JP2021139868A - Laser type gas analyzer - Google Patents
Laser type gas analyzer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021139868A JP2021139868A JP2020093734A JP2020093734A JP2021139868A JP 2021139868 A JP2021139868 A JP 2021139868A JP 2020093734 A JP2020093734 A JP 2020093734A JP 2020093734 A JP2020093734 A JP 2020093734A JP 2021139868 A JP2021139868 A JP 2021139868A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- modulation frequency
- gas
- laser
- correction unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 174
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 65
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 59
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 47
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 3
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 145
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 49
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 8
- 241000269800 Percidae Species 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 235000012055 fruits and vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
本発明は、測定対象空間内の各種の測定対象ガスの有無、濃度等を分析するレーザ式ガス分析計に関する。 The present invention relates to a laser gas analyzer that analyzes the presence / absence, concentration, etc. of various measurement target gases in the measurement target space.
周波数変調したレーザ光を測定対象空間内に照射し、濃度測定を行うレーザ式ガス分析計が知られている。(例えば、特許文献1参照)。
レーザ式ガス分析計は、高精度にガス濃度を分析できることが好ましい。 It is preferable that the laser gas analyzer can analyze the gas concentration with high accuracy.
本発明の第1の態様においては、レーザ式ガス分析計を提供する。レーザ式ガス分析計は、光源部を備えてよい。光源部は、周波数変調されたレーザ光を出射してよい。レーザ式ガス分析計は、受光素子を備えてよい。受光素子は、測定対象ガスが存在する測定対象空間を介して伝播されたレーザ光を受光してよい。レーザ式ガス分析計は、信号処理回路を備えてよい。信号処理回路は、受光素子の出力信号を処理することによりガス吸収波形を検出し、ガス吸収波形から測定対象ガスの濃度を測定してよい。信号処理回路は、フィルタを有してよい。フィルタは、レーザ光の変調周波数成分を除去してよい。信号処理回路は、補正部を有してよい。補正部は、ガス吸収波形のノイズが小さくなるように、レーザ光の変調周波数またはフィルタの周波数特性を補正してよい。 In the first aspect of the present invention, a laser gas analyzer is provided. The laser gas analyzer may include a light source unit. The light source unit may emit frequency-modulated laser light. The laser gas analyzer may include a light receiving element. The light receiving element may receive the laser beam propagated through the measurement target space in which the measurement target gas exists. The laser gas analyzer may include a signal processing circuit. The signal processing circuit may detect the gas absorption waveform by processing the output signal of the light receiving element, and measure the concentration of the gas to be measured from the gas absorption waveform. The signal processing circuit may have a filter. The filter may remove the modulated frequency component of the laser beam. The signal processing circuit may have a correction unit. The correction unit may correct the modulation frequency of the laser beam or the frequency characteristic of the filter so that the noise of the gas absorption waveform becomes small.
補正部は、レーザ光の変調周波数を変化させることによりガス吸収波形のノイズが変化前の変調周波数である補正前変調周波数より小さくなる特定変調周波数を特定してよい。補正部は、レーザ光の変調周波数を特定変調周波数に補正してよい。 The correction unit may specify a specific modulation frequency in which the noise of the gas absorption waveform becomes smaller than the pre-correction modulation frequency, which is the modulation frequency before the change, by changing the modulation frequency of the laser beam. The correction unit may correct the modulation frequency of the laser beam to a specific modulation frequency.
補正部は、フィルタの除去周波数に近づけるように、レーザ光の変調周波数を補正してよい。 The correction unit may correct the modulation frequency of the laser beam so as to approach the removal frequency of the filter.
補正部は、変調周波数を変化させる範囲である掃引範囲でレーザ光の変調周波数を変化させてよい。補正部は、掃引範囲内でガス吸収波形のノイズが最小となる周波数を特定変調周波数と特定してよい。掃引範囲は、補正前変調周波数を含んでよい。 The correction unit may change the modulation frequency of the laser beam in the sweep range, which is the range in which the modulation frequency is changed. The correction unit may specify the frequency at which the noise of the gas absorption waveform is minimized within the sweep range as the specific modulation frequency. The sweep range may include the pre-correction modulation frequency.
補正部は、掃引範囲の端の周波数が特定変調周波数となる場合、掃引範囲を端の方向にシフトさせてよい。シフトさせる前の掃引範囲の中心は、補正前変調周波数であってよい。 When the frequency at the end of the sweep range becomes the specific modulation frequency, the correction unit may shift the sweep range toward the end. The center of the sweep range before shifting may be the pre-correction modulation frequency.
レーザ式ガス分析計は、ガス温度計測部を備えてよい。ガス温度計測部は、測定対象ガスの温度を計測してよい。補正部は、測定対象ガスの温度に基づいて、掃引範囲を制御してよい。補正部は、測定対象ガスの温度が閾値を超えた場合、掃引範囲を広げてよい。補正部は、測定対象ガスの温度変化に基づいて、掃引範囲をシフトしてよい。補正部は、測定対象ガスの温度変化の方向に基づいて、掃引範囲をシフトする方向を変更してよい。 The laser gas analyzer may include a gas temperature measuring unit. The gas temperature measuring unit may measure the temperature of the gas to be measured. The correction unit may control the sweep range based on the temperature of the gas to be measured. The correction unit may widen the sweep range when the temperature of the gas to be measured exceeds the threshold value. The correction unit may shift the sweep range based on the temperature change of the gas to be measured. The correction unit may change the direction of shifting the sweep range based on the direction of the temperature change of the gas to be measured.
補正部は、レーザ光の変調周波数を補正するごとに、変調周波数成分を検出してよい。補正部は、変調周波数成分に基づいて、変調周波数を補正してよい。補正部は、変調周波数成分の変化に基づいて、変調周波数を補正してよい。 The correction unit may detect the modulation frequency component each time the modulation frequency of the laser beam is corrected. The correction unit may correct the modulation frequency based on the modulation frequency component. The correction unit may correct the modulation frequency based on the change in the modulation frequency component.
補正部は、レーザ光の変調周波数を補正するごとに、変調周波数成分と変調周波数成分の2倍の周波数成分である2倍変調周波数成分を検出してよい。補正部は、変調周波数成分と2倍変調周波数成分の比に基づいて、変調周波数を補正してよい。 Each time the correction unit corrects the modulation frequency of the laser beam, the correction unit may detect the modulation frequency component and the double modulation frequency component which is twice the frequency component of the modulation frequency component. The correction unit may correct the modulation frequency based on the ratio of the modulation frequency component to the double modulation frequency component.
測定対象ガスは、排ガス機器から排出されてよい。信号処理回路は、排ガス機器の動作状況に基づいて、掃引範囲を制御してよい。 The gas to be measured may be discharged from the exhaust gas device. The signal processing circuit may control the sweep range based on the operating condition of the exhaust gas device.
補正部は、フィルタの中心周波数またはカットオフ周波数である除去周波数を変化させることにより、ガス吸収波形のノイズが、除去周波数を変化させる前のノイズより小さくなる特定除去周波数を特定してよい。補正部は、フィルタの除去周波数を特定除去周波数に補正してよい。 The correction unit may specify a specific removal frequency at which the noise of the gas absorption waveform becomes smaller than the noise before the removal frequency is changed by changing the removal frequency which is the center frequency or the cutoff frequency of the filter. The correction unit may correct the removal frequency of the filter to a specific removal frequency.
補正部は、補正前のフィルタの除去周波数を含む変化範囲で、フィルタの除去周波数を変化させることにより、特定除去周波数を特定してよい。補正部は、補正前のフィルタの除去周波数を中心とする変化範囲で、フィルタの除去周波数を変化させることにより、特定除去周波数を特定してよい。補正部は、特定除去周波数が変化範囲の端の周波数となる場合、変化範囲を拡張してよい。 The correction unit may specify the specific removal frequency by changing the removal frequency of the filter in the change range including the removal frequency of the filter before correction. The correction unit may specify the specific removal frequency by changing the removal frequency of the filter in the change range centered on the removal frequency of the filter before correction. The correction unit may extend the change range when the specific removal frequency becomes the frequency at the end of the change range.
