置60bから第1差分検出器62aに送信させる。解析装置220は、ステップS64で第1差分検出器で処理しない(No)と判定した場合、ステップS68として、受光信号を第2差分検出器に送信し、ステップS70に進む。解析装置220は、第1信号切替装置60a、第2信号切替装置60bに制御信号を送信し、受光信号を第1信号切替装置60a、第2信号切替装置60bから第2差分検出器62bに送信させる。   If it is determined in step S64 that the first difference detector processes (Yes), the analysis device 220 transmits a light reception signal to the first difference detector as step S66, and proceeds to step S70. The analysis device 220 transmits a control signal to the first signal switching device 60a and the second signal switching device 60b, and transmits a received light signal from the first signal switching device 60a and the second signal switching device 60b to the first difference detector 62a. Let If it is determined in step S64 that the first difference detector does not perform processing (No), the analysis device 220 transmits a light reception signal to the second difference detector as step S68, and proceeds to step S70. The analysis device 220 transmits a control signal to the first signal switching device 60a and the second signal switching device 60b, and transmits a light reception signal from the first signal switching device 60a and the second signal switching device 60b to the second difference detector 62b. Let

解析装置220は、ステップS70として、処理終了かを判定する。信号処理手段18は、ステップS70で処理終了ではない(No)と判定した場合、ステップS72で解析を一定回数以上実行したかを判定する。つまり、ステップS60で決定した関係を用いて測定対象の成分の濃度の検出を一定回数以上実行したかを判定する。解析装置220は、ステップS72で解析を一定回数以上実行した(Yes)と判定した場合、ステップS60に進み、使用する差分検出器を再度決定する。解析装置220は、ステップS72で解析を一定回数以上実行していない(No)と判定した場合、ステップS62に進み本処理を繰り返す。解析装置220は、ステップS70で処理終了である(Yes)と判定した場合、本処理を終了する。   In step S70, the analysis device 220 determines whether the process is finished. If it is determined in step S70 that the process is not finished (No), the signal processing means 18 determines in step S72 whether the analysis has been executed a predetermined number of times or more. That is, it is determined whether the concentration of the measurement target component has been detected a predetermined number of times or more using the relationship determined in step S60. If the analysis device 220 determines in step S72 that the analysis has been executed a predetermined number of times or more (Yes), the analysis device 220 proceeds to step S60 and determines again the difference detector to be used. If the analysis device 220 determines in step S72 that the analysis has not been executed a predetermined number of times or more (No), the analysis device 220 proceeds to step S62 and repeats this process. If the analysis device 220 determines in step S70 that the processing is complete (Yes), the analysis device 220 ends this processing.

次に、図13を用いて、ステップS60の処理について説明する。解析装置220は、ステップS80として、ガス種の差分信号の大きさを検出する。解析装置220は、該当するガス種の濃度を検出する際に使用した差分信号に基づいて判定すればよく、直近の1回分の検出結果のみを使用して差分信号の大きさを検出しても、直近の複数回分の検出結果を使用して差分信号の大きさを検出してもよい。ここで、解析装置220は、第1差分検出器の感度と第2差分検出器の感度との関係に基づいて差分信号の大きさを演算し、第1差分検出器と第2差分検出器のいずれの検出結果を使用する場合も同じ基準で差分信号を判定できる状態で検出する。   Next, the process of step S60 will be described with reference to FIG. In step S80, the analysis device 220 detects the magnitude of the difference signal of the gas type. The analysis device 220 only needs to make a determination based on the difference signal used when detecting the concentration of the corresponding gas type. Even if the analysis device 220 detects the magnitude of the difference signal using only the most recent detection result. The magnitude of the difference signal may be detected using the detection results for the most recent multiple times. Here, the analysis device 220 calculates the magnitude of the difference signal based on the relationship between the sensitivity of the first difference detector and the sensitivity of the second difference detector, and the first difference detector and the second difference detector. Whichever detection result is used, detection is performed in a state where the difference signal can be determined based on the same reference.

