JP2020067424A - Gas analysis device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光を用いたガス分析装置に関する。 The present invention relates to a gas analyzer that uses laser light.
従来、内燃機関からの排ガス中に含まれる炭化水素や水分などの分析対象ガスの濃度を計測するガス分析装置が知られている。ガス分析装置は、特定の波長を有するレーザ光を分析対象ガスに照射し、分析対象ガスによるレーザ光の吸収スペクトルに基づいて、分析対象ガスの濃度を検出する。「R. T. Ku, E. D. Hinkley and J. O. Sample “Long-path Monitoring of Atmospheric Carbon Monoxidewith Tunable Diode Laser System”, Appl. Opt., 14, 854-861 (1975)」(非特許文献1)には、波長可変半導体レーザ吸収分光法(TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy))を用いたガス分析方法が開示されている。 Conventionally, there is known a gas analyzer that measures the concentration of a gas to be analyzed such as hydrocarbon and water contained in exhaust gas from an internal combustion engine. The gas analyzer irradiates the analysis target gas with laser light having a specific wavelength, and detects the concentration of the analysis target gas based on the absorption spectrum of the laser light by the analysis target gas. “RT Ku, ED Hinkley and JO Sample“ Long-path Monitoring of Atmospheric Carbon Monoxide with Tunable Diode Laser System ”, Appl. Opt., 14, 854-861 (1975)” (Non-Patent Document 1) describes a wavelength tunable semiconductor. A gas analysis method using a laser absorption spectroscopy (TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)) is disclosed.
ところで、分析対象ガスによるレーザ光の吸収スペクトルは、分析対象ガスの濃度だけでなく温度および圧力の影響も受ける。温度および圧力の影響の程度は、レーザ光の波長によって異なる。そこで、「Jonathan T.C. Liu "Near-infrared diode laser absorption diagnostics for temperature and species in engines" High Temperature Gasdynamics Laboratory Department of Mechanical Engineering Stanford University, Stanford, California, October 2004」(非特許文献2)には、高温時、低温時、高圧時、低圧時に応じて、複数のレーザ光の中から最適なレーザ光を選択することが検討されている。 By the way, the absorption spectrum of the laser beam by the gas to be analyzed is affected by not only the concentration of the gas to be analyzed but also the temperature and pressure. The degree of influence of temperature and pressure depends on the wavelength of laser light. Therefore, in "Jonathan TC Liu" Near-infrared diode laser absorption diagnostics for temperature and species in engines "High Temperature Gasdynamics Laboratory Department of Mechanical Engineering Stanford University, Stanford, California, October 2004" (Non-patent document 2), high temperature It has been considered to select an optimum laser beam from a plurality of laser beams depending on low temperature, high voltage, and low voltage.
特開2013−61358号公報(特許文献1)には、分析対象ガスの濃度に応じて温度の測定方式を切り替え、測定した温度に応じて吸収スペクトルを補正する技術が開示されている。具体的には、分析対象ガスが低濃度であるときには、熱電対のような温度センサを用いて温度を測定し、分析対象ガスが高濃度であるときには、吸収スペクトルから温度を算出する。特許第5983779号公報(特許文献2)には、演算処理により取得された2f信号を用いてガス濃度を決定する技術が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2013-61358 (Patent Document 1) discloses a technique of switching the temperature measurement method according to the concentration of the gas to be analyzed and correcting the absorption spectrum according to the measured temperature. Specifically, when the analysis target gas has a low concentration, the temperature is measured using a temperature sensor such as a thermocouple, and when the analysis target gas has a high concentration, the temperature is calculated from the absorption spectrum. Japanese Patent No. 5983779 (Patent Document 2) discloses a technique of determining a gas concentration using a 2f signal acquired by arithmetic processing.
内燃機関の排ガスでは、分析対象ガスの温度、濃度および圧力は時々刻々と変化する。しかしながら、非特許文献2には、このように温度、濃度および圧力が連続して変化するような環境におけるレーザの選択手法について考慮されていない。そのため、複数のレーザ光の中から、計測時の環境に応じた最適なレーザ光を適宜選択することができず、分析対象ガスの濃度、温度および圧力を精度良く計測することができない。
In the exhaust gas of an internal combustion engine, the temperature, concentration and pressure of the gas to be analyzed change every moment. However, Non-Patent
また、特許文献1では、低濃度であるとき、熱電対のような温度センサによって温度を測定する。しかしながら、熱電対の応答時間は長く、分析対象ガスの温度、濃度および圧力が時々刻々と変化する環境下では、分析対象ガスの濃度、温度および圧力を精度良く計測することができない。
Further, in
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変動が時々刻々と変化する環境下であっても、分析対象ガスの濃度および温度を精度良く計測することができるガス分析装置を提供することである。 The present disclosure has been made in order to solve the above-described problems, and an object thereof is to analyze an analysis target gas even in an environment in which fluctuations in temperature, concentration, and pressure of the analysis target gas change from moment to moment. An object of the present invention is to provide a gas analyzer capable of accurately measuring the concentration and temperature of.
本開示のある局面に係るガス分析装置は、分析対象ガスの温度と濃度とを計測する。ガス分析装置は、互いに異なる波長のレーザ光を照射する3つ以上のレーザ光源と、3つ以上のレーザ光源の各々について、当該レーザ光源から照射されたレーザ光の分析対象ガスによる吸光情報を検出するための検出部と、分析対象ガスの圧力値を計測するための圧力センサと、演算部と、選択部と、出力部とを備える。吸光情報は、透過率、吸光度、2fピーク値、透過率スペクトル、および透過率スペクトルから算出される値のいずれかである。演算部は、3つ以上のレーザ光源のうちの2つ以上のレーザ光源ペアの各々について、当該レーザ光源ペアの一方のレーザ光源について検出部が検出した第1吸光情報および他方のレーザ光源について検出部が検出した第2吸光情報の少なくとも一方と、第1吸光情報と第2吸光情報との比と、圧力値とに基づいて、分析対象ガスの温度値および濃度値を算出する。選択部は、2つ以上のレーザ光源ペアの中から選択ペアを選択する。出力部は、選択ペアについて演算部が算出した温度値および濃度値を計測結果として出力する。選択部は、3つ以上のレーザ光源の各々について検出部により検出される吸光情報のノイズ成分に基づいて、2つ以上のレーザ光源ペアの各々について、演算部により算出された温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差を算出し、算出した計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。 A gas analyzer according to an aspect of the present disclosure measures the temperature and concentration of a gas to be analyzed. The gas analyzer detects, for each of the three or more laser light sources that emit laser light of different wavelengths, the absorption information of the laser light emitted from the laser light source from the gas to be analyzed. And a pressure sensor for measuring the pressure value of the gas to be analyzed, a calculation unit, a selection unit, and an output unit. The light absorption information is any of a transmittance, an absorbance, a 2f peak value, a transmittance spectrum, and a value calculated from the transmittance spectrum. The calculation unit detects, for each of two or more laser light source pairs of the three or more laser light sources, the first absorption information detected by the detection unit for one laser light source of the laser light source pair and for the other laser light source. The temperature value and the concentration value of the analysis target gas are calculated based on at least one of the second absorption information detected by the section, the ratio of the first absorption information and the second absorption information, and the pressure value. The selection unit selects a selected pair from two or more laser light source pairs. The output unit outputs the temperature value and the concentration value calculated by the calculation unit for the selected pair as the measurement result. The selection unit, based on the noise component of the light absorption information detected by the detection unit for each of the three or more laser light sources, the temperature value and the concentration value calculated by the calculation unit for each of the two or more laser light source pairs. At least one of the measurement errors is calculated, and the laser light source pair having the smallest calculated measurement error is selected as the selected pair.
上記の構成によれば、2つ以上のレーザ光源ペアの各々について算出された温度値および濃度値のうち、計測誤差の小さい温度値および濃度値が計測結果として出力される。これにより、分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変動が時々刻々と変化する環境下であっても、分析対象ガスの濃度および温度を精度良く計測することができる。 According to the above configuration, of the temperature value and the concentration value calculated for each of the two or more laser light source pairs, the temperature value and the concentration value with a small measurement error are output as the measurement result. As a result, the concentration and temperature of the analysis target gas can be accurately measured even in an environment in which the fluctuations in the temperature, concentration, and pressure of the analysis target gas change from moment to moment.
本開示の別の局面に係るガス分析装置は、分析対象ガスの温度と濃度とを計測する。ガス分析装置は、互いに異なる波長のレーザ光を照射する3つ以上のレーザ光源と、3つ以上のレーザ光源の各々について、当該レーザ光源から照射されたレーザ光の分析対象ガスによる吸光情報を検出するための検出部と、分析対象ガスの圧力値を計測するための圧力センサと、選択部と、演算部と、出力部とを備える。吸光情報は、透過率、吸光度、2fピーク値、透過率スペクトル、および透過率スペクトルから算出される値のいずれかである。選択部は、3つ以上のレーザ光源のうちの2つ以上のレーザ光源ペアの中から選択ペアを選択する。演算部は、選択ペアに含まれる一方のレーザ光源について検出部が検出した第1吸光情報および他方のレーザ光源について検出部が検出した第2吸光情報の少なくとも一方と、第1吸光情報と第2吸光情報との比と、圧力値とに基づいて、分析対象ガスの温度値および濃度値を算出する。出力部は、演算部が算出した温度値および濃度値を計測結果として出力する。選択部は、2つ以上のレーザ光源ペアのうち、出力部が前回出力した計測結果で示される温度値および濃度値と圧力センサが前回計測した圧力値とで示される環境下での温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。 A gas analyzer according to another aspect of the present disclosure measures the temperature and concentration of a gas to be analyzed. The gas analyzer detects, for each of the three or more laser light sources that emit laser light of different wavelengths, the absorption information of the laser light emitted from the laser light source from the gas to be analyzed. And a pressure sensor for measuring the pressure value of the gas to be analyzed, a selection unit, a calculation unit, and an output unit. The light absorption information is any of a transmittance, an absorbance, a 2f peak value, a transmittance spectrum, and a value calculated from the transmittance spectrum. The selection unit selects a selected pair from two or more laser light source pairs of the three or more laser light sources. The calculation unit includes at least one of the first absorption information detected by the detection unit for one laser light source and the second absorption information detected by the detection unit for the other laser light source included in the selected pair, and the first absorption information and the second absorption information. The temperature value and the concentration value of the gas to be analyzed are calculated based on the ratio with the absorption information and the pressure value. The output unit outputs the temperature value and the concentration value calculated by the calculation unit as a measurement result. The selection unit selects, from the two or more laser light source pairs, the temperature value and the concentration value under the environment indicated by the temperature value and the concentration value indicated by the measurement result output last time by the output unit and the pressure value measured by the pressure sensor last time. A laser light source pair with a minimum measurement error of at least one of the density values is selected as a selected pair.
分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変動が時々刻々と変化する環境下であっても、計測間隔を十分に短く設定すれば、前回の計測結果からの変化は小さい。そのため、前回の計測結果で示される温度値および濃度値と前回計測された圧力値とで示される環境下での計測誤差が最小のレーザ光源ペアが選択ペアとして選択されることにより、計測誤差の小さい温度値および濃度値が計測結果として出力される。これにより、分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変動が時々刻々と変化する環境下であっても、分析対象ガスの濃度および温度を精度良く計測することができる。 Even in an environment in which the temperature, concentration, and pressure of the gas to be analyzed fluctuate from moment to moment, if the measurement interval is set sufficiently short, the change from the previous measurement result will be small. Therefore, by selecting the laser light source pair with the minimum measurement error under the environment indicated by the temperature value and concentration value shown by the previous measurement result and the pressure value measured last time as the selected pair, Small temperature and concentration values are output as the measurement result. As a result, the concentration and temperature of the analysis target gas can be accurately measured even in an environment in which the fluctuations in the temperature, concentration, and pressure of the analysis target gas change from moment to moment.
好ましくは、選択部は、検出部が検出する吸光情報のノイズ成分に基づいて、2つ以上のレーザ光源ペアの各々について計測誤差を算出する。 Preferably, the selection unit calculates the measurement error for each of the two or more laser light source pairs based on the noise component of the light absorption information detected by the detection unit.
上記の構成によれば、吸光情報のノイズ成分に起因する計測誤差の小さいレーザ光源ペアを選択ペアとして選択することができる。 According to the above configuration, it is possible to select, as the selected pair, the laser light source pair that has a small measurement error due to the noise component of the absorption information.
好ましくは、ガス分析装置は、圧力値、温度値および濃度値と、計測誤差が最小のレーザ光源ペアとを対応付けた選択マップを記憶する記憶部をさらに備える。選択部は、出力部が前回出力した計測結果で示される温度値および濃度値と圧力センサが前回計測した圧力値とに対応するレーザ光源ペアを選択マップから特定し、特定したレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。 Preferably, the gas analyzer further includes a storage unit that stores a selection map in which the pressure value, the temperature value, and the concentration value are associated with the laser light source pair with the smallest measurement error. The selection unit identifies the laser light source pair corresponding to the temperature value and the concentration value indicated by the measurement result previously output by the output unit and the pressure value previously measured by the pressure sensor from the selection map, and selects the identified laser light source pair. Select as a pair.
上記の構成によれば、選択マップを予め記憶しておくことにより、選択部による選択ペアの選択処理に要する負荷を低減することができる。 According to the above configuration, by storing the selection map in advance, it is possible to reduce the load required for the selection unit to select the selected pair.