補正部は、ガス吸収波形のノイズとして、残留ノイズの量を算出する性能算出部を有してよい。残留ノイズは、ガス吸収波形以外の周波数成分であってよい。残留ノイズは、変調周波数成分であってよい。 The correction unit may have a performance calculation unit that calculates the amount of residual noise as noise of the gas absorption waveform. The residual noise may be a frequency component other than the gas absorption waveform. The residual noise may be a modulation frequency component.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The outline of the above invention does not list all the necessary features of the present invention. Sub-combinations of these feature groups can also be inventions.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the inventions that fall within the scope of the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.
図1は、本発明の一つの実施形態に係るレーザ式ガス分析計100の構成の一例を示す。本例のレーザ式ガス分析計100は、発光部10、受光部20、信号処理回路21および通信線40を備える。発光部10は、測定対象空間2にレーザ光30を照射する。受光部20は、測定対象ガス1が存在する測定対象空間2を介して伝搬されたレーザ光30を受光する。本例の受光部20は、測定対象空間2を透過したレーザ光30を受光しているが、他の例の受光部20は、測定対象空間2において散乱または反射されたレーザ光30を受光してもよい。信号処理回路21は、受光部20における受光結果に基づいて、測定対象空間2における測定対象ガス1を分析してよい。つまり、信号処理回路21は、受光部20における受光結果に基づいて、測定対象空間2における測定対象ガス1の濃度を測定してよい。通信線40は発光部10と受光部20との間で電気信号により通信する。また、通信線40に代えて無線や光通信のような通信部を採用してもよい。
FIG. 1 shows an example of the configuration of the laser gas analyzer 100 according to one embodiment of the present invention. The laser gas analyzer 100 of this example includes a
測定対象ガス1は、排ガス機器から排出された排ガスに含まれてよい。つまり、測定対象ガス1は、排ガス機器から排出されてよい。測定対象ガス1は、例えば、NH3、HCl、O2、CO、CO2、CH4である。
The
本例のレーザ式ガス分析計100では、発光部10が、レーザ光30を出射する。レーザ光30は、配管壁50aと配管壁50bとの内部の測定対象空間2に投光される。レーザ光30の光量の一部は、測定対象ガス1によって吸収される。吸収されなかった残りの光、つまり透過光が、受光部20に入射し、透過光の光量が検出される。信号処理回路21は、検出された透過光の光量に基づいて、測定対象ガス1の濃度を算出する。つまり、レーザ式ガス分析計100は、波長変調分光法によって、測定対象空間2に存在する測定対象ガス1の濃度を測定してよい。
In the laser gas analyzer 100 of this example, the
本例の測定対象空間2は、測定対象ガス1が内部を通過する管状の煙道である。図1においては、管状の煙道の断面における配管壁50aおよび配管壁50bを示している。配管壁50aは発光部10側の壁であり、配管壁50bは受光部20側の壁である。本例のレーザ式ガス分析計100は、配管壁50aと配管壁50bとの間を流通するガスに含まれる測定対象ガス1の濃度を測定する。また、本例のレーザ式ガス分析計100は、フランジ51aおよびフランジ51bを備えている。フランジ51aは配管壁50aに溶接等によって固定され、フランジ51bは配管壁50bに溶接等によって固定されている。
The
本例のレーザ式ガス分析計100は、光軸調整フランジ52aおよび光軸調整フランジ52bを備えている。光軸調整フランジ52a、52bは、フランジ51a、51bに対して機械的に移動可能に取り付けられる。光軸調整フランジ52aは、フランジ51aに発光部10を固定する。光軸調整フランジ52bは、フランジ51bに受光部20を固定する。発光部10、受光部20は、光軸調整フランジ52a、52bにより位置調整することができる。光軸調整フランジ52aは、レーザ光30の出射角を調整し、また、光軸調整フランジ52bは、レーザ光30の入射角を調整する。光軸調整フランジ52a、52bにより、発光部10から出射されるレーザ光30が受光部20において最大の光量で受光される。
The laser gas analyzer 100 of this example includes an optical
本例の発光部10は、光源部11、コリメートレンズ12、および発光部容器13を有する。発光部容器13は、光源部11およびコリメートレンズ12を収容する。本例の発光部容器13は、有底円筒状である。発光部容器13は、光軸調整フランジ52aに取り付けられている。発光部容器13は、内部に発光素子、光学部品および、電気電子回路を内蔵し、それらを外気から隔絶して風雨、塵埃、および、汚れ等から保護する。
The
光源部11は、レーザ光30を出射する。光源部11は、出射光の波長が制御可能なレーザ素子を有する。レーザ光30は、周波数変調されている。光源部11から出射したレーザ光30は、コリメートレンズ12を含む光学系によって平行光にコリメートされる。コリメートされた光は、フランジ51aの中心を通り、配管壁50aおよび配管壁50bの間の煙道内部へ入射される。煙道内部に入射したレーザ光30は、煙道内部にある測定対象ガス1を透過する際に、測定対象ガス1の吸収波長に応じた波長成分の一部が吸収される。
The
光源部11から出射したレーザ光30は、コリメートレンズ12を含む光学系によって平行光にコリメートされる。コリメートされた光は、フランジ51aの中心を通り、配管壁50aおよび配管壁50bの間の煙道内部へ入射される。光源部11から出射したレーザ光30は、発光中心波長が測定対象ガス1の吸収線スペクトルの中心波長になるように制御される。測定対象ガス1の吸収線スペクトルの中心波長を波長λ1とする。したがって、煙道内部に入射したレーザ光30は、煙道内部にある測定対象ガス1を透過する際に、測定対象ガス1の吸収波長に応じた波長成分の一部が吸収される。
The
コリメートレンズ12は波長λ1およびその周辺の波長において透過率が高い材料で構成する。コリメートレンズ12により、レーザ光30は略平行光に変換され、拡散による損失を抑えながら受光部20まで伝送される。
The collimating
本例の受光部20は、信号処理回路21、受光素子22、集光レンズ23、受光部容器24を有する。受光部容器24は、信号処理回路21、受光素子22および集光レンズ23を収容する。本例の受光部容器24は、有底円筒状である。受光部容器24は、光軸調整フランジ52bに取り付けられている。発光部容器13は、内部に発光素子、光学部品および、電気電子回路を内蔵し、それらを外気から隔絶して、風雨、塵埃および汚れ等から保護する。
The
集光レンズ23は、煙道内部を通過したレーザ光30を集光する。集光レンズ23は、コリメートレンズ12と同様に波長λ1およびその周辺の波長において、透過率が高い材料で構成する。集光レンズ23により、レーザ光30は受光素子22に集光されるため、高い信号強度を得ることができる。
The
集光レンズ23により集光されたレーザ光30は、受光素子22により受光される。受光素子22は、フォトダイオード等によって構成されており、光源部11から出射されたレーザ光30に感度を持つものが使用される。受光素子22は、光源部11の波長掃引可能範囲の全体に対して感度を有することが好ましい。受光素子22は、受光した光を電気信号に変換し、信号処理回路21に入力する。受光素子22には、波長λ1およびその周辺の波長において、感度を有する受光素子を選択することができる。受光素子22は、測定対象空間2を通過したレーザ光30を検出してよい。
The
図2は、光源部11と、信号処理回路21の構成の一例を示す。光源部11は、レーザ駆動信号発生部111、電流制御部114、温度制御部115、レーザ素子116、サーミスタ117およびペルチェ素子118を備える。図5においては、演算部215および周波数制御部218以外の信号処理回路21の構成を省略している。
FIG. 2 shows an example of the configuration of the
