JP3342446B2 - Gas concentration measurement device - Google Patents
Gas concentration measurement deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼を利用したす
べての装置や化学プラントなどのガスを発生または排出
する可能性のある装置及びその周辺、あるいは地下駐車
場、トンネル、高速道路の料金所などのガスが滞留する
可能性の高い場所などでガス濃度を分析し監視する装置
に係り、特にNOx,CO,NH3などの排ガスの濃度
を計測するガス濃度計測装置に関する。[0001] The present invention relates to a device that may generate or emit gas, such as all devices utilizing combustion and chemical plants, and its surroundings, or underground parking lots, tunnels, and tollgates on highways. relates to apparatus for monitoring and analyzing the gas concentration and the like are likely to gases such as from staying places, particularly NOx, CO, relates to a gas concentration measuring device for measuring the concentration of exhaust gas, such as NH 3.
【0002】[0002]
【従来の技術】ボイラ、ゴミ焼却炉、ガスタービン、デ
ィーゼル機関、ガソリン機関などの燃焼機器の制御や排
ガスの性状評価などを行うためには、排ガス中に含まれ
る窒素酸化物(NOx)の濃度を計測することが重要で
ある。このため、種々の方法がNOx濃度を計測するた
めに利用されている。2. Description of the Related Art In order to control combustion equipment such as boilers, refuse incinerators, gas turbines, diesel engines, and gasoline engines and to evaluate the properties of exhaust gas, the concentration of nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas is required. It is important to measure For this reason, various methods are used to measure the NOx concentration.
【0003】従来のNOxを測定対象とするガス濃度計
測方法としては化学分析法(JIS K0104)および自動計
測法(JIS 7982)があり、さらに自動計測法には1)化
学発光法、2)赤外線吸収法、3)紫外線吸収法、4)
定電位電解法など種々の計測方法がある。これらの従来
のガス濃度計測方法は、基本的には連続式またはバッチ
式でサンプリングしたガスを分析装置に導入している。Conventional gas concentration measurement methods for measuring NOx include a chemical analysis method (JIS K0104) and an automatic measurement method (JIS 7982). Further, the automatic measurement methods include 1) a chemiluminescence method and 2) an infrared ray. Absorption method 3) ultraviolet absorption method 4)
There are various measurement methods such as a constant potential electrolysis method. These conventional gas concentration measurement methods basically introduce a gas sampled in a continuous or batch manner into an analyzer.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の化
学分析法においては、試料ガスの採取に熟練を要し、し
かも、発色が完了するまでに時間がかかり過ぎるため
に、連続測定に適していない。また、方法によってはN
Oを直接測定できないので、これをNO2に変換するた
めの前処理装置が必要となる。さらに、従来の化学分析
法および自動計測法の両者はともに他のガス・水分・煤
塵などの共存成分により干渉を受けるので、これらの共
存成分を除去するか、あるいは測定値を補正する必要が
あると共に、一定レベルの測定精度を保証するためには
試料ガス温度と流量を一定に保持する必要がある等の様
々な問題点が存在する。However, the conventional chemical analysis method is not suitable for continuous measurement because it takes a long time to collect a sample gas and it takes too much time to complete color development. Also, depending on the method, N
Since O cannot be measured directly, a pretreatment device for converting it to NO 2 is required. Furthermore, both the conventional chemical analysis method and the automatic measurement method are interfered by other coexisting components such as gas, moisture, and dust, so it is necessary to remove these coexisting components or correct the measured values. In addition, there are various problems such as the need to keep the sample gas temperature and flow rate constant in order to guarantee a certain level of measurement accuracy.
【0005】さらに、従来の方法では、試料ガスを一定
量サンプリングする必要があるので、ボイラの炉内や煙
道、道路などでの直接測定が不可能であり、従って広範
囲にわたる分布測定もできない。Further, in the conventional method, since it is necessary to sample a fixed amount of the sample gas, it is impossible to directly measure in a boiler furnace, a flue, a road, and the like, and therefore, it is impossible to measure a distribution over a wide range.
【0006】近年、可視または近赤外線の波長領域にお
ける半導体レーザの性能が向上し、高分解能分光の光源
として利用するのに十分な分光特性を有するようにな
り、これを利用したガス濃度計測の実験室レベルでの研
究が行われるようになってきている。この手法は波長可
変半導体レーザ吸収分光法(Tunable Diode Laser Abso
rption Spectroscopy(以下、TDLASという))と呼
ばれる技術であるが、従来のTDLASには下記(1)
〜(4)にあげる種々の問題点が存在するために産業界
では未だ実機プラントに実用化されるに至っていない。In recent years, the performance of semiconductor lasers in the visible or near-infrared wavelength region has been improved, and the semiconductor lasers have sufficient spectral characteristics to be used as a light source for high-resolution spectroscopy. Research at the laboratory level is beginning to take place. This technique uses tunable diode laser absorption spectroscopy.
This is a technique called rption spectroscopy (hereinafter, referred to as TDLAS). Conventional TDLAS has the following (1)
Due to the various problems described in (4) to (4) above, the industry has not yet been put to practical use in actual plants.
【0007】(1)ミラーなどの光学部品で発生するサ
イン波状のフリンジがガスの吸収信号に重畳されて測定
信号に現れるために、このフリンジの大きさが周囲の温
度変化などの影響を受けて変動した場合に、濃度測定信
号に影響を及ぼし、ガス濃度計測の精度が低下する。(1) Since a sinusoidal fringe generated by an optical component such as a mirror is superimposed on a gas absorption signal and appears in a measurement signal, the size of the fringe is affected by a change in ambient temperature or the like. If it fluctuates, it affects the concentration measurement signal, and the accuracy of gas concentration measurement decreases.
【0008】(2)測定領域に固体粒子が共存すると、
レーザ光が吸収または散乱されてしまい、このノイズと
ガスによる吸収との区別が付かなくなり、ガス濃度計測
の精度が低下する。従って、これまでレーザ光を用いた
ガス濃度計測は清浄ガスに対しては可能であったが、燃
焼機器から排出されるガスは煤塵などの固体粒子を含ん
でいるために、ガス濃度計測の精度低下が避けられな
い。また、前処理装置を用いてサンプリングガスから煤
塵などの固体粒子を除去する必要があり、燃焼炉や煙道
や配管等の内部の直接計測ができない。(2) When solid particles coexist in the measurement area,
The laser light is absorbed or scattered, and it becomes impossible to distinguish between the noise and the absorption by the gas, and the accuracy of the gas concentration measurement is reduced. So far, gas concentration measurement using laser light has been possible for clean gas.However, since gas emitted from combustion equipment contains solid particles such as dust, the accuracy of gas concentration measurement is high. A decline is inevitable. In addition, it is necessary to remove solid particles such as dust from the sampling gas by using a pretreatment device, and it is not possible to directly measure the inside of a combustion furnace, a flue, a pipe, or the like.
【0009】(3)ガスの吸収は非常に線幅が狭く、特
定の波長でしか吸収されない。半導体レーザは、温度と
電流を一定に制御すると、ほぼ一定の波長を発振する
が、長時間発振していると、次第に発振波長そのものが
ドリフトすることは避けられない。半導体レーザからの
発振波長が測定対象ガスの吸収ピークから少し外れる
と、測定感度が大幅に低下してしまう。さらに発振波長
が測定対象ガスの吸収ピークを中心とする吸収線幅(測
定感度帯域)から外れてしまうと、レーザ光がまったく
ガスに吸収されなくなり、ガス濃度計測が不可能になっ
てしまう。(3) Absorption of gas has a very narrow line width and is absorbed only at a specific wavelength. A semiconductor laser oscillates at a substantially constant wavelength when the temperature and current are controlled to be constant. However, if the semiconductor laser oscillates for a long time, it is inevitable that the oscillation wavelength itself gradually drifts. When the oscillation wavelength from the semiconductor laser deviates slightly from the absorption peak of the gas to be measured, the measurement sensitivity is greatly reduced. Furthermore, if the oscillation wavelength deviates from the absorption line width (measurement sensitivity band) centered on the absorption peak of the gas to be measured, the laser light is not absorbed by the gas at all, and gas concentration measurement becomes impossible.