好ましくは、ガス分析装置は、分析対象ガスの温度を計測する温度センサと、分析対象ガスの濃度を計測する濃度センサとをさらに備える。出力部は、所定の計測間隔で計測結果を順次出力する。出力部は、1回目の計測時には、温度センサによって計測された温度値と、濃度センサによって計測された濃度値と、圧力センサによって計測された圧力値とを計測結果として出力する。出力部は、2回目以降の計測時には、演算部が算出した温度値および濃度値を計測結果として出力する。 Preferably, the gas analyzer further includes a temperature sensor that measures the temperature of the analysis target gas and a concentration sensor that measures the concentration of the analysis target gas. The output unit sequentially outputs the measurement results at predetermined measurement intervals. At the time of the first measurement, the output unit outputs the temperature value measured by the temperature sensor, the concentration value measured by the concentration sensor, and the pressure value measured by the pressure sensor as the measurement result. The output unit outputs the temperature value and the concentration value calculated by the calculation unit as the measurement result during the second and subsequent measurements.
測定開始時には、分析対象ガスの環境が安定していることが多い。そのため、1回目の計測時には、応答時間の長い温度センサおよび濃度センサを用いても、分析対象ガスの温度および濃度を精度良く計測することができる。 At the start of measurement, the environment of the gas to be analyzed is often stable. Therefore, at the time of the first measurement, the temperature and the concentration of the analysis target gas can be accurately measured even if the temperature sensor and the concentration sensor having a long response time are used.
好ましくは、出力部は、所定の計測間隔で計測結果を順次出力する。選択部は、1回目の計測時に、予め定められたレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。 Preferably, the output unit sequentially outputs the measurement result at a predetermined measurement interval. The selection unit selects a predetermined laser light source pair as a selected pair during the first measurement.
測定開始時には、分析対象ガスの環境が所定範囲で安定していることが多い。この場合には、当該所定範囲の環境下での計測誤差の小さいレーザ光源ペアを予め定めておくことにより、1回目の温度および濃度を精度良く計測することができる。 At the start of measurement, the environment of the gas to be analyzed is often stable within a predetermined range. In this case, the temperature and the concentration of the first time can be accurately measured by predefining the laser light source pair having a small measurement error under the environment of the predetermined range.
好ましくは、選択部は、出力部が前回出力した計測結果で示される温度値および濃度値と圧力センサが前回計測した圧力値とに対応する複数のレーザ光源ペアを選択マップから特定し、特定したレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。出力部は、複数のレーザ光源ペアの各々に対して演算部が算出した温度値および濃度値から補間演算により得られた値を計測結果として出力する。 Preferably, the selection unit specifies from the selection map a plurality of laser light source pairs corresponding to the temperature value and the concentration value indicated by the measurement result output last time by the output unit and the pressure value measured by the pressure sensor last time, and specified. The laser light source pair is selected as the selected pair. The output unit outputs, as a measurement result, a value obtained by interpolation calculation from the temperature value and the concentration value calculated by the calculation unit for each of the plurality of laser light source pairs.
上記の構成によれば、前回計測された温度値、濃度値および圧力値と、選択マップの温度値、濃度値および圧力値とがずれていたとしても、分析対象ガスの温度および濃度を精度良く計測することができる。 According to the above configuration, even if the temperature value, the concentration value, and the pressure value measured last time are deviated from the temperature value, the concentration value, and the pressure value of the selection map, the temperature and the concentration of the analysis target gas can be accurately measured. It can be measured.
本開示の別の局面に係るガス分析装置は、分析対象ガスの温度と濃度とを計測する。ガス分析装置は、互いに異なる波長のレーザ光を照射する2つ以上のレーザ光源と、2つ以上のレーザ光源の各々について、当該レーザ光源から照射されたレーザ光の分析対象ガスによる吸収スペクトルを検出する検出部と、演算部と、選択部と、出力部とを備える。演算部は、2つ以上のレーザ光源の各々について、吸収スペクトルに基づいて、分析対象ガスの温度値および濃度値を算出する。選択部は、2つ以上のレーザ光源の中から選択光源を選択する。出力部は、選択光源について演算部が算出した温度値および濃度値を計測結果として出力する。選択部は、2つ以上のレーザ光源の各々について検出部により検出される吸光スペクトルのノイズ成分に基づいて、2つ以上のレーザ光源の各々について、演算部により算出された温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差を算出し、算出した計測誤差が最小のレーザ光源を選択光源として選択する。 A gas analyzer according to another aspect of the present disclosure measures the temperature and concentration of a gas to be analyzed. The gas analyzer detects, for each of the two or more laser light sources that emit laser light of different wavelengths, the absorption spectrum of the laser light emitted from the laser light source due to the analysis target gas. And a detection unit, a selection unit, and an output unit. The calculation unit calculates the temperature value and the concentration value of the analysis target gas for each of the two or more laser light sources, based on the absorption spectrum. The selection unit selects a selection light source from two or more laser light sources. The output unit outputs the temperature value and the concentration value calculated by the calculation unit for the selected light source as the measurement result. The selection unit, based on the noise component of the absorption spectrum detected by the detection unit for each of the two or more laser light sources, selects the temperature value and the concentration value calculated by the calculation unit for each of the two or more laser light sources. At least one measurement error is calculated, and the laser light source with the smallest calculated measurement error is selected as the selected light source.
上記の構成によれば、2つ以上のレーザ光源の各々について算出された温度値および濃度値のうち、計測誤差の小さい温度値および濃度値が計測結果として出力される。これにより、分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変動が時々刻々と変化する環境下であっても、分析対象ガスの濃度および温度を精度良く計測することができる。 According to the above configuration, of the temperature value and the concentration value calculated for each of the two or more laser light sources, the temperature value and the concentration value with a small measurement error are output as the measurement result. As a result, the concentration and temperature of the analysis target gas can be accurately measured even in an environment in which the fluctuations in the temperature, concentration, and pressure of the analysis target gas change from moment to moment.
本開示の別の局面に係るガス分析装置は、分析対象ガスの温度と濃度とを計測する。ガス分析装置は、互いに異なる波長のレーザ光を照射する2つ以上のレーザ光源と、2つ以上のレーザ光源の各々について、当該レーザ光源から照射されたレーザ光の分析対象ガスによる吸収スペクトルを検出する検出部と、選択部と、演算部と、出力部とを備える。選択部は、2つ以上のレーザ光源の中から選択光源を選択する。演算部は、選択光源について検出された吸収スペクトルに基づいて、分析対象ガスの温度値、濃度値および圧力値を算出する。出力部は、演算部が算出した温度値、濃度値および圧力値を計測結果として出力する。選択部は、2つ以上のレーザ光源のうち、出力部が前回出力した計測結果で示される温度値、濃度値および圧力値で示される環境下での温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差が最小のレーザ光源を選択光源として選択する。 A gas analyzer according to another aspect of the present disclosure measures the temperature and concentration of a gas to be analyzed. The gas analyzer detects, for each of the two or more laser light sources that emit laser light of different wavelengths, the absorption spectrum of the laser light emitted from the laser light source due to the analysis target gas. The detection unit, the selection unit, the calculation unit, and the output unit. The selection unit selects a selection light source from two or more laser light sources. The calculation unit calculates the temperature value, the concentration value, and the pressure value of the analysis target gas based on the absorption spectrum detected for the selected light source. The output unit outputs the temperature value, the concentration value, and the pressure value calculated by the calculation unit as a measurement result. The selection unit, of the two or more laser light sources, the measurement error of at least one of the temperature value and the concentration value under the environment indicated by the temperature value, the concentration value, and the pressure value indicated by the measurement result output last time by the output unit. Selects the laser light source with the minimum value as the selected light source.
分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変動が時々刻々と変化する環境下であっても、計測間隔を十分に短く設定すれば、前回の計測結果からの変化は小さい。そのため、前回の計測結果で示される温度値、濃度値および圧力値で示される環境下での計測誤差が最小のレーザ光源が選択光源として選択されることにより、計測誤差の小さい温度値、濃度値および圧力値が計測結果として出力される。これにより、分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変動が時々刻々と変化する環境下であっても、分析対象ガスの濃度および温度を精度良く計測することができる。 Even in an environment in which the temperature, concentration, and pressure of the gas to be analyzed fluctuate from moment to moment, if the measurement interval is set sufficiently short, the change from the previous measurement result will be small. Therefore, by selecting the laser light source with the smallest measurement error under the environment indicated by the temperature value, concentration value, and pressure value indicated by the previous measurement result as the selected light source, And the pressure value is output as the measurement result. As a result, the concentration and temperature of the analysis target gas can be accurately measured even in an environment in which the fluctuations in the temperature, concentration, and pressure of the analysis target gas change from moment to moment.
好ましくは、選択部は、検出部が検出する吸光スペクトルのノイズ成分に基づいて、2つ以上のレーザ光源の各々について計測誤差を算出する。 Preferably, the selection unit calculates the measurement error for each of the two or more laser light sources based on the noise component of the absorption spectrum detected by the detection unit.
上記の構成によれば、吸光スペクトルのノイズ成分に起因する計測誤差の小さいレーザ光源を選択光源として選択することができる。 According to the above configuration, it is possible to select a laser light source having a small measurement error due to the noise component of the absorption spectrum as the selection light source.
好ましくは、ガス分析装置は、圧力値、温度値および濃度値と、計測誤差が最小のレーザ光源とを対応付けた選択マップを記憶する記憶部をさらに備える。選択部は、出力部が前回出力した計測結果で示される温度値、濃度値および圧力値に対応するレーザ光源を選択マップから特定し、特定したレーザ光源を選択光源として選択する。 Preferably, the gas analyzer further includes a storage unit that stores a selection map in which the pressure value, the temperature value, and the concentration value are associated with the laser light source with the smallest measurement error. The selection unit specifies the laser light source corresponding to the temperature value, the concentration value, and the pressure value indicated by the measurement result output last time by the output unit from the selection map, and selects the specified laser light source as the selection light source.
上記の構成によれば、選択マップを予め記憶しておくことにより、選択部による選択光源の選択処理に要する負荷を低減することができる。 According to the above configuration, by storing the selection map in advance, it is possible to reduce the load required for the selection unit to select the selected light source.
好ましくは、ガス分析装置は、分析対象ガスの温度を計測する温度センサと、分析対象ガスの濃度を計測する濃度センサと、分析対象ガスの圧力を計測する圧力センサとをさらに備える。出力部は、所定の計測間隔で計測結果を順次出力する。出力部は、1回目の計測時には、温度センサによって計測された温度値と、濃度センサによって計測された濃度値と、圧力センサによって計測された圧力値とを計測結果として出力する。出力部は、2回目以降の計測時には、演算部が算出した温度値、濃度値および圧力値を計測結果として出力する。 Preferably, the gas analyzer further includes a temperature sensor that measures the temperature of the analysis target gas, a concentration sensor that measures the concentration of the analysis target gas, and a pressure sensor that measures the pressure of the analysis target gas. The output unit sequentially outputs the measurement results at predetermined measurement intervals. At the time of the first measurement, the output unit outputs the temperature value measured by the temperature sensor, the concentration value measured by the concentration sensor, and the pressure value measured by the pressure sensor as the measurement result. The output unit outputs the temperature value, the concentration value, and the pressure value calculated by the calculation unit as the measurement result during the second and subsequent measurements.
測定開始時には、分析対象ガスの環境が安定していることが多い。そのため、1回目の計測時には、応答時間の長い温度センサおよび濃度センサを用いても、分析対象ガスの温度および濃度を精度良く計測することができる。 At the start of measurement, the environment of the gas to be analyzed is often stable. Therefore, at the time of the first measurement, the temperature and the concentration of the analysis target gas can be accurately measured even if the temperature sensor and the concentration sensor having a long response time are used.
好ましくは、出力部は、所定の計測間隔で計測結果を順次出力する。選択部は、1回目の計測時に、予め定められたレーザ光源を選択光源として選択する。 Preferably, the output unit sequentially outputs the measurement result at a predetermined measurement interval. The selection unit selects a predetermined laser light source as a selection light source during the first measurement.
測定開始時には、分析対象ガスの環境が所定範囲で安定していることが多い。この場合には、当該所定範囲の環境下での計測誤差の小さいレーザ光源を予め定めておくことにより、1回目の温度および濃度を精度良く計測することができる。 At the start of measurement, the environment of the gas to be analyzed is often stable within a predetermined range. In this case, the temperature and concentration of the first time can be accurately measured by predefining a laser light source having a small measurement error under the environment of the predetermined range.
好ましくは、選択部は、出力部が前回出力した計測結果で示される温度値、濃度値および圧力値に対応する複数のレーザ光源を選択マップから特定し、特定したレーザ光源を選択光源として選択する。出力部は、複数のレーザ光源の各々に対して演算部が算出した温度値、濃度値および圧力値から補間演算により得られた値を計測結果として出力する。 Preferably, the selection unit specifies a plurality of laser light sources corresponding to the temperature value, the concentration value and the pressure value indicated by the measurement result output last time by the output unit from the selection map, and selects the specified laser light source as the selection light source. . The output unit outputs, as a measurement result, a value obtained by interpolation calculation from the temperature value, the concentration value, and the pressure value calculated by the calculation unit for each of the plurality of laser light sources.
上記の構成によれば、前回計測された温度値、濃度値および圧力値と、選択マップの温度値、濃度値および圧力値とがずれていたとしても、分析対象ガスの温度および濃度を精度良く計測することができる。 According to the above configuration, even if the temperature value, the concentration value, and the pressure value measured last time are deviated from the temperature value, the concentration value, and the pressure value of the selection map, the temperature and the concentration of the analysis target gas can be accurately measured. It can be measured.
