JP3041827B2 - 赤外線ガス分析計 - Google Patents

赤外線ガス分析計

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    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化学工場や製鉄所のガ
ス濃度に関するプロセスコントロール、ボイラーや燃焼
炉の煙道ガス分析、大気汚染の監視、自動車の排ガス測
定などに使用され、ガス分子固有の赤外線吸収効果を利
用してガス及び蒸気中にある特定成分の濃度を連続的に
測定する赤外線ガス分析計に関する。
【０００２】
【従来技術】図４は、従来の赤外線ガス分析計の一例で
ある。光源１４からの赤外光は、それぞれ試料セル用の
透過窓１２ａと比較セル用の透過窓１２ｂが設けられた
円板状のセクタ１２によって、試料セル１１ａと比較セ
ル１１ｂに交互に照射される試料セル１１ａと比較セル
１１ｂとを透過した赤外光は、図５に示されるように検
出器１５によってそれぞれ測定信号と比較信号として検
出される。検出された両信号は、信号処理回路１６で積
分され、それぞれの積分値の比に基づいて測定対象成分
の濃度が計測される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
赤外線ガス分析計では、ノイズ低減による測定精度向上
のため多周期分の比較信号と測定信号の積分が行われる
が、図５に示されるように、検出信号として採用される
のは半周期分であるため、濃度計測に際して検出データ
の取得に相当な時間が必要になる。
【０００４】また、かかる場合、試料ガス中の元素濃度
が比較的早く時間変動すると、正確な濃度測定ができな
いこととなる。
【０００５】そこで、本発明は、これらの問題点を解消
するために創案されたものであって短い時間で正確な濃
度計測をなしうる赤外線ガス分析計の提供を目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、基準ガスが封
入された比較セルと試料ガスが通過する試料セルに交互
に赤外線を照射し、その透過光から試料ガス中の特定ガ
ス濃度を計測する赤外線ガス分析計において、赤外光を
前記各セルに照射する光源と、前記各セルへの赤外光の
照射及び非照射時間が略同一となるように前記光源から
の赤外光を断続する断続手段と、前記各セルを透過した
赤外光を検出し前記各セルへ赤外線の照射と非照射で生
じる正負の測定信号と比較信号を得る検出器と、信号処
理手段とを備え、前記信号処理手段は、前記検出器で得
られた正負の測定信号と比較信号を全波整流する全波整
流回路と、この全波整流回路から出力された測定信号と
比較信号それぞれの多周期分の全波出力信号の積分和を
求めると共に、測定信号と比較信号の積分和の比を求め
る演算回路とで構成されていること、を特徴とする。
【０００７】かかる赤外線ガス分析計の断続手段は、比
較セル及び試料セルの両セルと、光源間に配設され、試
料セルに赤外光を照射する透過窓と比較セルに赤外光を
照射する透過窓とが偏心した位置に略９０゜角に渡って
対向して設けられたセクタからなることを特徴とする。
【０００８】また、前記信号処理回路は、検出器の出力
信号を全波整流する全波整流回路と全波整流された信号
と所定の基準値信号との比較により、全波整流された信
号の立ち上がりを検出する比較回路と、前記比較回路の
信号に基づいて全波整流された信号の積分を行い、セク
タ位置を示す信号に基づいて、比較セルと試料セルをそ
れぞれ透過した赤外光の検出信号の積分比を求める演算
手段と、からなることを特徴とする。
【０００９】さらに、前記セクタ位置を示す信号は、試
料セルに赤外光を照射する透過窓又は比較セルに赤外光
を照射する透過窓セクタの試料セル用の透過窓のいずれ
か近傍のセクタ上に穿設され赤外光を透過する識別孔
と、その識別孔の通過位置に配設された光検出器と、か
らなる識別信号発生手段から出力される。
【００１０】
【作用】本発明の作用を図１に基づいて説明する。光源
４から照射された赤外光は、それぞれ試料セル用の透過
窓２ａと比較セル用の透過窓２ｂとが穿設された円板状
のセクタ２によって、試料セル１ａと比較セル１ｂに交
互に照射される。試料セル１ａと比較セル１ｂとを透過