光源部11は、掃引信号発生部112と、変調信号発生部113とを有するレーザ駆動信号発生部111を備えている。掃引信号発生部112は、レーザ素子116の発光波長を変化させる波長掃引駆動信号を出力する。掃引信号発生部112は、測定対象ガス1の吸収波長を含む波長範囲内で、レーザ素子116の発光波長を掃引させる。変調信号発生部113は、レーザ素子116の発光波長を周波数変調するための、正弦波の高周波変調信号を出力する。レーザ駆動信号発生部111は、波長掃引駆動信号に高周波変調信号を重畳して出力する。変調信号発生部113の高周波変調信号を1f信号とする。
The
電流制御部114は、レーザ駆動信号発生部111が出力するレーザ駆動信号に応じた電流を、レーザ素子116に供給する。これにより、レーザ素子116は、レーザ駆動信号に応じた波長および強度のレーザ光30を出射する。
The
レーザ素子116は、測定対象空間2にレーザ光30を照射する。測定対象空間2にレーザ光を照射する例えば半導体レーザである。レーザ素子116は、供給される電流やレーザ素子116の温度によって、発光波長が変化する性質を有する。つまり、レーザ素子116は、レーザ駆動信号(駆動電流)と温度により、レーザ光30の波長を制御可能である。レーザ素子116は、例えば、DFBレーザダイオード(Distributed Feedback Laser Diode)、もしくはVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)、もしくはDBRレーザダイオード(Distributed Bragg Reflector Laser Diode)である。
The
サーミスタ117は、レーザ素子116の温度を検出する温度センサである。サーミスタ117は、レーザ素子116に近接して配置されてよい。ペルチェ素子118は、レーザ素子116の温度を制御する温度制御素子である。サーミスタ117は、ペルチェ素子118とレーザ素子116の間に配置されてよい。サーミスタ117およびペルチェ素子118は、温度制御部115に接続してよい。
The
温度制御部115は、レーザ素子116の温度を制御する。温度制御部115は、ペルチェ素子118をPID制御することにより、レーザ素子116の温度を制御してよい。温度制御部115は、サーミスタ117の抵抗値に基づいて、ペルチェ素子118をPID制御することにより、レーザ素子116の温度を制御してよい。温度制御部115は、サーミスタ117の抵抗値が一定になるように、ペルチェ素子118をPID制御することにより、レーザ素子116の温度を制御してよい。レーザ素子116の温度を制御することにより、レーザ素子116の発光波長を安定化することができる。
The
掃引信号発生部112は、信号処理回路21の演算部215にトリガ信号を出力してよい。これにより信号処理回路21は、レーザ素子116が出力するレーザ光30の波長と、受光素子22が出力する信号とを対応付けて処理することができる。
The sweep
周波数制御部218は、変調信号発生部113と接続し、レーザ光30の変調周波数を制御する。周波数制御部218は、信号処理回路21の信号処理に基づいて、レーザ光30の変調周波数を制御してよい。
The
図3は、信号処理回路21の構成の一例を示す。信号処理回路21は、受光素子22の出力信号を処理し、レーザ光30の掃引範囲に存在するガス吸収波形から、測定対象ガス1の濃度を測定する。信号処理回路21は、受光素子22の出力信号を処理することによりガス吸収波形を検出し、ガス吸収波形から測定対象ガス1の濃度を測定してよい。
FIG. 3 shows an example of the configuration of the
本例の信号処理回路21は、I/V変換器211、発振器212、同期検波回路213、フィルタ214、演算部215および補正部216を有する。また、補正部216は、性能算出部217および周波数制御部218を有する。受光素子22の出力電流はI/V変換器211により電圧に変換される。I/V変換器211の出力信号は、同期検波回路213に入力される。
The
本例のレーザ式ガス分析計100は、受光素子22が出力する電圧信号の2f信号成分を、ガス吸収波形として処理している。2f信号は、図2に示した変調信号発生部113の高周波変調信号の2倍の周波数の信号である。したがって、同期検波回路213には、発振器212からの2f信号も入力される。同期検波回路213に、2f信号が入力されることにより、高周波変調信号の2倍の周波数の成分である2倍変調周波数成分の利得を大きくすることができる。したがって、同期検波回路213は、I/V変換器211の出力信号における、高周波変調信号の2倍周波数成分の振幅のみを抽出する。
The laser gas analyzer 100 of this example processes the 2f signal component of the voltage signal output by the
フィルタ214は、同期検波回路213の出力信号のノイズを除去する。フィルタ214は、周波数特性をデジタル制御可能であってよい。フィルタ214は、ノッチフィルタであってよい。フィルタ214は、アナログフィルタであってよい。フィルタ214は、一例としてプログラマブルフィルタやデジタルポテンショメータ等のICにより構成される。フィルタ214は、デジタルフィルタであってよい。フィルタ214は、一例としてDSP等により構成される。
The
本例では、受光素子22が出力する電圧信号の2f信号成分を、ガス吸収波形として処理しているため、フィルタ214は、1f信号をノイズとして除去してよい。換言すれば、フィルタ214は、1f信号を除去するように設定されてよい。フィルタ214の除去周波数は、1f信号に設定されてよい。フィルタ214の除去周波数とは、フィルタ214が除去できる範囲の中心の周波数(以下、中心周波数)であってよい。また、フィルタ214の除去周波数とは、フィルタ214のカットオフ周波数であってもよい。フィルタ214の出力信号は、演算部215に送信され、測定対象ガス1のガス濃度が測定される。フィルタ214は、レーザ光30の変調周波数成分を除去してよい。
In this example, since the 2f signal component of the voltage signal output by the
変調信号発生部113には、個々のIC毎の個体差や温度特性が存在する。したがって、変調信号発生部113が出力する高周波変調信号は、出力信号周波数の理想値との誤差が生じる場合がある。
The modulation
図4は、誤差が生じた場合の出力信号周波数とフィルタ214の除去周波数の関係を示す。横軸は周波数であり、縦軸は出力信号周波数をフィルタ214に通した時の周波数成分のゲインである。誤差が生じた場合、出力信号周波数とフィルタ214の除去周波数に差が生じる。出力信号周波数とフィルタ214の除去周波数の差がない場合は、フィルタ214からの周波数成分のゲインを小さくできる。一方で、出力信号周波数とフィルタ214の除去周波数の差がある場合は、フィルタ214からの周波数成分のゲインは大きくなる。このため、フィルタ214のノイズ(本例においては1f信号)の除去性能が悪化してしまう。出力信号周波数の理想値との誤差が生じるのを防ぐため、変調信号発生部113の温度を制御することも考えられるが、温度特性以外の要因により制御が不十分になる可能性がある。
FIG. 4 shows the relationship between the output signal frequency and the removal frequency of the
補正部216は、変調信号発生部113が出力する高周波変調信号を補正する。補正部216は、性能算出部217および周波数制御部218を有する。性能算出部217は、フィルタ214の信号から吸収波形の検出性能を算出する。周波数制御部218は、性能算出部217で算出した検出性能に基づいて、変調信号発生部113が出力する高周波変調信号の制御値を算出する。周波数制御部218は、制御値を変調信号発生部113に送信する。本例では、周波数制御部218は、信号処理回路21内にあるが、光源部11内にあってもよい。周波数制御部218は、変調信号発生部113内にあってもよい。
The
変調信号発生部113が出力する高周波変調信号を補正する補正部216を有するため、出力信号周波数とフィルタ214の除去周波数に差が生じることを防ぐことができる。したがって、新しくフィルタを設定せずフィルタの除去性能を維持することができる。補正部216は、フィルタ214の除去周波数に近づけるように、レーザ光30の変調周波数を補正してよい。
Since the
測定対象ガス1の濃度測定方法ついて説明する。まず、事前にレーザ素子116の温度をサーミスタ117により検出する。さらに、波長掃引範囲の中心部分で測定対象ガス1を測定できるように、温度制御部115によりペルチェ素子118の通電を制御してレーザ素子116の温度を調整する。その後にレーザ素子116を駆動し、測定対象ガス1が存在する配管壁50aおよび配管壁50bの間の測定対象空間2にレーザ光30を出射する。受光部20において、集光した光を受光素子22へ入射させる。
The method for measuring the concentration of the
測定対象ガス1によるレーザ光30の吸収がない場合は、同期検波回路213によって2f信号が検出されないため、同期検波回路213の出力信号の波形はほぼ直線となる。一方、測定対象ガス1によるレーザ光30の吸収がある場合は、同期検波回路213によって2f信号が検出される。2f信号で示されるガス吸収波形の最大値または最小値が測定対象ガス1の濃度に相当する。したがって、演算部215は、ガス吸収波形の最大値または最小値を測定して、測定対象ガス1のガス濃度を測定してよい。また、ガス吸収波形の一部または全部を積分して、その積分値から測定対象ガス1のガス濃度を算出してもよい。