本開示によれば、分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変動が大きい環境であっても、分析対象ガスの濃度および温度を精度良く計測することができる。 According to the present disclosure, it is possible to accurately measure the concentration and temperature of an analysis target gas even in an environment where the temperature, concentration, and pressure of the analysis target gas greatly vary.
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。また、以下で説明する各実施の形態または変形例は、適宜組み合わされてもよい。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. Further, the respective embodiments or modified examples described below may be combined as appropriate.
<実施の形態1>
(ガス分析装置の構成)
図1は、実施の形態1に係るガス分析装置1Aを示す概略構成図である。ガス分析装置1Aは、波長可変半導体レーザ吸収分光法(TDLAS)を用いて、測定室10内に存在する分析対象ガスを分析する装置である。測定室10は、たとえば内燃機関の燃焼室である。分析対象ガスは、たとえばH2O、CO、CO2、O2、NH3、NO、NO2、SO2、HClなどである。
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(Configuration of gas analyzer)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a
測定室10内の分析対象ガスの温度、濃度および圧力は、時々刻々と変化する。ガス分析装置1Aは、所定の計測間隔Δt(たとえば50μ秒)で分析対象ガスの温度、濃度および圧力を計測する。計測間隔Δtは、分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変化を連続的に計測することができるように、測定室10内の分析対象ガスの温度、濃度および圧力の単位時間当たりの変動量に応じて適宜設定される。
The temperature, concentration and pressure of the analysis target gas in the
図1に示されるように、ガス分析装置1Aは、圧力センサ11と、4つのレーザ照射部12a〜12dと、4つの光ファイバ13a〜13dと、4つのレンズ14a〜14dと、4つのレンズ15a〜15dと、4つの光ファイバ16a〜16dと、4つの受光部17a〜17dと、制御部20Aとを備える。
As shown in FIG. 1, the
圧力センサ11は、測定室10内の分析対象ガスの圧力を計測するセンサである。圧力センサ11の応答時間は、計測間隔Δtよりも短く、たとえば1μ秒以下である。圧力センサ11として、応答時間が計測間隔Δtよりも短い公知のセンサを用いることができる。圧力センサ11は、測定した圧力値Pを制御部20Aに出力する。
The
レーザ照射部12aから出力されたレーザ光18aは、光ファイバ13a、レンズ14a、測定室10、レンズ15aおよび光ファイバ16aから構成される第1光路を通って、受光部17aに入射する。レーザ照射部12bから出力されたレーザ光18bは、光ファイバ13b、レンズ14b、測定室10、レンズ15bおよび光ファイバ16bから構成される第2光路を通って、受光部17bに入射する。レーザ照射部12cから出力されたレーザ光18cは、光ファイバ13c、レンズ14c、測定室10、レンズ15cおよび光ファイバ16cから構成される第3光路を通って、受光部17cに入射する。レーザ照射部12dから出力されたレーザ光18dは、光ファイバ13d、レンズ14d、測定室10、レンズ15dおよび光ファイバ16dから構成される第4光路を通って、受光部17dに入射する。このように、4つのレーザ照射部12a〜12dからそれぞれ出力されるレーザ光は、互いに異なる第1〜第4光路をそれぞれ通る。
The
レーザ照射部12aは、レーザ光源121aと、レンズ122と、D/Aコンバータ123とを含む。
The
D/Aコンバータ123は、制御部20Aから受けたデジタル形式の駆動信号をアナログ信号に変換する。
The D /
レーザ光源121aは、レーザダイオードによって構成される。レーザ光源121aは、D/Aコンバータ123から出力されるアナログ信号に応じたレーザ光18aを発する。レーザ光源121aから出力されるレーザ光18aの波長は、D/Aコンバータ123から出力されるアナログ信号の変調周波数に応じて変調される。レーザ光源121aから出力されるレーザ光18aの中心波長λaは、分析対象ガスの吸収波長の1つと一致する。
The
レンズ122は、レーザ光源121aから出力されたレーザ光18aを集光し、光ファイバ13aに入射させる。
The
レーザ照射部12bは、レーザ光源121aの代わりにレーザ光源121bを含む点で、レーザ照射部12aと異なる。レーザ照射部12cは、レーザ光源121aの代わりにレーザ光源121cを含む点で、レーザ照射部12aと異なる。レーザ照射部12dは、レーザ光源121aの代わりにレーザ光源121dを含む点で、レーザ照射部12aと異なる。レーザ光源121b〜121dは、レーザ光源121aと同様に、D/Aコンバータ123から出力されるアナログ信号に応じたレーザ光18b〜18dをそれぞれ発する。レーザ光源121b〜121dからそれぞれ出力されるレーザ光18b〜18dの波長は、対応するD/Aコンバータ123から出力されるアナログ信号の変調周波数に応じてそれぞれ変調される。レーザ光18bの中心波長λbと、レーザ光18cの中心波長λcと、レーザ光18dの中心波長λdとは、分析対象ガスの吸収波長の1つとそれぞれ一致する。ただし、中心波長λa,λb,λc,λdは互いに異なる。分析対象ガスがH2Oである場合、中心波長λa,λb,λc,λdは、たとえば、それぞれ1392nm(波数7185.6cm−1)、1385nm(波数7219.6cm−1)、1371nm(波数7294.2cm−1)、1343nm(波数7444.4cm−1)である。
The
レンズ14a〜14dは、測定室10の側壁に配置されたコリメートレンズである。レンズ14a〜14dの各々は、対応する光ファイバから入射されるレーザ光を平行光にする。レンズ14a〜14dからの平行光は、測定室10内を透過する。
The
レンズ15a〜15dは、測定室10の側壁に配置された集光レンズである。レンズ15a〜15dの各々は、測定室10内を透過した、対応するレーザ光を集光し、対応する光ファイバに導く。
The
受光部17a〜17dの各々は、集光レンズ171と、受光素子172と、A/Dコンバータ173とを含む。集光レンズ171は、対応する光ファイバからのレーザ光を受光素子172に集光するためのレンズである。受光素子172は、受光量に応じたアナログ信号を出力する。A/Dコンバータ173は、受光素子172からのアナログ信号をデジタル信号に変換し、制御部20Aに出力する。
Each of the
制御部20Aは、レーザ照射部12a〜12dの各々へ出力するデジタル信号を制御する。さらに、制御部20Aは、受光部17a〜17dの各々から出力されるデジタル信号と圧力センサ11からの圧力値Pとに基づいて、測定室10内の分析対象ガスの濃度および温度を計測し、計測結果である濃度値Cおよび温度値Tを出力する。
The
制御部20Aは、たとえばCPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)とによって構成される。なお、これらの部位は、内部バスを介して互いに接続される。CPUは、ROMに格納されているプログラムをRAMなどに展開して実行する。ROMに格納されるプログラムは、制御部20Aの処理方法が記されたプログラムである。
The
(制御部の構成)
図2は、制御部の内部構成を示すブロック図である。図2に示されるように、制御部20Aは、駆動部21と、検出部22と、記憶部23Aと、演算部24Aと、選択部25Aと、出力部26Aとを含む。
(Configuration of control unit)
FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the control unit. As shown in FIG. 2, the
駆動部21は、所定の変調周波数fに従って変調された駆動信号をレーザ照射部12a〜12dの各々に出力する。これにより、レーザ照射部12a〜12dから、変調周波数fで波長変調されたレーザ光18a〜18dがそれぞれ出力される。
The
検出部22は、所定の計測間隔Δtで、レーザ光18a〜18dの各々の分析対象ガスによる吸光情報を検出する。検出部22は、受光部17a〜17dからデジタル信号を受ける。受光部17a〜17dの各々から受けるデジタル信号は、透過率スペクトルである。検出部22は、変調周波数fの2倍高調波を参照波として当該デジタル信号を処理することにより、2f信号を得る。
The
検出部22は、受光部17a〜17dの各々から出力されるデジタル信号から得た2f信号のピーク値(2fピーク値)を吸光情報として検出する。
The
2fピーク値は、分析対象ガスの透過率が1に近い場合、ほぼ吸収スペクトルのピークの吸光度に比例する。2fピーク値は、分析対象ガスの濃度だけでなく、分析対象ガスの温度および圧力によっても変化する。そのため、2fピーク値を確認することにより、分析対象ガスの温度および濃度を計測することができる。 The 2f peak value is almost proportional to the absorbance of the peak of the absorption spectrum when the transmittance of the gas to be analyzed is close to 1. The 2f peak value changes not only with the concentration of the analysis target gas, but also with the temperature and pressure of the analysis target gas. Therefore, the temperature and concentration of the gas to be analyzed can be measured by confirming the 2f peak value.
以下では、受光部17aから出力される信号から得られる2fピーク値を「2fピーク値I1a」とし、受光部17bから出力される信号から得られる2fピーク値を「2fピーク値I1b」とし、受光部17cから出力される信号から得られる2fピーク値を「2fピーク値I1c」とし、受光部17dから出力される信号から得られる2fピーク値を「2fピーク値I1d」とする。
Below, the 2f peak value obtained from the signal output from the
記憶部23Aは、4つのノイズ成分Na〜Ndと、4つの濃度算出マップMCa〜MCdと、3つの温度算出マップMT1〜MT3とを記憶する。
The
ノイズ成分Na〜Ndは、それぞれ受光部17a〜17dと検出部22とにおける電気的または光学的な原因によって2f信号に生じるノイズの振れ幅を示し、予め実験により計測され、記憶部23Aに格納される。
The noise components Na to Nd indicate the amplitude of noise generated in the 2f signal due to electrical or optical causes in the
濃度算出マップMCa〜MCdは、それぞれレーザ光18a〜18dに対応する。濃度算出マップMCaは、ある代表値の濃度における、レーザ光18aに応じて検出部22から出力され得る2fピーク値I0aと、分析対象ガスの温度と、分析対象ガスの圧力との関係を示すマップである。濃度算出マップMCbは、ある代表値の濃度における、レーザ光18bに応じて検出部22から出力され得る2fピーク値I0bと、分析対象ガスの温度と、分析対象ガスの圧力との関係を示すマップである。濃度算出マップMCcは、ある代表値の濃度における、レーザ光18cに応じて検出部22から出力され得る2fピーク値I0cと、分析対象ガスの温度と、分析対象ガスの圧力との関係を示すマップである。濃度算出マップMCdは、ある代表値の濃度における、レーザ光18dに応じて検出部22から出力され得る2fピーク値I0dと、分析対象ガスの温度と、分析対象ガスの圧力との関係を示すマップである。濃度算出マップMCa〜MCdは、予め作成され、記憶部23Aに格納される。
The density calculation maps MCa to MCd correspond to the
温度算出マップMT1〜MT3は、予め定められた3つのレーザ光源ペアのそれぞれに対応する。3つのレーザ光源ペアは、分析対象ガスの種類、レーザ光源121a〜121dからそれぞれ照射されるレーザ光18a〜18dの波長、および濃度算出マップMCa〜MCdに応じて適宜設定される。本実施の形態では、温度算出マップMT1〜MT3が以下である場合を例にとり説明する。すなわち、温度算出マップMT1は、レーザ光源121aとレーザ光源121bとのペア(以下、「レーザ光源ペアPa1」という)に対応する。温度算出マップMT2は、レーザ光源121bとレーザ光源121dとのペア(以下、「レーザ光源ペアPa2」という)に対応する。温度算出マップMT3は、レーザ光源121cとレーザ光源121dとのペア(以下、「レーザ光源ペアPa3」という)に対応する。
The temperature calculation maps MT1 to MT3 correspond to each of three predetermined laser light source pairs. The three laser light source pairs are appropriately set according to the type of gas to be analyzed, the wavelengths of the
温度算出マップMT1は、レーザ光18aに応じて検出部22から出力され得る2fピーク値I0aとレーザ光18bに応じて検出部22から出力され得る2fピーク値I0bとの比R0_1と、分析対象ガスの圧力と、分析対象ガスの温度との関係を示すマップである。温度算出マップMT2は、レーザ光18bに応じて検出部22から出力され得る2fピーク値I0bとレーザ光18dに応じて検出部22から出力され得る2fピーク値I0dとの比R0_2と、分析対象ガスの圧力と、分析対象ガスの温度との関係を示すマップである。温度算出マップMT3は、レーザ光18cに応じて検出部22から出力され得る2fピーク値I0cとレーザ光18dに応じて検出部22から出力され得る2fピーク値I0dとの比R0_3と、分析対象ガスの圧力と、分析対象ガスの温度との関係を示すマップである。温度算出マップMT1〜MT3は、濃度算出マップMCa〜MCdに基づいて予め作成され、記憶部23Aに格納される。
The temperature calculation map MT1 includes a ratio R0_1 of the 2f peak value I0a that can be output from the
演算部24Aは、所定の計測間隔Δtで、分析対象ガスの温度値および濃度値を算出する。演算部24Aは、レーザ光源ペアPa1に対して、分析対象ガスの温度値T1および濃度値C1を算出する。同様に、演算部24Aは、レーザ光源ペアPa2に対して、分析対象ガスの温度値T2および濃度値C2を算出する。同様に、演算部24Aは、レーザ光源ペアPa3に対して、分析対象ガスの温度値T3および濃度値C3を算出する。
The
選択部25Aは、演算部24Aによって算出された温度値T1〜T3および濃度値C1〜C3と圧力値Pとに基づいて、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の中から1つのレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。選択部25Aは、選択ペアを示す選択結果情報Mを出力部26Aに出力する。
The
出力部26Aは、算出した温度値T1〜T3および濃度値C1〜C3のうち、選択結果情報Mによって示される選択ペアに対して算出された温度値および濃度値を、測定結果(温度値Tおよび濃度値C)として出力する。出力部26Aは、圧力センサ11によって計測された圧力値Pも測定結果として出力する。
Out of the calculated temperature values T1 to T3 and the concentration values C1 to C3, the
(濃度算出マップ)
図3は、濃度算出マップの一例を示す図である。図3には、H2Oを分析対象ガスとし、H2Oの濃度がある代表値であるときの、波長1343nm(波数7444.4cm−1)のレーザ光に対応する2fピーク値と、H2Oの温度と、H2Oの圧力との関係を示す濃度算出マップが示される。
(Density calculation map)
FIG. 3 is a diagram showing an example of the density calculation map. In FIG. 3, and analyzed gas H 2 O, when a representative value is the concentration of H 2 O, and 2f peak values corresponding to the laser beam having a wavelength of 1343Nm (wavenumber 7444.4cm -1), H and temperature 2 O, concentration calculation map showing the relationship between the pressure of
図3に示されるような濃度算出マップにおいて、温度値および圧力値が指定されると、当該温度値および圧力値に対応する2fピーク値を導き出すことができる。濃度算出マップから導き出された2fピーク値は、濃度が代表値であるときのピーク値である。2fピーク値は、透過率が1に近い場合、分析対象ガスの濃度値にほぼ比例する。そのため、検出部22によって検出された2fピーク値と濃度算出マップから導き出された2fピーク値との比と、濃度算出マップに対応する濃度の代表値とに基づいて、分析対象ガスの濃度値を算出することができる。
When the temperature value and the pressure value are designated in the concentration calculation map as shown in FIG. 3, the 2f peak value corresponding to the temperature value and the pressure value can be derived. The 2f peak value derived from the density calculation map is a peak value when the density is a representative value. When the transmittance is close to 1, the 2f peak value is almost proportional to the concentration value of the gas to be analyzed. Therefore, the concentration value of the analysis target gas is calculated based on the ratio between the 2f peak value detected by the
(温度算出マップ)
濃度がある代表値のときの2fピーク値の温度および圧力の依存性(図3参照)は、レーザ光の波長によって異なる。上述したように、2fピーク値は、透過率が1に近い場合、濃度値にほぼ比例する。そのため、ある波長のレーザ光に対応する2fピーク値と別の波長のレーザ光に対応する2fピーク値との比は、濃度に依存せず、分析対象ガスの温度および圧力に依存することとなる。そこで、異なる波長の2つのレーザ光にそれぞれ対応する2つの濃度算出マップに基づいて、当該2つのレーザ光の各々に対応する2fピーク値の比と、分析対象ガスの温度と、分析対象ガスの圧力との関係を示す温度算出マップを作成することができる。
(Temperature calculation map)
The temperature and pressure dependence of the 2f peak value when the concentration has a certain representative value (see FIG. 3) differs depending on the wavelength of the laser light. As described above, the 2f peak value is almost proportional to the density value when the transmittance is close to 1. Therefore, the ratio of the 2f peak value corresponding to the laser light of a certain wavelength and the 2f peak value corresponding to the laser light of another wavelength does not depend on the concentration but depends on the temperature and the pressure of the gas to be analyzed. . Therefore, based on the two concentration calculation maps respectively corresponding to the two laser beams of different wavelengths, the ratio of the 2f peak value corresponding to each of the two laser beams, the temperature of the analysis target gas, and the analysis target gas A temperature calculation map showing the relationship with pressure can be created.