【0010】(4)屋外に設置されたプラントでは、太
陽光がレーザ受光器に入射することがあり、一日の中で
も時間帯によって受光した光の強度が変動しやすく、ガ
ス濃度の測定精度が低い。光学部品を箱のなかに全て収
納し、太陽光などが入射しないように設置した場合であ
っても、ボイラなどの炉内で燃焼による発光が必ず起こ
る場合、受光器にレーザ光以外の光が背景光として入射
するのを避けられない場合が多く、測定精度が大幅に低
下する。(4) In a plant installed outdoors, sunlight may enter the laser receiver, and the intensity of the received light tends to fluctuate depending on the time of day even during a day, and the measurement accuracy of the gas concentration is reduced. Low. Even if all optical components are housed in a box and installed so that sunlight does not enter, if light emission due to combustion always occurs in a furnace such as a boiler, light other than laser light is applied to the receiver. In many cases, it is unavoidable to enter as background light, and measurement accuracy is greatly reduced.
【0011】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、共存成分や測定環境からの影響を受け
難く、高感度で、かつ、その場観測および実時間計測が
可能なガス濃度計測装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a high sensitivity, a high sensitivity, and a gas concentration which enables in-situ observation and real-time measurement. It is an object to provide a measuring device .
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、共存成分
や測定環境からの影響を受け難く、測定精度が長期間に
わたり低下しない高感度のガス濃度計測装置につき鋭意
研究を重ねた結果、下記の特徴を有する本発明を完成さ
せるに至った。Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies on a highly sensitive gas concentration measuring device which is hardly affected by coexisting components and the measurement environment and whose measurement accuracy does not decrease over a long period of time. The present invention having the following features has been completed.
【0013】(1)第1の視点として本発明に係るガス
濃度計測装置は、測定対象とされるガス状物質に固有な
吸収波長のレーザ光を発振する光源と、この光源から発
振されるレーザ光の発振波長を少なくとも2つの異なる
周波数で変調する手段と、この変調手段により変調され
たレーザ光を前記ガス状物質が存在する測定領域に導く
手段と、この測定領域において透過または反射または散
乱したレーザ光を受光する第1の受光手段と、この第1
の受光手段で受光した信号の中から変調された信号を周
波数毎に順次それぞれ復調し、変調周波数の成分または
その高調波成分を得る複数の第1の位相敏感検波器と、
を具備することを特徴とする。(1) As a first viewpoint, a gas concentration measuring apparatus according to the present invention comprises a light source for oscillating a laser beam having an absorption wavelength unique to a gaseous substance to be measured, and a laser oscillated from the light source. Means for modulating the oscillation wavelength of the light at at least two different frequencies; means for guiding the laser light modulated by the modulating means to a measurement area where the gaseous substance is present; and means for transmitting, reflecting or scattering in the measurement area. a first light receiving means for receiving the laser beam, the first
The signals modulated by the signals received by the light receiving means are sequentially demodulated for each frequency, and the components of the modulation frequency or
A plurality of first phase-sensitive detectors for obtaining the harmonic components ;
It is characterized by having.
【0014】(2)第2の視点として本発明に係るガス
濃度計測装置は、さらに、前記第1の受光手段で受光し
た信号の中から直流成分を得る低周波通過フィルタを具
備することを特徴とする。(2) As a second viewpoint, the gas concentration measuring apparatus according to the present invention further comprises a light receiving means for receiving light by the first light receiving means.
And a low-frequency pass filter for obtaining a DC component from the signal .
【0015】(3)第3の視点として本発明に係るガス
濃度計測装置は、さらに、ガス濃度が既知の標準ガスが
封入されるか又は通流可能にされた参照セルと、この参
照セルに前記レーザ光を導入する手段と、前記参照セル
を通過したレーザ光を受光する第2の受光手段と、この
第2の受光手段で受光した信号の中から変調周波数の成
分またはその高調波成分を得る第2の位相敏感検波器
と、この第2の受光手段で受光した信号の中から変調周
波数の奇数次の高調波成分を得る第3の位相敏感検波器
と、この第3の位相敏感検波器から出力される信号を用
いて前記光源から発振されるレーザ光の発振波長を制御
する手段と、を具備することを特徴とする。(3) As a third viewpoint, the gas concentration measuring device according to the present invention further comprises a standard gas having a known gas concentration.
Enclosed or flowable reference cells and this reference
Means for introducing the laser beam into a reference cell, and the reference cell
Second light receiving means for receiving the laser light passing through
The modulation frequency component is selected from the signals received by the second light receiving means.
Second phase-sensitive detector for obtaining minute or harmonic components thereof
From the signals received by the second light receiving means.
Third phase sensitive detector for obtaining odd harmonic components of wave number
And the signal output from the third phase-sensitive detector
Control the oscillation wavelength of the laser light emitted from the light source
And means for performing the operation.
【0016】(4)第4の視点として本発明に係るガス
濃度計測装置は、さらに、前記第1の受光手段の近傍に
設けられ、前記光源から発振されたレーザ光は受光せ
ず、前記測定領域から発した光の強度のみを受光する第
3の受光手段を具備することを特徴とする。(4) As a fourth viewpoint, the gas concentration measuring device according to the present invention further includes a gas detector near the first light receiving means.
And receives laser light oscillated from the light source.
The second receiving only the intensity of the light emitted from the measurement area.
It is characterized by comprising three light receiving means .
【0017】さらに、他のガス濃度計測装置(5)〜
(8)は、上記(1)〜(4)のうちから2つ以上を下
記のように組み合せたことを特徴とする。Further, other gas concentration measuring devices (5) to
(8) is characterized in that two or more of the above (1) to (4) are combined as follows.
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【0020】[0020]
【0021】[0021]
【0022】[0022]
【0023】[0023]
【0024】(5)は(1)と(2)と(3)の組み合
わせからなるガス濃度計測装置。 (5) A gas concentration measuring device comprising a combination of (1), (2) and (3).
【0025】(6)は(1)と(3)と(4)の組み合
わせからなるガス濃度計測装置。 (6) is a gas concentration measuring device comprising a combination of (1), (3) and (4).
【0026】(7)は(1)と(2)と(4)の組み合
わせからなるガス濃度計測装置。 (7) is a gas concentration measuring device comprising a combination of (1), (2) and (4) .
【0027】(8)は(1)と(2)と(3)と(4)
の組み合わせからなるガス濃度計測装置。 (8) corresponds to (1), (2), (3) and (4)
Gas concentration measuring device consisting of a combination of:
【0028】燃焼炉において、排ガス通路にレーザ光を
導く手段としての計測窓と、レーザ光を排ガス通路外の
前記ガス濃度計測装置の受光手段に導くための手段とし
ての計測窓とを要するが、2種類の計測窓は一つの窓で
兼用可能である。もちろん、複数の計測窓を設けること
もできる。In the combustion furnace, laser light is applied to the exhaust gas passage.
