JP2014032068A - Gas concentration measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス濃度測定装置に関する。 The present invention relates to a gas concentration measuring apparatus.
従来、メタンガス等の微量気体を、レーザーを用いて測定する場合、レーザーモジュールから被測定領域にレーザー光を照射し、このレーザー光を被測定領域中の標的で反射し、反射した後にフォトディテクタで受光したレーザー光を位相敏感検波して測定する。そして、上記受光したレーザー光の光量に基づいて、被測定領域に存在しているメタンガスの濃度を測定する装置が知られている(たとえば、先行技術文献1、2参照)。
Conventionally, when measuring a trace gas such as methane gas using a laser, the laser module irradiates the measurement area with laser light, and the laser light is reflected by the target in the measurement area and reflected by the photodetector. The measured laser light is measured by phase sensitive detection. And the apparatus which measures the density | concentration of the methane gas which exists in a to-be-measured area | region based on the light quantity of the said received laser beam is known (for example, refer
この装置の応用の一つとして、レーザー式ガスセンサにより非舗装面に特定波長のレーザー光を照射し、非舗装面からの反射光を受光し、受光強度が所定値以下である場合にはガス検知の判定を行う車載型漏洩ガス検知システムが知られている(たとえば、特許文献1参照)。 As one of the applications of this device, a laser gas sensor irradiates a non-paved surface with laser light of a specific wavelength, receives reflected light from the non-paved surface, and detects gas when the received light intensity is below a predetermined value. There is known an in-vehicle leaked gas detection system that performs this determination (see, for example, Patent Document 1).
環境計測の分野における温室効果ガス濃度の広域的な観測手段あるいは温室効果ガス発生量(フラックス)測定を行うために、レーザー光方式の遠隔型ガス検知器を用いる場合、精度を高めるために必要な数10m以上の光路長と、高い効率で安定して受光部にレーザー光を戻す反射体とが必要である。しかし、野外で移動測定する際や、ある種のフラックス測定に必要な高い空間分解能で測定する際に、上記の条件を満足させることは困難である。 Necessary for improving accuracy when using a laser-type remote gas detector to measure a wide range of greenhouse gas concentrations in the field of environmental measurement or to measure greenhouse gas generation (flux). An optical path length of several tens of meters or more and a reflector that returns laser light to the light receiving section stably with high efficiency are required. However, it is difficult to satisfy the above-mentioned conditions when measuring the movement in the field or when measuring with a high spatial resolution necessary for a certain kind of flux measurement.
例えば、上記特許文献1に記載の発明では、非舗装面(路肩)に特定波長のレーザー光を照射し、非舗装面からの反射光を受光するので、レーザー光が通った経路に存在している漏曳メタンガスを検知することができるが、環境計測に必要な精度のメタン濃度の測定は不可能である。その理由は、被測定領域を1往復するだけでは、高精度のメタンガス測定に必要な数10mの先の光路を確保すると、非舗装面からの反射では必要な強度のレーザー光が得られないからである。また、非舗装面でレーザー光を反射させるのではなく、平面ミラーでレーザー光を反射させるガス濃度測定装置を考えた場合、ガス濃度測定装置が数10mの長さになり、装置が大型であるという問題がある。
For example, in the invention described in
ガス濃度測定装置の全体の形状を小型にするには、ガスの濃度測定領域を囲むように、複数のミラーを配置し、レーザー光発生源で発生したレーザー光を上記複数のミラーで反射し、受光素子に送る装置が考えられる。この装置では、レーザー光発生源から、複数のミラーを経由し、受光素子に達するまでの光路長を長く確保しつつ、ガス濃度測定装置の全体の形状を小型化することができる。 In order to reduce the overall shape of the gas concentration measurement device, a plurality of mirrors are arranged so as to surround the gas concentration measurement region, and the laser light generated by the laser light source is reflected by the plurality of mirrors. A device for sending to the light receiving element is conceivable. In this apparatus, the overall shape of the gas concentration measuring apparatus can be reduced in size while ensuring a long optical path length from the laser light source through the plurality of mirrors to the light receiving element.
しかし、この考えられる装置では、複数のミラーを構成する各ミラーのそれぞれが振動や何らかの理由による光路の変化等によって、その設置角度が変化すると、レーザー光発生源で発生したレーザー光が受光素子に達しないという問題がある。 However, in this conceivable apparatus, when each of the mirrors constituting the plurality of mirrors changes its installation angle due to vibration or a change in the optical path for some reason, the laser light generated by the laser light source is applied to the light receiving element. There is a problem of not reaching.
この問題は、炭酸ガス等、メタンガス以外のガスの濃度を測定する場合も同様に生じる問題である。 This problem also occurs when measuring the concentration of gases other than methane gas, such as carbon dioxide.