したがって、温度算出マップMT1は、レーザ光18aに対応する濃度算出マップMCaと、レーザ光18cに対応する濃度算出マップMCcとに基づいて作成される。温度算出マップMT2は、レーザ光18bに対応する濃度算出マップMCbと、レーザ光18dに対応する濃度算出マップMCdとに基づいて作成される。温度算出マップMT3は、レーザ光18cに対応する濃度算出マップMCcと、レーザ光18dに対応する濃度算出マップMCdとに基づいて作成される。
Therefore, the temperature calculation map MT1 is created based on the density calculation map MCa corresponding to the
温度算出マップを用いることにより、2つの2fピーク値の比と圧力値とを指定することにより、分析対象ガスの温度を算出することができる。 By using the temperature calculation map, the temperature of the analysis target gas can be calculated by designating the ratio of the two 2f peak values and the pressure value.
(演算部による温度値および濃度値の算出方法)
上述したように、演算部24Aは、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の各々について、分析対象ガスの温度値および濃度値を算出する。以下、レーザ光源ペアPa1(レーザ光源121aとレーザ光源121cとのペア)に対する温度値T1および濃度値C1の算出方法を例にとり説明する。
(Calculation method of temperature value and concentration value by calculation unit)
As described above, the
演算部24Aは、検出部22から、レーザ光源121aに対応する2fピーク値I1aと、レーザ光源121cに対応する2fピーク値I1cとを取得する。さらに、演算部24Aは、圧力センサ11によって計測された圧力値Pを取得する。
The
演算部24Aは、2fピーク値I1aと2fピーク値I1cとの比R1_1を算出する。演算部24Aは、レーザ光源ペアPa1に対応する温度算出マップMT1を用いて、算出した比R1_1と圧力値Pとに対応する温度値T1を求める。
The
演算部24Aは、レーザ光源ペアPa1の一方のレーザ光源121aに対応する濃度算出マップMCaから、温度値T1と圧力値Pとに対応する2fピーク値I0aを特定する。演算部24Aは、検出部22によって検出された2fピーク値I1aと濃度算出マップMCaから特定した2fピーク値I0aとの比に基づいて算出した濃度値C1aを濃度値C1とする。
The
もしくは、演算部24Aは、レーザ光源ペアPa1の他方のレーザ光源121cに対応する濃度算出マップMCcから、温度値T1と圧力値Pとに対応する2fピーク値I0cを特定してもよい。そして、演算部24Aは、検出部22によって検出された2fピーク値I1cと濃度算出マップMCcから特定した2fピーク値I0cとの比に基づいて算出した濃度値C1cを濃度値C1としてもよい。
Alternatively, the
もしくは、演算部24Aは、上記の濃度値C1aと濃度値C1cとの平均値を濃度値C1として算出してもよい。
Alternatively, the
演算部24Aは、上記と同様の算出方法により、温度値T2および濃度値C2を算出するとともに、温度値T3および濃度値C3を算出する。
The
(選択部による選択ペアの選択方法)
選択部25Aは、記憶部23Aが記憶するノイズ成分Na〜Ndに基づいて、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の各々に対して演算部24Aが算出した温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差を算出し、算出した計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。たとえば、選択部25Aは、温度値の計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。もしくは、選択部25Aは、濃度値の計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択してもよい。もしくは、選択部25Aは、温度値の計測誤差と濃度値の計測誤差との和が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択してもよい。なお、上述したように、演算部24Aは、まず温度値Tを算出し、算出した温度値T1を用いて濃度値C1を算出する。そのため、選択部25Aは、温度値の計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択することが好ましい。
(How to select a selected pair by the selector)
The
以下に、レーザ光源ペアPa1について算出された温度値T1および濃度値C1の計測誤差の算出方法について説明する。なお、検出部22によって検出された2fピーク値I1aと濃度算出マップMCaから特定した2fピーク値I0aとの比に基づいて算出した濃度値C1aが濃度値C1として算出される場合を例にとり説明する。
The method of calculating the measurement error of the temperature value T1 and the density value C1 calculated for the laser light source pair Pa1 will be described below. An example will be described in which the density value C1a calculated based on the ratio between the 2f peak value I1a detected by the
選択部25Aは、レーザ光源ペアPa1に含まれるレーザ光源121a,121cにそれぞれ対応するノイズ成分Na,Ncを記憶部23Aから読み出す。選択部25Aは、読み出したノイズ成分Naと、検出部22によって検出された2fピーク値I1aおよび2fピーク値I1cとから、I1a/I1cに含まれる標準誤差R1_1Eを標準誤差の伝搬より((Na/I1a)2+(Nc/I1c)2)1/2*(I1a/I1c)、およびI1a/I1c+R1_1E をR1_1E1、I1a/I1c−R1_1E をR1_1E2として算出する。
The
選択部25Aは、温度算出マップMT1から、比R1_1E1と圧力値Pとに対応する温度値TpE1を求める。同様に選択部25Aは、比R1_1E2に対して、温度値TpE2を求める。そして、選択部25Aは、それらの最大値、又は平均を温度T1に含まれる計測誤差とすればよい。
The
次に、選択部25Aは、濃度算出マップMCaから、温度値T1と圧力値Pとに対応する2fピーク値I0aを特定する。選択部25Aは、特定した2fピーク値I0aと、検出部22によって検出された2fピーク値I1aにノイズ成分Naを加算した値(I1a+Na)との比(=(I1a+Na)/I0a)に基づいて、濃度値Cp1を算出する。さらに、選択部25Aは、特定した2fピーク値I0aと、検出部22によって検出された2fピーク値I1aからノイズ成分Naを減算した値(I1a−Na)との比(=(I1a−Na)/I0aに基づいて、濃度値Cq1を算出する。
Next, the
選択部25Aは、濃度値C1と濃度値Cp1,Cq1の各々との差のうちの最大値、又は、平均値を濃度値C1の計測誤差として算出すればよい。
The
2fピーク値が大きいほどSN比は大きくなる。ただし、SN比が大きいほど温度値および濃度値の計測誤差が小さいというわけではない。図3に示されるように、濃度算出マップにおいて2fピーク値の等高線の間隔は、圧力および温度によって異なる。濃度算出マップにおいて、2fピーク値が大きくても、温度の変化に対して2fピーク値の変化が小さい領域では、演算部24Aによって算出される温度は、2fピーク値のノイズに大きく影響される。すなわち、温度値の計測誤差が大きくなる。逆に、濃度算出マップにおいて、2fピーク値が小さくても、温度の変化に対して2fピーク値の変化が大きい領域では、演算部24Aによって算出される温度は、2fピーク値のノイズにあまり影響されない。すなわち、温度値の計測誤差が小さくなる。そのため、選択部25Aは、単にSN比だけを用いずに、上記のようにして計測誤差を算出し、選択ペアを選択する。これにより、選択部25Aは、温度および圧力の変化に対する2fピーク値の変化がなるべく大きく、2fピーク値がノイズに比べ十分に大きいレーザ光源ペアを選択ペアとして選択することができる。
The larger the 2f peak value, the larger the SN ratio. However, the larger the SN ratio, the smaller the measurement error of the temperature value and the concentration value does not mean. As shown in FIG. 3, the interval between the contour lines of the 2f peak value in the concentration calculation map varies depending on the pressure and the temperature. In the concentration calculation map, even if the 2f peak value is large, in a region where the change of the 2f peak value is small with respect to the change of the temperature, the temperature calculated by the
(制御部の処理の流れ)
次に、図4を参照して、制御部20Aの処理の流れについて説明する。図4は、制御部の処理の流れを示すフローチャートである。
(Processing flow of control unit)
Next, the flow of processing of the
まずステップS11において、演算部24Aは、検出部22から、レーザ光源121a〜121dにそれぞれ対応する2fピーク値I1a〜I1dを取得する。次にステップS12において、演算部24Aは、圧力センサ11によって測定された圧力値Pを取得する。次にステップS13において、演算部24Aは、レーザ光源ペアPa1〜Pa3に対して、温度値T1〜T3と濃度値C1〜C3とをそれぞれ算出する。
First, in step S11, the
次にステップS14において、選択部25Aは、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の中の1つを選択ペアとして選択し、選択ペアを示す選択結果情報Mを生成する。具体的には、選択部25Aは、記憶部23Aが記憶するノイズ成分Na〜Ndに基づいて、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の各々に対して算出された温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差を算出する。選択部25Aは、算出した計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。選択部25Aは、レーザ光源ペアPa1を選択ペアとして選択した場合に「1」を示す選択結果情報Mを生成し、レーザ光源ペアPa2を選択ペアとして選択した場合に「2」を示す選択結果情報Mを生成し、レーザ光源ペアPa3を選択ペアとして選択した場合に「3」を示す選択結果情報Mを生成する。
Next, in step S14, the
次にステップS15において、出力部26Aは、選択結果情報Mを確認する。選択結果情報M=「1」である場合、出力部26Aは、ステップS16において、レーザ光源ペアPa1に対して算出された温度値T1および濃度値C1を計測結果(温度値Tおよび濃度値C)として決定する。選択結果情報M=「2」である場合、出力部26Aは、ステップS17において、レーザ光源ペアPa2に対して算出された温度値T2および濃度値C2を計測結果(温度値Tおよび濃度値C)として決定する。選択結果情報M=「3」である場合、出力部26Aは、ステップS18において、レーザ光源ペアPa3に対して算出された温度値T3および濃度値C3を計測結果(温度値Tおよび濃度値C)として決定する。その後ステップS19において、出力部26Aは、計測結果(圧力値P、温度値Tおよび濃度値C)を出力する。
Next, in step S15, the
次にステップS20において、制御部20Aは、測定終了の指示を受けたか否かを判断する。測定終了の指示を受けた場合、制御部20Aは、処理を終了する。
Next, in step S20, the
測定終了の指示を受けていない場合、制御部20Aは、ステップS21において、ステップS11を開始してから計測間隔Δtが経過したか否かを判断する。計測間隔Δtが経過していない場合(ステップS21でNO)、処理はステップS21に戻される。計測間隔Δtが経過した場合(ステップS21でYES)、ステップS11〜S20の処理が繰返される。
If the instruction to end the measurement has not been received, the
(利点)
以上のように、ガス分析装置1Aは、演算部24Aと、選択部25Aと、出力部26Aとを備える。演算部24Aは、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の各々について、当該レーザ光源ペアの一方のレーザ光源について検出部22が検出した2fピーク値(第1吸光情報)および他方のレーザ光源について検出部22が検出した2fピーク値(第2吸光情報)の少なくとも一方と、これら2つの2fピーク値の比と、圧力値Pとに基づいて、分析対象ガスの温度値および濃度値を算出する。選択部25Aは、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の中から選択ペアを選択する。出力部26Aは、選択ペアについて演算部24Aが算出した温度値および濃度値を計測結果として出力する。選択部25Aは、検出部22により検出される2fピーク値のノイズ成分に基づいて、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の各々について、演算部24Aにより算出された温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差を算出する。選択部25Aは、算出した計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。
(advantage)
As described above, the
上記の構成によれば、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の各々について算出された温度値および濃度値のうち、計測誤差の小さい温度値および濃度値が計測結果として出力される。これにより、分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変動が時々刻々と変化する環境下であっても、分析対象ガスの濃度および温度を精度良く計測することができる。 According to the above configuration, of the temperature value and the concentration value calculated for each of the laser light source pairs Pa1 to Pa3, the temperature value and the concentration value with a small measurement error are output as the measurement result. As a result, the concentration and temperature of the analysis target gas can be accurately measured even in an environment in which the fluctuations in the temperature, concentration, and pressure of the analysis target gas change from moment to moment.