A measurement window as a guiding means and a laser beam outside the exhaust gas passage
As means for guiding to the light receiving means of the gas concentration measuring device
All measurement windows are required, but two types of measurement windows can be shared by one window. Of course, a plurality of measurement windows can be provided.
【0029】この場合に、2種類の計測窓は、燃焼領域
および煙道の少なくとも一方に設けることができる。In this case, two types of measurement windows can be provided in at least one of the combustion area and the flue.
【0030】本発明の各種ガス濃度計測装置はそれぞれ
下記(a)〜(e)のように機能する。The various gas concentration measuring devices of the present invention function as follows (a) to (e).
【0031】(a)レーザの発振波長を2つの異なる周
波数で変調し、これを2つの位相敏感検波器を用いて順
次復調する。(A) The oscillation wavelength of the laser is modulated at two different frequencies, and this is sequentially demodulated using two phase-sensitive detectors.
【0032】(b)変調されたレーザ光の強度信号か
ら、直流成分と変調された成分とを分離する。(B) A DC component and a modulated component are separated from the modulated laser light intensity signal.
【0033】(c)参照セルに標準ガスを封入または流
通し、第2の受光手段が受光するレーザ光に波長掃引を
掛けて標準ガスの吸収中心に波長を固定することによ
り、レーザの発振波長を安定化する。(C) A standard gas is sealed or circulated in the reference cell, and the wavelength of the laser beam received by the second light receiving means is swept.
The oscillation wavelength of the laser is stabilized by fixing the wavelength at the absorption center of the standard gas .
【0034】(e)測定領域を通過したレーザ光を受光
する手段の他に、レーザ光を受光せず測定領域から発し
た光の強度を検出する第3の受光手段を設けることによ
り、測定領域を透過したレーザ光の強度を独立に求め得
る。[0034] (e) in addition to the means for receiving the laser beam that has passed through the measurement area, by providing the third light receiving means for detecting the intensity of light emitted from the measurement area without receiving the laser beam, the measurement region It may determine the intensity of the laser light transmitted independently.
【0035】図2〜図4を参照しながら本発明の作用
(イ)〜(ニ)について説明する。The operations (a) to (d) of the present invention will be described with reference to FIGS.
【0036】(イ)フリンジの影響除去光学部品での反
射が原因となって吸収スペクトルの中に現れるフリンジ
が、濃度測定の妨害になることが多い。注意深くこのフ
リンジを除去した後でも、小さな振幅のフリンジが残る
場合がある。図4は、ガウス型の2次微分の形をしたガ
ス状成分による吸収信号と、サイン波の形をしたフリン
ジが重なっているスペクトルを模式的に示したものであ
る。特に、この振幅の変動は、屋外のテストプラントや
実プラントの近くに設置された光学部品の温度変動に伴
って起こり、その結果、吸収のピーク強度が変動するこ
とになる。しかしながら、本発明者らは、二重変調を用
いることによってこの問題を解決した。すなわち、図2
に示す例においては、第2のフォトダイオード5(また
は第1のフォトダイオード4)の出力を、アンプ15で
増幅した後、周波数2fの位相敏感検波器16で復調
し、さらに、周波数2wの位相敏感検波器17で復調
し、低周波フィルタ18で高周波ノイズを除去する。(A) Elimination of Fringe Effect Fringes appearing in an absorption spectrum due to reflection at an optical component often interfere with concentration measurement. Even after carefully removing this fringe, small amplitude fringes may remain. FIG. 4 schematically shows a spectrum in which an absorption signal due to a gaseous component in the form of a Gaussian second derivative and a fringe in the form of a sine wave overlap. In particular, the fluctuation of the amplitude occurs in accordance with the temperature fluctuation of the optical components installed near the outdoor test plant or the actual plant, and as a result, the peak intensity of the absorption fluctuates. However, we have solved this problem by using double modulation. That is, FIG.
In the example shown in ( 1 ), after the output of the second photodiode 5 (or the first photodiode 4) is amplified by the amplifier 15, it is demodulated by the phase sensitive detector 16 of the frequency 2f, and further, the phase of the frequency 2w is The signal is demodulated by the sensitive detector 17 and the high frequency noise is removed by the low frequency filter 18.
【0037】図4に示す信号波形はフリンジを伴う吸収
信号である。これは第1の周波数fの2倍の周波数2f
で復調された信号にあたる。ここで、二重変調と復調に
よる作用を理解し易いように波形を簡略化して示す図3
の(a)〜(e)を参照しながら各次元毎の復調スペク
トル吸収信号について説明する。図3の(a)は変調無
しで計測した波形を、(b)は1倍(奇数次)の周波数
fで復調した波形を、(c)は2倍の周波数2fで復調
した波形を、(d)は周波数2f+w(奇数次)で復調
した波形を、(e)は周波数2f+2wで復調した波形
をそれぞれ示す。The signal waveform shown in FIG. 4 is an absorption signal accompanied by fringes. This is a frequency 2f which is twice the first frequency f.
Corresponds to the demodulated signal. Here, FIG. 3 shows a simplified waveform to make it easier to understand the effects of double modulation and demodulation.
The demodulated spectral absorption signal for each dimension will be described with reference to FIGS. FIG. 3A shows a waveform measured without modulation, FIG. 3B shows a waveform demodulated at a frequency of 1 × (odd order) , FIG. 3C shows a waveform demodulated at a frequency of 2 × twice, d) shows a waveform demodulated at a frequency of 2f + w (odd order) , and (e) shows a waveform demodulated at a frequency of 2f + 2w.
【0038】本発明の装置では、図4に示すフリンジを
伴う吸収信号(図3(c)の2次微分吸収スペクトルに
フリンジが重畳した信号)を、さらに第2の周波数wの
2倍の周波数2wで復調することにより図3(e)の4
次微分信号を得て、この4次微分信号の最大ピークは、
先の2次微分信号のピークとピークとの間の強度の差分
を観測することに相当する。従って、フリンジの有無に
拘わらず、ピークとピークの間の強度が観測されること
になる。このような二重変調と復調とにより高感度かつ
長時間安定な計測が可能になる。第1の位相敏感検波器
の出力は、第1変調周波数fの2倍の高調波成分2fで
復調した信号(図3の(c)に示す信号)に該当し、ま
た、第2の位相敏感検波器の出力は、第1の位相敏感検
波器を通過してきた信号のうち、第2変調周波数wの2
倍の高調波成分2wで復調した信号(図3の(e)に示
す信号)に該当する。ここで二重変調の意義は、単一の
周波数での変調では計測用レーザの多重反射(フリン
ジ)に起因する計測値のドリフトが発生するので、それ
を抑制するものである。 In the apparatus of the present invention, the absorption signal with fringe shown in FIG. 4 (the second derivative absorption spectrum of FIG.
4 in Figure by a signal) fringe is superimposed, and further demodulated at twice the frequency 2w of the second frequency w 3 (e)
The fourth derivative signal is obtained, and the maximum peak of this fourth derivative signal is
This corresponds to observing the difference in intensity between the peaks of the second derivative signal. Therefore, irrespective of the presence or absence of the fringe, the intensity between the peaks is observed. Such double modulation and demodulation enable high-sensitivity and stable measurement for a long time. First phase sensitive detector
Output is a harmonic component 2f that is twice the first modulation frequency f.
This corresponds to the demodulated signal (the signal shown in FIG. 3 (c)).
The output of the second phase-sensitive detector is equal to the output of the first phase-sensitive detector.
Of the signals that have passed through the
The signal demodulated with the double harmonic component 2w (shown in (e) of FIG. 3)
Signal). Here, the significance of double modulation is a single
Modulation at frequency requires multiple reflections of the measurement laser (Flint).