本発明は、複数のミラーでレーザー光を反射させながら、所定のガスの濃度を測定する場合、複数のミラーのそれぞれが振動や光路の変化等によってその設置角度が多少変化しても、ガスの濃度測定に問題が生じないガス濃度測定装置を提供することを目的とする。 In the present invention, when measuring the concentration of a predetermined gas while reflecting the laser beam by a plurality of mirrors, even if each of the plurality of mirrors has its installation angle slightly changed due to vibration or a change in the optical path, An object of the present invention is to provide a gas concentration measuring device that does not cause a problem in concentration measurement.
本発明のガス濃度測定装置は、被測定領域中のガスにレーザー光を照射するレーザー光照射手段と、上記被測定領域を挟むように設置されている複数のミラーであって、上記レーザー光照射手段が照射したレーザー光を順次反射する複数のミラーと、上記複数のミラーのうちで、上記レーザー光をn回目に反射するn枚目のミラーで反射したレーザー光を、上記n枚目のミラーにおけるレーザー光の出射点に反射する再帰性反射体と、上記複数のミラーと上記再帰性反射体とによって反射し、この反射光が上記複数のミラーに再度反射して戻ったレーザー光の光量を測定する光量測定手段と、上記光量測定手段が測定した光量に基づいて、上記被測定領域における所定のガスの濃度を演算する演算手段とを有することを特徴とする。 The gas concentration measuring apparatus of the present invention includes a laser beam irradiation means for irradiating a gas in a measurement region with a laser beam, and a plurality of mirrors installed so as to sandwich the measurement region, the laser beam irradiation A plurality of mirrors that sequentially reflect the laser light emitted by the means, and a laser beam reflected by an n-th mirror that reflects the laser light n times among the plurality of mirrors; The amount of the laser beam reflected by the retroreflector reflected by the laser beam emission point, the plurality of mirrors and the retroreflector, and reflected again by the plurality of mirrors is returned. A light quantity measuring means for measuring, and a computing means for computing the concentration of a predetermined gas in the measurement area based on the light quantity measured by the light quantity measuring means.
本発明によれば、複数のミラーでレーザー光を反射させながら、所定のガスの濃度を測定する場合、複数のミラーで反射したレーザー光を折り返す折り返し点の反射手段として、再帰性反射体を使用しているので、複数のミラーのそれぞれが振動等することによってその設置角度が多少変化しても、ガスの濃度測定に問題が生じないという効果を奏する。 According to the present invention, when measuring the concentration of a predetermined gas while reflecting a laser beam with a plurality of mirrors, a retroreflector is used as a reflection means for turning back the laser beam reflected by the plurality of mirrors. Therefore, even if each of the plurality of mirrors vibrates or the like and the installation angle changes somewhat, there is an effect that no problem occurs in the gas concentration measurement.
発明を実施するための形態は、以下の実施例である。 The modes for carrying out the invention are the following examples.
図1は、本発明の実施例1であるガス濃度測定装置100を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a gas concentration measuring apparatus 100 that is
ガス濃度測定装置100は、レーザー光源10と、被測定領域20に設置されている平面ミラーM1、M2、……、M13と、リトロリフレクターRR1と、穴あき平面ミラー30と、結像レンズ31と、受光素子40と、演算手段50とを有する。
The gas concentration measuring apparatus 100 includes a
レーザー光源10は、メタンガスに最も吸収され易い波長の一つである1.6537μm等のレーザー光を発生する半導体レーザーである。
The
被測定領域20は、メタンガスの濃度を測定する領域である。 The measurement area 20 is an area for measuring the concentration of methane gas.
ガス濃度測定装置100において、平面ミラーの設置個数は13個であるが、複数のn個であればよく、この意味で、以下では、平面ミラーM1、M2、……、Mnとも記載する。なお、nは2以上の整数である。 In the gas concentration measuring apparatus 100, the number of plane mirrors installed is 13, but a plurality of n plane mirrors may be used. In this sense, the plane mirrors M1, M2,. Note that n is an integer of 2 or more.
平面ミラーM1、M2、……、Mnは、ほぼ長方形の枠上に設置され、たとえば、枠の内側に所定の角度を維持して固定されている。枠の代わりに、円形や多角形の筒を使用してもよく、または、数段重ねて使用してもよい。レーザー光源10で出射されたレーザー光は、ミラーM1、M2、……、Mn−1、Mnで反射し、その後に、リトロリフレクターRR1で反射されるように、各ミラーの設置角度が設定されている。
The plane mirrors M1, M2,..., Mn are installed on a substantially rectangular frame and, for example, are fixed inside the frame while maintaining a predetermined angle. Instead of a frame, a circular or polygonal cylinder may be used, or several stages may be used. The installation angle of each mirror is set so that the laser light emitted from the
リトロリフレクターRR1は、コーナーキューブとも表現され、3枚の平面鏡を直角に組み合わせ、入射光の方向がどの方向であっても、入射光と同じ経路に光を反射する装置であり、再帰性反射体の例である。再帰性反射体としては、リトロリフレクターの他に、ビーズ、プリズム、微細なリトロリフレクターを塗布した再帰性反射板がある。 The retro-reflector RR1, which is also expressed as a corner cube, combines three plane mirrors at right angles, and is a device that reflects light in the same path as the incident light regardless of the direction of the incident light. It is an example. As the retroreflector, there are a retroreflector coated with beads, prisms, and a fine retroreflector in addition to the retroreflector.
