JP3070177B2 - ２成分ガスアナライザー - Google Patents
２成分ガスアナライザーInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼排ガス、雰囲気炉
の雰囲気ガス、都市ガス、炉頂ガス等に含まれる特定の
ガスの濃度や成分比率を測定する２成分ガスアナライザ
ーに関する。
の雰囲気ガス、都市ガス、炉頂ガス等に含まれる特定の
ガスの濃度や成分比率を測定する２成分ガスアナライザ
ーに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、燃焼排ガスや都市ガス等に含まれ
る一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、メタン
（ＣＨ4 ）等の濃度を測定する装置として、図５に示す
ものがを用いられている。
る一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、メタン
（ＣＨ4 ）等の濃度を測定する装置として、図５に示す
ものがを用いられている。
【０００３】この測定原理を説明すると、２つの光源８
１、８１´から放射された赤外光がモータ８３に連結さ
れた回転セクタ８２により断続光に強度変調され、一方
の断続光は、試料ガスが導入される試料セル８４を通っ
て検出器８５で受光され、他方の断続光は、赤外線吸収
のない窒素ガス等の不活性ガスが導入された参照セル８
４´を通って検出器８５で受光される。なお、試料ガス
組成により妨害を受ける場合には、試料セル８４及び参
照セル８４´の前に干渉フィルタセル（図示しない）を
配置する。検出器８５の構造は、コンデンサ膜を介して
試料側室と参照側室の２室に分離されており、各室には
測定対象成分と同じガス又はこれと同じ赤外線吸収線を
有するガスが封入されている。ある濃度の測定対象成分
が試料セル８４内に含まれていると、検出器８５に達す
る赤外線の量が試料側室より参照側室の方が多くなり、
その分参照側室がより多くの赤外線を吸収することにな
り、熱エネルギーの差により両室の間に圧力差が生じ
て、コンデンサ膜が変位する。従って、この変位に伴う
静電容量の変化を検出することにより、試料セル８４内
の試料ガスの吸光度が測定され、且つ測定対象成分の濃
度を測定することができる。
１、８１´から放射された赤外光がモータ８３に連結さ
れた回転セクタ８２により断続光に強度変調され、一方
の断続光は、試料ガスが導入される試料セル８４を通っ
て検出器８５で受光され、他方の断続光は、赤外線吸収
のない窒素ガス等の不活性ガスが導入された参照セル８
４´を通って検出器８５で受光される。なお、試料ガス
組成により妨害を受ける場合には、試料セル８４及び参
照セル８４´の前に干渉フィルタセル（図示しない）を
配置する。検出器８５の構造は、コンデンサ膜を介して
試料側室と参照側室の２室に分離されており、各室には
測定対象成分と同じガス又はこれと同じ赤外線吸収線を
有するガスが封入されている。ある濃度の測定対象成分
が試料セル８４内に含まれていると、検出器８５に達す
る赤外線の量が試料側室より参照側室の方が多くなり、
その分参照側室がより多くの赤外線を吸収することにな
り、熱エネルギーの差により両室の間に圧力差が生じ
て、コンデンサ膜が変位する。従って、この変位に伴う
静電容量の変化を検出することにより、試料セル８４内
の試料ガスの吸光度が測定され、且つ測定対象成分の濃
度を測定することができる。
【０００４】また、試料ガスについて２成分測定する場
合は、光を通過するタイプの検出器８５を使用し、その
後方に、別の波長を検出するための試料セル８６、参照
セル８６´、検出器８７等を配置することによって、２
成分のガス濃度を同時に測定することができる。
合は、光を通過するタイプの検出器８５を使用し、その
後方に、別の波長を検出するための試料セル８６、参照
セル８６´、検出器８７等を配置することによって、２
成分のガス濃度を同時に測定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような回転セクタは、回転円板やモータ等の機械的な
動作により測定光を断続光に変調しているため、回転ム
ラ等により変調周波数が不安定であり、検出信号のドリ
フトやＳ／Ｎ比（信号対雑音比）の悪化を招くという課
題があった。また、測定装置の小型化や軽量化という要
請から、機械動作部分の慣性を少なくする必要があり、
そのため機械的振動に影響を受けやすいという課題があ
った。また、機械的動作のため、磨耗や変形などの故障
原因を皆無にできず、長寿命のものを得ることが困難で
あるという課題があった。
たような回転セクタは、回転円板やモータ等の機械的な
動作により測定光を断続光に変調しているため、回転ム
ラ等により変調周波数が不安定であり、検出信号のドリ
フトやＳ／Ｎ比（信号対雑音比）の悪化を招くという課
題があった。また、測定装置の小型化や軽量化という要
請から、機械動作部分の慣性を少なくする必要があり、
そのため機械的振動に影響を受けやすいという課題があ