The drift of the measurement value caused by the
Is to suppress.
【0039】(ロ)ガスと固体粒子の濃度の同時計測ガ
ス状分子の吸収はレーザ光の波長に依存するが、一方、
固体粒子による散乱や吸収はレーザ光の波長にはあまり
依存しない。図2において、第2のフォトダイオード5
(PD2)の出力は、2つに分けられ、一方は、アンプ
15と位相敏感検波器16によって変調された成分が検
出され、他方は低周波通過フィルタ18によって、直流
成分が検出される。その結果、測定領域を透過してきた
レーザ光強度の変調された成分と直流成分を両方とも測
定できるので、ガス濃度と固体粒子濃度との同時計測が
可能となる。(B) Simultaneous Measurement of Gas and Solid Particle Concentrations Absorption of gaseous molecules depends on the wavelength of laser light.
Scattering and absorption by solid particles do not depend much on the wavelength of the laser light. In FIG. 2, the second photodiode 5
The output of (PD2) is divided into two. One is a component modulated by the amplifier 15 and the phase-sensitive detector 16, and the other is a DC component detected by the low-pass filter 18. As a result, since both the modulated component and the DC component of the intensity of the laser beam transmitted through the measurement area can be measured, simultaneous measurement of the gas concentration and the solid particle concentration becomes possible.
【0040】(ハ)波長の安定化長期間安定な測定を実
現するために、図7の(a)に示すように波長掃引を掛
けてレーザ光の発振波長を参照セル内のガスの吸収ピー
クにロックした。具体的には図2に示す例では、第1の
フォトダイオード4(PD1)の出力をアンプ15で増
幅した後に、周波数2fの位相敏感検波器16で復調
し、さらに、周波数wの位相敏感検波器19で復調し、
低周波通過フィルタおよびアンプ20を通すと、参照セ
ル3内のガスによる吸収信号の3次微分が得られる。こ
の3次微分信号は、図3(d)に示すように、吸収中心
付近ではガスの吸収中心波長とレーザ光の発振波長との
差に比例する。この関係を利用して両者の波長差がゼロ
になるように加算器14に加えると、フィードバック制
御が掛かり、その結果、レーザ光の発振波長が安定化す
る。(C) Stabilization of wavelength In order to realize stable measurement for a long period of time , a wavelength sweep is performed as shown in FIG.
As a result, the oscillation wavelength of the laser light was locked to the absorption peak of the gas in the reference cell. Specifically, in the example shown in FIG. 2, after the output of the first photodiode 4 (PD1) is amplified by the amplifier 15, the output is demodulated by the phase-sensitive detector 16 of the frequency 2f, and further, the phase-sensitive detection of the frequency w is performed. Demodulated by the unit 19,
After passing through the low-pass filter and the amplifier 20, the third derivative of the absorption signal by the gas in the reference cell 3 is obtained. This third-order differential signal is proportional to the difference between the absorption center wavelength of the gas and the oscillation wavelength of the laser light near the absorption center, as shown in FIG. By utilizing this relationship and adding to the adder 14 such that the wavelength difference between the two becomes zero, feedback control is applied, and as a result, the oscillation wavelength of the laser light is stabilized.
【0041】(ニ)背景光の影響除去 位相敏感検波器の出力は、ガス濃度とレーザ強度に比例
するのでガス濃度を算出するためには、レーザ強度で割
る必要がある。(D) Elimination of the influence of background light Since the output of the phase sensitive detector is proportional to the gas concentration and the laser intensity, it must be divided by the laser intensity to calculate the gas concentration.
【0042】図2に示す例では、フォトダイオード5
(PD2)で受光した光の強度は、透過したレーザ光と
火炎などの発光(背景光)との両方を含むものである。
それゆえ、背景光のみを受光するためのフォトダイオー
ド6(PD3)をレーザの光軸を外れた位置に設置し、
フォトダイオード5(PD2)の出力(受光強度)から
フォトダイオード6(PD3)の出力(受光強度)を差
し引くことにより、背景光の影響を除去することができ
る。In the example shown in FIG.
The intensity of the light received by (PD2) includes both the transmitted laser light and the emission of light such as flame (background light).
Therefore, the photodiode 6 (PD3) for receiving only the background light is installed at a position off the optical axis of the laser,
By subtracting the output (light reception intensity) of the photodiode 6 (PD3) from the output (light reception intensity) of the photodiode 5 (PD2), the influence of the background light can be removed.
【0043】このように本発明のガス濃度計測装置によ
れば、ボイラやごみ焼却炉などの炉内や煙などのプラン
ト内部や、プラント周囲、大気中のガス濃度などを直接
リアルタイムで計測することができる。As described above, according to the gas concentration measuring apparatus of the present invention, the gas concentration in a furnace such as a boiler or a refuse incinerator, in a plant such as smoke, around the plant, or in the atmosphere can be directly measured in real time. Can be.
【0044】[0044]
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の種々の好ましい実施の形態について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Various preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0045】図1に示すように、測定対象となるガスが
存在または通過するプラント7の適所に2つの光学窓7
a,7bが取り付けられている。プラント7はボイラや
ごみ焼却炉のような燃焼炉であり、この内部で発生する
燃焼排ガスが通流する排気路を横切るように一方の光学
窓7aから他方の光学窓7bに向けてレーザ光Lが計測
領域に入射されるようになっている。この計測領域は、
プラント7の燃焼スペースの一部にあたり、火炎が届く
範囲に位置する。As shown in FIG. 1, two optical windows 7 are provided at appropriate positions in a plant 7 where a gas to be measured exists or passes therethrough.
a, 7b are attached. The plant 7 is a combustion furnace such as a boiler or a refuse incinerator, and a laser beam L is directed from one optical window 7a to the other optical window 7b so as to cross an exhaust path through which combustion exhaust gas generated therein flows. Is incident on the measurement area. This measurement area is
It corresponds to a part of the combustion space of the plant 7 and is located in a range where the flame reaches.
【0046】一方の光学窓7aの近傍にはレーザ発振器
が配置されている。レーザ発振器は、LDモジュール1
と、LDモジュール1から発振されたレーザ光を反射す
るミラー1aと、ミラー1aで反射されたレーザ光の一
部を光学窓7aに向けて反射するとともに一部を透過さ
せるハーフミラー1bと、ハーフミラー1bを透過した
レーザ光を参照セル3に向けて反射するミラー1cと、
を備えている。A laser oscillator is arranged near one optical window 7a. Laser oscillator is LD module 1
A mirror 1a for reflecting the laser light oscillated from the LD module 1, a half mirror 1b for reflecting a part of the laser light reflected by the mirror 1a toward the optical window 7a and transmitting a part, and a half. A mirror 1c for reflecting the laser beam transmitted through the mirror 1b toward the reference cell 3,
It has.
【0047】光源としての半導体レーザ素子は、レーザ
素子の温度調節を行うためのペルチェ素子とともにLD
モジュール1のなかに設けられている。半導体レーザ素
子はLDドライバ2の制御回路に接続され、その温度と
電流とが制御されるようになっている。なお、本実施形
態では、光源として半導体レーザ素子を採用した場合を
例にとって説明しているが、本発明の光源は半導体レー
ザ素子のみに限定されるものではなく、その他の波長変
調が可能なレーザ発振器のすべてに適用可能であり、さ
らに、レーザ以外の光・電磁波の場合も、波長変調が可
能な場合には、すべて適用可能である。A semiconductor laser device as a light source is an LD together with a Peltier device for controlling the temperature of the laser device.