つまり、リトロリフレクターRR1は、複数のミラーのうちで、レーザー光をn回目に反射するn枚目のミラーで反射したレーザー光を、上記n枚目のミラーに反射する再帰性反射体の例である。すなわち、リトロリフレクターRR1は、レーザー光をn回目に反射するn枚目のミラーで反射したレーザー光を、上記n枚目のミラーにおけるレーザー光の出射点に反射する折り返し点の反射手段として使用されている。 That is, the retro-reflector RR1 is an example of a retroreflector that reflects the laser beam reflected by the n-th mirror that reflects the laser beam n times among the plurality of mirrors to the n-th mirror. is there. That is, the retro-reflector RR1 is used as a reflection point reflecting means for reflecting the laser beam reflected by the n-th mirror that reflects the laser beam n times to the laser beam exit point of the n-th mirror. ing.
なお、リトロリフレクターRR1の代わりに、平面ミラーを使用するようにしてもよい。ただ、平面ミラーを使用すると、上記n枚目のミラーにおけるレーザー光の出射点に反射するように、上記平面ミラーの角度を設定する場合に、その角度設定が煩雑かつ不安定であるが、リトロリフレクターRR1を使用すれば、その角度設定が極めて容易かつ安定である。 In addition, you may make it use a plane mirror instead of retroreflector RR1. However, when a plane mirror is used, the angle setting is complicated and unstable when the angle of the plane mirror is set so as to reflect the laser beam emission point of the n-th mirror. If the reflector RR1 is used, the angle setting is very easy and stable.
穴あき平面ミラー30は、その中心部に透孔が設けられ、中心部以外は通常の平面ミラーである。そして、レーザー光源10から出射されたレーザー光は、平面ミラー30の透孔を通過し、ミラーM1に向かい、一方、復路中で、ミラーM2、M1の順で再反射されたレーザー光が、穴あき平面ミラー30の平面ミラーで反射し、結像レンズ31を介して受光素子40の結像面で結像する。
The
受光素子40は、被測定領域20で反射を繰り返したレーザー光の光量を測定する素子である。つまり、受光素子40は、複数のミラーとリトロリフレクターRR1とによって反射し、この反射光が上記複数のミラーに再度反射して戻ったレーザー光の光量を測定する光量測定手段である。
The
演算手段50は、受光素子40が測定した光量に基づいて、被測定領域20におけるメタンガスの濃度を演算する演算手段である。
The
次に、上記実施例の動作について説明する。 Next, the operation of the above embodiment will be described.
まず、レーザー光源10で、メタンガスによって吸収され易い波長(例えば1.6537μm)のレーザー光を出射し、穴あき平面ミラー30の透孔を透過して、被測定領域20を横切って、ミラーM1で反射し、その後に、ミラーM2、M3、……、Mnの順で反射し、リトロリフレクターRR1に到達する。リトロリフレクターRR1で反射したレーザー光は、上記とは逆の順で各ミラーMn、……、M3、M2、M1で再反射し、穴あき平面ミラー30で反射し、結像レンズ31を介して受光素子40に到達する。
First, the
そして、受光素子40において、受光したレーザー光が位相敏感検波され、被測定領域20におけるメタンガスの量(濃度)が測定される。
In the
ところで、ミラーM1、M2、……、Mn、リトロリフレクターRR1で挟まれている被測定領域20が正方形であるとし、その一辺が1mであるとすると、被測定領域20内をレーザー光が通過する光路長は、1m×2nである。n=31の場合、62mの光路長となり、バックグランド大気中のメタン濃度に近い2ppmの濃度の場合でも濃度×光路長=128ppm・mとなり精度の高い測定が可能である。 By the way, if the area to be measured 20 sandwiched between the mirrors M1, M2,..., Mn and the retroreflector RR1 is a square and one side is 1 m, the laser light passes through the area to be measured 20. The optical path length is 1 m × 2n. When n = 31, the optical path length is 62 m, and even when the concentration is 2 ppm close to the methane concentration in the background atmosphere, the concentration × optical path length = 128 ppm · m, and high-precision measurement is possible.