った。また、機械的動作のため、磨耗や変形などの故障
原因を皆無にできず、長寿命のものを得ることが困難で
あるという課題があった。
【０００６】また、従来のコンデンサ型の検出器は、２
室の圧力差に応じたコンデンサ膜の変位を検出している
ため、機械的強度に欠け、振動や衝撃に弱いという課題
があった。また、光エネルギーを熱エネルギーに変換
し、更に圧力変化として検出しているため、体積を大き
くして検出感度を上げようとすると、熱容量も大きくな
って信号応答が悪化し、高い変調周波数で測定を行うこ
とが困難になるという課題があった。また、光から電気
信号に変換する段階で、熱や温度の因子が介在している
ため、温度ドリフト等の低周波ノイズの影響を受け易い
という課題があった。
室の圧力差に応じたコンデンサ膜の変位を検出している
ため、機械的強度に欠け、振動や衝撃に弱いという課題
があった。また、光エネルギーを熱エネルギーに変換
し、更に圧力変化として検出しているため、体積を大き
くして検出感度を上げようとすると、熱容量も大きくな
って信号応答が悪化し、高い変調周波数で測定を行うこ
とが困難になるという課題があった。また、光から電気
信号に変換する段階で、熱や温度の因子が介在している
ため、温度ドリフト等の低周波ノイズの影響を受け易い
という課題があった。
【０００７】本発明は、これらの課題を解決するため、
測定光の変調周波数が安定で、信号のドリフトが少な
く、且つ機械的振動にも強く、故障の少ない２成分ガス
アナライザーを提供することを目的とする。
測定光の変調周波数が安定で、信号のドリフトが少な
く、且つ機械的振動にも強く、故障の少ない２成分ガス
アナライザーを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の２成分ガスアナライザーは、第１光源から
出射された光が第１試料セルを通過して第１検出器で光
電変換し、且つ第１光源から出射された光が第１参照セ
ルを通過して第２検出器で光電変換すると共に、第２光
源から出射された光が第２試料セルを通過して第２検出
器で光電変換し、且つ第２光源から出射された光が第２
参照セルを通過して第１検出器で光電変換することによ
り、各試料セル内に存在するガスの濃度を測定する２成
分ガスアナライザーであって、第１光源及び第２光源が
それぞれ異なる周波数で輝度変調され、且つ第１検出器
及び第２検出器の各出力信号から各周波数成分を抽出
し、各周波数成分を相互に演算処理することを特徴とす
る。
め、本発明の２成分ガスアナライザーは、第１光源から
出射された光が第１試料セルを通過して第１検出器で光
電変換し、且つ第１光源から出射された光が第１参照セ
ルを通過して第２検出器で光電変換すると共に、第２光
源から出射された光が第２試料セルを通過して第２検出
器で光電変換し、且つ第２光源から出射された光が第２
参照セルを通過して第１検出器で光電変換することによ
り、各試料セル内に存在するガスの濃度を測定する２成
分ガスアナライザーであって、第１光源及び第２光源が
それぞれ異なる周波数で輝度変調され、且つ第１検出器
及び第２検出器の各出力信号から各周波数成分を抽出
し、各周波数成分を相互に演算処理することを特徴とす
る。
【０００９】前記構成において、第１検出器及び第２検
出器が、それぞれ焦電検出器であることが好ましい。
出器が、それぞれ焦電検出器であることが好ましい。
【００１０】
【作用】前記構成によれば、測定用の断続光を得る手段
として、光源に印加する電圧や電流など、発光量を制御
可能な因子を直接変調しているため、機械的に運動する
部分が無くなり、磨耗や変形などによるトラブルが解消
される。また、電気的に変調の動作を行っているため、
機械振動による影響も受けにくくなり、安定した検出信
号を得ることができる。
として、光源に印加する電圧や電流など、発光量を制御
可能な因子を直接変調しているため、機械的に運動する
部分が無くなり、磨耗や変形などによるトラブルが解消
される。また、電気的に変調の動作を行っているため、
機械振動による影響も受けにくくなり、安定した検出信
号を得ることができる。
【００１１】また、水晶発振子などの周波数安定度の高
い発振器の出力信号又はこの分周信号から測定光の変調
信号を得て、この変調信号に基づいて光源を輝度変調す
ることにより、周波数安定度の高い変調光が得られ、低
ドリフトでＳ／Ｎ比の良好な検出信号を得ることができ
る。更に、本発明の原理から、光源の輝度を０にする必
要がなく、比較的高い周波数で動作できる。
い発振器の出力信号又はこの分周信号から測定光の変調
信号を得て、この変調信号に基づいて光源を輝度変調す
ることにより、周波数安定度の高い変調光が得られ、低
ドリフトでＳ／Ｎ比の良好な検出信号を得ることができ
る。更に、本発明の原理から、光源の輝度を０にする必
要がなく、比較的高い周波数で動作できる。
【００１２】また、各検出器として焦電検出器を用いる
ことにより、従来のコンデンサ型の検出器と比べて、機
械的に運動する部分が無く、振動や衝撃に強くなると共
に、焦電検出器自体が原理的に受光量に対して微分特性