<実施の形態2>
(ガス分析装置の構成)
図5を参照して、実施の形態2に係るガス分析装置について説明する。図5は、実施の形態2に係るガス分析装置が備える制御部20Bの内部構成を示すブロック図である。実施の形態2に係るガス分析装置は、実施の形態1に係るガス分析装置1Aと比較して、制御部20Aの代わりに図5に示す制御部20Bを備える点でのみ相違する。図5に示されるように、制御部20Bは、実施の形態1の制御部20A(図2参照)と比較して、記憶部23A、選択部25Aおよび出力部26Aの代わりに記憶部23B、選択部25Bおよび出力部26Bを含む点でのみ相違する。その他の点は図2に示される制御部20Aと同じであるので、以下ではそれらの説明については繰り返さない。
<Second Embodiment>
(Configuration of gas analyzer)
A gas analyzer according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing an internal configuration of the
記憶部23Bは、ノイズ成分Na〜Ndと、濃度算出マップMCa〜MCdと、温度算出マップMT1〜MT3と、計測結果情報Dとを記憶する。
The
計測結果情報Dは、出力部26Bが前回出力した圧力値P、温度値Tおよび濃度値Cを示す情報である。
The measurement result information D is information indicating the pressure value P, the temperature value T, and the concentration value C that the
出力部26Bは、実施の形態1の出力部26Aと同じ処理を行なうとともに、さらに記憶部23Bが記憶する計測結果情報Dの更新処理を行なう。出力部26Bは、選択ペアに対応する温度値および濃度値を測定結果として出力するときに、当該測定結果(温度値Tおよび濃度値C)と圧力センサ11によって測定された圧力値Pとに従って、記憶部23Bが記憶する計測結果情報Dを更新する。
選択部25Bは、測定開始時の1回目の測定において、予め定められたレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。測定室10の環境は、測定開始時において安定した状態であることが多い。そこで、測定を開始するときの測定室10の環境を予め調査しておき、当該環境下に適したレーザ光源ペアを決定しておけばよい。
The
選択部25Bは、測定開始後の2回目以降の測定では、以下のようにして選択ペアを選択する。選択部25Bは、計測結果情報Dによって示される圧力値P、温度値Tおよび濃度値Cのときに、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の各々から算出される温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差を算出する。選択部25Bは、算出した計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。上述したように、計測間隔Δtは、分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変化を連続的に測定することができるように適宜設定される。そのため、今回測定する圧力値P、温度値Tおよび濃度値Cと、前回測定した圧力値P、温度値Tおよび濃度値Cとのそれぞれの差は小さい。そのため、選択部25Bは、計測結果情報Dによって示される圧力値P、温度値Tおよび濃度値Cのときの計測誤差が最も小さいレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。
The
実施の形態1と同様に、選択部25Bは、温度値の計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択してもよいし、濃度値の計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択してもよい。もしくは、選択部25Bは、温度値の計測誤差と濃度値の計測誤差との和が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択してもよい。
Similar to the first embodiment, the
以下に、計測結果情報Dによって示される圧力値P、温度値Tおよび濃度値Cのときに、レーザ光源ペアPa1から算出される温度値および濃度値の計測誤差の算出方法について説明する。計測結果情報Dによって示される圧力値Pを「前回圧力値P」、計測結果情報Dによって示される温度値Tを「前回温度値T」、計測結果情報Dによって示される濃度値Cを「前回濃度値C」という。 A method of calculating the measurement error of the temperature value and the density value calculated from the laser light source pair Pa1 when the pressure value P, the temperature value T and the density value C indicated by the measurement result information D are described below. The pressure value P indicated by the measurement result information D is "previous pressure value P", the temperature value T indicated by the measurement result information D is "previous temperature value T", and the concentration value C indicated by the measurement result information D is "previous concentration". Value C ”.
選択部25Bは、レーザ光源ペアPa1に含まれるレーザ光源121a,121cにそれぞれ対応するノイズ成分Na,Ncを記憶部23Bから読み出す。選択部25Bは、濃度算出マップMCaから、前回温度値Tと前回圧力値Pとに対応する2fピーク値I2aを特定する。さらに選択部25Bは、濃度算出マップMCcから、前回温度値Tと前回圧力値Pとに対応する2fピーク値I2cを特定する。選択部25Bは、読み出したノイズ成分Naと、特定した2fピーク値I2aおよび2fピーク値I2cとから、I2a/I2cに含まれる標準誤差R2_2Eを標準誤差の伝搬より((Na/I2a)2+(Nc/I2c)2)1/2*(I2a/I2c)、およびI2a/I2c+R2_2E をR2_2E1、I2a/I2c−R2_2E をR2_2E2として算出する。
The
選択部25Bは、温度算出マップMT1から、比R2_2E1と圧力値Pとに対応する温度値TpE1を求める。同様に選択部25Bは、比R1_1E2に対して、温度値TpE2を求める。そして、選択部25Bは、それらの最大値、又は平均値がレーザ光源ペアPa1を用いたときの温度値に含まれる計測誤差として算出すればよい。
The
次に、選択部25Bは、2fピーク値I2aと、2fピーク値I2aにノイズ成分Naを加算した値(I2a+Na)との比(=(I2a+Na)/I2a)に基づいて、濃度値Cp2を算出する。さらに、選択部25Bは、2fピーク値I2aと、2fピーク値I2aからノイズ成分Naを減算した値(I2a−Na)との比(=(I2a−Na)/I2a)に基づいて、濃度値Cq2を算出する。
Next, the
選択部25Bは、前回濃度値Cと濃度値Cp2,Cq2の各々との差のうちの最大値、又は、レーザ光源ペアPa1を用いたときの濃度値に含まれる計測誤差として算出すればよい。
The
(制御部の処理の流れ)
次に、図6を参照して、制御部20Bの処理の流れについて説明する。図6は、制御部20Bの処理の流れを示すフローチャートである。図6に示されるように、制御部20Bの処理の流れは、図4に示す制御部20Aの処理の流れと比較して、ステップS14の代わりにステップS31〜S33を行ない、ステップS19の代わりにステップS34を行なう点でのみ相違する。
(Processing flow of control unit)
Next, a processing flow of the
ステップS31において、選択部25Bは、1回目の計測か否かを判断する。1回目の計測である場合(ステップS31でYES)、選択部25Bは、ステップS32において、予め定められたレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。
In step S31, the
1回目の計測ではない場合(ステップS31でNO)、選択部25Bは、ステップS33において、計測結果情報Dによって示される計測結果のときに、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の各々に対して算出される温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差を算出する。選択部25Bは、算出した計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。
If it is not the first measurement (NO in step S31), the
ステップS34において、出力部26Bは、計測結果(圧力値P、温度値Tおよび濃度値C)を出力するとともに、当該計測結果に従って記憶部23Bが記憶する計測結果情報Dを更新する。
In step S34, the
(利点)
以上のように、実施の形態2に係るガス分析装置は、選択部25Bと、演算部24Aと、出力部26Bとを備える。選択部25Bは、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の中から選択ペアを選択する。演算部24Aは、選択ペアに含まれる一方のレーザ光源について検出部22が検出した2fピーク値(第1吸光情報)および他方のレーザ光源について検出部22が検出した2fピーク値(第2吸光情報)の少なくとも一方と、これら2つの2fピーク値の比と、圧力値Pとに基づいて、分析対象ガスの温度値および濃度値を算出する。出力部26Bは、選択ペアに対して演算部24Aが算出した温度値および濃度値を計測結果として出力する。選択部25Bは、レーザ光源ペアPa1〜Pa3のうち、前回温度値T、前回濃度値Cおよび前回圧力値Pで示される環境下での温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差が最小のレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。
(advantage)
As described above, the gas analyzer according to the second embodiment includes the
分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変動が時々刻々と変化する環境下であっても、計測間隔Δtを十分に短く設定すれば、前回の計測結果からの変化は小さい。そのため、前回温度値T、前回濃度値Cおよび前回圧力値Pで示される環境下での計測誤差が最小のレーザ光源ペアが選択ペアとして選択されることにより、計測誤差の小さい温度値および濃度値が計測結果として出力される。これにより、分析対象ガスの温度、濃度および圧力の変動が時々刻々と変化する環境下であっても、分析対象ガスの濃度および温度を精度良く計測することができる。 Even in an environment in which the temperature, concentration, and pressure of the gas to be analyzed fluctuate momentarily, if the measurement interval Δt is set sufficiently short, the change from the previous measurement result will be small. Therefore, the laser light source pair having the minimum measurement error under the environment indicated by the previous temperature value T, the previous concentration value C, and the previous pressure value P is selected as the selected pair, and thus the temperature value and the concentration value with the small measurement error are selected. Is output as the measurement result. As a result, the concentration and temperature of the analysis target gas can be accurately measured even in an environment in which the fluctuations in the temperature, concentration, and pressure of the analysis target gas change from moment to moment.