RR1として、リトロリフレクターまたは他の再帰性反射体のうちでどれかを選択する場合、受光素子40に戻るレーザー光の強度に応じて選択する。光路長が大きく、受光素子40に戻るレーザー光強度が弱くなる場合には、RR1として、リトロリフレクターを選ぶ。光路長が小さい場合には、RR1として、リトロリフレクター以外の再帰性反射体から選択する。RR1として、リトロリフレクター以外の再帰性反射体を選択した場合、その反射光のビームが拡散するので、ミラーMnの周囲にレーザー光を吸収する材料あるいはライトトラップを配置して、不必要なレーザー光の反射を抑制する。
When selecting one of the retro-reflector and the other retroreflector as RR1, it is selected according to the intensity of the laser beam returning to the
ミラーM1〜Mnの大きさの選択は以下のように行う。つまり、ミラーM1は、結像レンズ31の大きさに合わせて一辺の長さを4〜8cm程度にする。長方形の場合には、長辺を合わせる。ミラーMnの大きさは、リトロリフレクターRR1を使用する場合、その有効径の大きさに一辺の長さを合わせる。リトロリフレクターRR1以外の再帰性反射体を使用する場合には、形、大きさを同程度とする(通常は正方形)。ミラーM1とMnとの間のミラーの大きさは、距離に比例させて変えることが理論的には最良であるが、スペースに余裕がある場合にはコストを考慮してミラーM1と同一の大きさにする部分、ミラーMnと同じにする部分があってもよい。すべてのミラーが同じ大きさでもよい。レーザー光は広がりを持っているので、その広がり角に応じてミラーの周囲にレーザー光を吸収する材料あるいはライトトラップを配置して不必要なレーザー光の反射を抑制する。 The size of the mirrors M1 to Mn is selected as follows. That is, the length of one side of the mirror M1 is set to about 4 to 8 cm according to the size of the imaging lens 31. In the case of a rectangle, align the long sides. When the retro reflector RR1 is used, the size of the mirror Mn is matched with the length of one side to the size of the effective diameter. When a retroreflector other than the retroreflector RR1 is used, the shape and size are the same (usually square). It is theoretically best to change the size of the mirror between the mirrors M1 and Mn in proportion to the distance. However, if there is room in the space, the size is the same as that of the mirror M1 in consideration of the cost. There may be a portion to be the same as the mirror Mn. All mirrors may be the same size. Since the laser beam has a spread, a material or a light trap that absorbs the laser beam is arranged around the mirror according to the spread angle to suppress unnecessary reflection of the laser beam.
ミラーM1〜Mnの反射率、面精度、再帰性反射体の選択(リトロリフレクターを選択するかリトロリフレクター以外の再帰性反射体を選択するか)は、光路長を考慮して、受光素子40に適度の強度のレーザー光が戻るように選択する。受光強度が小さ過ぎると、メタン濃度測定精度が低くなる。受光強度が大き過ぎると、受光素子の応答が飽和して、メタン濃度測定に系統誤差が生じる可能性がある。受光強度が大き過ぎる場合には、レーザーメタン計測器が警告を発するように通常制作されているので、そのような過大な受光強度を避けるようにする。このような光学系の設計によって、目的に合わせた適度な大きさの装置を制作できるので、メタンガスの濃度を測定する場合、ガス濃度測定装置を移動することが比較的容易であり、また、ガス濃度測定装置が小型であるので、測定領域に制限を受けることが少ない。
The reflectivity, surface accuracy, and retroreflector selection of the mirrors M1 to Mn (whether to select a retroreflector or a retroreflector other than the retroreflector) are determined by the
また、複数のミラーM1〜Mnのそれぞれが振動等によって設置角度が多少変化しても、全ての平面ミラーM1〜Mnで反射する状態を維持できる限り、リトロリフレクターRR1が、元のミラーMnにおけるレーザー光の出射点またはその近傍にレーザー光を戻すので、レーザー光は、その往路と同じかまたはほぼ同じ経路を復路とし、受光素子40に到達する。したがって、レーザー光源10で出射されたレーザー光が受光素子40に確実に向かうので、確実に濃度計測することができる。
In addition, even if each of the plurality of mirrors M1 to Mn is slightly changed in installation angle due to vibration or the like, the retroreflector RR1 is a laser in the original mirror Mn as long as it can be reflected by all the plane mirrors M1 to Mn. Since the laser beam is returned to the light emission point or the vicinity thereof, the laser beam reaches the
なお、ガス濃度測定装置100は、平面ミラーとして、M1〜Mnのn個を使用しているが、被測定領域20の広さが同じであっても、これらの平面ミラーを多く設ける(nを大きくする)程、レーザー光の光路長が長くなる。また、ガス濃度測定装置100において、平面ミラーは、1つの長方形の枠の内側に設けられているが、この枠を2段とし、各枠に平面ミラーを設ければ、その光路長は、2倍になる。さらに、上記の枠を3段以上のm段にすれば、その光路長は、m倍になる。これらの場合に、必要とするリトロリフレクターRR1は、1つで足りる。 The gas concentration measuring apparatus 100 uses n pieces of M1 to Mn as plane mirrors, but even if the area to be measured 20 is the same, a large number of these plane mirrors are provided (n The larger the value, the longer the optical path length of the laser light. Further, in the gas concentration measuring apparatus 100, the plane mirror is provided inside one rectangular frame. If this frame is provided in two stages and a plane mirror is provided in each frame, the optical path length is 2. Double. Furthermore, if the above-mentioned frame is made up of three or more stages, the optical path length becomes m times. In these cases, only one retro reflector RR1 is necessary.