を示すため、検出器の応答速度が早くなり、測定光の変
調周波数を上げることによって、測定速度を早くした
り、ドリフトや１／ｆノイズ等の低周波ノイズの影響を
低減させることができる。
ことにより、従来のコンデンサ型の検出器と比べて、機
械的に運動する部分が無く、振動や衝撃に強くなると共
に、焦電検出器自体が原理的に受光量に対して微分特性
を示すため、検出器の応答速度が早くなり、測定光の変
調周波数を上げることによって、測定速度を早くした
り、ドリフトや１／ｆノイズ等の低周波ノイズの影響を
低減させることができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の２成分ガスアナライザーの実
施例について、図を用いて説明する。図１は、本発明の
２成分ガスアナライザーの一実施例の概略的構成図であ
る。試料ガスが導入される試料セル２０、２１、及び参
照ガスが封入された参照セル２２、２３が、管材等の中
空部材を用いて四角状に組み立てられている。各セル２
０、２１、２２、２３の一端側の接合部には光源２、３
及び凹面鏡４、５、６、７が配置され、各セルの他端側
の接合部には焦電検出器３１、３２が配置されている。
施例について、図を用いて説明する。図１は、本発明の
２成分ガスアナライザーの一実施例の概略的構成図であ
る。試料ガスが導入される試料セル２０、２１、及び参
照ガスが封入された参照セル２２、２３が、管材等の中
空部材を用いて四角状に組み立てられている。各セル２
０、２１、２２、２３の一端側の接合部には光源２、３
及び凹面鏡４、５、６、７が配置され、各セルの他端側
の接合部には焦電検出器３１、３２が配置されている。
【００１４】試料セル２０、２１は、測定波長に対して
透過率の良好な透光部材８、１０、１１、１３と中空部
材により試料ガスを満たすための空間が形成され、空間
の一部にガス導入口２６、２８及びガス排出口２７、２
９が設けられている。試料セル２０と試料セル２１の内
部には同一の試料ガスが流れるように、試料セル２０の
ガス排出口２７と試料セル２９のガス導入口２８とは連
結されている。一方、参照セル２２、２３は、測定波長
に対して透過率の良好な透光部材１４、１６、１７、１
９と中空部材により空間が形成され、測定の基準として
予め成分別の濃度が判明している参照ガスがそれぞれ封
入されている。
透過率の良好な透光部材８、１０、１１、１３と中空部
材により試料ガスを満たすための空間が形成され、空間
の一部にガス導入口２６、２８及びガス排出口２７、２
９が設けられている。試料セル２０と試料セル２１の内
部には同一の試料ガスが流れるように、試料セル２０の
ガス排出口２７と試料セル２９のガス導入口２８とは連
結されている。一方、参照セル２２、２３は、測定波長
に対して透過率の良好な透光部材１４、１６、１７、１
９と中空部材により空間が形成され、測定の基準として
予め成分別の濃度が判明している参照ガスがそれぞれ封
入されている。
【００１５】なお、測定対象成分について、光吸収量が
小さいガスを測定する場合、有意な測定をするためには
試料セルの測定長を長くする必要があるが、光吸収量が
大きいガスを測定する場合は、試料セルの測定長は短い
ほうが好ましい。例えば、ＣＯ2 −ＣＯ系（一酸化炭素
と二酸化炭素の２成分）で燃焼排ガスの成分測定を行う
場合、試料ガスに含まれる量がＣＯの方がかなり少ない
ため、長い試料セルでＣＯ濃度の検出を行い、短い試料
セルでＣＯ2 濃度の検出を行うのが好ましい。
小さいガスを測定する場合、有意な測定をするためには
試料セルの測定長を長くする必要があるが、光吸収量が
大きいガスを測定する場合は、試料セルの測定長は短い
ほうが好ましい。例えば、ＣＯ2 −ＣＯ系（一酸化炭素
と二酸化炭素の２成分）で燃焼排ガスの成分測定を行う
場合、試料ガスに含まれる量がＣＯの方がかなり少ない
ため、長い試料セルでＣＯ濃度の検出を行い、短い試料
セルでＣＯ2 濃度の検出を行うのが好ましい。
【００１６】次に、各光源２、３の輝度変調について説
明する。発振器７１は変調周期数の基準信号を出力し、
光源駆動回路７３を介して光源２に流れる電流を制御す
ることにより、輝度変調を行っている。同様に、発振器
７２及び光源駆動回路７３により、光源３の輝度変調を
行っている。そして、光源２及び光源３は、それぞれが
異なる周波数で輝度変調される。なお、光源の種類とし
て、例えば白色ランプ、ハロゲンランプ、蛍光灯、水銀
灯、レーザなど、測定対象成分の吸収線を放射するもの
であればいずれも使用することができる。
明する。発振器７１は変調周期数の基準信号を出力し、
光源駆動回路７３を介して光源２に流れる電流を制御す
ることにより、輝度変調を行っている。同様に、発振器
７２及び光源駆動回路７３により、光源３の輝度変調を
行っている。そして、光源２及び光源３は、それぞれが
異なる周波数で輝度変調される。なお、光源の種類とし
て、例えば白色ランプ、ハロゲンランプ、蛍光灯、水銀
灯、レーザなど、測定対象成分の吸収線を放射するもの
であればいずれも使用することができる。
【００１７】以下、光源２が３０Ｈｚ、光源３が２０Ｈ