解析装置220は、ステップS80で、対象のガス種の差分信号の大きさを検出したら、ステップS82として、差分信号の大きさが所定値以上であるかを判定する。解析装置220は、ステップS82で差分信号の大きさが所定値以上である(Yes)と判定した場合、ステップS84として、第1差分検出器で解析するガス種に設定し、ステップS88に進む。つまり、解析装置220は、当該ガス種の解析時は、第1差分検出器で検出した差分信号を用いる設定とする。解析装置220は、ステップS82で差分信号の大きさが所定値以上ではない(No)と判定した場合、ステップS86として、第2差分検出器で解析するガス種に設定し、ステップS88に進む。つまり、解析装置220は、当該ガス種の解析時は、第2差分検出器で検出した差分信号を用いる設定とする。   If the analyzer 220 detects the magnitude of the difference signal of the target gas type in step S80, it determines whether the magnitude of the difference signal is equal to or greater than a predetermined value in step S82. When determining that the magnitude of the difference signal is equal to or larger than the predetermined value (Yes) in Step S82, the analysis device 220 sets the gas type to be analyzed by the first difference detector as Step S84, and proceeds to Step S88. That is, the analysis device 220 is set to use the difference signal detected by the first difference detector when the gas type is analyzed. If it is determined in step S82 that the magnitude of the difference signal is not equal to or greater than the predetermined value (No), the analyzer 220 sets the gas type to be analyzed by the second difference detector as step S86, and proceeds to step S88. That is, the analysis device 220 is set to use the difference signal detected by the second difference detector when analyzing the gas type.

解析装置220は、ステップS84、S86の処理を実行したら、ステップS88としてすべてのガス種の設定を終了したかを判定する。解析装置220は、ステップS88でガス種の設定を終了していない(No)と判定した場合、ステップS80に進み、設定していないガス種に対して上記処理を実行する。解析装置220は、ステップS88でガス種の設定を終了した(Yes)と判定した場合、本処理を終了する。   After executing the processes of steps S84 and S86, the analysis device 220 determines whether or not all the gas types have been set as step S88. If the analysis device 220 determines in step S88 that the setting of the gas type has not been completed (No), the analysis device 220 proceeds to step S80 and executes the above-described process for the gas type that has not been set. If the analysis device 220 determines in step S88 that the setting of the gas type has been completed (Yes), it ends this processing.

ガス濃度計測装置200は、上述したように、解析結果に基づいて使用する差分信号を切り替えることで、より高い精度で計測を実行することができる。例えば、計測中に測定対象の成分の濃度が変化し、差分信号の大きさが変化する場合も、変化に応じて使用する差分検出器を切り替えることができる。これにより、より高い精度で測定対象の成分の濃度を計測することができる。   As described above, the gas concentration measuring apparatus 200 can perform measurement with higher accuracy by switching the difference signal to be used based on the analysis result. For example, even when the concentration of the component to be measured changes during measurement and the magnitude of the difference signal changes, the difference detector to be used can be switched according to the change. Thereby, the density | concentration of the component of a measuring object can be measured with higher precision.

ガス濃度計測装置200は、成分(ガス種)の解析開始時は、より感度の低い側、より大きい受光信号の出力の差を検出できる側の差分検出器を使用することが好ましい。これにより、差分検出器にかかる負荷を小さくすることができる。また、ガス濃度計測装置200は、信号処理手段の構成をガス濃度計測装置10と同様の構成としたが、ガス濃度計測装置100と同様の構成とした場合も同様の処理を実行することができる。   The gas concentration measuring apparatus 200 preferably uses a difference detector on the side having a lower sensitivity and a side capable of detecting a difference in the output of a larger received light signal at the start of component (gas type) analysis. Thereby, the load concerning a difference detector can be made small. The gas concentration measuring apparatus 200 has the same signal processing means as that of the gas concentration measuring apparatus 10, but the same processing can be executed when the gas concentration measuring apparatus 200 has the same structure as that of the gas concentration measuring apparatus 100. .