図2は、本発明の実施例2であるガス濃度測定装置200を示す概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a gas concentration measuring apparatus 200 that is
ガス濃度測定装置200は、ガス濃度測定装置100に、GPS70と、記憶手段80と、表示手段DP1とを設けた実施例である。
The gas concentration measuring apparatus 200 is an embodiment in which the
GPS70は、全地球測位システムであり、GPS70が存在している位置のデータを測定する。
The
記憶手段80は、GPS70が測定した位置データと、演算手段50が演算したメタンガスの濃度とを対応付けて記憶する手段である。
The
表示手段DP1は、GPS70が測定した位置データと、演算手段50が演算したメタンガスの濃度とを対応付けて表示する手段である。たとえば、濃度測定を行っている位置が含まれている地図を表示するとともに、その地図上における濃度測定位置を、マーカー等で表示し、この表示されているマーカーとともに、測定した濃度値を表示する。また、測定した濃度値が所定の閾値以上である場合、測定した濃度値を目立つ色等で表示する。さらに、測定した濃度値をいくつかのランクに分け、ランクに対応する色を予め決め、測定した濃度値に応じた色を、地図に表示するようにしてもよい。
The display means DP1 is a means for displaying the position data measured by the
なお、ガス濃度測定装置200において、二次元超音波風速計を設けるようにしてもよい。 In the gas concentration measuring apparatus 200, a two-dimensional ultrasonic anemometer may be provided.
図3は、本発明の実施例3であるガス濃度測定装置300を示す概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a gas concentration measuring apparatus 300 that is
ガス濃度測定装置300は、自動車90の屋根に、ガス濃度測定装置100を載置した実施例である。
The gas concentration measuring device 300 is an embodiment in which the gas concentration measuring device 100 is placed on the roof of the
図3(1)は、ガス濃度測定装置300の右側面図である。図3(2)は、ガス濃度測定装置300の平面図である。 FIG. 3A is a right side view of the gas concentration measuring apparatus 300. FIG. 3 (2) is a plan view of the gas concentration measuring apparatus 300.
ガス濃度測定装置300において、ガスの濃度を測定する場合には、自動車90をできるだけ一定速度で走らせ、周囲のメタン発生源から流れてくるメタンガスMGの濃度を測定する。メタンガスは自動車90からはあまり排出されず、かつ排気ガスがガス濃度測定装置100に到達する可能性が小さいので、ガソリン、ディーゼル等を燃料として使用する自動車を自動車90として使用するようにしてもよく、電気自動車であってもよい。
In the gas concentration measuring apparatus 300, when measuring the gas concentration, the
ガス濃度測定装置100を自動車90に設置する場合、自動車90の屋根にスキーキャリアを設け、このスキーキャリアにガス濃度測定装置100を固定するようにしてもよく、自動車90の屋根にガス濃度測定装置100を直接固定するようにしてもよい。
When the gas concentration measuring apparatus 100 is installed in the
図3に示すように、平面ミラーM1〜Mnの全てを、その反射面が地面と垂直に設置されるので、平面ミラーM1〜Mnの反射面に汚れが付着し難いという利点がある。 As shown in FIG. 3, since all of the plane mirrors M1 to Mn have their reflecting surfaces installed perpendicular to the ground surface, there is an advantage that dirt hardly adheres to the reflecting surfaces of the plane mirrors M1 to Mn.
図4は、本発明の実施例4であるガス濃度測定装置400を示す概念図である。図4(1)は、ガス濃度測定装置400の右側面図であり、図4(2)は、ガス濃度測定装置400の正面図である。 FIG. 4 is a conceptual diagram showing a gas concentration measuring apparatus 400 that is Embodiment 4 of the present invention. 4A is a right side view of the gas concentration measuring device 400, and FIG. 4B is a front view of the gas concentration measuring device 400. FIG.
ガス濃度測定装置400は、自動車90の屋根に、ガス濃度測定装置100を載置し、走行時における乱流の影響を少なくした実施例である。
The gas concentration measuring device 400 is an embodiment in which the gas concentration measuring device 100 is placed on the roof of the
つまり、ガス濃度測定装置400は、複数のミラーM1〜Mnの中心とリトロリフレクターRR1を含む面を、地面に対して垂直に維持した実施例である。 That is, the gas concentration measuring apparatus 400 is an embodiment in which the center including the centers of the plurality of mirrors M1 to Mn and the retroreflector RR1 is maintained perpendicular to the ground.