選択部25Bは、検出部22が検出する2fピーク値のノイズ成分Na〜Ndに基づいて、レーザ光源ペアPa1〜Pa3の各々について計測誤差を算出する。これにより、2fピーク値のノイズ成分Na〜Ndに起因する計測誤差の小さいレーザ光源ペアが選択ペアとして選択される。
The
出力部26Bは、所定の計測間隔Δtで計測結果を順次出力する。選択部25Bは、1回目の計測時に、予め定められたレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。測定開始時には、分析対象ガスの環境が所定範囲で安定していることが多い。この場合には、当該所定範囲の環境下での計測誤差の小さいレーザ光源ペアを予め定めておくことにより、1回目の温度および濃度を精度良く計測することができる。
The
<実施の形態3>
(ガス分析装置の構成)
実施の形態3に係るガス分析装置は、実施の形態2に係るガス分析装置の変形例である。図7〜図9を参照して、実施の形態3に係るガス分析装置1Cについて説明する。図7は、実施の形態3に係るガス分析装置1Cを示す概略構成図である。図8は、ガス分析装置1Cが備える制御部20Cの内部構成を示すブロック図である。図7に示されるように、ガス分析装置1Cは、実施の形態2に係るガス分析装置と比較して、温度センサ31および濃度センサ32をさらに備え、かつ制御部20Bの代わりに制御部20Cを備える点で相違する。図8に示されるように、制御部20Cは、実施の形態2の制御部20B(図5参照)と比較して、演算部24A、選択部25Bおよび出力部26Bの代わりに演算部24C、選択部25Cおよび出力部26Cを含む点でのみ相違する。その他の点は図5に示される制御部20Bと同じであるので、以下ではそれらの説明については繰り返さない。
<Third Embodiment>
(Configuration of gas analyzer)
The gas analyzer according to the third embodiment is a modification of the gas analyzer according to the second embodiment. A gas analyzer 1C according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 9. FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a gas analyzer 1C according to the third embodiment. FIG. 8 is a block diagram showing an internal configuration of the
温度センサ31は、たとえば熱電対によって構成される。温度センサ31の応答時間は、計測間隔Δtよりも長い。
The
濃度センサ32は、たとえばジルコニア式センサによって構成される。濃度センサ32の応答時間は、計測間隔Δtよりも長い。
The
演算部24Cは、1回目の計測を除いて、演算部24Aと同じ処理を行なう。演算部24Cは、1回目の計測時に、圧力センサ11によって計測された圧力値と、温度センサ31によって計測された温度値と、濃度センサ32によって計測された濃度値とを取得する。演算部24Cは、取得した圧力値、温度値および濃度値を1回目の計測結果(圧力値P、温度値Tおよび濃度値C)として出力部26Cに出力する。
The
出力部26Cは、1回目の計測を除いて、出力部26Bと同じ処理を行なう。出力部26Cは、演算部24Cから受けた1回目の計測結果(圧力値P、温度値Tおよび濃度値C)をそのまま出力するとともに、当該計測結果に基づいて、記憶部23Bが記憶する計測結果情報Dを更新する。測定開始時には、測定室10内の環境が安定していることが多い。そのため、応答時間の長い温度センサ31および濃度センサ32からそれぞれ取得した温度値および濃度値であっても信頼性が高い。
The
選択部25Cは、1回目の計測では選択ペアの選択処理を行なわず、2回目以降の計測において選択ペアの選択処理を行なう。選択部25Cにおける選択ペアの選択処理の方法は、実施の形態2の選択部25Bの2回目以降の計測における選択処理の方法と同一である。
The
(制御部の処理の流れ)
次に図9を参照して、制御部20Cの処理の流れについて説明する。図9は、制御部20Cの処理の流れを示すフローチャートである。
(Processing flow of control unit)
Next, a processing flow of the
まずステップS41において、演算部24Cは、圧力センサ11、温度センサ31および濃度センサ32からそれぞれ圧力値、温度値および濃度値を取得する。次にステップS42において、出力部26Cは、ステップS31で取得された圧力値、温度値および濃度値を1回目の計測結果として出力するとともに、計測結果情報Dを更新する。
First, in step S41, the
次にステップS43において、制御部20Cは、ステップS41を開始してから計測間隔Δtが経過したか否かを判断する。計測間隔Δtが経過していない場合(ステップS43でNO)、処理はステップS43に戻される。計測間隔Δtが経過した場合(ステップS43でYES)、制御部20Cは、実施の形態1または2で説明したステップS11〜S13、S33、S15〜S18、S34、S20の処理(図4,6参照)を行なう。
Next, in step S43, the
測定終了の指示を受けた場合(ステップS20でYES)、制御部20Cは、処理を終了する。測定終了の指示を受けていない場合(ステップS20でNO)、処理はステップS43に戻される。このとき、制御部20Cは、ステップS11を開始してから計測間隔Δtが経過したか否かを判断する。
When the instruction to end the measurement is received (YES in step S20),
(利点)
以上のように、ガス分析装置1Cは、分析対象ガスの温度を計測する温度センサ31と、分析対象ガスの濃度を計測する濃度センサ32とを備える。出力部26Cは、所定の計測間隔Δtで計測結果を順次出力する。出力部26Cは、1回目の計測時には、温度センサ31によって計測された温度値Tと、濃度センサ32によって計測された濃度値Cと、圧力センサ11によって計測された圧力値Pとを計測結果として出力する。出力部26Cは、2回目以降の計測時には、選択ペアに対して演算部24Cが算出した温度値および濃度値を計測結果として出力する。
(advantage)
As described above, the gas analyzer 1C includes the
測定開始時には、分析対象ガスの環境が安定していることが多い。そのため、1回目の計測時には、応答時間の長い温度センサおよび濃度センサを用いても、分析対象ガスの温度および濃度を精度良く計測することができる。 At the start of measurement, the environment of the gas to be analyzed is often stable. Therefore, at the time of the first measurement, the temperature and the concentration of the analysis target gas can be accurately measured even if the temperature sensor and the concentration sensor having a long response time are used.
<実施の形態4>
図10は、実施の形態4に係るガス分析装置が備える制御部20Dの内部構成を示すブロック図である。実施の形態4に係るガス分析装置は、実施の形態2に係るガス分析装置の変形例であり、実施の形態2に係るガス分析装置と比較して、制御部20Bの代わりに図10に示す制御部20Dを備える点で相違する。図10に示されるように、制御部20Dは、実施の形態2の制御部20B(図5参照)と比較して、記憶部23Bの代わりに記憶部23Dを含むとともに、選択部25Bの代わりに選択部25Dを含む点でのみ相違する。その他の点は図5に示される制御部20Bと同じであるので、以下ではそれらの説明については繰り返さない。
<
FIG. 10 is a block diagram showing the internal configuration of the
記憶部23Dは、濃度算出マップMCa〜MCdと、温度算出マップMT1〜MT3と、計測結果情報Dとの他に、選択マップMSをさらに記憶する。選択マップMSは、分析対象ガスの複数の代表圧力値と、分析対象ガスの複数の代表温度値と、分析対象ガスの複数の代表濃度値と、レーザ光源ペアとの対応関係を示すマップである。選択マップMSに示されるレーザ光源ペアは、対応する代表圧力値、代表温度値および代表濃度値において、温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差が最も小さくなるペアである。選択マップMSは、実施の形態2と同様の方法を用いて、代表圧力値、代表温度値および代表濃度値に応じて温度値および濃度値の計測誤差を算出することにより、予め作成される。
The
図11は、選択マップMSの一例を示す図である。図11には、ある代表濃度値における代表圧力値および代表温度値とレーザ光源ペアとの対応関係が示される。図11には、たとえば、代表圧力値が1atmであり、代表温度値が300Kであるとき、レーザ光源ペアPa3を用いて計測された温度値および濃度値の計測誤差が最も小さいことを示している。 FIG. 11 is a diagram showing an example of the selection map MS. FIG. 11 shows a correspondence relationship between a representative pressure value and a representative temperature value at a certain representative concentration value and a laser light source pair. FIG. 11 shows that, for example, when the representative pressure value is 1 atm and the representative temperature value is 300 K, the measurement error of the temperature value and the concentration value measured using the laser light source pair Pa3 is the smallest. .
選択部25Dは、実施の形態2の選択部25Bと同様に、測定開始時の1回目の計測において、予め定められたレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。
Similar to the selecting
選択部25Dは、2回目以降の計測では、次のようにして選択ペアを選択する。すなわち、選択部25Dは、計測結果情報Dによって示される前回圧力値P、前回温度値Tおよび前回濃度値Cに対応するレーザ光源ペアを選択マップMSから特定し、特定したレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。具体的には、選択部25Dは、前回圧力値Pに最も近い代表圧力値、前回温度値Tに最も近い代表温度値および前回濃度値Cに最も近い代表濃度値を特定し、特定した代表圧力値、代表温度値および代表濃度値に対応するレーザ光源ペアを選択マップMSから特定する。
The
制御部20Dの処理の流れは、実施の形態2の制御部20Bの処理の流れ(図6参照)と同じである。ただし、ステップS33において、選択部25Dは、選択マップMSを用いて選択ペアを選択する。
The processing flow of the
以上のように、実施の形態4に係るガス分析装置は、圧力値、温度値および濃度値と、計測誤差が最小のレーザ光源ペアとを対応付けた選択マップMSを記憶する記憶部23Dを備える。選択部25Dは、前回温度値T、前回濃度値Cおよび前回圧力値Pに対応するレーザ光源ペアを選択マップMSから特定し、特定したレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する。選択マップMSを予め記憶しておくことにより、選択部25Dによる選択ペアの選択処理に要する負荷を低減することができる。その結果、選択ペアの選択処理を高速化することができる。
As described above, the gas analyzer according to the fourth embodiment includes the
<実施の形態5>
図12は、実施の形態5に係るガス分析装置が備える制御部20Eの内部構成を示すブロック図である。実施の形態5に係るガス分析装置は、実施の形態3に係るガス分析装置1Cの変形例であり、ガス分析装置1Cと比較して、制御部20Cの代わりに図12に示す制御部20Eを備える点で相違する。図12に示されるように、制御部20Eは、実施の形態3の制御部20C(図8参照)と比較して、記憶部23Bの代わりに記憶部23Dを含むとともに、選択部25Cの代わりに選択部25Eを含む点でのみ相違する。その他の点は図8に示される制御部20Cと同じであるので、以下ではそれらの説明については繰り返さない。また、記憶部23Dについても実施の形態4で説明したため、ここでは説明を繰り返さない。
<
FIG. 12 is a block diagram showing the internal configuration of the
選択部25Eは、1回目の計測では選択ペアの選択処理を行なわず、2回目以降の計測において選択ペアの選択処理を行なう。選択部25Eにおける選択ペアの選択処理の方法は、実施の形態4の選択部25Dの2回目以降の計測における選択処理の方法と同一である。
The
制御部20Eの処理の流れは、実施の形態3の制御部20Cの処理の流れ(図9参照)と同じである。ただし、ステップS33において、選択部25Eは、選択マップMSを用いて選択ペアを選択する。
The processing flow of the
本実施の形態5においても、選択マップMSを予め記憶しておくことにより、選択部25Eによる選択ペアの選択処理に要する負荷を低減することができる。その結果、選択ペアの選択処理を高速化することができる。
Also in the fifth embodiment, by storing the selection map MS in advance, it is possible to reduce the load required for the
図13は、演算部24Cによって算出された温度値T1〜T3と、実際の温度値および圧力値との時間変化を示す図である。図13に示されるように、演算部24Cによって算出される温度値T1〜T3の中には、実際の温度値から大きくずれるものがある。
FIG. 13 is a diagram showing time changes between the temperature values T1 to T3 calculated by the
図14は、出力部26Cから出力される温度値Tと、実際の温度値および圧力値との時間変化を示す図である。図14に示されるように、選択部25Eによって最適なレーザ光源ペアが選択されることにより、出力部26Cから出力される温度値Tは、実施の温度値に近似している。温度値Tが実施の温度値に近似しているため、濃度算出マップにより濃度値Cも実際の濃度値に近似する。このことから、分析対象ガスの温度値および濃度値を精度良く計測できることがわかる。
FIG. 14 is a diagram showing a time change between the temperature value T output from the
<変形例1>
上記の実施の形態4,5において、記憶部23Dは、1つの代表濃度値に対応する選択マップMSのみを記憶していてもよい。2fピーク値は、透過率が1に近い場合、濃度にほぼ比例するためである。ただし、濃度が濃くなり透過率が1よりも小さくなる場合や、分子同士の衝突による吸収スペクトルへの影響が無視できなくなる場合には2fピーク値と濃度との比例関係が崩れ、その度合いは、波長ごとに異なることが知られている。そのため、記憶部23Dは、測定室10内の想定される複数の代表濃度値にそれぞれ対応する複数の選択マップMSを記憶していてもよい。さらにこの場合、記憶部23Dは、複数の代表濃度値にそれぞれ対応する、複数の濃度算出マップおよび複数の温度算出マップを記憶することが好ましい。
<
In the above fourth and fifth embodiments, the
<変形例2>
上記の実施の形態1〜5では、選択部25A〜25Eは、予め定められた3つのレーザ光源ペアから1つの選択ペアを選択するものとした。しかしながら、選択部25A〜25Eは、予め定められた2つまたは4つ以上のレーザ光源ペアから1つの選択ペアを選択してもよい。この場合、演算部24A,24Cは、予め定められた2つまたは4つ以上のレーザ光源ペアの各々について、温度値および濃度値を算出する。
<
In the above-described first to fifth embodiments, the selecting
たとえば、分析対象ガスがH2Oである場合、予め定められた2つのレーザ光源ペアから1つの選択ペアが選択されてもよい。この場合、一方のレーザ光源ペアは、たとえば、中心波長が1371nm(波数7294.2cm−1)のレーザ光を照射するレーザ光源と中心波長が1343nm(波数7444.4cm−1)のレーザ光を照射するレーザ光源とのペアである。他方のレーザ光源ペアは、中心波長が1385nm(波数7219.6cm−1)のレーザ光を照射するレーザ光源と中心波長が1343nm(波数7444.4cm−1)のレーザ光を照射するレーザ光源とのペアである。 For example, when the gas to be analyzed is H 2 O, one selected pair may be selected from two predetermined laser light source pairs. In this case, one laser light source pair irradiation, for example, a laser beam of the laser light source and the center wavelength of 1343Nm (wavenumber 7444.4cm -1) for irradiating a laser light having a center wavelength of 1371Nm (wavenumber 7294.2cm -1) It is a pair with a laser light source. The other laser light source pair includes a laser light source that emits laser light having a center wavelength of 1385 nm (wavenumber 7219.6 cm −1 ) and a laser light source that emits laser light having a center wavelength of 1343 nm (wavenumber 7444.4 cm −1 ). It is a pair.
なお、予め定められた2つのレーザ光源ペアから1つの選択ペアが選択される場合には、ガス分析装置は、3つ以上のレーザ光源を備えていればよい。 In addition, when one selected pair is selected from two predetermined laser light source pairs, the gas analyzer may include three or more laser light sources.
図15は、選択マップMSの別の例を示す図である。図15には、2つのレーザ光源ペアPa1,Pa2から1つの選択ペアを選択するときに用いられる選択マップMSが示される。 FIG. 15 is a diagram showing another example of the selection map MS. FIG. 15 shows a selection map MS used when selecting one selected pair from the two laser light source pairs Pa1 and Pa2.