When the
さらに、掃引信号発生部112から出力されるトリガ信号と同期検波回路213の出力信号との間には一定の時間的な相関関係がある。つまり、トリガ信号のタイミングに対してガス吸収波形やその最大値、最小値が発生するタイミングはあらかじめほぼ正確に検出可能であり、トリガ信号を基準として測定することで高精度な測定が可能である。
Further, there is a certain temporal correlation between the trigger signal output from the sweep
次に、補正部216の補正動作について説明する。補正部216は、レーザ光30の変調周波数を制御し、フィルタ214のノイズ除去性能が向上するように補正することで、吸収波形の検出性能を高め、濃度分析をより高精度にする。つまり、補正部216は、ガス吸収波形のノイズが小さくなるように、レーザ光30の変調周波数を補正する。補正部216は、所定のタイミングで補正動作を実施してよい。補正部216は、一定時間経過ごとのタイミングで補正動作を実施してよい。補正部216は、吸収波形の検出性能が、予め定められた閾値以下となったタイミングで補正動作を実施してよい。補正部216は、吸収波形の検出性能の変化量または変化率が、予め定められた閾値以上となったタイミングで補正動作を実施してよい。
Next, the correction operation of the
補正を実施するために、性能算出部217で吸収波形の検出性能を算出する。本例において、検出性能は、吸収波形以外の周波数成分をノイズ成分とした場合の、残留ノイズの小ささであり、単にノイズの小ささと表現される場合もある。検出性能は、吸収波形以外の周波数成分をノイズ成分とした場合の、残留ノイズ成分の小ささであってよい。検出性能は、ノイズの小ささであってよい。検出性能は、2f信号成分以外の周波数成分の小ささであってよい。検出性能は、1f信号成分の周波数成分(変調周波数成分)の小ささであってよい。検出性能は、ガス吸収波形以外の周波数成分の小ささであってよい。つまり、補正部216は、レーザ光30の変調周波数を補正するごとに、変調周波数成分を検出し、変調周波数成分に基づいて、変調周波数を補正してよい。補正部216は、変調周波数成分の変化に基づいて、変調周波数を補正してよい。また、検出性能とは、吸収波形を信号成分、それ以外の周波数成分をノイズ成分とした信号対雑音比であってもよい。つまり、補正部216は、レーザ光30の変調周波数を補正するごとに、変調周波数成分と変調周波数成分の2倍の周波数成分である2倍変調周波数成分を検出し、変調周波数成分と2倍変調周波数成分の比に基づいて、変調周波数を補正してよい。検出性能は、吸収波形以外の周波数成分をノイズ成分とした場合の、ノイズ除去量または除去率であってもよい。また、検出性能は、性能算出部217において、FFT等の周波数分析によって算出することが可能である。
In order to carry out the correction, the
補正動作を行うタイミングで、補正前の変調周波数である補正前変調周波数を含む範囲で変調周波数を変化させるように周波数制御部218から制御値を送信し、変調信号発生部113で発生させる変調信号の周波数を変化させる。掃引範囲は、補正前変調周波数を含んでよい。掃引範囲があまり変化していない場合があり、補正前変調周波数の周辺で掃引始めるのが好ましい。補正部216は、変調周波数を変化させる範囲である掃引範囲でレーザ光30の変調周波数を変化させる。
A modulation signal is transmitted from the
図5は、変調周波数の掃引範囲60を示す図である。横軸は時間で、縦軸は変調周波数である。図5では、周波数f1から周波数f3までの範囲である掃引範囲60で、変調周波数を変化させている。
FIG. 5 is a diagram showing a
図5に示す通り、変調周波数の変化は、単調増加であってよい。変調周波数の変化は、単調減少であってよい。また、変調周波数の変化は、繰り返し行ってもよい。例えば、周波数f1から周波数f3まで変化したら、再び周波数f1に戻し、周波数f3まで変化させてよい。繰り返し変調周波数を変化させることで、精度良く検出性能を算出することができる。 As shown in FIG. 5, the change in modulation frequency may be a monotonous increase. The change in modulation frequency may be a monotonous decrease. Moreover, the change of the modulation frequency may be repeated. For example, when the frequency f1 is changed to the frequency f3, the frequency may be returned to the frequency f1 and the frequency may be changed to the frequency f3. By changing the iterative modulation frequency, the detection performance can be calculated accurately.
また、掃引範囲60の中心である周波数f2は、補正前変調周波数であってよい。換言すれば、周波数f1と周波数f3の中心である周波数f2は、補正前変調周波数であってよい。補正前変調周波数を中心にして掃引することにより、補正前変調周波数を中心にした検出性能のグラフを得ることができる。周波数f2は、例えば、10kHzである。周波数f1、f3は、周波数誤差により、決定してよい。周波数誤差は、例えば、動作環境の温度範囲や変調信号発生部113を構成するICの温度特性等から生じ得る。周波数f1、f3は、概算した周波数誤差とf2が確実に含まれるように決定してよい。周波数f1は、例えば、5kHzである。周波数f3は、例えば、15kHzである。また、補正処理を高速化するために、可能な限り周波数f1からf3の範囲を小さくすることが好ましい。
Further, the frequency f2, which is the center of the
図6は、高周波変調信号の補正の例を示す図である。横軸は変調周波数で、縦軸は残留ノイズ量である。残留ノイズ量は、検出性能を示す量であり、性能算出部217において算出することができる。性能算出部217は、ガス吸収波形のノイズとして、残留ノイズ量を算出してよい。残留ノイズ量は、残留ノイズの量と表現する場合もある。変調周波数は、掃引範囲60の範囲で示している。
FIG. 6 is a diagram showing an example of correction of a high frequency modulated signal. The horizontal axis is the modulation frequency, and the vertical axis is the amount of residual noise. The residual noise amount is an amount indicating the detection performance and can be calculated by the
図6において、残留ノイズ量が最小値になる変調周波数を特定変調周波数f4とする。特定変調周波数f4は、残留ノイズ量が極小値をとる周波数であってもよい。補正部216は、変調周波数を特定変調周波数f4に補正し、補正動作を終了する。補正部216は、掃引範囲60内でガス吸収波形のノイズが最小となる周波数を特定変調周波数と特定してよい。変調周波数を補正することにより、レーザ光30の変調周波数成分の周波数が理想値と異なる場合においても、高精度な分析が可能である。まとめると、補正部216は、レーザ光30の変調周波数を変化させることによりガス吸収波形のノイズが変化前の変調周波数である補正前変調周波数より小さくなる特定変調周波数を特定し、レーザ光30の変調周波数を特定変調周波数に補正してよい。
In FIG. 6, the modulation frequency at which the residual noise amount becomes the minimum value is defined as the specific modulation frequency f4. The specific modulation frequency f4 may be a frequency at which the residual noise amount takes a minimum value. The
図7は、高周波変調信号の補正の他の例を示す図である。図6と同様に、横軸は変調周波数で、縦軸は残留ノイズ量である。 FIG. 7 is a diagram showing another example of correction of a high frequency modulated signal. Similar to FIG. 6, the horizontal axis represents the modulation frequency and the vertical axis represents the residual noise amount.