ガス濃度測定装置400は、自動車90を停止、またはある程度の速度で走行している過程で、メタンガスの濃度を測定する。複数のミラーM1〜Mnの中心とリトロリフレクターRR1とを含む面が、地面に対して垂直であり、また、進行方向に対しても垂直であるので、自動車90を含む他の物体の影響を受けにくい状態で濃度を測定することができる。つまり、平面ミラーM1〜Mn等が、自動車90とともに移動しても、被測定領域20において、自動車90や平面ミラーM1〜Mn等による乱流が少ないので、メタンガスMGの濃度測定値への影響が少ない。
The gas concentration measuring apparatus 400 measures the concentration of methane gas while the
なお、ガス濃度測定装置300、400において、自動車90の代わりに、船、ヘリコプター、飛行機等の他の輸送手段に、ガス濃度測定装置100を搭載するようにしてもよい。
In the gas concentration measuring apparatuses 300 and 400, the gas concentration measuring apparatus 100 may be mounted on other transportation means such as a ship, a helicopter, and an airplane instead of the
また、ガス濃度測定装置300、400に、GPS70、二次元超音波風速計を設けるようにしてもよい。さらに、ガス濃度測定装置300、400に、地図を印刷するとともに、演算装置50で演算されたメタンガスの濃度を、上記地図の対応する位置に印刷する印刷装置を設けるようにしてもよい。
Further, the gas concentration measuring devices 300 and 400 may be provided with a
上記のように、ガス濃度測定装置100とGPS70とを輸送手段に搭載し、印刷装置を接続すれば、地図上にメタンガスMGの濃度測定値が表示されているメタンマップを容易に作ることができる。印刷装置で印刷する代わりに、パソコン画面、その他の電子的表示装置(IPad(登録商標)等)、携帯電話画面等に表示するようにしてもよい。
As described above, if the gas concentration measuring device 100 and the
GPSを搭載しなくても、たとえばメタンガスMGの許容上限濃度値を予め決め、濃度測定中に、許容上限濃度値を超えた濃度値を測定すると、プザー等によって警告するようにしてもよい。 Even if the GPS is not installed, for example, an allowable upper limit concentration value of methane gas MG may be determined in advance, and if a concentration value exceeding the allowable upper limit concentration value is measured during concentration measurement, a warning may be given by a puzzer or the like.
また、上記各実施例において、メタンガスMGの濃度を測定しているが、メタンガスMGの濃度を測定する代わりに、炭酸ガスの濃度を測定すれば、温室効果への影響度合いを測定することができる。さらに、メタンガス、炭酸ガス以外のガスの濃度を測定するようにしてもよい。この場合、濃度測定すべきガスに最も吸収され易いレーザー光を使用する必要がある。 In each of the above embodiments, the concentration of methane gas MG is measured, but if the concentration of carbon dioxide gas is measured instead of measuring the concentration of methane gas MG, the degree of influence on the greenhouse effect can be measured. . Furthermore, you may make it measure the density | concentration of gas other than methane gas and a carbon dioxide gas. In this case, it is necessary to use a laser beam that is most easily absorbed by the gas whose concentration is to be measured.
さらに、ガスの濃度測定装置300、400において、ガス濃度測定装置100を自動車90の屋根に搭載する代わりに、自動車90の先端(フロントバンパー)の近傍または自動車90の後部(リアウガラスの後部)に搭載するようにしてもよい。ガス濃度測定装置100を自動車90の先端の近傍に搭載すれば、自動車90が走行中にガス濃度を測定する場合、自動車90の走行によって生じる空気の流れによる影響が少なく、また、自動車90が排出するガスの影響も少ない。自動車90の後部に固定するスキーキャリアを利用すれば、ガス濃度測定装置100を自動車90の後部に搭載することが容易である。
Further, in the gas concentration measurement apparatuses 300 and 400, instead of mounting the gas concentration measurement apparatus 100 on the roof of the
図5は、本発明の実施例5であるガス濃度測定装置500を示す概念図である。図5(1)は、ガス濃度測定装置500の全体を示す図であり、図5(2)は、三次元超音波風速計60と被測定領域の中心部21との関係を示す図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a gas concentration measuring apparatus 500 that is
ガス濃度測定装置500は、ガス濃度測定装置200において、ガス濃度測定装置10の代わりに、ガス濃度測定装置100aを設け、GPS70と記憶手段80とを削除し、三次元超音波風速計60と、データ処理手段65とを設けた実施例である。なお、ガス濃度測定装置500において、GPS70と記憶手段80とを設けるようにしてもよい。
The gas concentration measuring device 500 includes a gas concentration measuring device 100a instead of the gas
ガス濃度測定装置100aは、ガス濃度測定装置100において、平面ミラーM1、M2、……、Mn、リトロリフレクターRR1を、四角形の対向する枠上に配置するのではなく、ほぼ円周上に配置した実施例である。 In the gas concentration measuring apparatus 100a, the plane mirrors M1, M2,..., Mn, and the retroreflector RR1 are not arranged on the opposing frames of the quadrangle, but are arranged on the substantially circumference in the gas concentration measuring apparatus 100. This is an example.
平面ミラーM1、M2、……、Mnは、ほぼ円周上に設置され、たとえば、金属の円筒の内周に所定の角度を維持して固定されている。円筒の代わりに、多角形の筒を使用してもよく、または、ループを使用してもよい。 The plane mirrors M1, M2,..., Mn are installed substantially on the circumference, and are fixed, for example, to the inner circumference of a metal cylinder while maintaining a predetermined angle. Instead of a cylinder, a polygonal cylinder may be used, or a loop may be used.
