JP2014115200A - レーザ計測によるガス中のガス組成計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ光22を導入する送光用光ファイバ23と、レーザ光を導出する受光用光ファイバ25と、中心軸に沿って中空孔を有し、中空孔の周囲のクラッドに複数の微小細孔が形成されたガス導入及び光送光用光ファイバ11と、光ファイバ11の一端11a側に接続する第1の接続部31aと、送光用光ファイバ23と接続する第2の接続部31bと、内部にガス40を導入するガス導入口31cとを有し、導入したガスを光ファイバの中空孔に導入する第1のT型コネクタ31と、光ファイバ11の他端11b側に接続する第3の接続部32aと、受光用光ファイバとを接続する第4の接続部32bと、外部にガスを排出するガス排出口32cとを有し、ガス導入及び光送光用光ファイバ11の一端から中空孔に導入したガスを排出する第2のT型コネクタ32と、を具備する。
【選択図】図1
Description
ガスを吸引して測定用の配管に導く際、測定の高速化が困難である。
ガスを測定用の配管に引き込んだ後に濃度測定を行うことから、配管を流通しているガスと測定管に引き込まれたガスの状態(例えば、温度等)が異なってしまい、測定精度が低下する。
流通ガスを局所的に採取して濃度測定を行うため、局所的なガス濃度測定はできても、濃度分布を取得することができない。また、サンプリング箇所を逐次変えて濃度測定を行えば、濃度分布を取得することは可能であるが、位置毎にガスの吸引、排出が必要となり、作業が煩雑であるとともに時間がかかる。
また、ガス計測部では一つの長孔にガスを導入して計測しているが、反射鏡に導入する前のレーザ光も排ガス中に晒されるので、散乱が発生し、適切なビーム形状を維持できなくなり、ノイズ信号が増大するという、問題がある。
図1に示すように、本実施例に係るレーザ計測によるガス中のガス組成計測装置10は、レーザ送光器(以下「送光器」という)21からのレーザ光22を導入するコア及びクラッドからなる送光用光ファイバ23と、レーザ受光器(以下「受光器」という)24へレーザ光22を導出するコア及びクラッドからなる受光用光ファイバ25と、中心軸に沿って中空孔14を有し、中空孔14の周囲のクラッド13に複数の微小細孔12が形成されたガス導入及び光送光用光ファイバ11と、前記ガス導入及び光送光用光ファイバ11の一端11a側に接続する第1の接続部31aと、前記送光用光ファイバ23と接続する第2の接続部31bと、内部にガス40を導入するガス導入口31cとを有し、導入したガス40を前記ガス導入及び光送光用光ファイバ11の中空孔14に導入する第1のT型コネクタ31と、前記ガス導入及び光送光用光ファイバ11の他端11b側に接続する第3の接続部32aと、前記受光用光ファイバ25とを接続する第4の接続部32bと、外部にガスを排出するガス排出口32cとを有し、前記ガス導入及び光送光用光ファイバ11の一端から中空孔14に導入したガス40を排出する第2のT型コネクタ32と、を具備するものである。
ここで、微小細孔12、12同士の間隔dは、ガス導入及び光送光用光ファイバ11に入射するレーザ光の波長(λ)と同一又は3倍の間隔(3λ)とすることで、微小細孔12の内部領域がコア15の機能を発揮するようにしたものである。
図4−1は、第1のT型コネクタ31の送光用光ファイバ23とガス導入及び光送光用光ファイバ11との接続状態を示し、図4−2は、第2のT型コネクタ32の受光用光ファイバ25とガス導入及び光送光用光ファイバ11との接続状態を示している。
すなわち、送光用光ファイバ23を通過してレーザ光22は、第1のT型コネクタ31に接続されるガス導入及び光送光用光ファイバ11の一端11a側の中空孔14から導入されたガス40と接触することとなり、ここでガス40中のガス成分による吸収が生じることとなり、この特定成分が吸収されたレーザ光が受光用光ファイバ25を通過して受光器24に送られ、ここでガス濃度が計測されることとなる。
上式より、あらかじめファイバ長さLを把握し、I0、I1を測定することによって、ガス濃度cを導出することができる。
ここで、図5は、吸収分光計測の概念図である。図6は、吸収分光計測の吸収チャート図である。
そして、ガス40中のガス成分を計測する場合には、所定濃度の煤塵が含まれる送光点と受光点との間のレーザ経路(光路長)Lであるガス導入及び光送光用光ファイバ11の中空孔の計測領域(L)を通過した後の受光強度(I0’)を基準とし、この基準から特定のガス組成の吸収による光強度(I)を求める。
そして、(I)/(I0’)によりガス成分(例えばアンモニア(NH3))濃度を求める。なお、受光強度(I0)は、大気中で煤塵がない環境で測定した光透過率の初期データである。