また、上記実施形態のガス濃度計測装置10、100、200は、いずれも発光手段の発光部ユニットを4つの場合として説明したが、発光部ユニットの数、つまりLDの数は、特に限定されない。ガス濃度計測装置10、100、200は、LDを2つ以上備えていればよい。また、発光手段は、発光部ユニットを複数備えて、計測対象の成分にそれぞれ対応する複数のレーザ光を出力させたが、これに限定されない。ガス濃度計測装置10、100、200は、出力するレーザ光の波長を切り替えることができるレーザ光出力装置を設け、当該レーザ光出力装置で出力するレーザ光の波長を、時間毎に順次切り替えるようにしてもよい。このように、1つのレーザ光出力装置でレーザ光を切り替えることで、それぞれ別々の成分に対応した波長のレーザ光を出力するようにしてもよい。   Moreover, although the gas concentration measuring devices 10, 100, and 200 of the above embodiment have been described assuming that there are four light emitting unit units of the light emitting means, the number of light emitting unit units, that is, the number of LDs is not particularly limited. The gas concentration measuring devices 10, 100, and 200 only need to include two or more LDs. The light emitting means includes a plurality of light emitting unit units and outputs a plurality of laser beams respectively corresponding to the components to be measured. However, the present invention is not limited to this. The gas concentration measuring devices 10, 100 and 200 are provided with a laser beam output device capable of switching the wavelength of the laser beam to be output, and the wavelength of the laser beam output from the laser beam output device is sequentially switched every time. May be. In this way, by switching the laser beam with one laser beam output device, laser beams having wavelengths corresponding to different components may be output.

また、上記実施形態では、いずれも計測セルの主管と、排ガスを流す案内管とを別部材としたが、一体としてもよい。例えば、計測セルの主管が排ガスを排出する装置に直接連結してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the main pipe of the measurement cell and the guide pipe | tube which flows waste gas were made into the separate member in all, it is good also as integral. For example, the main pipe of the measurement cell may be directly connected to a device that discharges exhaust gas.

また、計測セルの主管の管形状は、レーザ光が通過できればよく、断面が円となる管としても、断面が多角形になる管としても、断面が楕円形となる管としてもよい。また、管の内周の断面と外周の断面が異なる形状となってもよい。   Moreover, the tube shape of the main tube of the measurement cell is not limited as long as the laser beam can pass therethrough, and the tube may have a circular cross section, a polygonal cross section, or an elliptical cross section. Moreover, the cross section of the inner periphery and the outer periphery of the tube may have different shapes.

また、上記実施形態では、測定対象の成分の濃度を計測したが、これに限定されない。例えば、濃度ではなく量を計測してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the density | concentration of the component of a measuring object was measured, it is not limited to this. For example, the amount may be measured instead of the concentration.

[計測例]
次に、図14から図16を用いて、計測例について説明する。図14は、ガス濃度計測装置を備える試験装置の概略構成を示す模式図である。図15は、図14に示す試験装置の計測結果の一例を示すグラフである。図16は、図14に示す試験装置の計測結果の他の例を示すグラフである。
[Measurement example]
Next, measurement examples will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a test apparatus including a gas concentration measuring device. FIG. 15 is a graph illustrating an example of a measurement result of the test apparatus illustrated in FIG. FIG. 16 is a graph showing another example of the measurement result of the test apparatus shown in FIG.