It is provided in the module 1. The semiconductor laser device is connected to a control circuit of the LD driver 2 so that its temperature and current are controlled. In the present embodiment, a case where a semiconductor laser element is employed as a light source is described as an example. However, the light source of the present invention is not limited to a semiconductor laser element, and a laser capable of performing other wavelength modulation. The present invention can be applied to all oscillators, and can be applied to all types of light and electromagnetic waves other than lasers if wavelength modulation is possible.
【0048】他方の窓7bの近傍には受光手段としての
2つのフォトダイオード5,6(PD2,PD3)が設
けられている。一方のフォトダイオード5はレーザ光軸
上に配置され、計測領域を通過したレーザ光Lを受光す
るようになっている。他方のフォトダイオード6はレー
ザ光軸から外れたところに配置され、計測領域の火炎か
ら発される光を背景光として受光するようになってい
る。これら2つのフォトダイオード5,6は測定ユニッ
ト8を経由してAD変換器9に受光信号をそれぞれ送る
ように接続されている。AD変換器9はコンピュータ1
0に接続され、さらにコンピュータ10はディスプレイ
を備えた表示装置(図示せず)に接続されている。Two photodiodes 5, 6 (PD2, PD3) as light receiving means are provided near the other window 7b. One of the photodiodes 5 is arranged on the laser optical axis, and receives the laser light L passing through the measurement area. The other photodiode 6 is arranged at a position deviated from the laser optical axis, and receives light emitted from the flame in the measurement area as background light. These two photodiodes 5 and 6 are connected so as to send a light receiving signal to the AD converter 9 via the measuring unit 8. The AD converter 9 is a computer 1
0, and the computer 10 is further connected to a display device (not shown) having a display.
【0049】LDモジュール1から発振されたレーザ光
は、ハーフミラー1bで2つに分けられる。このうち透
過光は、参照セル3を通り、第1のフォトダイオード4
(PDl)で受光され、ガス濃度の検定と波長安定化と
に用いられる。一方、反射光は、燃焼炉7の内部へ光学
窓7aを介して導入され、測定領域を通過した後に光学
窓7bを介して燃焼炉7の外部へ出て、第2のフォトダ
イオード5(PD2)により受光される。The laser light oscillated from the LD module 1 is split into two by the half mirror 1b. The transmitted light passes through the reference cell 3 and passes through the first photodiode 4
The light is received by (PDl) and used for gas concentration verification and wavelength stabilization. On the other hand, the reflected light is introduced into the inside of the combustion furnace 7 through the optical window 7a, and after passing through the measurement region, goes out of the combustion furnace 7 through the optical window 7b, and is reflected by the second photodiode 5 (PD2). ).
【0050】さらに、レーザ光の光軸から外れたところ
に配置された第3のフォトダイオード6(PD3)によ
り測定領域から発する光(火炎の光)を受光する。これ
ら3つのフォトダイオード4,5,6からの電気信号を
測定ユニット8で処理する。測定ユニット8は処理した
アナログデータをAD変換器9に送り、これをAD変換
器9はデジタルデータに変換し、これをコンピュータ1
0に送る。コンピュータ10は、送られてきたデータを
メモリに保存するとともに、これを数値化又はグラフ化
して表示装置(図示せず)の画面に表示する。さらに、
コンピュータ10は、第2のフォトダイオード5(PD
2)で受光した光(レーザ光+背景光)の強度と第3の
フォトダイオード6(PD3)で受光した光(背景光)
の強度との差分を演算により求め、これも表示装置の画
面に表示するようになっている。Further, light (flame light) emitted from the measurement area is received by the third photodiode 6 (PD3) arranged at a position off the optical axis of the laser light. The electric signals from the three photodiodes 4, 5, 6 are processed by the measuring unit 8. The measurement unit 8 sends the processed analog data to the AD converter 9, which converts the analog data into digital data, and converts this into digital data.
Send to 0. The computer 10 stores the transmitted data in a memory, digitizes or graphs the data, and displays the data on a screen of a display device (not shown). further,
The computer 10 has a second photodiode 5 (PD
The intensity of the light (laser light + background light) received in 2) and the light (background light) received by the third photodiode 6 (PD3)
Is calculated by calculation, and this difference is also displayed on the screen of the display device.
【0051】ガス濃度の検定は次のようにしてなされ
る。The verification of the gas concentration is performed as follows.
【0052】先ず、参照セル3内の既知のガス濃度と、
参照セル3の既知の光学長さと、計測領域の既知の光学
長さとをコンピュータ10にデータ入力する。コンピュ
ータ10は、メモリから所定の数式を呼び出し、3つの
入力データを数式の該当パラメータにそれぞれ代入し、
演算によりガス濃度値を求める。なお、参照セル3の内
部にはガス濃度が既知の標準ガスを一定圧力で封入する
か、または通流させてある。First, a known gas concentration in the reference cell 3 and
The known optical length of the reference cell 3 and the known optical length of the measurement area are input to the computer 10 as data. The computer 10 calls a predetermined mathematical expression from the memory and substitutes the three input data into the corresponding parameters of the mathematical expression,
A gas concentration value is obtained by calculation. The reference cell 3 is filled with a standard gas having a known gas concentration at a constant pressure or is allowed to flow therethrough.
【0053】図2は本発明の実施形態に係るガス濃度計
測装置の要部を示すブロック回路図である。FIG. 2 is a block circuit diagram showing a main part of the gas concentration measuring device according to the embodiment of the present invention.
【0054】本発明装置の主要部をなす測定ユニット8
は、ランプ波発生器11、2つのサイン波発生器12,
13、加算器14、2つの増幅器15、3つの位相敏感
検波器16,17,19、5つのローパスフィルタ1
8、アンプ/ローパスフィルタ20を内蔵している。The measuring unit 8 which is a main part of the apparatus of the present invention
Are ramp wave generator 11, two sine wave generators 12,
13, an adder 14, two amplifiers 15, three phase-sensitive detectors 16, 17, 19, five low-pass filters 1
8. Built-in amplifier / low-pass filter 20.
【0055】ランプ波発生器11は、図7の(a)に示
すように測定対象ガスに固有の吸収スペクトルのところ
でレーザ発振波長をゆっくりと掃引させるために、例え
ば周波数0.5Hz又は0.01Hzのランプ波を半導
体レーザ素子の注入電流に印可するようになっている。
なお、長時間にわたりガス濃度の変化を測定する場合
は、ランプ波発生器11によるレーザ発振波長の掃引を
止め、レーザ発振波長を所定波長にロックする。The ramp generator 11 is shown in FIG.
In order to slowly sweep the laser oscillation wavelength at the absorption spectrum specific to the gas to be measured, for example, a ramp wave having a frequency of 0.5 Hz or 0.01 Hz is applied to the injection current of the semiconductor laser element. I have.
When the change in gas concentration is measured for a long time, the sweep of the laser oscillation wavelength by the ramp generator 11 is stopped, and the laser oscillation wavelength is locked at a predetermined wavelength.
