JP2015129769A - レーザガス分析装置 - Google Patents
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Abstract
Description
光源から被測定ガスに光を照射し、前記被測定ガスの吸収スペクトルから前記被測定ガスの濃度を求めるレーザガス分析装置において、
前記光源はMEMS垂直共振器面発光レーザ(MEMS-Vertical Cavity Surface Emitting LASER)であることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、
MEMS垂直共振器面発光レーザ(MEMS-Vertical Cavity Surface Emitting LASER)と、
前記MEMS垂直共振器面発光レーザの出力光を測定光と参照光に分岐する光分岐手段と、
被測定ガスが導入され前記測定光が入射される測定用ガスセルと、
前記測定用ガスセルを透過した前記測定光が入射される第1の受光部と、
前記参照光が入射される第2の受光部と、
前記第1の受光部から得られる前記被測定ガスの吸収信号と、前記第2の受光部から得られる前記MEMS垂直共振器面発光レーザの参照信号とに基づいて前記被測定ガスの濃度を求めるデータ処理部と、
を有することを特徴とする。
前記被測定ガスは、炭化水素ガスであることを特徴とする。
前記光源は、波長1620〜1750 nmの範囲で発振可能であることを特徴とする。
前記光源は、波長1620〜1640nmの範囲で発振可能であること特徴とする。
前記光源は、波長1670〜1700nmの範囲で発振可能であること特徴とする。
吸光度=log10[I1(λ)/I2(λ)]
=log10[I1(λ)/I1(λ)×A(λ)]
=log10[1/A(λ)] (1)
となる。
Ir(λ)=I0(λ)×A1(λ)×Tr1×R1(λ) (2)
I2(λ)=I0(λ)×A1(λ)×Tr1×R2(λ)×A(λ)×Tr(λ) (3)
と表すことができる。
log10[Ir(λ)/I2(λ)]=log10[R1(λ)/(R2(λ)×A(λ)×Tr(λ))]
=log10[1/A(λ)]+log10[R1(λ)/(R2(λ)×Tr(λ))]
=吸光度+装置関数 (4)
となる。ここで、第2項は測定ガスに依存しない項であるため、事前に測定用ガスセルに吸収を無視できるガスを封入してスペクトルを取得しておけば、第2項を除去できる。つまり、(4)式の第1項のようにフォトダイオード108と110の出力信号の比を取って常用対数を計算すれば吸光度が得られる。
CH4:CH4+N2,CH4+C3H6,CH4+C3H8
C2H4:C2H6+N2,C2H4+C3H6,C2H4+C3H8
C2H6:C2H6+N2,C2H6+C3H6
C2H6:C2H6+N2
C3H8:C3H8+N2
A=CK+R (5)
こうして得られた濃度(ガス分圧)を再び(5)式に代入してスペクトル残差の二乗和演算を行い、スペクトル残差Rを求めることができる(ステップS7)。
A(C2H6)=A−K(CH4)C(CH4)−K(C2H4)C(C2H4)
−K(C3H6)C(C3H6)−K(C3H8)C(C3H8) (7)
とすればよい。
スペクトルデータベースから実スペクトル形状に最も適したスペクトルを選ぶことによって、スペクトル形状の変化に対応できるようになり、ロバスト性が向上した。
スペクトル形状が変化しても、濃度(ガス分圧)誤差が小さくなる領域の面積を用いることによって、高い精度の濃度(ガス分圧)計測を可能にした。
102 発振波長制御回路
103、107、109 レンズ
104 アイソレータ
105 ビームスプリッタ
106 ガスセル
108、110 フォトダイオード
111 波長校正手段
112 吸収線波長データ格納部
113 スペクトル分離手段
114 吸収スペクトルデータ格納部
115 濃度検出手段
116 面積対濃度比データ格納部
Claims (6)
- 光源から被測定ガスに光を照射し、前記被測定ガスの吸収スペクトルから前記被測定ガスの濃度を求めるレーザガス分析装置において、
前記光源はMEMS垂直共振器面発光レーザ(MEMS-Vertical Cavity Surface Emitting LASER)であることを特徴とするレーザガス分析装置。 - MEMS垂直共振器面発光レーザ(MEMS-Vertical Cavity Surface Emitting LASER)と、
前記MEMS垂直共振器面発光レーザの出力光を測定光と参照光に分岐する光分岐手段と、
被測定ガスが導入され前記測定光が入射される測定用ガスセルと、
前記測定用ガスセルを透過した前記測定光が入射される第1の受光部と、
前記参照光が入射される第2の受光部と、
前記第1の受光部から得られる前記被測定ガスの吸収信号と、前記第2の受光部から得られる前記MEMS垂直共振器面発光レーザの参照信号とに基づいて前記被測定ガスの濃度を求めるデータ処理部と、
を有することを特徴とするレーザガス分析装置。 - 前記被測定ガスは、炭化水素ガスであることを特徴とする請求項1または2に記載のレーザガス分析装置。
- 前記光源は、波長1620〜1750 nmの範囲で発振可能であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーザガス分析装置。
- 前記光源は、波長1620〜1640nmの範囲で発振可能であること特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーザガス分析装置。
- 前記光源は、波長1670〜1700nmの範囲で発振可能であること特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーザガス分析装置。
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