図14に示す試験装置300は、ガス濃度計測装置302を内燃機関ユニット304に取り付けている。また、試験装置300は、ガス濃度計測装置302の計測結果をPC306に出力する。なお、内燃機関ユニット304は、自動車に設置されるエンジンと同様の構成である。内燃機関ユニット304は、内燃機関であり排ガスを排出するエンジン310と、エンジン310を制御するECU312と、エンジン310の出力軸に連結されたギヤ314と、エンジン310の出力軸とギヤ314を介して連結された制御用ダイナモ316と、ECU312と制御用ダイナモ316の動作を制御して内燃機関ユニット304の動作を制御するベンチ制御装置318と、エンジン310から排出される排ガスを案内する排気管320と、排ガスに含まれる各種物質、主に窒素酸化物を除去する触媒322と、を有する。なお、制御用ダイナモ316は、発電機等であり、エンジン310の回転の抵抗となり、エンジン310に対して負荷を与えることができる。   A test apparatus 300 shown in FIG. 14 has a gas concentration measuring device 302 attached to an internal combustion engine unit 304. Further, the test apparatus 300 outputs the measurement result of the gas concentration measurement apparatus 302 to the PC 306. The internal combustion engine unit 304 has the same configuration as an engine installed in a car. The internal combustion engine unit 304 is an internal combustion engine that discharges exhaust gas, an ECU 312 that controls the engine 310, a gear 314 that is connected to the output shaft of the engine 310, and an output shaft and gear 314 of the engine 310. The connected control dynamo 316, the bench control device 318 that controls the operation of the ECU 312 and the control dynamo 316 to control the operation of the internal combustion engine unit 304, and the exhaust pipe 320 that guides the exhaust gas discharged from the engine 310. And a catalyst 322 for removing various substances contained in the exhaust gas, mainly nitrogen oxides. The control dynamo 316 is a generator or the like, and serves as a resistance to rotation of the engine 310 and can apply a load to the engine 310.

ガス濃度計測装置302は、内燃機関ユニット304の排気管320に配置されている。ガス濃度計測装置302は、計測セル332と、多成分レーザ排ガス計測装置334と、光ファイバ336と、信号線338と、を有する。ガス濃度計測装置302は、各部を模式的に示しているが、上述したガス濃度計測装置10と基本的に同様の構成である。ガス濃度計測装置302は、計測セル332がガス濃度計測装置10の計測セル12に対応する。また、多成分レーザ排ガス計測装置334は、ガス濃度計測装置10の発光手段14、発光制御手段15、受光手段15の受光装置50b、信号処理手段18、解析装置20の各部が内蔵されている。光ファイバ336は、集光光学系から出力された計測レーザ光を案内する光学部材である。また、ガス濃度計測装置302は、受光手段16の受光装置50aに相当する受光装置が計測セル332に取り付けられている。信号線338は、受光装置が受光した受光信号を多成分レーザ排ガス計測装置334に送信する。   The gas concentration measuring device 302 is disposed in the exhaust pipe 320 of the internal combustion engine unit 304. The gas concentration measuring device 302 includes a measuring cell 332, a multi-component laser exhaust gas measuring device 334, an optical fiber 336, and a signal line 338. The gas concentration measuring device 302 schematically shows each part, but has basically the same configuration as the gas concentration measuring device 10 described above. In the gas concentration measurement device 302, the measurement cell 332 corresponds to the measurement cell 12 of the gas concentration measurement device 10. The multi-component laser exhaust gas measuring device 334 incorporates the light emitting means 14, the light emission control means 15, the light receiving device 50b of the light receiving means 15, the signal processing means 18, and the analyzing device 20 of the gas concentration measuring device 10. The optical fiber 336 is an optical member that guides the measurement laser light output from the condensing optical system. In the gas concentration measuring device 302, a light receiving device corresponding to the light receiving device 50 a of the light receiving means 16 is attached to the measurement cell 332. The signal line 338 transmits the received light signal received by the light receiving device to the multi-component laser exhaust gas measuring device 334.

本計測例では、試験装置300を用いて、エンジン310から排出される排ガスの成分をガス濃度計測装置302で計測した。本計測例では、エンジン310の始動時の一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO)、メタン(CH)、水(HO)の計測を行った。 In this measurement example, the component of exhaust gas discharged from the engine 310 was measured by the gas concentration measurement device 302 using the test device 300. In this measurement example, carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), and water (H 2 O) were measured when the engine 310 was started.

まず、比較のためにガス濃度計測装置302を用いて、1つの差分検出器のみで一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO)、メタン(CH)、水(HO)のすべての濃度を計測した。計測結果を図15に示す。次に、ガス濃度計測装置302を上述した方法、具体的には、第2差分検出器で検出した差分信号を用いて、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO)、メタン(CH)を計測し、第1差分検出器で検出した差分信号を用いて、水(HO)の濃度を計測した。計測結果を図16に示す。 First, using a gas concentration measuring device 302 for comparison, all of carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), and water (H 2 O) with only one differential detector. The concentration of was measured. The measurement results are shown in FIG. Next, the gas concentration measuring device 302 is used in the above-described method, specifically, using the difference signal detected by the second difference detector, carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ). ) And the concentration of water (H 2 O) was measured using the difference signal detected by the first difference detector. The measurement results are shown in FIG.