ｚで輝度変調されるのを例にとって説明するが、本発明
はこれらの周波数に限定されるものではない。３０Ｈｚ
で変調された光源２からは放射状に光が出射され、その
一部の光及び凹面鏡５で反射した光は、透光部材８を通
り、例えばＣＯの吸収波長の１つである中心波長４．７
μｍの急俊なバンドパス特性を有する干渉フィルター９
を通過することにより、試料セル２０には単色に近い測
定光が入射される。なお、測定対象成分の吸収線によ
り、干渉フィルター９の中心波長やフィルター特性を任
意に選択することができ、例えば金属や誘電体を蒸着し
た多層膜フィルター等を用いることができる。試料セル
２０の内部には試料ガスが導入されており、例えばＣＯ
濃度が高くなるほど光吸収量が多くなって、測定光がよ
り大きな減衰を受ける。試料セル２０を通過した光は透
光部材１０を通り、焦電検出器３１で受光される。
ｚで輝度変調されるのを例にとって説明するが、本発明
はこれらの周波数に限定されるものではない。３０Ｈｚ
で変調された光源２からは放射状に光が出射され、その
一部の光及び凹面鏡５で反射した光は、透光部材８を通
り、例えばＣＯの吸収波長の１つである中心波長４．７
μｍの急俊なバンドパス特性を有する干渉フィルター９
を通過することにより、試料セル２０には単色に近い測
定光が入射される。なお、測定対象成分の吸収線によ
り、干渉フィルター９の中心波長やフィルター特性を任
意に選択することができ、例えば金属や誘電体を蒸着し
た多層膜フィルター等を用いることができる。試料セル
２０の内部には試料ガスが導入されており、例えばＣＯ
濃度が高くなるほど光吸収量が多くなって、測定光がよ
り大きな減衰を受ける。試料セル２０を通過した光は透
光部材１０を通り、焦電検出器３１で受光される。
【００１８】また、３０Ｈｚで変調された光源２から出
射された光の一部及び凹面鏡４で反射した光は、透光部
材１４を通り、同様に中心波長４．７μｍの干渉フィル
ター１５を通過して、参照セル２３に参照光として入射
される。参照セル２３の内部には、例えば予めＣＯ濃度
が判明している参照ガスが封入されている。参照セル２
３を通過した光は透光部材１６を通って、焦電検出器３
２で受光される。
射された光の一部及び凹面鏡４で反射した光は、透光部
材１４を通り、同様に中心波長４．７μｍの干渉フィル
ター１５を通過して、参照セル２３に参照光として入射
される。参照セル２３の内部には、例えば予めＣＯ濃度
が判明している参照ガスが封入されている。参照セル２
３を通過した光は透光部材１６を通って、焦電検出器３
２で受光される。
【００１９】一方、２０Ｈｚで変調された光源３につい
ても同様に、出射光の一部及び凹面鏡６で反射した光
は、透光部材１１を通り、例えばＣＯ2 の吸収波長の１
つである中心波長４．２μｍの急俊なバンドパス特性を
有する干渉フィルター１２を通過することにより、試料
セル２１には単色に近い測定光が入射される。なお、測
定対象成分により、干渉フィルター１２の中心波長やフ
ィルター特性を任意に選択することができる。試料セル
２１の内部には試料ガスが導入されており、例えばＣＯ
2 濃度が高くなるほど光吸収量が多くなって、測定光が
より大きな減衰を受ける。試料セル２１を通過した光は
透光部材１３を通り、焦電検出器３１で受光される。な
お、各焦電検出器３１、３２は、ＬｉＴａＯ3 、トリグ
リシンサルフェイト（ＴＧＳ）等の焦電材料を用いて製
造することができる。
ても同様に、出射光の一部及び凹面鏡６で反射した光
は、透光部材１１を通り、例えばＣＯ2 の吸収波長の１
つである中心波長４．２μｍの急俊なバンドパス特性を
有する干渉フィルター１２を通過することにより、試料
セル２１には単色に近い測定光が入射される。なお、測
定対象成分により、干渉フィルター１２の中心波長やフ
ィルター特性を任意に選択することができる。試料セル
２１の内部には試料ガスが導入されており、例えばＣＯ
2 濃度が高くなるほど光吸収量が多くなって、測定光が
より大きな減衰を受ける。試料セル２１を通過した光は
透光部材１３を通り、焦電検出器３１で受光される。な
お、各焦電検出器３１、３２は、ＬｉＴａＯ3 、トリグ
リシンサルフェイト（ＴＧＳ）等の焦電材料を用いて製
造することができる。
【００２０】また、２０Ｈｚで変調された光源３から出
射された光の一部及び凹面鏡７で反射した光は、透光部
材１７を通り、同様に中心波長４．２μｍの干渉フィル
ター１８を通過して、参照セル２２に参照光として入射
される。参照セル２２の内部には、例えば、予めＣＯ2
濃度が判明している参照ガスが封入されている。参照セ
ル２２を通過した光は透光部材１９を通って、焦電検出
器３２で受光される。
射された光の一部及び凹面鏡７で反射した光は、透光部
材１７を通り、同様に中心波長４．２μｍの干渉フィル
ター１８を通過して、参照セル２２に参照光として入射
される。参照セル２２の内部には、例えば、予めＣＯ2
濃度が判明している参照ガスが封入されている。参照セ
ル２２を通過した光は透光部材１９を通って、焦電検出
器３２で受光される。