図7において、残留ノイズ量が最小値になるのは、周波数f1である。つまり、周波数f1が特定変調周波数となる。この場合において、周波数f1より低い範囲において、残留ノイズ量はさらに小さな値を取る可能性がある。したがって、補正動作を続行し、掃引範囲60を特定変調周波数の方向にシフトさせる。ここでシフトとは、掃引範囲60の幅を変えないで、掃引範囲60を変更することである。つまり、掃引範囲60を周波数f1の方向にシフトさせてよい。補正部216は、掃引範囲60の端の周波数が特定変調周波数となる場合、掃引範囲60を端の方向にシフトさせてよい。掃引範囲60の端とは、図7において、周波数f1と周波数f3である。掃引範囲60の間で残留ノイズ量が最小値になるまで、補正動作を繰り返してもよい。なお、周波数f1が特定変調周波数として、補正動作を終了してもよい。
In FIG. 7, the amount of residual noise becomes the minimum value at the frequency f1. That is, the frequency f1 becomes the specific modulation frequency. In this case, the residual noise amount may take a smaller value in the range lower than the frequency f1. Therefore, the correction operation is continued, and the
図8は、補正部216の補正処理のブロック図の一例を示す図である。補正開始後、変調周波数を掃引範囲60で掃引する(ステップS101)。次に、残留ノイズ量を算出し、図6、図7で示した変調周波数と残留ノイズ量の関係を取得する(ステップS102)。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a block diagram of the correction process of the
取得した変調周波数と残留ノイズ量の関係から、特定変調周波数を取得する(ステップS103)。特定変調周波数は、残留ノイズ量が極小値をとる周波数であってよい。極小値が存在しない場合は、残留ノイズ量が最小値をとる周波数であってよい。そして、特定変調周波数が掃引範囲60の間に位置するかを確認する(ステップS104)。掃引範囲60の間に位置するとは、特定変調周波数が掃引範囲60の端に位置していないという意味である。
A specific modulation frequency is acquired from the relationship between the acquired modulation frequency and the amount of residual noise (step S103). The specific modulation frequency may be a frequency at which the residual noise amount takes a minimum value. When the minimum value does not exist, the frequency may be the frequency at which the residual noise amount takes the minimum value. Then, it is confirmed whether the specific modulation frequency is located within the sweep range 60 (step S104). Being located between the sweep ranges 60 means that the specific modulation frequency is not located at the end of the
特定変調周波数が掃引範囲60の間に位置しない場合(例えば、図7)、掃引範囲60を特定変調周波数の方向にシフトする(ステップS105)。掃引範囲60をシフトした後、再び変調周波数をシフトした掃引範囲60で掃引し、特定変調周波数を取得する。ステップS104において、特定変調周波数が掃引範囲60の間に入るまで、掃引範囲60をシフトして特定変調周波数を更新する。
If the specific modulation frequency is not located within the sweep range 60 (eg, FIG. 7), the
特定変調周波数が掃引範囲60の間に位置する場合(例えば、図6)、変調周波数を特定変調周波数に補正する(ステップS106)。補正後、補正処理を終了する。特定変調周波数が掃引範囲60の間に入るまで、掃引範囲60をシフトして特定変調周波数を更新するため、残留ノイズ量が最小になる特定変調周波数を取得することが可能である。
When the specific modulation frequency is located within the sweep range 60 (for example, FIG. 6), the modulation frequency is corrected to the specific modulation frequency (step S106). After the correction, the correction process ends. Since the
図9は、本発明の他の実施形態に係るレーザ式ガス分析計200の構成の一例を示す。図9のレーザ式ガス分析計200は、信号処理回路221およびガス温度計測部70を備える点と通信線40がガス温度計測部70まで延長されている点で、図1のレーザ式ガス分析計100と異なる。レーザ式ガス分析計200のそれ以外の構成は、図1のレーザ式ガス分析計100と同一であってよい。信号処理回路221の構成は、信号処理回路21と異なってよい。
FIG. 9 shows an example of the configuration of the
ガス温度計測部70は、測定対象ガス1の温度を計測する。したがって、測定対象空間2内に位置する。測定対象空間2内部において、ガス温度計測部70は、レーザ光30にできるだけ近く、かつレーザ光30に干渉しない位置に設けられることが好ましい。ガス温度計測部70は、配管壁50bに設けられてよい。また、ガス温度計測部70は、配管壁50aに設けられてよい。ガス温度計測部70は、例えば、熱電対である。レーザ式ガス分析計200は、ガス温度計測部70を備えることにより、測定対象空間2内の測定対象ガス1の温度を計測することが可能である。ガス温度計測部70の計測結果は、通信線40を介して、信号処理回路221に送られる。
The gas
図10は、本発明の他の実施形態に係る信号処理回路221の構成の一例を示す。図10の信号処理回路221は、ガス温度計測部70と性能算出部217が接続されている点で、図3の信号処理回路21と異なる。信号処理回路221のそれ以外の構成は、図3の信号処理回路21と同一であってよい。
FIG. 10 shows an example of the configuration of the
変調周波数と残留ノイズ量の関係は、温度が変化すると変化する。つまり、測定対象ガス1の温度によっても、フィルタ214の除去周波数とずれが生じる。したがって、温度一定下の条件で特定変調周波数を取得した場合でも、温度が変化すると再度、特定変調周波数を取得して補正する必要がある。この場合、図8のブロック図に沿って変調周波数を補正した場合、補正に時間がかかり(例えば、掃引範囲60のシフトを何度も実行する)、補正したタイミングで温度が変化してしまい、リアルタイムに計測できないことがあり得る。
The relationship between the modulation frequency and the amount of residual noise changes as the temperature changes. That is, the temperature of the
補正部216は、測定対象ガス1の温度に基づいて、掃引範囲60を制御してよい。つまり、測定対象ガス1の温度が変化すると変調周波数と残留ノイズ量の関係がどれだけ変化するかをあらかじめ取得しておき、あらかじめ取得した変化率に基づいて掃引範囲60を制御してよい。制御例として、補正部216は、測定対象ガス1の温度変化に基づいて、掃引範囲60をシフトしてよい。また、制御例として、補正部216は、測定対象ガス1の温度変化の方向に基づいて、掃引範囲60をシフトする方向を変更してよい。温度が変化した場合、温度に基づいて掃引範囲60を制御するため、掃引範囲60のシフトを何度も実行する必要がなくリアルタイムの計測が可能である。