図15および図16に示すように、1つの差分検出器で全ての成分の計測を行った場合(図15参照)よりも、2つの差分検出器を用いて、成分に応じて使用する差分検出器を切り替える(図16参照)ことでより鮮明な解析結果を検出できることがわかる。   As shown in FIG. 15 and FIG. 16, the difference detection used in accordance with the components using two difference detectors than when all the components are measured with one difference detector (see FIG. 15). It can be seen that a clearer analysis result can be detected by switching the instrument (see FIG. 16).

10、100、200 ガス濃度計測装置
12 計測セル
14 発光手段
15 発光制御手段
16 受光手段
18 信号処理手段
20 解析装置
34a 第1LD
34b 第2LD
34c 第3LD
34d 第4LD
36a、36b、36c、36d、40a、40b、40c、40d、41a、41b、41c、41d、44 光ファイバ
38a、38b、38c、38d 分波器
42a、42b 合波器
43 集光光学系
47a 第1ドライバ
47b 第2ドライバ
47c 第3ドライバ
47d 第4ドライバ
48 LD制御器
50a、50b 受光装置
60a 第1信号切替装置
60b 第2信号切替装置
62a、62b 差分検出器
10, 100, 200 Gas concentration measurement device 12 Measurement cell 14 Light emission means 15 Light emission control means 16 Light reception means 18 Signal processing means 20 Analysis device 34a 1st LD
34b 2nd LD
34c 3rd LD
34d 4th LD
36a, 36b, 36c, 36d, 40a, 40b, 40c, 40d, 41a, 41b, 41c, 41d, 44 Optical fiber 38a, 38b, 38c, 38d Demultiplexer 42a, 42b Combiner 43 Condensing optical system 47a First 1 driver 47b second driver 47c third driver 47d fourth driver 48 LD controller 50a, 50b light receiving device 60a first signal switching device 60b second signal switching device 62a, 62b difference detector

Claims (10)