【００２１】次に、信号処理系ついて説明する。図２
は、本発明の２成分ガスアナライザーの一実施例の信号
処理ブロック図の例である。各焦電検出器３１、３２か
らの出力信号は、それぞれ３０Ｈｚと２０Ｈｚの周波数
成分が混合しており、所定の周波数弁別手段により、各
セルに対応した４系統の測定信号を得ることができる。
は、本発明の２成分ガスアナライザーの一実施例の信号
処理ブロック図の例である。各焦電検出器３１、３２か
らの出力信号は、それぞれ３０Ｈｚと２０Ｈｚの周波数
成分が混合しており、所定の周波数弁別手段により、各
セルに対応した４系統の測定信号を得ることができる。
【００２２】焦電検出器３１からの出力は増幅器３３を
介し、一方は中心周波数３０Ｈｚのバンドパスフィルタ
ー３５に入力され、他方は中心周波数２０Ｈｚのバンド
パスフィルター３６に入力される。一方、焦電検出器３
２からの出力は増幅器３４を介し、一方は中心周波数３
０Ｈｚのバンドパスフィルター３７に入力され、他方は
中心周波数２０Ｈｚのバンドパスフィルター３８に入力
される。
介し、一方は中心周波数３０Ｈｚのバンドパスフィルタ
ー３５に入力され、他方は中心周波数２０Ｈｚのバンド
パスフィルター３６に入力される。一方、焦電検出器３
２からの出力は増幅器３４を介し、一方は中心周波数３
０Ｈｚのバンドパスフィルター３７に入力され、他方は
中心周波数２０Ｈｚのバンドパスフィルター３８に入力
される。
【００２３】バンドパスフィルター３５の出力は試料セ
ル２０内のガス成分に関する情報を担い、バンドパスフ
ィルター３７の出力は参照セル２３内のガス成分に関す
る情報を担い、それぞれ整流回路３９、４１により直流
信号に変換されて、割算器４３に入力される。また、バ
ンドパスフィルター３６の出力は試料セル２１内のガス
成分に関する情報を担い、バンドパスフィルター３８の
出力は参照セル２２内のガス成分に関する情報を担い、
それぞれ整流回路４０、４２により直流信号に変換され
て、割算器４４に入力される。
ル２０内のガス成分に関する情報を担い、バンドパスフ
ィルター３７の出力は参照セル２３内のガス成分に関す
る情報を担い、それぞれ整流回路３９、４１により直流
信号に変換されて、割算器４３に入力される。また、バ
ンドパスフィルター３６の出力は試料セル２１内のガス
成分に関する情報を担い、バンドパスフィルター３８の
出力は参照セル２２内のガス成分に関する情報を担い、
それぞれ整流回路４０、４２により直流信号に変換され
て、割算器４４に入力される。
【００２４】割算器４３では両信号の割算処理を行っ
て、試料セル２０内の試料ガスに関する情報と参照セル
２３内の参照ガスに関する情報との比較によりリファレ
ンス測定を行うことにより、測定精度の向上やドリフト
の低減を図ることができる。引算器４４についても同様
に、試料セル２１内の試料ガスに関する情報と参照セル
２２内の参照ガスに関する情報との比較によりリファレ
ンス測定を行う。
て、試料セル２０内の試料ガスに関する情報と参照セル
２３内の参照ガスに関する情報との比較によりリファレ
ンス測定を行うことにより、測定精度の向上やドリフト
の低減を図ることができる。引算器４４についても同様
に、試料セル２１内の試料ガスに関する情報と参照セル
２２内の参照ガスに関する情報との比較によりリファレ
ンス測定を行う。
【００２５】各割算器４３、４４の出力は、ｌｏｇ変換
されると、測定対象成分の濃度、例えばＣＯ濃度及びＣ
Ｏ2 濃度にそれぞれ対応しており、メータ等の表示装置
に接続されて作業者にそれらの値を表示することができ
る。また、各割算器４３、４４の出力のｌｏｇ変換後、
図３に示すようなディジタル信号処理を行うことも好ま
しい。測定対象成分の濃度に対応したアナログ信号は、
サンプリング回路４９、５０により所定の時間周期でサ
ンプリングされて、Ａ／Ｄ変換器５１、５２（アナログ
−ディジタル変換器）により所定のビット数からなるデ
ィジタル信号に変換されて、メモリー等を含むコンピュ
ータ５３に入力され記憶される。コンピュータ５３で
は、数値演算や入出力機器との通信を行って、ＣＲＴ５
４、セグメント表示器５５、レコーダー５６等のデータ
表示装置により、測定された測定対象成分の濃度情報を
表示する。
されると、測定対象成分の濃度、例えばＣＯ濃度及びＣ
Ｏ2 濃度にそれぞれ対応しており、メータ等の表示装置
に接続されて作業者にそれらの値を表示することができ
る。また、各割算器４３、４４の出力のｌｏｇ変換後、
図３に示すようなディジタル信号処理を行うことも好ま
しい。測定対象成分の濃度に対応したアナログ信号は、
サンプリング回路４９、５０により所定の時間周期でサ
ンプリングされて、Ａ／Ｄ変換器５１、５２（アナログ
−ディジタル変換器）により所定のビット数からなるデ
ィジタル信号に変換されて、メモリー等を含むコンピュ
ータ５３に入力され記憶される。コンピュータ５３で
は、数値演算や入出力機器との通信を行って、ＣＲＴ５
４、セグメント表示器５５、レコーダー５６等のデータ
表示装置により、測定された測定対象成分の濃度情報を
表示する。
【００２６】図４は、本発明の２成分ガスアナライザー