三次元超音波風速計60は、センサS11、S12、S13と、センサS21、S22、S23と、風速測定部61とを有する。あるタイミングで、センサS11、S12、S13が発信部を構成し、センサS21、S22、S23が受信部を構成し、すなわち、発信部と受信部との組が3つ設けられ、1つの発信部とこれに対応する1つの受信部との間で、超音波の伝搬時間を測定する。また、次のタイミングで、センサS21、S22、S23が発信部を構成し、センサS11、S12、S13が受信部を構成し、これを繰り返す。 The three-dimensional ultrasonic anemometer 60 includes sensors S11, S12, and S13, sensors S21, S22, and S23, and a wind speed measuring unit 61. At a certain timing, the sensors S11, S12, and S13 constitute a transmitter, and the sensors S21, S22, and S23 constitute a receiver, that is, three sets of transmitters and receivers are provided, and one transmitter And the propagation time of the ultrasonic wave are measured between one and the corresponding receiving unit. In addition, at the next timing, the sensors S21, S22, and S23 constitute a transmitter, and the sensors S11, S12, and S13 constitute a receiver, and this is repeated.
上記超音波の伝搬時間の測定によって、風速を測定する。つまり、風上から風下に向かって超音波を出射すると、風速の分だけ、超音波の伝搬時間が短くなり、逆に、風下から風上に向かって超音波を出射すると、風速の分だけ、超音波の伝搬時間が長くなる。この伝搬時間の変化に基づいて、風速を測定する。また、三次元超音波風速計60は、120度の間隔で3組の送受信部が設けられ、3組の送受信部から得た伝搬時間の差を演算することによって、水平方向のみならず上下方向の風速、つまり三次元の風速を測定することができる。 The wind speed is measured by measuring the ultrasonic propagation time. In other words, when the ultrasonic wave is emitted from the leeward to the leeward, the propagation time of the ultrasonic wave is shortened by the amount of the wind speed, and conversely, when the ultrasonic wave is emitted from the leeward to the windward, only the amount of the wind speed is obtained. Propagation time of ultrasonic waves becomes longer. The wind speed is measured based on the change in the propagation time. The three-dimensional ultrasonic anemometer 60 is provided with three sets of transmission / reception units at intervals of 120 degrees, and by calculating the difference in propagation time obtained from the three sets of transmission / reception units, not only in the horizontal direction but also in the vertical direction Wind speed, that is, three-dimensional wind speed can be measured.
三次元超音波風速計60は、応答が速く、0.1秒程度で風向、風速、気温が測定できる装置として市販されており、ガス濃度と同時に測定して、ガスの発生量の推定を行う場合に重要な情報を与える。 The three-dimensional ultrasonic anemometer 60 is commercially available as a device that has a quick response and can measure the wind direction, the wind speed, and the air temperature in about 0.1 seconds, and measures the gas concentration to estimate the amount of gas generated. Giving you important information.
データ処理手段65は、演算手段50が演算した被測定領域20におけるメタンガスの濃度と、三次元超音波風速計60が出力した風向、風速のデータとを記憶し、必要な処理を実行する手段である。 The data processing means 65 is a means for storing the methane gas concentration in the measurement area 20 calculated by the calculating means 50 and the wind direction and wind speed data output from the three-dimensional ultrasonic anemometer 60 and executing necessary processing. is there.
レーザー光源10で出射されたレーザー光は、ミラーM1、M2、……、Mnで反射し、その後に、リトロリフレクターRR1で反射されるように、各ミラーの設置角度が設定されている。このように、ミラーM1、M2、……、Mn、リトロリフレクターRR1を円周上に配置することによって、円の中心部(被測定領域の中心部21)に大きな重みづけしたメタン濃度を測定することが可能である。例えば、三次元超音波風速計60と組み合わせてメタンの発生量(フラックス)を測定する場合、三次元超音波風速計60の小さな風速測定部と円筒の中心部とを一致させることによって、従来のオープンパスメタンフラックス測定装置に見られる風速測定位置とメタン濃度測定位置とのずれ(約15cm)をなくすことができる。
The installation angle of each mirror is set so that the laser light emitted from the
渦相関法あるいは簡易渦集積法によってメタンフラックスを測定する場合には、円筒の直径を30cm程度に設定することが最適であるが、小型の平面ミラーを用いることによって、n=21程度は可能であり、13m程度の光路長となる。この場合、ミラーを2段にする、あるいは時間的な平均操作を行う、あるいはその両者を行うことによって、必要な精度を実現することが可能である。メタンフラックス測定は、実施例3、4に示すガス濃度測定装置300、400による移動測定等によってメタンの発生源が特定された場合に、メタン発生量の測定として実施することができる。 When measuring the methane flux by the vortex correlation method or the simple vortex accumulation method, it is optimal to set the diameter of the cylinder to about 30 cm, but n = 21 is possible by using a small plane mirror. Yes, the optical path length is about 13 m. In this case, it is possible to achieve the required accuracy by using two stages of mirrors, performing a temporal average operation, or both. The methane flux measurement can be performed as a measurement of the amount of methane generated when a methane generation source is specified by movement measurement or the like by the gas concentration measurement devices 300 and 400 shown in Examples 3 and 4.