<変形例3>
上記の実施の形態4,5では、選択部25D,25Eは、前回圧力値P、前回温度値Tおよび前回濃度値Cにそれぞれ最も近い代表圧力値、代表温度値および代表濃度値を特定し、特定した代表圧力値、代表温度値および代表濃度値に対応するレーザ光源ペアを選択した。しかしながら、前回圧力値P、前回温度値Tおよび前回濃度値Cが代表圧力値、代表温度値および代表濃度値からそれぞれずれている場合、以下のようにして温度値Tおよび濃度値Cが算出されてもよい。
<
In the above fourth and fifth embodiments, the
選択部25D,25Eは、前回濃度値Cに最も近い代表濃度値に対応する選択マップMSを特定する。もしくは、選択部25D,25Eは、温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差に基づいて、前回濃度値Cを代表濃度値とする選択マップMSを作成する。
The
次に、選択部25D,25Eは、選択マップMSの中から、前回温度値Tおよび前回圧力値Pを囲む4つの点S1〜S4の座標値を特定する。4つの点の各々の座標値は、代表温度値と代表圧力値とで示される。
Next, the
図16は、重み係数の決定方法を示す図である。図16に示されるように、選択部25D,25Eは、点S1〜S4を頂点とする矩形を、前回温度値Tおよび前回圧力値Pを座標値とする点S0を通る2つの直線で、4つの領域に分割する。2つの直線の一方は、点S1〜S4を頂点とする矩形の対向する2対の辺の一方に平行であり、2つの直線の他方は、点S1〜S4を頂点とする矩形の対向する2対の辺の他方に平行である。選択部25D,25Eは、分割により得られた4つの領域の各々の面積を求める。このとき、4つの領域の面積の合計値が1となるようにする。選択部25D,25Eは、点S1に対する重み係数W1を、点S1から最も離れた領域の面積に決定する。同様にして、選択部25D,25Eは、点S2〜S4の重み係数W2〜W4をそれぞれ決定する。そして、出力部26B,26Cは、点S1〜S4の各々に対応するレーザ光源ペアから算出された温度値および濃度値と、点S1〜S4の各々の重み係数とから、温度値Tおよび濃度値Cを算出すればよい。
FIG. 16 is a diagram showing a method of determining the weighting coefficient. As shown in FIG. 16, the
たとえば、前回温度値が480Kであり、前回圧力値が4.2atmである場合、選択部25D,25Eは、図11に示す選択マップMSから、点S1(400K、4atm),点S2(500K、4atm),点S3(500K,5atm),点S4(400K、5atm)を特定する。図11に示す選択マップMSにおいて、点S1,S4にレーザ光源ペアPa2が対応し、点S2,S3にレーザ光源ペアP3が対応している。ここで、レーザ光源ペアPa2から算出された温度値,濃度値をそれぞれT_a2、C_a2とし、レーザ光源ペアPa3から算出された温度値,濃度値をそれぞれT_a3、C_a3とする。このとき、出力部26B,26Cは、
T=T_a2×(W1+W4)+T_a3×(W2+W3)
C=C_a2×(W1+W4)+C_a3×(W2+W3)
に従って、温度値Tおよび濃度値Cを算出すればよい。
For example, when the previous temperature value is 480K and the previous pressure value is 4.2atm, the
T = T_a2 × (W1 + W4) + T_a3 × (W2 + W3)
C = C_a2 × (W1 + W4) + C_a3 × (W2 + W3)
The temperature value T and the concentration value C may be calculated in accordance with
<変形例4>
上記の実施の形態1〜5では、演算部24A、24Cは、レーザ光源ペアに含まれる2つのレーザ光源に対応する2fピーク値を吸光情報として用いて、分析対象ガスの温度値および濃度値を算出するものとした。しかしながら、演算部24A、24Cは、2fピーク値の代わりに、透過率、吸光度または透過率から演算される値を吸光情報として用いて、分析対象ガスの温度値および濃度値を算出してもよい。
<
In the first to fifth embodiments described above, the
たとえば、演算部24A、24Cは、受光部17a〜17dの各々から受けるデジタル信号で示される透過率スペクトルのピークの透過率を吸光情報として用いてもよい。もしくは、演算部24A、24Cは、受光部17a〜17dの各々から受けるデジタル信号で示される透過率スペクトルを吸収スペクトルに変換し、当該吸収スペクトルのピークの吸光度を吸光情報として用いてもよい。もしくは、演算部24A、24Cは、受光部17a〜17dの各々から受けるデジタル信号で示される透過率スペクトルを吸光情報として用いてもよい。もしくは、演算部24A、24Cは、受光部17a〜17dの各々から受けるデジタル信号で示される透過率スペクトルから特許第5983779号公報に記載の方法によってピーク値を算出し、算出したピーク値を吸光情報として用いてもよい。
For example, the
<変形例5>
上記の実施の形態1〜5では、演算部24A、24Cは、レーザ光源ペアに含まれる2つのレーザ光源に対応する2fピーク値に基づいて、分析対象ガスの温度値および濃度値を算出するものとした。しかしながら、演算部24A、24Cは、別の方法を用いて分析対象ガスの温度値および濃度値を算出してもよい。
<
In the first to fifth embodiments described above, the
上述したように、レーザ光源121a〜121dは、変調された波長のレーザ光を出力する。そのため、受光部17a〜17dから出力されるデジタル信号は、わずかな波長の変動に応じて変動する。波長を横軸とし、デジタル信号の強度を縦軸としたグラフに、受光部17a〜17dの各々から出力されるデジタル信号の強度をプロットすることにより得られる波形は、分析対象ガスによるレーザ光の透過率スペクトルを示す。透過率スペクトルから得られる吸収スペクトルは、分析対象ガスの濃度だけでなく、分析対象ガスの温度および圧力に依存する。そのため、ノイズ成分の少ない吸収スペクトルを検出できる場合には、検出した吸収スペクトルに基づいて、分析対象ガスの圧力値、温度値および濃度値を算出することができる。
As described above, the
以下、吸収スペクトルから分析対象ガスの圧力値、温度値および濃度値を算出する変形例について説明する。 Hereinafter, a modified example of calculating the pressure value, temperature value and concentration value of the gas to be analyzed from the absorption spectrum will be described.
本変形例では、検出部22は、受光部17a〜17dから出力されるデジタル信号に基づいて、それぞれ吸収スペクトルSa〜Sdを検出する。
In this modification, the
記憶部23A、23B,23Dは、温度算出マップMT1〜MT3および濃度算出マップMCa〜MCdの代わりに、レーザ光源121a〜121dにそれぞれ対応する算出マップMa〜Mdを記憶する。
The
算出マップMaは、レーザ光18aの分析対象ガスによる吸収スペクトルの形状を示す情報と、分析対象ガスの圧力、温度および濃度との対応関係を示すマップである。算出マップMbは、レーザ光18bの分析対象ガスによる吸収スペクトルの形状を示す情報と、分析対象ガスの圧力、温度および濃度との対応関係を示すマップである。算出マップMcは、レーザ光18cの分析対象ガスによる吸収スペクトルの形状を示す情報と、分析対象ガスの圧力、温度および濃度との対応関係を示すマップである。算出マップMdは、レーザ光18dの分析対象ガスによる吸収スペクトルの形状を示す情報と、分析対象ガスの圧力、温度および濃度との対応関係を示すマップである。吸収スペクトルの形状を示す情報には、吸収スペクトルのピーク値、半値幅、面積などが含まれる。
The calculation map Ma is a map showing the correspondence between the information indicating the shape of the absorption spectrum of the
演算部24A、24Cは、吸収スペクトルSa〜Sdから吸収スペクトルの形状を示す情報をそれぞれ抽出する。演算部24A、24Cは、算出マップMaを用いて、吸収スペクトルSaから抽出した情報に対応する圧力値Pa、温度値Taおよび濃度値Caを算出する。演算部24A、24Cは、算出マップMbを用いて、吸収スペクトルSbから抽出した情報に対応する圧力値Pb、温度値Tbおよび濃度値Cbを算出する。演算部24A、24Cは、算出マップMcを用いて、吸収スペクトルScから抽出した情報に対応する圧力値Pc、温度値Tcおよび濃度値Ccを算出する。演算部24A、24Cは、算出マップMdを用いて、吸収スペクトルSdから抽出した情報に対応する圧力値Pd、温度値Tdおよび濃度値Cdを算出する。
The
選択部25A〜25Eは、レーザ光源121a〜121dの中から1つのレーザ光源を選択光源として選択する。
The
具体的には、実施の形態1〜3の変形例の場合、選択部25A〜25Cは、ノイズ成分Naに基づいて、吸収スペクトルSaの形状を示す情報の検出誤差を算出する。そして、選択部25A〜25Cは、算出した検出誤差に基づいて、演算部24A、24Cが算出した圧力値Pa、温度値Taおよび濃度値Caの計測誤差を算出すればよい。
Specifically, in the case of the modifications of the first to third embodiments, the
また、実施の形態4,5の変形例の場合、記憶部23Dは、分析対象ガスの複数の代表圧力値と、分析対象ガスの複数の代表温度値と、分析対象ガスの複数の代表濃度値と、選択光源とを対応関係を示す選択マップMSを記憶しておけばよい。そして、選択部25D,25Eは、計測結果情報Dによって示される前回圧力値P、前回温度値Tおよび前回濃度値Cに対応する選択光源を、選択マップMSから選択すればよい。
In the case of the modified examples of
出力部26A〜26Cは、選択部25A〜25Eによって選択された選択光源を用いて算出された圧力値、温度値および濃度値を計測結果(圧力値P、温度値Tおよび濃度値C)として出力すればよい。
The
なお、本変形例では、選択部25A〜25Eは、予め定められた2つ以上のレーザ光源から1つの選択光源を選択してもよい。この場合、ガス分析装置は、2つ以上のレーザ光源を備えていればよい。
In addition, in this modification, the
また、本変形例では、吸収スペクトルから圧力値Pが算出されるため、圧力センサ11は不要である。
Further, in this modification, the pressure value P is calculated from the absorption spectrum, and thus the
<変形例6>
上記の実施の形態1〜5では、圧力センサ11から圧力値Pを得るものとした。しかしながら、選択ペアのうちの一方のレーザ光源に対応する吸収スペクトルから圧力値Pをフィッティング等によって推定してもよい。さらに、吸収スペクトルから温度値および濃度値をフィッティング等によって推定してもよい。
<
In the first to fifth embodiments described above, the pressure value P is obtained from the
<変形例7>
上記の実施の形態1〜5では、出力部26A〜26Cは、温度値T、濃度値Cおよび圧力値Pを計測結果として出力した。しかしながら、出力部26A〜26Cは、温度値Tおよび濃度値Cのみを計測結果として出力してもよい。ユーザによっては、圧力値の確認が不要の場合もあるからである。なお、出力部26B,26Cは、圧力値Pを計測結果として出力しない場合であっても、圧力センサ11によって計測された圧力値Pに基づいて、計測結果情報Dを更新する。
<
In the first to fifth embodiments described above, the
<変形例8>
制御部20A〜20Eに上述した動作を実行させるためのプログラムが提供されてもよい。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory)、ROM、RAMおよびメモリカードなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。
<
A program for causing the
提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。 The provided program product is installed and executed in a program storage unit such as a hard disk. The program product includes the program itself and a recording medium in which the program is recorded.
<変形例9>
上記の実施の形態1〜5、変形例1〜8は、適宜組み合わされてもよい。たとえば、変形例5と、変形例1、3、6〜8の少なくとも1つとを組み合わせてもよい。
<
The first to fifth embodiments and the modified examples 1 to 8 described above may be combined appropriately. For example, the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.
1A,1C ガス分析装置、10 測定室、11 圧力センサ、12a〜12d レーザ照射部、13a〜13d,16a〜16d 光ファイバ、14a〜14d,15a〜15d,122 レンズ、17a〜17d 受光部、18a〜18d レーザ光、20A〜20E 制御部、21 駆動部、22 検出部、23A,23B,23D 記憶部、24A,24C 演算部、25A〜25E 選択部、26A〜26C 出力部、31 温度センサ、32 濃度センサ、121a〜121d レーザ光源、123 D/Aコンバータ、173 A/Dコンバータ、171 集光レンズ、172 受光素子。 1A, 1C gas analyzer, 10 measuring chamber, 11 pressure sensor, 12a-12d laser irradiation part, 13a-13d, 16a-16d optical fiber, 14a-14d, 15a-15d, 122 lens, 17a-17d light receiving part, 18a -18d laser beam, 20A-20E control part, 21 drive part, 22 detection part, 23A, 23B, 23D storage part, 24A, 24C operation part, 25A-25E selection part, 26A-26C output part, 31 temperature sensor, 32 Density sensor, 121a-121d laser light source, 123 D / A converter, 173 A / D converter, 171 condensing lens, 172 light receiving element.
Claims (14)
互いに異なる波長のレーザ光を照射する3つ以上のレーザ光源と、
前記3つ以上のレーザ光源の各々について、当該レーザ光源から照射されたレーザ光の前記分析対象ガスによる吸光情報を検出するための検出部とを備え、
前記吸光情報は、透過率、吸光度、2fピーク値、透過率スペクトル、および透過率スペクトルから算出される値のいずれかであり、
前記ガス分析装置は、さらに、
前記分析対象ガスの圧力値を計測するための圧力センサと、
前記3つ以上のレーザ光源のうちの2つ以上のレーザ光源ペアの各々について、当該レーザ光源ペアの一方のレーザ光源について前記検出部が検出した第1吸光情報および他方のレーザ光源について前記検出部が検出した第2吸光情報の少なくとも一方と、前記第1吸光情報と前記第2吸光情報との比と、前記圧力値とに基づいて、前記分析対象ガスの温度値および濃度値を算出する演算部と、
前記2つ以上のレーザ光源ペアの中から選択ペアを選択する選択部と、
前記選択ペアについて前記演算部が算出した温度値および濃度値を計測結果として出力する出力部とを備え、
前記選択部は、前記3つ以上のレーザ光源の各々について前記検出部により検出される前記吸光情報のノイズ成分に基づいて、前記2つ以上のレーザ光源ペアの各々について、前記演算部により算出された温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差を算出し、算出した計測誤差が最小のレーザ光源ペアを前記選択ペアとして選択する、ガス分析装置。 A gas analyzer for measuring the temperature and concentration of a gas to be analyzed,
Three or more laser light sources for irradiating laser lights of different wavelengths,
For each of the three or more laser light sources, a detection unit for detecting absorption information of the laser light emitted from the laser light source by the gas to be analyzed,
The light absorption information is any of a transmittance, an absorbance, a 2f peak value, a transmittance spectrum, and a value calculated from the transmittance spectrum,
The gas analyzer further comprises
A pressure sensor for measuring the pressure value of the gas to be analyzed,
For each of two or more laser light source pairs of the three or more laser light sources, the first absorption information detected by the detection unit for one laser light source of the laser light source pair and the detection unit for the other laser light source. A calculation for calculating a temperature value and a concentration value of the gas to be analyzed based on at least one of the second absorption information detected by S, the ratio of the first absorption information and the second absorption information, and the pressure value. Department,
A selection unit for selecting a selection pair from the two or more laser light source pairs;
An output unit that outputs the temperature value and the concentration value calculated by the calculation unit for the selected pair as a measurement result,
The selection unit calculates the calculation unit for each of the two or more laser light source pairs based on the noise component of the absorption information detected by the detection unit for each of the three or more laser light sources. A gas analyzer which calculates a measurement error of at least one of a temperature value and a concentration value, and selects a laser light source pair having the smallest calculated measurement error as the selected pair.