The
測定対象ガス1の温度が高い場合、フィルタ214の除去周波数とずれが大きくなる。したがって、補正部216は、測定対象ガス1の温度が閾値を超えた場合、掃引範囲60を広げてもよい。掃引範囲60を広げる大きさは、あらかじめ取得しておいてよい。測定対象ガス1の温度の閾値とは、例えば100℃である。測定対象ガス1の温度が閾値を超えた場合、掃引範囲60を広げることにより、迅速な特定変調周波数の特定が可能である。
When the temperature of the
また、測定対象ガス1の温度は、測定対象ガス1を排出する排ガス機器の動作状況によって変化する。したがって、排ガス機器の動作状況に基づいて、掃引範囲60を制御してよい。例えば、排ガス機器動作状況が長く続いている場合排ガス機器の温度が高くなり、測定対象ガス1の温度が高くなるため、掃引範囲60を広げてもよい。
Further, the temperature of the
図11は、本発明の他の実施形態に係るレーザ式ガス分析計300の構成の一例を示す。図11のレーザ式ガス分析計300は、光源部11および信号処理回路21の代わりに、光源部311および信号処理回路321を備える点で図1のレーザ式ガス分析計100と異なる。レーザ式ガス分析計300のそれ以外の構成は、図1のレーザ式ガス分析計100と同一であってよい。光源部311の構成は、光源部11と異なってよい。信号処理回路321の構成は、信号処理回路21と異なってよい。
FIG. 11 shows an example of the configuration of the
図12は、本発明の他の実施形態に係る光源部311と、信号処理回路321の構成の一例を示す。図12の信号処理回路321は、周波数制御部を有さない点で、図2の信号処理回路21と異なる。信号処理回路321のそれ以外の構成は、図2の信号処理回路21と同一であってよい。なお、図12においては、演算部215以外の信号処理回路321の構成を省略している。図12の光源部311は、変調信号発生部113が周波数制御部と接続されていない点で、図2の光源部11と異なる。図12の光源部311のそれ以外の構成は、図2の光源部11と同一であってよい。
FIG. 12 shows an example of the configuration of the
図13は、本発明の他の実施形態に係る信号処理回路321の構成の一例を示す。図13の信号処理回路321は、補正部216の代わりに補正部316を有する点で、図3の信号処理回路21と異なる。信号処理回路321のそれ以外の構成は、図3の信号処理回路21と同一であってよい。また、補正部316は、周波数制御部218の代わりにフィルタ制御部318を有する点で、図3の補正部216と異なる。補正部316のそれ以外の構成は、図3の補正部216と同一であってよい。
FIG. 13 shows an example of the configuration of the
補正部316は、ガス吸収波形のノイズが小さくなるように、フィルタの周波数特性を補正する。つまり、補正部216は、変調周波数を補正して吸収波形の検出性能を高めていたのに対し、補正部316は、フィルタ214の周波数特性を補正し検出性能を高める。フィルタ214の周波数特性を補正する補正部316を有するため、出力信号周波数とフィルタ214の除去周波数に差が生じることを防ぐことができる。したがって、変調周波数を変化せずフィルタの除去性能を維持することができる。
The
図13の補正部316の補正動作について説明する。補正部316は、フィルタ214の周波数特性を制御し、フィルタ214のノイズ除去性能が向上するように補正することで、吸収波形の検出性能を高め、濃度分析をより高精度にする。補正部316は、所定のタイミングで補正動作を実施してよい。補正部316は、一定時間経過ごとのタイミングで補正動作を実施してよい。補正部316は、吸収波形の検出性能が、予め定められた閾値以下となったタイミングで補正動作を実施してよい。補正部316は、吸収波形の検出性能の変化量または変化率が、予め定められた閾値以上となったタイミングで補正動作を実施してよい。
The correction operation of the
補正を実施するために、性能算出部217で吸収波形の検出性能を算出する。本例における検出性能は、補正部216と同様に吸収波形以外の周波数成分をノイズ成分とした場合の、残留ノイズの小ささであり、単にノイズの小ささと表現される場合もある。検出性能は、吸収波形以外の周波数成分をノイズ成分とした場合の、残留ノイズ成分の小ささであってよい。検出性能は、ノイズの小ささであってよい。検出性能は、2f信号成分以外の周波数成分の小ささであってよい。検出性能は、1f信号成分の周波数成分(変調周波数成分)の小ささであってよい。検出性能は、ガス吸収波形以外の周波数成分の小ささであってよい。つまり、補正部316は、フィルタ214の周波数特性を補正するごとに、変調周波数成分を検出し、変調周波数成分に基づいて、フィルタ214の周波数特性を補正してよい。補正部316は、変調周波数成分の変化に基づいて、フィルタ214の周波数特性を補正してよい。また、検出性能とは、吸収波形を信号成分、それ以外の周波数成分をノイズ成分とした信号対雑音比であってもよい。つまり、補正部316は、フィルタ214の周波数特性を補正するごとに、変調周波数成分と変調周波数成分の2倍の周波数成分である2倍変調周波数成分を検出し、変調周波数成分と2倍変調周波数成分の比に基づいて、フィルタ214の周波数特性を補正してよい。検出性能は、吸収波形以外の周波数成分をノイズ成分とした場合の、ノイズ除去量または除去率であってもよい。また、検出性能は、性能算出部217において、FFT等の周波数分析によって算出することが可能である。
In order to carry out the correction, the
フィルタ制御部318は、フィルタ214と接続し、フィルタ214の周波数特性を制御する。フィルタ制御部318は、信号処理回路321の信号処理に基づいて、フィルタ214の周波数特性を制御してよい。フィルタ214の周波数特性を制御するとは、フィルタ214の除去周波数を制御することであってよい。つまり、フィルタ制御部318は、フィルタ214の中心周波数を制御してよい。また、フィルタ制御部318は、フィルタ214のカットオフ周波数を制御してよい。
The
補正動作を行うタイミングで、補正前の除去周波数を含む範囲で除去周波数を変化させるようにフィルタ制御部318から制御値を送信し、フィルタ214の除去周波数を変化させる。フィルタ214を変化させる範囲である変化範囲は、補正前の除去周波数を含んでよい。変化範囲があまり変化していない場合があり、補正前の除去周波数の周辺で変化を始めるのが好ましい。補正部316は、フィルタ214を変化させる範囲である変化範囲でフィルタ214の除去周波数を変化させる。
At the timing of performing the correction operation, a control value is transmitted from the
図14は、除去周波数の変化範囲360を示す図である。横軸は時間で、縦軸は除去周波数である。図14では、周波数cf1から周波数cf3までの範囲である変化範囲360で、除去周波数を変化させている。
FIG. 14 is a diagram showing a
図14に示す通り、除去周波数の変化は、単調増加であってよい。除去周波数の変化は、単調減少であってよい。また、除去周波数の変化は、繰り返し行ってもよい。例えば、周波数cf1から周波数cf3まで変化したら、再び周波数cf1に戻し、周波数cf3まで変化させてよい。繰り返し除去周波数を変化させることで、精度良く検出性能を算出することができる。 As shown in FIG. 14, the change in the removal frequency may be a monotonous increase. The change in removal frequency may be a monotonous decrease. Moreover, the change of the removal frequency may be repeated. For example, when the frequency cf1 changes to the frequency cf3, the frequency cf1 may be returned again and the frequency cf3 may be changed. By changing the repetitive removal frequency, the detection performance can be calculated accurately.