の一実施例の信号処理ブロック図の他の例である。焦電
検出器３１からの出力は増幅器３３を介し、一方は光源
駆動回路７３の同期信号により検出するロックインアン
プやボックスカー積分器等の同期検出回路６１に入力さ
れ、他方は光源駆動回路７４の同期信号により検出する
同期検出回路６２に入力される。同様に、焦電検出器３
２からの出力は増幅器３４を介し、それぞれ同期検出回
路６３、６４に入力される。その後は、図２に示す信号
処理系と同様に、各割算器４３、４４に入力されて、各
両信号の割算処理を行って、試料セル２０内の試料ガス
に関する情報と参照セル２３内の参照ガスに関する情報
との比較によりリファレンス測定を行うことにより、Ｓ
／Ｎ比や測定精度の向上、ドリフトの低減を図ることが
できる。
の一実施例の信号処理ブロック図の他の例である。焦電
検出器３１からの出力は増幅器３３を介し、一方は光源
駆動回路７３の同期信号により検出するロックインアン
プやボックスカー積分器等の同期検出回路６１に入力さ
れ、他方は光源駆動回路７４の同期信号により検出する
同期検出回路６２に入力される。同様に、焦電検出器３
２からの出力は増幅器３４を介し、それぞれ同期検出回
路６３、６４に入力される。その後は、図２に示す信号
処理系と同様に、各割算器４３、４４に入力されて、各
両信号の割算処理を行って、試料セル２０内の試料ガス
に関する情報と参照セル２３内の参照ガスに関する情報
との比較によりリファレンス測定を行うことにより、Ｓ
／Ｎ比や測定精度の向上、ドリフトの低減を図ることが
できる。
【００２７】なお、以上の実施例では、参照セル２２、
２３には測定対象成分に対応した参照ガスが封入された
例を説明したが、参照ガスとして空気を用いることも可
能であり、この場合の参照セルは気密構造でなくても構
わない。
２３には測定対象成分に対応した参照ガスが封入された
例を説明したが、参照ガスとして空気を用いることも可
能であり、この場合の参照セルは気密構造でなくても構
わない。
【００２８】また、以上の実施例では、ＣＯ2 −ＣＯ系
の２成分測定を説明したが、他の測定対象成分、例えば
ＣＨ4 （メタン）、ＳＯ2 （二酸化硫黄）、ＮＯ（一酸
化窒素）等との組み合わせによる２成分測定にも適用で
きる。この場合、ＣＨ4 については波長３．４μｍ、Ｓ
Ｏ2 については波長７．２μｍ、ＮＯについては波長
５．５μｍの測定光を用いることが好ましい。
の２成分測定を説明したが、他の測定対象成分、例えば
ＣＨ4 （メタン）、ＳＯ2 （二酸化硫黄）、ＮＯ（一酸
化窒素）等との組み合わせによる２成分測定にも適用で
きる。この場合、ＣＨ4 については波長３．４μｍ、Ｓ
Ｏ2 については波長７．２μｍ、ＮＯについては波長
５．５μｍの測定光を用いることが好ましい。
【００２９】また、以上の実施例では、試料セル及び参
照セルが中空部材を用いて異なる長さで四角状に組み立
てられる例を説明したが、各光源について各セルを介し
て各検出器が受光できる構造のものであれば、いずれも
本発明が適用され得る。
照セルが中空部材を用いて異なる長さで四角状に組み立
てられる例を説明したが、各光源について各セルを介し
て各検出器が受光できる構造のものであれば、いずれも
本発明が適用され得る。
【００３０】また、以上の実施例では、各セル内のガス
成分に関する信号を割算により演算処理を行っている
が、引算による演算処理でもリファレンス測定を行うこ
とが可能であり、また加算、乗算、逆対数変換などの演
算処理も行うことができる。
成分に関する信号を割算により演算処理を行っている
が、引算による演算処理でもリファレンス測定を行うこ
とが可能であり、また加算、乗算、逆対数変換などの演
算処理も行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】以上詳説したように、本発明の２成分ガ
スアナライザーは、光源を直接変調することにより、機
械的な動作部分が無くなり、磨耗や変形などによるトラ
ブルが解消され、故障発生の少ない長寿命の装置を得る
ことができる。
スアナライザーは、光源を直接変調することにより、機
械的な動作部分が無くなり、磨耗や変形などによるトラ
ブルが解消され、故障発生の少ない長寿命の装置を得る
ことができる。
【００３２】また、電気的に変調の動作を行うことによ
り、機械振動による影響も受けにくくなり、安定した検
出信号を得ることができるため、測定精度を向上させる
ことができる。
り、機械振動による影響も受けにくくなり、安定した検
出信号を得ることができるため、測定精度を向上させる
ことができる。
【００３３】また、周波数安定度の良い発振器は、水晶
発振子等を用いた電気回路により容易に実現するため、
この発振器の出力を用いることにより、光源の輝度変調
の周波数が極めて安定になり、低ドリフトでＳ／Ｎ比の
良好な検出信号を得ることができ、測定精度を向上させ
ることができる。
発振子等を用いた電気回路により容易に実現するため、
この発振器の出力を用いることにより、光源の輝度変調
の周波数が極めて安定になり、低ドリフトでＳ／Ｎ比の