測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測装置であって、
測定対象ガスが流れる計測セルと、
前記ガスの測定対象の複数の成分に対応する波長を含む複数のレーザ光を切り替えて出力でき、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐する発光部ユニット、前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させる測定光光学系および前記参照レーザ光を案内する参照光光学系を備える発光手段と、
前記発光手段の動作を制御し、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させ、当該測定対象の成分の計測が終了した後、次に測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させる発光制御手段と、
前記計測セルを通過した前記測定レーザ光を受光する第1受光装置および前記参照光光学系で案内された前記参照レーザ光を受光する第2受光装置を備える受光手段と、
前記受光手段で受光した前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段で生成された信号に基づいて測定対象の成分を分析する解析装置と、を備え、
前記信号処理手段は、前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備え、前記計測セルに入射させるレーザ光の波長に応じて、前記解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えることを特徴とする光学式ガス計測装置。
An optical gas measurement device for analyzing a plurality of components contained in a measurement target gas,
A measurement cell through which the gas to be measured flows,
A light emitting unit that can switch and output a plurality of laser beams including wavelengths corresponding to a plurality of components to be measured of the gas, branches the output laser light into a measurement laser beam and a reference laser beam, and the measurement laser beam A light emitting means comprising a measurement light optical system to be incident on a measurement cell and a reference light optical system for guiding the reference laser light;
The operation of the light emitting means is controlled, a laser beam having a wavelength corresponding to the component to be measured to be measured is selected, the selected laser beam is incident on the measurement cell, and the measurement of the component to be measured is completed. Then, light emission control means for selecting a laser beam having a wavelength corresponding to a measurement target component to be measured next, and causing the selected laser beam to enter the measurement cell
A light receiving means including a first light receiving device that receives the measurement laser light that has passed through the measurement cell, and a second light receiving device that receives the reference laser light guided by the reference light optical system;
Signal processing means for generating a differential signal between the intensity of the measurement laser light received by the light receiving means and the intensity of the reference laser light;
An analyzer for analyzing a component to be measured based on the signal generated by the signal processing means,
The signal processing means includes a plurality of difference detectors having different detection sensitivities for detecting the difference between the intensity of the measurement laser light and the intensity of the reference laser light, and depending on the wavelength of the laser light incident on the measurement cell, An optical gas measuring device, wherein the differential detector for inputting a differential signal to the analyzing device is switched.
前記発光部ユニットは、前記ガスの測定対象の成分に対応する波長を含むレーザ光を射出する発光部、前記発光部から射出されたレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐部する分波器および前記分波器で分波された測定レーザ光と前記参照レーザ光とをそれぞれ案内する発光部光学系を備え、それぞれ異なる成分に対応する波長を含むレーザ光を射出させる複数の発光部ユニットと、複数の前記発光部ユニットの前記測定レーザ光を合波する第1合波器と、複数の前記発光部ユニットの前記参照レーザ光を合波する第2合波器とを備え、
前記測定光光学系は、前記第1合波器で合波された前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させ、
前記参照光光学系は、前記第2合波器で合波された前記参照レーザ光を案内し、
前記発光制御手段は、レーザ光を出力させる前記発光部ユニットを時間毎に切り替え、1つの前記発光部ユニットから出力されたレーザ光を前記計測セルに入射させ、
前記信号処理手段は、前記計測セルに入射させるレーザ光を出力する前記発光部ユニットに応じて、前記解析装置に出力する差分信号を検出する前記差分検出器を切り替えることを特徴とする請求項1に記載の光学式ガス計測装置。
The light emitting unit emits a laser beam including a wavelength corresponding to a component to be measured of the gas, and a demultiplexing unit that branches the laser beam emitted from the light emitting unit into a measurement laser beam and a reference laser beam. And a plurality of light emitting unit units each including a light emitting unit optical system for guiding the measurement laser beam demultiplexed by the demultiplexer and the reference laser beam, and emitting laser beams each having a wavelength corresponding to a different component And a first multiplexer that multiplexes the measurement laser beams of the plurality of light emitting unit units, and a second multiplexer that multiplexes the reference laser beams of the plurality of light emitting unit units,
The measurement light optical system makes the measurement laser light combined by the first multiplexer incident on the measurement cell,
The reference beam optical system guides the reference laser beam combined by the second multiplexer;
The light emission control unit switches the light emitting unit that outputs laser light every time, and causes the laser light output from one light emitting unit to enter the measurement cell,
2. The signal processing unit switches the difference detector that detects a difference signal output to the analysis device according to the light emitting unit that outputs laser light incident on the measurement cell. The optical gas measuring device described in 1.
前記信号処理手段は、前記第1受光装置から出力される受光信号を入力する前記差分検出器を切り替える第1信号切替装置と、前記第2受光装置から出力される受光信号を入力する前記差分検出器を切り替える第2信号切替装置と、を備え、
前記第1信号切替装置と前記第2信号切替装置とが受光信号を入力する前記差分検出器を切り替えることで、前記解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えることを特徴とする請求項1または2に記載の光学式ガス計測装置。
The signal processing means includes a first signal switching device that switches the difference detector that receives the light reception signal output from the first light receiving device, and the difference detection that receives the light reception signal output from the second light receiving device. A second signal switching device for switching the device,
The first signal switching device and the second signal switching device switch the difference detector that inputs a difference signal to the analysis device by switching the difference detector that inputs a light reception signal. Item 3. The optical gas measurement device according to Item 1 or 2.