また、変化範囲360の中心である周波数cf2は、補正前の除去周波数であってよい。換言すれば、周波数cf1と周波数cf3の中心である周波数cf2は、補正前の除去周波数であってよい。補正前の除去周波数を中心にして変化することにより、補正前の除去周波数を中心にした検出性能のグラフを得ることができる。周波数cf2は、例えば、10kHzである。周波数cf1、cf3は、周波数誤差により、決定してよい。周波数誤差は、例えば、動作環境の温度範囲や変調信号発生部113を構成するICの温度特性等から生じ得る。周波数cf1、cf3は、概算した周波数誤差とcf2が確実に含まれるように決定してよい。周波数cf1は、例えば、5kHzである。周波数cf3は、例えば、15kHzである。また、補正処理を高速化するために、可能な限り周波数cf1からcf3の範囲を小さくすることが好ましい。
Further, the frequency cf2, which is the center of the
図15は、フィルタ214の周波数特性の補正の例を示す図である。横軸は除去周波数で、縦軸は残留ノイズ量である。残留ノイズ量は、検出性能を示す量であり、性能算出部217において算出することができる。残留ノイズ量は、残留ノイズの量と表現する場合もある。除去周波数は、変化範囲360の範囲で示している。
FIG. 15 is a diagram showing an example of correction of the frequency characteristic of the
図15において、残留ノイズ量が最小値になる除去周波数を特定除去周波数cf4とする。特定除去周波数cf4は、残留ノイズ量が極小値をとる周波数であってもよい。補正部316は、除去周波数を特定除去周波数cf4に補正し、補正動作を終了する。補正部316は、変化範囲360内でガス吸収波形のノイズが最小となる周波数を特定除去周波数と特定してよい。除去周波数を補正することにより、レーザ光30の変調周波数成分の周波数が理想値と異なる場合においても、高精度な分析が可能である。まとめると、補正部316は、フィルタの除去周波数を変化させることによりガス吸収波形のノイズが、除去周波数を変化させる前のノイズより小さくなる特定除去周波数を特定し、フィルタ214の除去周波数を特定除去周波数に補正してよい。前述した通り、変化範囲360の中心である周波数cf2は、補正前の除去周波数であってよい。したがって、補正部316は、補正前のフィルタ214の除去周波数を含む変化範囲で、フィルタ214の除去周波数を変化させることにより、特定除去周波数を特定してよい。また、補正部316は、補正前のフィルタ214の除去周波数を中心とする変化範囲で、フィルタの除去周波数を変化させることにより、特定除去周波数を特定してよい。
In FIG. 15, the removal frequency at which the residual noise amount becomes the minimum value is defined as the specific removal frequency cf4. The specific removal frequency cf4 may be a frequency at which the residual noise amount takes a minimum value. The
図16は、フィルタ214の周波数特性の補正の他の例を示す図である。図15と同様に、横軸は除去周波数で、縦軸は残留ノイズ量である。
FIG. 16 is a diagram showing another example of correction of the frequency characteristic of the
図16において、残留ノイズ量が最小値になるのは、周波数cf1である。つまり、周波数cf1が特定除去周波数となる。この場合において、周波数cf1より低い範囲において、残留ノイズ量はさらに小さな値を取る可能性がある。したがって、補正動作を続行し、変化範囲360を拡張させる。ここで拡張とは、変化範囲360の幅を大きくすることである。補正部316は、特定除去周波数が変化範囲360の端の周波数となる場合、変化範囲360を拡張してよい。変化範囲360の間で残留ノイズ量が最小値になるまで、補正動作を繰り返してもよい。なお、周波数cf1が特定除去周波数として、補正動作を終了してもよい。
In FIG. 16, the amount of residual noise becomes the minimum value at the frequency cf1. That is, the frequency cf1 becomes the specific removal frequency. In this case, the residual noise amount may take a smaller value in the range lower than the frequency cf1. Therefore, the correction operation is continued and the
図17は、補正部316の補正処理のブロック図の一例を示す図である。補正開始後、除去周波数を変化範囲360で変化させる(ステップS301)。次に、残留ノイズ量を算出し、図15、図16で示した除去周波数と残留ノイズ量の関係を取得する(ステップS302)。
FIG. 17 is a diagram showing an example of a block diagram of the correction process of the
取得した除去周波数と残留ノイズ量の関係から、特定除去周波数を取得する(ステップS303)。特定除去周波数は、残留ノイズ量が極小値をとる周波数であってよい。極小値が存在しない場合は、残留ノイズ量が最小値をとる周波数であってよい。そして、特定除去周波数が変化範囲360の間に位置するかを確認する(ステップS304)。変化範囲360の間に位置するとは、特定除去周波数が変化範囲360の端に位置していないという意味である。
A specific removal frequency is acquired from the relationship between the acquired removal frequency and the amount of residual noise (step S303). The specific removal frequency may be a frequency at which the residual noise amount takes a minimum value. When the minimum value does not exist, the frequency may be the frequency at which the residual noise amount takes the minimum value. Then, it is confirmed whether the specific removal frequency is located within the change range 360 (step S304). Being located within the range of
特定除去周波数が変化範囲360の間に位置しない場合(例えば、図16)、変化範囲360を拡張する(ステップS305)。変化範囲360を拡張した後、再び除去周波数を拡張した変化範囲360で変化させ、特定除去周波数を取得する。ステップS304において、特定除去周波数が変化範囲360の間に入るまで、変化範囲360を拡張して特定除去周波数を更新する。
When the specific removal frequency is not located within the change range 360 (eg, FIG. 16), the
特定除去周波数が変化範囲360の間に位置する場合(例えば、図15)、除去周波数を特定除去周波数に補正する(ステップS306)。補正後、補正処理を終了する。特定除去周波数が変化範囲360の間に入るまで、変化範囲360を拡張して特定除去周波数を更新するため、残留ノイズ量が最小になる特定除去周波数を取得することが可能である。
When the specific removal frequency is located within the change range 360 (for example, FIG. 15), the removal frequency is corrected to the specific removal frequency (step S306). After the correction, the correction process ends. Since the specific removal frequency is updated by extending the
レーザ式ガス分析計100、レーザ式ガス分析計200およびレーザ式ガス分析計300は、ボイラ、ゴミ焼却等の燃焼排ガス測定用、燃焼制御用として最適である。その他、鉄鋼用ガス分析[高炉、転炉、熱処理炉、焼結(ペレット設備)、コークス炉]、青果貯蔵および熟成、生化学(微生物)[発酵]、大気汚染[焼却炉、排煙脱硫・脱硝]、自動車・船等の内燃機関の排ガス(除テスタ)、防災[爆発性ガス検知、有毒ガス検知、新建築材燃焼ガス分析]、植物育成用、化学用分析[石油精製プラント、石油化学プラント、ガス発生プラント]、環境用[着地濃度、トンネル内濃度、駐車場、ビル管理]、理化学各種実験用などの分析計としても有用である。
The laser gas analyzer 100, the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operation, procedure, step, and step in the device, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.
1・・測定対象ガス、2・・測定対象空間、10・・発光部、11・・光源部、12・・コリメートレンズ、13・・発光部容器、20・・受光部、21・・信号処理回路、22・・受光素子、23・・集光レンズ、24・・受光部容器、30・・レーザ光、40・・通信線、50・・配管壁、51・・フランジ、52・・光軸調整フランジ、60・・掃引範囲、70・・ガス温度計測部、100・・レーザ式ガス分析計、111・・レーザ駆動信号発生部、112・・掃引信号発生部、113・・変調信号発生部、114・・電流制御部、115・・温度制御部、116・・レーザ素子、117・・サーミスタ、118・・ペルチェ素子、200・・レーザ式ガス分析計、211・・I/V変換器、212・・発振器、213・・同期検波回路、214・・フィルタ、215・・演算部、216・・補正部、217・・性能算出部、218・・周波数制御部、221・・信号処理回路、300・・レーザ式ガス分析計、311・・光源部、316・・補正部、318・・フィルタ制御部、321・・信号処理回路、360・・変化範囲 1 ... Measurement target gas, 2 ... Measurement target space, 10 ... Light emitting part, 11 ... Light source part, 12 ... Collimating lens, 13 ... Light emitting part container, 20 ... Light receiving part, 21 ... Signal processing Circuit, 22 ... Light receiving element, 23 ... Condensing lens, 24 ... Light receiving part container, 30 ... Laser light, 40 ... Communication line, 50 ... Piping wall, 51 ... Flange, 52 ... Optical axis Adjustment flange, 60 ... Sweep range, 70 ... Gas temperature measurement unit, 100 ... Laser gas analyzer, 111 ... Laser drive signal generator, 112 ... Sweep signal generator, 113 ... Modulation signal generator , 114 ... Current control unit, 115 ... Temperature control unit, 116 ... Laser element, 117 ... Thermista, 118 ... Perche element, 200 ... Laser gas analyzer, 211 ... I / V converter, 212 ... light source, 213 ... synchronous detection circuit, 214 ... filter, 215 ... calculation unit, 216 ... correction unit, 217 ... performance calculation unit, 218 ... frequency control unit, 221 ... signal processing circuit, 300 ... Laser gas analyzer, 311 ... Light source unit, 316 ... Correction unit, 318 ... Filter control unit, 321 ... Signal processing circuit, 360 ... Change range
Claims (21)
測定対象ガスが存在する測定対象空間を介して伝播された前記レーザ光を受光する受光素子と、
前記受光素子の出力信号を処理することによりガス吸収波形を検出し、前記ガス吸収波形から前記測定対象ガスの濃度を測定する信号処理回路と
を備え、
前記信号処理回路は、
前記レーザ光の変調周波数成分を除去するフィルタと、
前記ガス吸収波形のノイズが小さくなるように、前記レーザ光の変調周波数または前記フィルタの周波数特性を補正する補正部と
を有するレーザ式ガス分析計。 A light source unit that emits frequency-modulated laser light,
A light receiving element that receives the laser beam propagated through the measurement target space in which the measurement target gas exists, and a light receiving element that receives the laser beam.