良好な検出信号を得ることができ、測定精度を向上させ
ることができる。
【００３４】また、各検出器が焦電検出器であるため、
従来のコンデンサ型の検出器と比べて、耐振動性能や耐
衝撃性能が向上すると共に、焦電検出器自体が原理的に
受光量に対して微分特性を示すため信号応答速度が向上
し、従来のものより高い変調周波数に設定することによ
り、ドリフトや１／ｆノイズ等の低周波ノイズの影響が
低減し、測定精度や測定時間分解能を向上させることが
できる。
従来のコンデンサ型の検出器と比べて、耐振動性能や耐
衝撃性能が向上すると共に、焦電検出器自体が原理的に
受光量に対して微分特性を示すため信号応答速度が向上
し、従来のものより高い変調周波数に設定することによ
り、ドリフトや１／ｆノイズ等の低周波ノイズの影響が
低減し、測定精度や測定時間分解能を向上させることが
できる。
【図１】本発明の２成分ガスアナライザーの一実施例の
概略的構成図である。
概略的構成図である。
【図２】本発明の２成分ガスアナライザーの一実施例の
信号処理ブロック図の一例である。
信号処理ブロック図の一例である。
【図３】本発明の２成分ガスアナライザーの一実施例の
信号処理ブロック図の一例である。
信号処理ブロック図の一例である。
【図４】本発明の２成分ガスアナライザーの一実施例の
信号処理ブロック図の他の例である。
信号処理ブロック図の他の例である。
【図５】従来の２成分ガスアナライザーの概略的構成図
である。
である。
２、３ 光源 ４、５、６、７ 凹面鏡 ８、１０、１１、１３、１４、１６、１７、１９ 透光
部材 ９、１２、１５、１８ 干渉フィルター ２０、２１ 試料セル ２２、２３ 参照セル ２６、２８ ガス導入口 ２７、２９ ガス排出口 ３１、３２ 焦電検出器 ３３、３４ 増幅器 ３５、３７ 中心周波数３０Ｈｚのバンドパスフィルタ
ー ３６、３８ 中心周波数２０Ｈｚのバンドパスフィルタ
ー ３９、４０、４１、４２ 整流回路 ４３、４４ 割算器 ４５、４６ ｌｏｇ変換回路 ４７、４８ 入力 ４９、５０ サンプリング回路 ５１、５２ Ａ／Ｄ変換器 ５３、 コンピュータ ５４ ＣＲＴ ５５ セグメント表示器 ５６ レコーダー ６１、６２、６３、６４ 同期検出回路 ６５、６６、６７、６８ 同期信号入力 ７１、７２ 発振器 ７３、７４ 光源駆動回路 ７５、７６ 同期信号出力 ８１、８１´ 光源 ８２ 回転セクタ ８３ モータ ８４、８６ 試料セル ８４´、８６´ 参照セル ８５、８７ 検出器 ８８、８９ 増幅器 ９０ 切換スイッチ ９１ 指示計
部材 ９、１２、１５、１８ 干渉フィルター ２０、２１ 試料セル ２２、２３ 参照セル ２６、２８ ガス導入口 ２７、２９ ガス排出口 ３１、３２ 焦電検出器 ３３、３４ 増幅器 ３５、３７ 中心周波数３０Ｈｚのバンドパスフィルタ
ー ３６、３８ 中心周波数２０Ｈｚのバンドパスフィルタ
ー ３９、４０、４１、４２ 整流回路 ４３、４４ 割算器 ４５、４６ ｌｏｇ変換回路 ４７、４８ 入力 ４９、５０ サンプリング回路 ５１、５２ Ａ／Ｄ変換器 ５３、 コンピュータ ５４ ＣＲＴ ５５ セグメント表示器 ５６ レコーダー ６１、６２、６３、６４ 同期検出回路 ６５、６６、６７、６８ 同期信号入力 ７１、７２ 発振器 ７３、７４ 光源駆動回路 ７５、７６ 同期信号出力 ８１、８１´ 光源 ８２ 回転セクタ ８３ モータ ８４、８６ 試料セル ８４´、８６´ 参照セル ８５、８７ 検出器 ８８、８９ 増幅器 ９０ 切換スイッチ ９１ 指示計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/61 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 第１光源から出射された光が第１試料セ
ルを通過して第１検出器で光電変換し、且つ第１光源か
ら出射された光が第１参照セルを通過して第２検出器で
光電変換すると共に、第２光源から出射された光が第２
試料セルを通過して第２検出器で光電変換し、且つ第２
光源から出射された光が第２参照セルを通過して第１検
出器で光電変換することにより、各試料セル内に存在す
るガスの濃度を測定する２成分ガスアナライザーであっ
て、第１光源及び第２光源がそれぞれ異なる周波数で輝
度変調され、且つ第１検出器及び第２検出器の各出力信
号から各周波数成分を抽出し、各周波数成分を相互に演
算処理することを特徴とする２成分ガスアナライザー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23766191A JP3070177B2 (ja) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | ２成分ガスアナライザー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23766191A JP3070177B2 (ja) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | ２成分ガスアナライザー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0572130A JPH0572130A (ja) | 1993-03-23 |