前記信号処理手段は、複数の前記差分検出器から出力される差分信号のうち、前記解析装置に入力する差分信号を切り替える信号切替装置を有することを特徴とする請求項1または2に記載の光学式ガス計測装置。   3. The optical according to claim 1, wherein the signal processing unit includes a signal switching device that switches a difference signal input to the analysis device among the difference signals output from the plurality of difference detectors. Gas measuring device. 前記解析装置は、それぞれのガス種類の前記差分信号の大きさに基づいて、それぞれのガス種類の分析時に使用する差分信号を出力する前記差分検出器を決定し、前記信号処理手段の動作を制御す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光学式ガス計測装置。   The analysis device determines the difference detector that outputs a difference signal to be used when analyzing each gas type based on the magnitude of the difference signal of each gas type, and controls the operation of the signal processing means. The optical gas measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein 前記信号処理手段は、計測開始時の計測では、検出感度がより低い差分検出器から出力される差分信号を前記解析装置に出力することを特徴とする請求項5に記載の光学式ガス計測装置。   6. The optical gas measurement device according to claim 5, wherein the signal processing means outputs a difference signal output from a difference detector having a lower detection sensitivity to the analysis device in measurement at the start of measurement. . 前記信号処理手段は、前記差分検出器の感度と、当該差分検出器と感度が隣接している前記差分検出器の感度と、の差が5倍以上20倍以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の光学式ガス計測装置。   The signal processing means is characterized in that a difference between the sensitivity of the difference detector and the sensitivity of the difference detector adjacent to the difference detector is 5 to 20 times. Item 7. The optical gas measurement device according to any one of Items 1 to 6. 前記信号処理手段は、前記差分検出器を2つ備えてい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光学式ガス計測装置。   The optical gas measuring device according to any one of claims 1 to 7, wherein the signal processing means includes two difference detectors. 前記発光制御手段は、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を、前記測定対象の成分に対応する波長を含む範囲で掃引させて前記発光部ユニットから出力させることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の光学式ガス計測装置。   The light emission control unit sweeps a laser beam having a wavelength corresponding to a measurement target component to be measured in a range including a wavelength corresponding to the measurement target component, and outputs the laser light from the light emitting unit. The optical gas measuring device according to any one of claims 1 to 8. 測定対象ガスが流れる計測セルと、前記ガスの測定対象の複数の成分に対応する波長を含む複数のレーザ光を切り替えて出力でき、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐する発光部ユニット、前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させる測定光光学系および前記参照レーザ光を案内する参照光光学系を備える発光手段と、前記発光手段の動作を制御し、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させ、当該測定対象の成分の計測が終了した後、次に測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させる発光制御手段と、前記計測セルを通過した前記測定レーザ光を受光する第1受光装置および前記参照光光学系で案内された前記参照レーザ光を受光する第2受光装置を備える受光手段と、前記受光手段で受光した前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段と、前記信号処理手段で生成された信号に基づいて測定対象の成分を分析する解析装置と、を備え、前記信号処理手段は、測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備える光学式ガス計測装置で測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測方法であって、
前記計測セルに入射させるレーザ光の波長を検出するステップと、
前記検出したレーザ光の波長に基づいて解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えるステップと、を有することを特徴とする光学式ガス計測方法。
A measurement cell through which a measurement target gas flows and a plurality of laser beams including wavelengths corresponding to a plurality of components of the measurement target of the gas can be switched and output, and the emitted laser beam is branched into a measurement laser beam and a reference laser beam A measurement unit that controls the operation of the light emitting means and performs measurement. After selecting the laser beam having a wavelength corresponding to the component, making the selected laser beam incident on the measurement cell, and completing the measurement of the component to be measured, it corresponds to the component to be measured next. A light emission control means for selecting a laser beam having a wavelength and causing the selected laser beam to enter the measurement cell; a first light receiving device for receiving the measurement laser beam that has passed through the measurement cell; A light receiving means including a second light receiving device for receiving the reference laser light guided by the reference light optical system, and a difference signal between the intensity of the measurement laser light received by the light receiving means and the intensity of the reference laser light. A signal processing unit for generating, and an analysis device for analyzing a component to be measured based on the signal generated by the signal processing unit, wherein the signal processing unit includes the intensity of the measurement laser beam and the reference laser beam. An optical gas measurement method for analyzing a plurality of components contained in a measurement target gas with an optical gas measurement device including a plurality of difference detectors having different detection sensitivities for detecting a difference with intensity,
Detecting the wavelength of laser light incident on the measurement cell;
And switching the difference detector for inputting a difference signal to the analyzer based on the detected wavelength of the laser beam.
JP2011239200A 2011-10-31 2011-10-31 Device and method for optical gas measurement Pending JP2013096810A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011239200A JP2013096810A (en) 2011-10-31 2011-10-31 Device and method for optical gas measurement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011239200A JP2013096810A (en) 2011-10-31 2011-10-31 Device and method for optical gas measurement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013096810A true JP2013096810A (en) 2013-05-20