It is provided with a signal processing circuit that detects a gas absorption waveform by processing the output signal of the light receiving element and measures the concentration of the measurement target gas from the gas absorption waveform.
The signal processing circuit
A filter that removes the modulation frequency component of the laser beam,
A laser gas analyzer having a correction unit for correcting the modulation frequency of the laser beam or the frequency characteristic of the filter so that the noise of the gas absorption waveform is reduced.
請求項1に記載のレーザ式ガス分析計。 The correction unit specifies a specific modulation frequency at which the noise of the gas absorption waveform becomes smaller than the pre-correction modulation frequency, which is the modulation frequency before the change, by changing the modulation frequency of the laser light, and the modulation frequency of the laser light. The laser gas analyzer according to claim 1, wherein the frequency is corrected to the specific modulation frequency.
請求項2に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analyzer according to claim 2, wherein the correction unit corrects the modulation frequency of the laser beam so as to approach the removal frequency of the filter.
変調周波数を変化させる範囲である掃引範囲で前記レーザ光の変調周波数を変化させ、
前記掃引範囲内で前記ガス吸収波形のノイズが最小となる周波数を前記特定変調周波数と特定し、
前記掃引範囲は、前記補正前変調周波数を含む
請求項2または3に記載のレーザ式ガス分析計。 The correction unit
The modulation frequency of the laser beam is changed in the sweep range, which is the range in which the modulation frequency is changed.
The frequency at which the noise of the gas absorption waveform is minimized within the sweep range is specified as the specific modulation frequency.
The laser gas analyzer according to claim 2 or 3, wherein the sweep range includes the pre-correction modulation frequency.
請求項4に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analyzer according to claim 4, wherein the correction unit shifts the sweep range toward the end when the frequency at the end of the sweep range becomes the specific modulation frequency.
請求項5に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analyzer according to claim 5, wherein the center of the sweep range before shifting is the pre-correction modulation frequency.
前記補正部は、前記測定対象ガスの温度に基づいて、前記掃引範囲を制御する
請求項4から6のいずれか一項に記載のレーザ式ガス分析計。 Further equipped with a gas temperature measuring unit for measuring the temperature of the gas to be measured,
The laser gas analyzer according to any one of claims 4 to 6, wherein the correction unit controls the sweep range based on the temperature of the gas to be measured.
請求項7に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analyzer according to claim 7, wherein the correction unit expands the sweep range when the temperature of the gas to be measured exceeds a threshold value.
請求項7または8に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analyzer according to claim 7 or 8, wherein the correction unit shifts the sweep range based on a temperature change of the gas to be measured.
請求項9に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analyzer according to claim 9, wherein the correction unit changes the direction of shifting the sweep range based on the direction of the temperature change of the gas to be measured.
前記レーザ光の変調周波数を補正するごとに、前記変調周波数成分を検出し、
前記変調周波数成分に基づいて、変調周波数を補正する
請求項2から10のいずれか一項に記載のレーザ式ガス分析計。 The correction unit
Each time the modulation frequency of the laser beam is corrected, the modulation frequency component is detected.
The laser gas analyzer according to any one of claims 2 to 10, wherein the modulation frequency is corrected based on the modulation frequency component.
請求項11に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analyzer according to claim 11, wherein the correction unit corrects the modulation frequency based on the change of the modulation frequency component.
前記レーザ光の変調周波数を補正するごとに、前記変調周波数成分と前記変調周波数成分の2倍の周波数成分である2倍変調周波数成分を検出し、
前記変調周波数成分と前記2倍変調周波数成分の比に基づいて、変調周波数を補正する
請求項2から10のいずれか一項に記載のレーザ式ガス分析計。 The correction unit
Every time the modulation frequency of the laser beam is corrected, the modulation frequency component and the double modulation frequency component which is twice the frequency component of the modulation frequency component are detected.
The laser gas analyzer according to any one of claims 2 to 10, wherein the modulation frequency is corrected based on the ratio of the modulation frequency component to the double modulation frequency component.
前記信号処理回路は、前記排ガス機器の動作状況に基づいて、前記掃引範囲を制御する
請求項4から10のいずれか一項に記載のレーザ式ガス分析計。 The gas to be measured is discharged from the exhaust gas device and
The laser gas analyzer according to any one of claims 4 to 10, wherein the signal processing circuit controls the sweep range based on the operating state of the exhaust gas device.
請求項1に記載のレーザ式ガス分析計。 The correction unit specifies a specific removal frequency at which the noise of the gas absorption waveform becomes smaller than the noise before the removal frequency is changed by changing the removal frequency which is the center frequency or the cutoff frequency of the filter. The laser gas analyzer according to claim 1, wherein the removal frequency of the filter is corrected to the specific removal frequency.
請求項15に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analyzer according to claim 15, wherein the correction unit specifies the specific removal frequency by changing the removal frequency of the filter in a change range including the removal frequency of the filter before correction.
請求項16に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analysis according to claim 16, wherein the correction unit specifies the specific removal frequency by changing the removal frequency of the filter in the change range centered on the removal frequency of the filter before correction. Total.
請求項16または17に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analyzer according to claim 16 or 17, wherein the correction unit extends the change range when the specific removal frequency becomes a frequency at the end of the change range.
請求項1から18のいずれか一項に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analyzer according to any one of claims 1 to 18, wherein the correction unit further includes a performance calculation unit that calculates the amount of residual noise as noise of the gas absorption waveform.
請求項19に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analyzer according to claim 19, wherein the residual noise is a frequency component other than the gas absorption waveform.
請求項19に記載のレーザ式ガス分析計。 The laser gas analyzer according to claim 19, wherein the residual noise is a modulation frequency component.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020037269 | 2020-03-04 | ||
JP2020037269 | 2020-03-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021139868A true JP2021139868A (en) | 2021-09-16 |
Family
ID=77668408
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020093734A Withdrawn JP2021139868A (en) | 2020-03-04 | 2020-05-28 | Laser type gas analyzer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021139868A (en) |
-
2020
- 2020-05-28 JP JP2020093734A patent/JP2021139868A/en not_active Withdrawn
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5907442B2 (en) | Laser gas analyzer | |
JP6128361B2 (en) | Multi-component laser gas analyzer | |
JP6624505B2 (en) | Laser gas analyzer | |
JP6044760B2 (en) | Laser gas analyzer | |
US9506807B2 (en) | Optical gas temperature sensor | |
JP6210195B2 (en) | Laser oxygen analyzer | |
JP5234381B1 (en) | Laser oxygen analyzer | |
JP7395846B2 (en) | Laser gas analyzer | |
JP2014102152A (en) | Laser type gas analyzer | |
JP2021139868A (en) | Laser type gas analyzer | |
JP7334502B2 (en) | laser gas analyzer | |
JP2015227828A (en) | Laser type oxygen analyzer | |
JP2021043117A (en) | Laser type gas analyzer | |
JP2014016313A (en) | Laser type gas analyzer | |
JP2017101950A (en) | Laser gas analyzer | |
JP2023159724A (en) | Laser type gas analysis meter | |
JP7215632B1 (en) | laser gas analyzer | |
JP6062355B2 (en) | Gas analysis method and gas analyzer | |
JP2017067475A (en) | Laser type oxygen gas analyzer | |
JP2023132453A (en) | Laser type gas analyzer | |
JP2022090283A (en) | Laser type gas analyzer | |
JP2021128141A (en) | Laser type gas analyzer | |
JP2023157238A (en) | Laser type gas analyzer | |
JP6062354B2 (en) | Gas analysis method and gas analyzer | |
JP6791211B2 (en) | Sweep signal generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230414 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240123 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240130 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20240318 |