| JP3070177B2 true JP3070177B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=17018636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23766191A Expired - Fee Related JP3070177B2 (ja) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | ２成分ガスアナライザー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3070177B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3051274A1 (en) * | 2013-09-27 | 2016-08-03 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Gas sensor |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19601873C2 (de) * | 1995-03-04 | 1999-02-11 | Horiba Ltd | Gasanalysator |
| JP3063962B2 (ja) * | 1995-08-17 | 2000-07-12 | 株式会社神戸製鋼所 | Ｃｒ濃度計 |
| JP2001221743A (ja) * | 2000-02-08 | 2001-08-17 | Yokogawa Electric Corp | 赤外線ガス分析計 |
| DE10302165A1 (de) | 2003-01-22 | 2004-07-29 | Robert Bosch Gmbh | Infrarotquelle und Gassensor |
| JP2006234794A (ja) * | 2005-01-27 | 2006-09-07 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 信号検出方法、熱レンズ分光分析システム、蛍光検出システム、信号検出装置、信号検出システム、信号検出プログラム、及び記憶媒体 |
| JP2007071729A (ja) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 検出方法及び当該検出方法を用いたマイクロ化学システム |
| WO2006080556A1 (ja) * | 2005-01-27 | 2006-08-03 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | 検出方法、当該検出方法を用いたマイクロ化学システム、信号検出方法、熱レンズ分光分析システム、蛍光検出システム、信号検出装置、信号検出システム、信号検出プログラム、及び記憶媒体 |
| JP2013019706A (ja) * | 2011-07-08 | 2013-01-31 | Jfe Steel Corp | 高炉内ガスのガス利用率計測方法および装置 |
| JP6208513B2 (ja) * | 2013-09-27 | 2017-10-04 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 受発光装置 |
| JP6596961B2 (ja) * | 2015-06-19 | 2019-10-30 | Ｔｄｋ株式会社 | 濃度センサ |
-
1991
- 1991-09-18 JP JP23766191A patent/JP3070177B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3051274A1 (en) * | 2013-09-27 | 2016-08-03 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Gas sensor |
| EP3051274A4 (en) * | 2013-09-27 | 2017-05-17 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Gas sensor |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0572130A (ja) | 1993-03-23 |
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| JPH018993Y2 (ja) |
Legal Events
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