した赤外光は、図３ｂに示されるように、検出器５によ
ってそれぞれ測定信号と比較信号として検出される。こ
の際、円板状のセクタ２には、試料セル１ａに赤外光を
照射する透過窓２ａと比較セル１ｂに赤外光を照射する
透過窓２ｂとが偏心した位置に略９０度角に渡って対向
して設けられているため、図３ａに示されるように、比
較セル１ｂ及び試料セル１ａへの赤外光の照射、非照射
の時間が略同一になるこのため、検出器５で検出される
比較信号と測定信号は、図３ｂに示されるように正負略
対象となり、信号処理回路６で、それぞれの積分値の比
が求められる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図３に基づ
いて説明する。
【００１２】図１ａは本発明にかかる赤外線分析計の概
略図で、試料セル１ａは、ガス導入口１ａ’とガス排出
口１ａ”を有し、試料ガスがガス導入口１ａ’から試料
セル１ａ内に供給されガス排出口１ａ”から排出されて
いる。比較セル１ｂには、基準ガスであるいわゆるゼロ
ガスが封入されている。
【００１３】セクタ２は、光源４と試料セル１ａ及び比
較セル１ｂ間に配設されており、図１ｂに示されるよう
に、円板状に形成され、試料セル１ａに赤外光を照射す
る透過窓２ａと比較セル１ｂに赤外光を照射する透過窓
２ｂとが、偏心した位置に略９０゜角に渡って対向して
設けられている。そして、透過窓２ａに近接した位置に
は、試料セル１ａに赤外光が照射されていることを認識
するための識別孔２ｃが穿設されており、セクタ２の回
転によりこの識別孔２ｃが通過する試料セル１ａの端部
位置に配設された、フォトダイオード等の光検出器７に
よって、識別孔２ｃが通過したことが検出される。
【００１４】かかるセクタ２は、モータ３によって所定
速度で回転駆動されることで、図３ａに示されるよう
に、光源４からの赤外光を透過窓２ａ及び２ｂを介し
て、交互に試料セル１ａ及び比較セル１ｂそれぞれに照
射すると共に、これらの透過窓２ａ，２ｂは、対向した
位置に略９０度の角度範囲に渡って設けられているた
め、それぞれ赤外光の照射、非照射の時間が略同一とな
る。
【００１５】検出器５は、その内部に測定対象ガスが封
入されており、測定対象ガスに固有の波長光が入射した
場合に生じる圧力変化によって、試料セル１ａ内の測定
対象ガスの濃度に応じた信号を発生する。このため、比
較セル１ｂを透過した赤外光は、測定対象ガスに固有の
波長が吸収されず、図３ｂにおいて比較信号として示さ
れるように、大きな信号変化として検出されるのに対し
て、試料セル１ａを透過した赤外光は、測定対象ガスに
固有の波長成分が、試料ガスに含まれている測定対象ガ
スの濃度に応じて吸収されるため、図３ｂにおいて測定
信号として示されるように、吸収された分だけ小さな信
号変化として検出される。
【００１６】信号処理回路６は、図２に示されるよう
に、全波整流回路６ａ、比較回路６ｂ及び、演算回路６
ｃからなる。全波整流回路６ａは、図３ｂに示される検
出器５からの出力信号を、図３ｃに示される全波整流さ
れた信号として出力し、比較回路６ｂは、かかる全波整
流された信号を所定の基準電圧Ｖｒと比較することで、
比較信号及び測定信号の各立ち上がりを検出して図３ｄ
に示されるようにパルス信号として出力する。演算回路
６ｃは、図３ｄに示されるパルス信号の立ち下がりをト
リガとして検出信号の積算を開始し、次のパルス信号の
立ち上がりで積算を中止し、一時的にその値を保持す
る。
【００１７】本実施例では、演算回路６ｃは、光検出器
７からのパルス信号を受けた後に積算が終了したものが
第１の測定信号として識別し、そのときの積算値Ｍ1iと
次に立ち上がった信号の積算値Ｍ2iが求めると共に、光
検出器７からのパルス信号を受ける前の２つの信号を第
１及び第２の比較信号として識別し、それぞれの積算値
Ｒ1iと積算値Ｒ2iを求める。そして、これらの積算値に
対して、下記の演算を施し、赤外光の照射及び非照射に
より、各セルを透過した赤外線による検出器５の信号の
積分値の比ｒを求める。
【００１８】 ｒ＝（ΣＭ1i＋ΣＭ2i）／（ΣＲ1i＋ΣＲ2i） ここで、ｉは、多周期分のデータを取得する際のデータ
番号であり、Σは各周期毎の和をとることを示してい
る。求められた積分比ｒは、不図示の処理手段によって
予め作成された校正曲線に従って濃度値に変換され、不