互いに異なる波長のレーザ光を照射する3つ以上のレーザ光源と、
前記3つ以上のレーザ光源の各々について、当該レーザ光源から照射されたレーザ光の前記分析対象ガスによる吸光情報を検出するための検出部とを備え、
前記吸光情報は、透過率、吸光度、2fピーク値、透過率スペクトル、および透過率スペクトルから算出される値のいずれかであり、
前記ガス分析装置は、さらに、
前記分析対象ガスの圧力値を計測するための圧力センサと、
前記3つ以上のレーザ光源のうちの2つ以上のレーザ光源ペアの中から選択ペアを選択する選択部と、
前記選択ペアに含まれる一方のレーザ光源について前記検出部が検出した第1吸光情報および他方のレーザ光源について前記検出部が検出した第2吸光情報の少なくとも一方と、前記第1吸光情報と前記第2吸光情報との比と、前記圧力値とに基づいて、前記分析対象ガスの温度値および濃度値を算出する演算部と、
前記演算部が算出した温度値および濃度値を計測結果として出力する出力部とを備え、
前記選択部は、前記2つ以上のレーザ光源ペアのうち、前記出力部が前回出力した計測結果で示される温度値および濃度値と前記圧力センサが前回計測した圧力値とで示される環境下での温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差が最小のレーザ光源ペアを前記選択ペアとして選択する、ガス分析装置。 A gas analyzer for measuring the temperature and concentration of a gas to be analyzed,
Three or more laser light sources for irradiating laser lights of different wavelengths,
For each of the three or more laser light sources, a detection unit for detecting absorption information of the laser light emitted from the laser light source by the gas to be analyzed,
The light absorption information is any of a transmittance, an absorbance, a 2f peak value, a transmittance spectrum, and a value calculated from the transmittance spectrum,
The gas analyzer further comprises
A pressure sensor for measuring the pressure value of the gas to be analyzed,
A selection unit for selecting a selection pair from two or more laser light source pairs of the three or more laser light sources;
At least one of the first light absorption information detected by the detection unit for the one laser light source and the second light absorption information detected by the detection unit for the other laser light source included in the selected pair, the first light absorption information, and the second light absorption information. A calculation unit that calculates a temperature value and a concentration value of the analysis target gas based on the ratio of the two absorption information and the pressure value,
An output unit that outputs the temperature value and the concentration value calculated by the calculation unit as a measurement result,
The selection unit, under the environment indicated by the temperature value and the concentration value indicated by the measurement result output last time by the output unit and the pressure value measured by the pressure sensor last time, of the two or more laser light source pairs. A gas analyzer which selects a laser light source pair having a minimum measurement error of at least one of the temperature value and the concentration value as the selected pair.
前記選択部は、前記出力部が前回出力した計測結果で示される温度値および濃度値と前記圧力センサが前回計測した圧力値とに対応するレーザ光源ペアを前記選択マップから特定し、特定したレーザ光源ペアを前記選択ペアとして選択する、請求項2に記載のガス分析装置。 A pressure value, a temperature value, and a concentration value, and further comprising a storage unit that stores a selection map in which the measurement error is associated with the laser light source pair having the minimum,
The selection unit specifies a laser light source pair corresponding to the temperature value and the concentration value indicated by the measurement result previously output by the output unit and the pressure value previously measured by the pressure sensor from the selection map, and specifies the laser. The gas analyzer according to claim 2, wherein a light source pair is selected as the selected pair.
前記分析対象ガスの濃度を計測する濃度センサとをさらに備え、
前記出力部は、所定の計測間隔で計測結果を順次出力し、
前記出力部は、1回目の計測時には、前記温度センサによって計測された温度値と、前記濃度センサによって計測された濃度値と、前記圧力センサによって計測された圧力値とを計測結果として出力し、
前記出力部は、2回目以降の計測時には、前記演算部が算出した温度値および濃度値を計測結果として出力する、請求項3または4に記載のガス分析装置。 A temperature sensor for measuring the temperature of the gas to be analyzed,
Further comprising a concentration sensor for measuring the concentration of the gas to be analyzed,
The output unit sequentially outputs the measurement results at a predetermined measurement interval,
At the time of the first measurement, the output unit outputs a temperature value measured by the temperature sensor, a concentration value measured by the concentration sensor, and a pressure value measured by the pressure sensor as a measurement result,
The gas analyzer according to claim 3 or 4, wherein the output unit outputs the temperature value and the concentration value calculated by the calculation unit as the measurement result during the second and subsequent measurements.
前記選択部は、1回目の計測時に、予め定められたレーザ光源ペアを選択ペアとして選択する、請求項3または4に記載のガス分析装置。 The output unit sequentially outputs the measurement results at a predetermined measurement interval,
The gas analyzer according to claim 3 or 4, wherein the selection unit selects a predetermined laser light source pair as a selected pair during the first measurement.
前記出力部は、前記複数のレーザ光源ペアの各々に対して前記演算部が算出した温度値および濃度値から補間演算により得られた値を前記計測結果として出力する、請求項4に記載のガス分析装置。 The selection unit identifies a plurality of laser light source pairs corresponding to the temperature value and the concentration value indicated by the measurement result previously output by the output unit and the pressure value previously measured by the pressure sensor from the selection map, and identifies the pair. Select the laser light source pair as the selected pair,
The gas according to claim 4, wherein the output unit outputs, as the measurement result, a value obtained by interpolation calculation from the temperature value and the concentration value calculated by the calculation unit for each of the plurality of laser light source pairs. Analysis equipment.
互いに異なる波長のレーザ光を照射する2つ以上のレーザ光源と、
前記2つ以上のレーザ光源の各々について、当該レーザ光源から照射されたレーザ光の前記分析対象ガスによる吸収スペクトルを検出する検出部と、
前記2つ以上のレーザ光源の各々について、前記吸収スペクトルに基づいて、前記分析対象ガスの温度値および濃度値を算出する演算部と、
前記2つ以上のレーザ光源の中から選択光源を選択する選択部と、
前記選択光源について前記演算部が算出した温度値および濃度値を計測結果として出力する出力部とを備え、
前記選択部は、前記2つ以上のレーザ光源の各々について前記検出部により検出される吸光スペクトルのノイズ成分に基づいて、前記2つ以上のレーザ光源の各々について、前記演算部により算出された温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差を算出し、算出した計測誤差が最小のレーザ光源を前記選択光源として選択する、ガス分析装置。 A gas analyzer for measuring the temperature and concentration of a gas to be analyzed,
Two or more laser light sources for irradiating laser lights of different wavelengths,
For each of the two or more laser light sources, a detection unit that detects an absorption spectrum of the laser light emitted from the laser light sources by the gas to be analyzed,
An arithmetic unit that calculates a temperature value and a concentration value of the gas to be analyzed based on the absorption spectrum for each of the two or more laser light sources.
A selection unit for selecting a selection light source from the two or more laser light sources;
An output unit that outputs the temperature value and the concentration value calculated by the calculation unit for the selected light source as a measurement result,
The selection unit, based on the noise component of the absorption spectrum detected by the detection unit for each of the two or more laser light sources, the temperature calculated by the calculation unit for each of the two or more laser light sources. A gas analyzer which calculates a measurement error of at least one of a value and a concentration value, and selects a laser light source having the smallest calculated measurement error as the selected light source.
互いに異なる波長のレーザ光を照射する2つ以上のレーザ光源と、
前記2つ以上のレーザ光源の各々について、当該レーザ光源から照射されたレーザ光の前記分析対象ガスによる吸収スペクトルを検出する検出部と、
前記2つ以上のレーザ光源の中から選択光源を選択する選択部と、
前記選択光源について検出された前記吸収スペクトルに基づいて、前記分析対象ガスの温度値、濃度値および圧力値を算出する演算部と、
前記演算部が算出した温度値、濃度値および圧力値を計測結果として出力する出力部とを備え、
前記選択部は、前記2つ以上のレーザ光源のうち、前記出力部が前回出力した計測結果で示される温度値、濃度値および圧力値で示される環境下での温度値および濃度値の少なくとも一方の計測誤差が最小のレーザ光源を前記選択光源として選択する、ガス分析装置。 A gas analyzer for measuring the temperature and concentration of a gas to be analyzed,
Two or more laser light sources for irradiating laser lights of different wavelengths,
For each of the two or more laser light sources, a detection unit that detects an absorption spectrum of the laser light emitted from the laser light sources by the gas to be analyzed,
A selection unit for selecting a selection light source from the two or more laser light sources;
Based on the absorption spectrum detected for the selected light source, a calculation unit for calculating the temperature value, the concentration value and the pressure value of the gas to be analyzed,
An output unit that outputs the temperature value, the concentration value, and the pressure value calculated by the calculation unit as a measurement result,
At least one of the temperature value and the concentration value under the environment indicated by the temperature value, the concentration value, and the pressure value indicated by the measurement result previously output by the output unit among the two or more laser light sources. The gas analyzer which selects the laser light source with the smallest measurement error as the selected light source.
前記選択部は、前記出力部が前回出力した計測結果で示される温度値、濃度値および圧力値に対応するレーザ光源を前記選択マップから特定し、特定したレーザ光源を前記選択光源として選択する、請求項9に記載のガス分析装置。 A pressure value, a temperature value and a concentration value, and further comprises a storage unit for storing a selection map in which the measurement error is associated with a laser light source having a minimum,
The selection unit specifies the laser light source corresponding to the temperature value, the concentration value and the pressure value indicated by the measurement result output by the output unit last time from the selection map, and selects the specified laser light source as the selection light source, The gas analyzer according to claim 9.
前記分析対象ガスの濃度を計測する濃度センサと、
前記分析対象ガスの圧力を計測する圧力センサとをさらに備え、
前記出力部は、所定の計測間隔で計測結果を順次出力し、
前記出力部は、1回目の計測時には、前記温度センサによって計測された温度値と、前記濃度センサによって計測された濃度値と、前記圧力センサによって計測された圧力値とを計測結果として出力し、
前記出力部は、2回目以降の計測時には、前記演算部が算出した温度値、濃度値および圧力値を計測結果として出力する、請求項10または11に記載のガス分析装置。 A temperature sensor for measuring the temperature of the gas to be analyzed,
A concentration sensor for measuring the concentration of the gas to be analyzed,
Further comprising a pressure sensor for measuring the pressure of the gas to be analyzed,
The output unit sequentially outputs the measurement results at a predetermined measurement interval,
At the time of the first measurement, the output unit outputs a temperature value measured by the temperature sensor, a concentration value measured by the concentration sensor, and a pressure value measured by the pressure sensor as a measurement result,
The gas analyzer according to claim 10 or 11, wherein the output unit outputs the temperature value, the concentration value, and the pressure value calculated by the calculation unit as measurement results during the second and subsequent measurements.
前記選択部は、1回目の計測時に、予め定められたレーザ光源を選択光源として選択する、請求項10または11に記載のガス分析装置。 The output unit sequentially outputs the measurement results at a predetermined measurement interval,
The gas analyzer according to claim 10 or 11, wherein the selection unit selects a predetermined laser light source as a selection light source during the first measurement.
前記出力部は、前記複数のレーザ光源の各々に対して前記演算部が算出した温度値、濃度値および圧力値から補間演算により得られた値を前記計測結果として出力する、請求項11に記載のガス分析装置。 The selection unit specifies, from the selection map, a plurality of laser light sources corresponding to the temperature value, the concentration value, and the pressure value indicated by the measurement result previously output by the output unit, and selects the specified laser light source as the selection light source. Then
The output unit outputs, as the measurement result, a value obtained by an interpolation calculation from the temperature value, the concentration value, and the pressure value calculated by the calculation unit for each of the plurality of laser light sources. Gas analyzer.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115032174A (en) * | 2022-08-09 | 2022-09-09 | 清华大学合肥公共安全研究院 | Gas concentration measuring device with automatic temperature compensation function, method and microprocessor |
-
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- 2018-10-26 JP JP2018201827A patent/JP2020067424A/en active Pending
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CN115032174A (en) * | 2022-08-09 | 2022-09-09 | 清华大学合肥公共安全研究院 | Gas concentration measuring device with automatic temperature compensation function, method and microprocessor |
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