【0056】2つのサイン波発生器12,13は、レー
ザ発振波長を変調するために、それぞれ異なる周波数の
サイン波を半導体レーザ素子の注入電流に重ねて印可す
るようになっている。例えば、一方のサイン波発生器1
2からは第1の変調周波数fとして10kHzのサイン
波(f=10kHz)が加算器14を経由してLDドラ
イブ2に印可され、他方のサイン波発生器13からは第
2の変調周波数wとして500Hzのサイン波(w=5
00Hz=0.5kHz)が加算器14を経由してLD
ドライブ2に印可されるようになっている。The two sine wave generators 12 and 13 apply sine waves of different frequencies to the injection current of the semiconductor laser element in order to modulate the laser oscillation wavelength. For example, one sine wave generator 1
2, a 10 kHz sine wave (f = 10 kHz) is applied to the LD drive 2 via the adder 14 as a first modulation frequency f, and the other sine wave generator 13 generates a second modulation frequency w. 500 Hz sine wave (w = 5
00 Hz = 0.5 kHz) through the adder 14
The drive 2 is applied.
【0057】加算器14は、ランプ波発生器11からの
掃引信号、2つのサイン波発生器12,13からの異な
る周波数f,wの変調信号、位相敏感検波器19からの
周波数2f+wの3次微分復調信号を重畳して半導体レ
ーザ素子の注入電流に印可するようになっている。The adder 14 includes a sweep signal from the ramp generator 11, modulation signals of different frequencies f and w from the two sine wave generators 12 and 13, and a third order of the frequency 2 f + w from the phase sensitive detector 19. The differential demodulation signal is superimposed and applied to the injection current of the semiconductor laser device.
【0058】第1、第2、第3の位相敏感検波器16,
17,19は、参照セル3の受光器4(PD1)に増幅
器15を介して接続されている。このうち第1及び第2
の位相敏感検波器16,17からなる回路はローパスフ
ィルタ18を介して外部のAD変換器9に接続されてい
る。一方、第1及び第3の位相敏感検波器16,19か
らなる回路はアンプ/ローパスフィルタ20を経由して
加算器14に接続されている。このような位相敏感検波
器は例えば特願平9−96046号の出願明細書におい
て開示されている。The first, second and third phase-sensitive detectors 16,
Reference numerals 17 and 19 are connected to the photodetector 4 (PD1) of the reference cell 3 via the amplifier 15. Of these, the first and second
The circuit composed of the phase sensitive detectors 16 and 17 is connected to an external AD converter 9 via a low-pass filter 18. On the other hand, a circuit including the first and third phase-sensitive detectors 16 and 19 is connected to the adder 14 via the amplifier / low-pass filter 20. Such a phase sensitive detector is disclosed, for example, in the specification of Japanese Patent Application No. 9-96046.
【0059】なお、レーザ光用の受光器5(PD2)
は、増幅器15、2つの位相敏感検波器16,17、ロ
ーパスフィルタ18からなる直列回路を経由してAD変
換器9に接続されるとともに、別のローパスフィルタ1
8を経由してAD変換器9にバイパス接続されている。
また、背景光用の受光器6(PD3)は、ローパスフィ
ルタ18を経由してAD変換器9に接続されている。The laser light receiver 5 (PD2)
Is connected to an AD converter 9 via a series circuit including an amplifier 15, two phase-sensitive detectors 16 and 17, and a low-pass filter 18, and another low-pass filter 1
8 and is bypass-connected to an AD converter 9.
The light receiver 6 (PD3) for background light is connected to the AD converter 9 via the low-pass filter 18.
【0060】ローパスフィルタ18は、受光信号から高
周波成分を除去して、低周波数の信号のみを通過させる
ようになっている。The low-pass filter 18 removes high-frequency components from the received light signal and allows only low-frequency signals to pass.
【0061】ランプ波発生器11から掃引波長をもつラ
ンプ波を注入電流に印可するとともに、各サイン波発生
器12,13から異なる周波数f,wのサイン波を注入
電流に重ねて印可すると、これによりレーザ発振波長は
2つの異なる周波数f,wで二重に変調される。その結
果、このレーザ光を受光した信号には変調周波数f,w
とその高調波が含まれるようになるので、第1の位相敏
感検波器16により信号が2倍の周波数20kHz(2
f)で復調され、次いで第2の位相敏感検波器17によ
り2倍の周波数1kHz(2w)で復調され、これらが
重畳された4次微分信号(2f+2w)がローパスフィ
ルタ18を通ってAD変換器9に送られる。When a ramp wave having a sweep wavelength is applied from the ramp generator 11 to the injection current, and sine waves having different frequencies f and w are applied to the injection current from the sine wave generators 12 and 13, respectively. As a result, the laser oscillation wavelength is doubly modulated at two different frequencies f and w. As a result, the modulation frequency f, w
And its higher harmonics, the signal is doubled by the first phase sensitive detector 16 to a frequency of 20 kHz (2 kHz).
f), and then demodulated by the second phase-sensitive detector 17 at twice the frequency of 1 kHz (2w), and a superimposed fourth-order differential signal (2f + 2w) is passed through the low-pass filter 18 to the AD converter. 9
【0062】また、第1の位相敏感検波器16により2
倍の周波数20kHz(2f)で復調された信号は、第
3の位相敏感検波器19において周波数wで復調され
る。これらが重畳された3次微分信号(2f+w)がア
ンプ/ローパスフィルタ20を通って加算器14に送ら
れ、この信号に基づきレーザ発振波長が測定対象ガスの
吸収中心波長にフィードバック制御される。Further, the first phase-sensitive detector 16
The signal demodulated at the double frequency of 20 kHz (2f) is demodulated at the third phase-sensitive detector 19 at the frequency w. The superimposed third-order differential signal (2f + w) is sent to the adder 14 through the amplifier / low-pass filter 20, and based on this signal, the laser oscillation wavelength is feedback-controlled to the absorption center wavelength of the gas to be measured.
【0063】次に、種々の条件下で本発明の装置を用い
てガス濃度を計測した結果につきそれぞれ説明する。Next, the results of measuring the gas concentration using the apparatus of the present invention under various conditions will be described.
【0064】[実施例1] 大気中の水蒸気濃度分析 1.8μmの分布帰還型(DFB)半導体レーザの特性
は、注入電流100mA、素子温度25℃で、出力パワ
ーが4mW、スペクトル幅は2MHz以下である。レー
ザの発振波長は、素子温度で粗く設定し、精密には注入
電流設定する。Example 1 Analysis of Atmospheric Water Vapor Concentration The characteristics of a 1.8 μm distributed feedback (DFB) semiconductor laser are as follows: injection current: 100 mA; element temperature: 25 ° C .; output power: 4 mW; spectrum width: 2 MHz or less. It is. The oscillation wavelength of the laser is set roughly at the element temperature, and the injection current is set precisely.
【0065】レーザの発振波長はマイケルソン干渉型波
長計で較正した。透過したレーザ光はインジュームガリ
ウム砒素pin結合型フォトダイオード(InGaAsPINP
D)で受光した。The laser oscillation wavelength was calibrated with a Michelson interferometer. The transmitted laser beam is an indium gallium arsenide pin-coupled photodiode (InGaAs PINP).
D) was received.
【0066】発明者らのシステムでは2つのうち、一つ
の測定方法が選択できる。In our system, one of two measurement methods can be selected.
【0067】吸収スペクトルの測定のためには、ランプ
波発生器11により0.5Hzまたは0.01Hzのラ
ンプ波を注入電流に印可し、レーザ波長をゆっくりと掃
引する。長時間の濃度変化を測定するためにはレーザ波
長をロックする。2つのサイン波の変調(f=10kH
z,w=500Hz)を注入電流に重畳すると、レーザ
波長は周波数10kHzと500Hzで変調される。受
光した光の強度信号は変調周波数の2倍の20kHzと
1kHzに、位相敏感検波器16,17で順次復調され
る。To measure the absorption spectrum, a ramp wave of 0.5 Hz or 0.01 Hz is applied to the injection current by the ramp generator 11, and the laser wavelength is slowly swept. The laser wavelength is locked to measure a long-term concentration change. Modulation of two sine waves (f = 10 kHz
When (z, w = 500 Hz) is superimposed on the injection current, the laser wavelength is modulated at frequencies of 10 kHz and 500 Hz. The intensity signal of the received light is sequentially demodulated by the phase-sensitive detectors 16 and 17 to 20 kHz and 1 kHz which are twice the modulation frequency.