図示の表示手段によってその濃度値が表示される。
【００１９】次に、本発明の作用を説明すると、図１に
おいて、光源４から照射された赤外光は、それぞれ試料
セル用の透過窓２ａと比較セル用の透過窓２ｂが設けら
れたセクタ２によって、試料セル１ａと比較セル１ｂに
交互に照射される。試料セル１ａと比較セル１ｂとを透
過した赤外光は、図３ｂに示されるように、検出器５に
よってそれぞれ測定信号と比較信号として検出される。
この際、セクタ２には試料セル１ａに赤外光を照射する
透過窓２ａと比較セル１ｂに赤外光を照射する透過窓２
ｂとが偏心した位置に略９０度角に渡って対向して設け
られているため図３ａに示されるように、比較セル１ｂ
及び試料セル１ａへの赤外光の照射、非照射の時間が略
同一になる。このため、検出器５で検出される比較信号
と測定信号は、図３ｂに示されるように正負略対象とな
ものとなる。そして、これらの信号を全波整流した後、
試料セル１ａ及び比較セル１ｂそれぞれについて、赤外
線の照射時に生じる信号のみならず、非照射時に生じる
信号についても積分値を求め、検出データとして利用す
るため、従来の赤外線分析計に比べて、セクタ１回転当
たり倍のデータ取得が可能となり、濃度測定が従来の半
分の時間となる。
【００２０】このため、測定対象ガスの濃度が比較的早
く時間変動する場合であっても、精度の高い濃度測定が
可能となる。また、測定対象ガスの濃度の時間変動が比
較的遅い場合には、従来と同じ計測時間で倍のデータ取
得が可能となるため、Ｓ／Ｎ比が向上し、ノイズの少な
い正確な濃度計測が可能となる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、赤外線の照射時に生じ
る信号のみならず、非照射時に生じる信号についても積
分値を求め、それらを検出データとして利用するため、
従来の赤外線分析計に比べて、セクタ１回転当たり倍の
データ取得が可能となり、濃度測定が従来の半分の時間
となる。このため、測定対象ガスの濃度が比較的早く時
間変動する場合であっても、精度の高い濃度測定が可能
となり、また、測定対象ガスの濃度の時間変動が比較的
遅い場合には、従来と同じ計測時間で倍のデータ取得が
可能となるため、Ｓ／Ｎ比が向上し、ノイズの少ない正
確な濃度計測が可能となる。。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる赤外線ガス分析計及びセクタの
一例を示す図である。
【図２】本発明にかかる信号処理回路のブロック図であ
る。
【図３】本発明にかかる赤外線ガス分析計によりデータ
取得を行う場合のタイムチャートを示す図である。
【図４】従来の赤外線ガス分析計及びセクタを示す図で
ある。
【図５】従来の赤外線ガス分析計によりデータ取得を行
う場合のタイムチャートを示す図である。
【符号の説明】
１ａ・・・試料セル １ａ’・・ガス導入口 １ａ”・・ガス排出口 １ｂ・・・比較セル ２・・・・セクタ ２ａ・・・透過窓 ２ｂ・・・透過窓 ２ｃ・・・識別孔 ３・・・・モータ ４・・・・光源 ５・・・・検出器 ７・・・・光検出器

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基準ガスが封入された比較セルと試料ガ
    スが通過する試料セルに交互に赤外線を照射し、その透
    過光から試料ガス中の特定ガス濃度を計測する赤外線ガ
    ス分析計において、赤外光を前記各セルに照射する光源
    と、前記各セルへの赤外光の照射及び非照射時間が略同
    一となるように前記光源からの赤外光を断続する断続手
    段と、前記各セルを透過した赤外光を検出し前記各セル
    への赤外線の照射と非照射で生じる正負の測定信号と比
    較信号を得る検出器と、信号処理手段とを備え、前記信
    号処理手段は、前記検出器で得られた正負の測定信号と
    比較信号を全波整流する全波整流回路と、この全波整流
    回路から出力された測定信号と比較信号それぞれの多周
    期分の全波出力信号の積分和を求めると共に、測定信号
    と比較信号の積分和の比を求める演算回路とで構成され
    ていることを特徴とする赤外線ガス分析計。
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