Family

ID=48618898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011239200A Pending JP2013096810A (en) 2011-10-31 2011-10-31 Device and method for optical gas measurement

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013096810A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104374741A (en) * 2014-08-18 2015-02-25 浙江工商大学 Spliced beef detection device and detection method
JP2016151572A (en) * 2015-02-19 2016-08-22 アズビル株式会社 Dryness measurement device
WO2020026589A1 (en) * 2018-07-31 2020-02-06 日本電気株式会社 Receiver, fire detection system, and fire detection method
GB2597953A (en) * 2020-08-11 2022-02-16 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Method and leakage detection unit of an internal combustion engine for localizing leakage of at least one gaseous medium at the engine

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104374741A (en) * 2014-08-18 2015-02-25 浙江工商大学 Spliced beef detection device and detection method
JP2016151572A (en) * 2015-02-19 2016-08-22 アズビル株式会社 Dryness measurement device
WO2020026589A1 (en) * 2018-07-31 2020-02-06 日本電気株式会社 Receiver, fire detection system, and fire detection method
JPWO2020026589A1 (en) * 2018-07-31 2021-08-05 日本電気株式会社 Receiver, fire detection system and fire detection method
JP7103419B2 (en) 2018-07-31 2022-07-20 日本電気株式会社 Receiver, fire detection system and fire detection method
US11761891B2 (en) 2018-07-31 2023-09-19 Nec Corporation Receiver, fire detection system, and fire detection method
GB2597953A (en) * 2020-08-11 2022-02-16 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Method and leakage detection unit of an internal combustion engine for localizing leakage of at least one gaseous medium at the engine
GB2597953B (en) * 2020-08-11 2023-02-15 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Method and leakage detection unit of an internal combustion engine for localizing leakage of at least one gaseous medium at the engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4713227B2 (en) Exhaust gas analyzer and exhaust gas analysis method
US8085404B2 (en) Gas analyzer and gas analyzing method
US10302563B2 (en) Apparatus and method of gas analysis using laser light
JP6128361B2 (en) Multi-component laser gas analyzer
US9068933B2 (en) EGR distribution and fluctuation probe based on CO2 measurements
JP5155913B2 (en) Exhaust gas analyzer
JP5667809B2 (en) Optical gas sensor
JPWO2010010684A1 (en) Infrared absorption inspection apparatus and infrared absorption inspection method
KR20220028087A (en) In situ infrared and ultraviolet photometers
JP2013096810A (en) Device and method for optical gas measurement
JP2009243968A (en) Exhaust gas analyzer and analyzing method
KR20130030772A (en) Ammonia compound concentration measuring device and ammonia compound concentration measuring method
JP5630642B2 (en) Laser gas analyzer
JP5721684B2 (en) Data acquisition method
JP4879006B2 (en) Engine exhaust gas analysis device, analysis method, and analysis program
US9921196B2 (en) Gas chromatograph having an absorption spectrometer and method for analyzing a gas mixture via gas chromatography
JP2013061358A (en) Exhaust gas analyzer and exhaust gas analyzing method
JP2010085374A (en) Apparatus for measuring gas component and method for adjusting optical axis thereof
JP2012172553A (en) Gas engine
JP2012237684A (en) Concentration measurement device
JP5096975B2 (en) Gas detector
JP4752769B2 (en) Gas flow velocity measuring method and gas flow velocity measuring device
JP4490333B2 (en) Exhaust gas analyzer
JP2009210323A (en) Multichannel thermal lens spectrometry system and multichannel thermal lens spectrometry method
JP3689496B2 (en) Measuring device