【0068】図5は、本発明の装置を用いて、室内の空
気を計測対象として得られた大気中水蒸気の吸収スペク
トルを示す特性線図である。これは室内の光軸上にある
大気中水蒸気を検出して得られた吸収スペクトルであ
る。この図のスペクトルは、二重変調によって得られ
た、吸収線形の4次微分を示し、振幅は大気中の水蒸気
濃度に比例している。FIG. 5 is a characteristic diagram showing an absorption spectrum of atmospheric water vapor obtained by measuring indoor air using the apparatus of the present invention. This is an absorption spectrum obtained by detecting atmospheric water vapor on the optical axis in a room. The spectrum in this figure shows the fourth derivative of the absorption line obtained by double modulation, the amplitude of which is proportional to the concentration of water vapor in the atmosphere.
【0069】[実施例2] サンプルセル中のNOの分析 一酸化窒素NOの検出のため、ウェッジ基板を窓板にし
た、有効光路長150mmで、ステンレス鋼製の単一光
路吸収セルに試料ガスを充填した。市販の混合ガスNO
(2.93%)を試料ガスとして用いた。波長1.79
67μmのNOの吸収スペクトルの測定結果を図6
(a)に示した。1,796.673nm(5565.843cm-1)と1,79
6.712nm(5565.721cm-1)との吸収線は、NO分子
の電子状態2π1/2と2π3/2、振動の3倍音の回転構造R
(6.5)と帰属した。Example 2 Analysis of NO in Sample Cell To detect nitric oxide NO, sample gas was placed in a stainless steel single optical path absorption cell having an effective optical path length of 150 mm and a wedge substrate as a window plate. Was charged. Commercial gas mixture NO
(2.93%) was used as the sample gas. 1.79 wavelength
FIG. 6 shows the measurement results of the absorption spectrum of NO of 67 μm.
(A). 1,796.673nm (5565.843cm- 1 ) and 1,79
Absorption line of 6.712nm (5565.721cm -1), the electronic state 2 [pi 1/2 and 2 [pi 3/2 of NO molecules, rotation structure R of the third harmonic of the vibration
(6.5).
【0070】次に、レーザ波長を1,796.673nmの波長
に固定して計測した結果を図6の(b)に示した。この
結果の信号強度とノイズレベルから、本手法によるNO
の検出限界は1.3ppm−m/Hz1/2と評価した。Next, the result of measurement with the laser wavelength fixed at 1,796.673 nm is shown in FIG. 6B. From the resulting signal strength and noise level,
Was determined to be 1.3 ppm-m / Hz1 / 2 .
【0071】[実施例3] サンプルセル中のCOガスの分析 波長1,565.6nm近傍にあるCO吸収スペクトルの計測
を行なった。実験は、計測セルと参照セルの両方に、C
O濃度5.01%(N2バランス)の標準ガスを封入し
て用いた。計測セルは、長さ150mm、内径22mm
のステンレス製の単一光路セルで、両端にはレーザ透過
の為の窓が取付けてある。Example 3 Analysis of CO Gas in Sample Cell A CO absorption spectrum near a wavelength of 1,565.6 nm was measured. In the experiment, C
A standard gas having an O concentration of 5.01% (N 2 balance) was sealed and used. Measurement cell is 150mm long and 22mm inside diameter
A single optical path cell made of stainless steel with windows for laser transmission at both ends.
【0072】結果を図7(a)に示す。図中のスペクト
ルは二重変調法で計測した結果であり、ガス吸収スペク
トルの波長に関する4次微分形となっている。また、ス
ペクトルピーク位置がCO吸収中心波長と一致し、ピー
ク高さがCO濃度に比例している。FIG. 7A shows the result. The spectrum in the figure is the result of measurement by the double modulation method, and is a fourth-order derivative with respect to the wavelength of the gas absorption spectrum. The spectral peak position coincides with the CO absorption center wavelength, and the peak height is proportional to the CO concentration.
【0073】次に、レーザ被長をCO吸収波長に固定し
て計測した結果を図7(b)に示す。この結果の信号強
度とノイズレベルから、本手法によるCO計測の下限界
を5ppm・m/Hz1/2と評価した。Next, FIG. 7B shows the result of measurement with the laser length fixed at the CO absorption wavelength. From the signal strength and noise level of the result, the lower limit of the CO measurement by this method was evaluated as 5 ppm · m / Hz 1/2 .
【0074】[実施例4] ごみ焼却炉内のCO、煤塵計測 図8に実験装置の系統図を示す。実験に用いたのはごみ
焼却用大型テスト炉30であり、そのサイズは、横幅
2.2m×縦幅2.2m×高さ19mである。計測に用
いた本発明のガス濃度計測装置は、2次空気流入ポート
31の後流に設置した。すなわち、2次空気流入ポート
31の後流側で、炉30の燃焼領域の適所に2つの計測
窓33a,33bを向き合うように取り付け、一方の計
測窓33aを介してレーザ発振器21からレーザ光Lを
炉内に入射し、計測領域を通過して他方の計測窓33b
を通って出てきたレーザ光Lを受光器22で受光するよ
うになっている。レーザ発振器21および受光器22は
信号処理装置23にそれぞれ接続されている。信号処理
装置23からレーザ発振器21にはLD制御信号が送ら
れ、これにより内蔵の半導体レーザ素子が測定対象ガス
(CO)の固有の吸収スペクトル波長のレーザ光を発振
する。また、レーザ発振器21から信号処理装置23に
はLD信号と参照信号が送られ、信号処理装置23は受
光器22からの受光信号とLD信号/参照信号とに基づ
きLD制御信号を変更し、これによりレーザ発振波長が
最適なものにフィードバック制御されるようになってい
る。[Example 4] Measurement of CO and dust in a refuse incinerator FIG. 8 shows a system diagram of an experimental apparatus. The large-scale test furnace 30 for waste incineration used in the experiment has a size of 2.2 m in width × 2.2 m in height × 19 m in height. The gas concentration measuring device of the present invention used for the measurement was installed downstream of the secondary air inflow port 31. That is, on the downstream side of the secondary air inflow port 31, two measurement windows 33a and 33b are mounted so as to face each other at an appropriate position in the combustion area of the furnace 30, and the laser beam L from the laser oscillator 21 is passed through one measurement window 33a. Enters the furnace, passes through the measurement area, and the other measurement window 33b
The laser light L that has passed through the light receiving device 22 is received by the light receiver 22. The laser oscillator 21 and the light receiver 22 are connected to a signal processor 23, respectively. An LD control signal is sent from the signal processing device 23 to the laser oscillator 21, whereby the built-in semiconductor laser device oscillates a laser beam having a specific absorption spectrum wavelength of the gas to be measured (CO). The LD signal and the reference signal are sent from the laser oscillator 21 to the signal processing device 23, and the signal processing device 23 changes the LD control signal based on the light receiving signal from the light receiver 22 and the LD signal / reference signal. Thus, the laser oscillation wavelength is feedback-controlled to an optimum one.