I0’は、煤塵有りの状態での中空光ファイバ透過後のアンモニアの光吸収がない場合のレーザ光強度である。
αは、アンモニア吸光係数(ppm/m2)である。
Cは、アンモニア濃度(ppm/m3)である。
Lは、中空光ファイバの長さである。
tは、温度補正値である。
上式より、あらかじめファイバ長さLを測定し、I0、I1を測定することによって、アンモニアガス濃度Cを計測することができる。
アンモニア(NH3)を計測する場合には、半導体レーザ(半導体素子:InGaAsを例示することができる。波長:1.5μm、出力:1mW程度のものを例示することができる。
図7は、排ガス中の煤塵濃度とレーザ光透過率との関係を示す図である。
図7では、波長が1.5μmの場合、煤塵濃度が6g/Nm3程度の石炭灰中に2mの光路長で計測が可能であることを確認している。
よって、煤塵濃度がそれ以上の場合には、1.5m、より好適には1.0m前後の光路長で計測することが良好である。
ここで、ガス導入及び光送光用光ファイバ11の一端部11aから他端部11bまでに距離が、光路長Lとなる。
図8に示すように、煙道41の側壁に設けた光ファイバ取付ポート42を介してレーザ計測によるガス中のガス組成計測装置10のガス導入及び光送光用光ファイバ11と第1のT型コネクタ31と、第2のT型コネクタ32とが煙道41内に配設されている。
光ファイバ取付ポート42をハンディタイプとすることで、煙道の任意の箇所に計測手段を簡易に取り付けることができる。
チャンネルセレクタ51a、51bを選択することで順次ガス導入及び光送光用光ファイバ11A、11B、11C内にレーザ光22を送り、内部を通過して、排ガス40A、40B、40C中のガス組成を吸収したレーザ光22を受光器25で順次受光するようにしている。
なお、電磁弁を備えたT型コネクタ62A〜62Cの構成は、第1のT型コネクタ31と同様であり、さらに内部の通路を遮断する電磁弁が設けられている。また、電磁弁を備えたT型コネクタ63の構成は、第2のT型コネクタ32と同様であり、さらに内部の通路を遮断する電磁弁が設けられている。
そして、第1のT型コネクタ62Aの電磁弁を開放しておくことで、ここからのみ、ガスの流入を許容することで、流入したガス中にリークガス61が含まれているか否かを計測することができる。
そして、第2のT型コネクタ62B内の電磁弁を開放しておくことで、ここからのみ、ガスの流入を許容することで、流入したガス中にリークガス61が含まれているか否かを計測することができる。
そして、第3のT型コネクタ62C内の電磁弁を開放しておくことで、ここからのみ、ガスの流入を許容することで、流入したガス中にリークガス61が含まれているか否かを計測することができる。
なお、流入したガスは排出用口を有するT型コネクタ63により排出される。
21 レーザ送光器
22 レーザ光
23 送光用光ファイバ
24 レーザ受光器
25 受光用光ファイバ
31 第1のT型コネクタ
32 第2のT型コネクタ
Claims (2)
- レーザ送光器からのレーザ光を導入するコア及びクラッドからなる送光用光ファイバと、
レーザ受光器へレーザ光を導出するコア及びクラッドからなる受光用光ファイバと、
中心軸に沿って中空孔を有し、中空孔の周囲のクラッドに複数の微小細孔が形成されたガス導入及び光送光用光ファイバと、
前記ガス導入及び光送光用光ファイバの一端側に接続する第1の接続部と、前記送光用光ファイバと接続する第2の接続部と、内部にガスを導入するガス導入口とを有し、導入したガスを前記ガス導入及び光送光用光ファイバの中空孔に導入する第1のT型コネクタと、
前記ガス導入及び光送光用光ファイバの他端側に接続する第3の接続部と、前記受光用光ファイバとを接続する第4の接続部と、外部にガスを排出するガス排出口とを有し、前記ガス導入及び光送光用光ファイバの一端から中空孔に導入したガスを排出する第2のT型コネクタと、
を具備することを特徴とするレーザ計測によるガス中のガス組成計測装置。 - 請求項1において、
複数のガス導入及び光送光用光ファイバを、ガス導入口を有するT型コネクタで接続してなることを特徴とするレーザ計測によるガス中のガス組成計測装置。
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JP2012269819A JP2014115200A (ja) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | レーザ計測によるガス中のガス組成計測装置 |
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