100、200、300、400、500…ガス濃度測定装置、
10…レーザー光源、
20…被測定領域、
21…被測定領域の中心部、
M1〜Mn…平面ミラー、
RR1…リトロリフレクター、
30…穴あき平面ミラー、
40…受光素子、
60…三次元超音波風速計、
70…GPS、
90…自動車。
100, 200, 300, 400, 500 ... gas concentration measuring device,
10 ... Laser light source,
20 ... measurement area,
21 ... the center of the area to be measured,
M1 to Mn: plane mirror,
RR1 ... Retro reflector,
30 ... perforated flat mirror,
40: light receiving element,
60 ... 3D ultrasonic anemometer,
70 ... GPS,
90 ... car.
Claims (10)
上記被測定領域を挟むように設置されている複数のミラーであって、上記レーザー光照射手段が照射したレーザー光を順次反射する複数のミラーと;
上記複数のミラーのうちで、上記レーザー光をn回目に反射するn枚目(nは2以上の整数)のミラーで反射したレーザー光を、上記n枚目のミラーにおけるレーザー光の出射点に反射する再帰性反射体と;
上記複数のミラーと上記再帰性反射体とによって反射し、この反射光が上記複数のミラーに再度反射して戻ったレーザー光の光量を測定する光量測定手段と;
上記光量測定手段が測定した光量に基づいて、上記被測定領域における所定のガスの濃度を演算する演算手段と;
を有することを特徴とするガス濃度測定装置。 Laser light irradiation means for irradiating the gas in the measurement area with laser light;
A plurality of mirrors disposed so as to sandwich the region to be measured, the mirrors sequentially reflecting the laser light emitted by the laser light irradiation means;
Among the plurality of mirrors, the laser beam reflected by the n-th mirror (n is an integer of 2 or more) that reflects the laser beam n-th time is used as the laser beam emission point of the n-th mirror. A reflective retroreflector;
A light amount measuring means for measuring the amount of laser light reflected by the plurality of mirrors and the retroreflector, and the reflected light reflected again by the plurality of mirrors;
A computing means for computing the concentration of a predetermined gas in the measurement area based on the light quantity measured by the light quantity measuring means;
A gas concentration measuring device comprising:
位置データを測定するGPSと;
上記GPSが測定した位置データと、上記演算手段が演算したガス濃度とを対応付けて記憶する記憶手段と;
を有することを特徴とするガス濃度測定装置。 In claim 1,
GPS for measuring position data;
Storage means for storing the position data measured by the GPS and the gas concentration calculated by the calculation means in association with each other;
A gas concentration measuring device comprising:
上記濃度測定装置は、所定の輸送手段に搭載されていることを特徴とする濃度測定装置。 In claim 2,
The concentration measuring apparatus is mounted on a predetermined transportation means.
地図を印刷するとともに、上記演算されたガス濃度を、上記地図の対応する位置に印刷する印刷手段を有することを特徴とするガス濃度測定装置。 In claim 3,
A gas concentration measuring apparatus comprising printing means for printing a map and printing the calculated gas concentration at a corresponding position on the map.
上記複数のミラーを構成する各ミラーの中心と上記再帰性反射体の中心とで形成される面が、輸送手段の進行方向とほぼ直交して設置されていることを特徴とするガス濃度測定装置。 In claim 3,
A gas concentration measuring device characterized in that a surface formed by the center of each mirror constituting the plurality of mirrors and the center of the retroreflector is disposed substantially perpendicular to the traveling direction of the transport means. .
上記複数のミラーを構成する各ミラーの中心と上記再帰性反射体の中心とを結ぶ線が、ほぼ円形または四角形を形成していることを特徴とするガス濃度測定装置。 In claim 1,
A gas concentration measuring apparatus, wherein a line connecting the center of each mirror constituting the plurality of mirrors and the center of the retroreflector forms a substantially circular or square shape.
上記被測定領域における風向、風速を測定する超音波風速計を有することを特徴とするガス濃度測定装置。 In claim 1,
A gas concentration measuring apparatus comprising an ultrasonic anemometer for measuring a wind direction and a wind speed in the measurement area.
上記超音波風速計は、上記被測定領域のほぼ中心に設置されていることを特徴とするガス濃度測定装置。 In claim 7,
The gas concentration measuring apparatus, wherein the ultrasonic anemometer is installed at substantially the center of the measurement area.
上記所定のガスは、メタンガスまたは炭酸ガスであることを特徴とするガス濃度測定装置。 In any one of Claims 1-9,
The gas concentration measuring device, wherein the predetermined gas is methane gas or carbon dioxide gas.
上記再帰性反射体は、リトロリフレクター、または、ビーズ、プリズム、微細なリトロリフレクターを塗布した再帰性反射板であることを特徴とするガス濃度測定装置。 In claim 1,
The gas concentration measuring device, wherein the retroreflector is a retroreflector or a retroreflector coated with a bead, a prism, or a fine retroreflector.
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