【0075】なお、計測領域の直ぐ下流側には温度計2
4の測定端部24aが挿入され、計測領域の温度が検出
されるようになっている。また、排ガスポート35には
サンプリング/前処理装置25のサンプリング管が挿入
され、排ガスがサンプリングされるようになっている。
このサンプリング/前処理装置25にはポンプを介して
CO濃度計26が接続されている。The thermometer 2 is located immediately downstream of the measurement area.
4 is inserted so that the temperature of the measurement area is detected. Further, a sampling pipe of the sampling / pretreatment device 25 is inserted into the exhaust gas port 35 so that the exhaust gas is sampled.
A CO concentration meter 26 is connected to the sampling / pretreatment device 25 via a pump.
【0076】実験は、炉内CO、煤塵濃度を本装置で、
炉内温度を同位置に設置した熱電対で計測した。更に、
後流の排気ボートの位置で、非分散型赤外線式CO濃度
計による炉出口COの計測を行なった。この場合、サン
プリングガスから、水分、煤塵を除去する前処理を行な
っている。In the experiment, CO and dust concentration in the furnace were
The temperature inside the furnace was measured with a thermocouple installed at the same position. Furthermore,
At the position of the downstream exhaust boat, the CO at the furnace outlet was measured by a non-dispersive infrared CO concentration meter. In this case, a pretreatment for removing moisture and dust from the sampling gas is performed.
【0077】図9に実験結果を示す。図9(a)は、横
軸に計測時間を示し、縦軸にTDLASと従来CO計に
よる計測結果を示してある。また、図9(b)には、T
DLASによる煤塵濃度計測結果と、熱電対による炉内
温度計測結果を示してある。FIG. 9 shows the experimental results. FIG. 9A shows the measurement time on the horizontal axis, and the measurement results by TDLAS and the conventional CO meter on the vertical axis. FIG. 9B shows that T
The measurement result of the dust concentration by DLAS and the measurement result of the furnace temperature by the thermocouple are shown.
【0078】燃焼変動が起きると、TDLASでのCO
計測値と煤塵計測値は同時に変化している。一方、従来
の計測法では約100秒遅れている。この結果から、本
発明の装置を用いることにより燃焼炉内のCO濃度をリ
アルタイムで計測できることを実証できた。When combustion fluctuations occur, CO in the TDLAS
The measurements and the dust measurements are changing simultaneously. On the other hand, the conventional measurement method is delayed by about 100 seconds. From this result, it was demonstrated that the CO concentration in the combustion furnace can be measured in real time by using the apparatus of the present invention.
【0079】[実施例5] ボイラ火炉内のCO、煤塵計測 図10に実験装置の系統図を示す。実験に用いたのはボ
イラ用大型テスト炉40であり、そのサイズは、横幅
2.2m×縦幅2.2m×高さ19mである。計測に用
いた本発明のガス濃度計測装置は、2次空気流入ポート
41の後流に設置した。すなわち、2次空気流入ポート
41の後流側で、炉40の燃焼領域の適所に2つの計測
窓43a,43bを向き合うように取り付け、一方の計
測窓43aを介して光源部63からレーザ光Lを炉内に
入射し、計測領域を通過して他方の計測窓43bを通っ
て出てきたレーザ光Lを受光部64で受光するようにな
っている。光源部63は中央制御室60の変調部61に
接続されている。受光部64は解析部62に接続されて
いる。変調部61から光源部63にはLD制御信号が送
られ、これにより内蔵の半導体レーザ素子が測定対象ガ
ス(CO)の固有の吸収スペクトル波長のレーザ光を発
振する。また、変調部61から解析部62にはLD信号
と参照信号が送られ、解析部62は受光部64からの受
光信号とLD信号/参照信号とに基づきLD制御信号を
変更し、これによりレーザ発振波長が最適なものにフィ
ードバック制御されるようになっている。Example 5 Measurement of CO and Dust in Boiler Furnace FIG. 10 shows a system diagram of an experimental apparatus. The large test furnace 40 for boilers used in the experiment has a size of 2.2 m in width × 2.2 m in height × 19 m in height. The gas concentration measuring device of the present invention used for the measurement was installed downstream of the secondary air inflow port 41. That is, on the downstream side of the secondary air inflow port 41, two measurement windows 43a and 43b are mounted to face each other at an appropriate position in the combustion area of the furnace 40, and the laser light L from the light source unit 63 is passed through one measurement window 43a. Is incident on the furnace, and the laser beam L passing through the measurement area and passing through the other measurement window 43b is received by the light receiving unit 64. The light source unit 63 is connected to the modulation unit 61 of the central control room 60. The light receiving unit 64 is connected to the analyzing unit 62. An LD control signal is sent from the modulation section 61 to the light source section 63, whereby the built-in semiconductor laser element oscillates a laser beam having an absorption spectrum wavelength specific to the gas to be measured (CO). Further, the LD signal and the reference signal are sent from the modulation unit 61 to the analysis unit 62, and the analysis unit 62 changes the LD control signal based on the light reception signal from the light reception unit 64 and the LD signal / reference signal. The oscillation wavelength is feedback-controlled to an optimum one.
【0080】なお、計測領域の下流側には過熱器45お
よび再熱器46が設けられている。また、煙道47には
脱硝装置48、集塵装置49、脱硫装置50、煙突51
が順次設けられている。A superheater 45 and a reheater 46 are provided downstream of the measurement area. In the flue 47, a denitration device 48, a dust collection device 49, a desulfurization device 50, a chimney 51
Are sequentially provided.
【0081】また、図示しない温度計の測定端部が挿入
され、計測領域の温度が検出されるようになっている。
また、煙道47の適所には図示しないサンプリング/前
処理装置のサンプリング管が挿入され、排ガスがサンプ
リングされるようになっている。このサンプリング/前
処理装置にはポンプを介してCO濃度計(図示せず)が
接続されている。A measuring end of a thermometer (not shown) is inserted to detect the temperature of the measuring area.
Further, a sampling pipe of a sampling / pre-processing device (not shown) is inserted at an appropriate position of the flue 47 so that the exhaust gas is sampled. A CO concentration meter (not shown) is connected to the sampling / pretreatment device via a pump.
【0082】本実施例においても燃焼変動が起きると、
TDLASでのCO計測値と煤塵計測値は同時に変化し
ている。この結果から、本発明の装置を用いることによ
り燃焼炉内のCO濃度をリアルタイムで計測できること
を実証できた。In the present embodiment, if a combustion fluctuation occurs,
The CO measurement value and the dust measurement value in TDLAS are simultaneously changing. From this result, it was demonstrated that the CO concentration in the combustion furnace can be measured in real time by using the apparatus of the present invention.
【0083】[0083]
【発明の効果】本発明によれば、フリンジの有無に拘わ
らず、高感度かつ長時間安定な計測が可能になる。According to the present invention, high sensitivity and stable measurement can be performed for a long time regardless of the presence or absence of a fringe.
【0084】また、本発明によれば、透過してきたレー
ザ光強度の変調された成分と直流成分を両方とも測定で
きるので、ガスと固体粒子の濃度の同時計測が可能とな
る。Further, according to the present invention, since both the modulated component and the DC component of the transmitted laser beam intensity can be measured, it is possible to simultaneously measure the concentrations of gas and solid particles.
【0085】また、本発明によれば、レーザの発振波長
を参照セル内のガスの吸収ピークにロックしたので、長
期間安定な測定を実現することができる。Further, according to the present invention, since the oscillation wavelength of the laser is locked to the absorption peak of the gas in the reference cell, stable measurement for a long period can be realized.
【0086】さらに、本発明によれば、背景光を受光す
る手段をレーザの光軸を外れた位置に設置し、レーザ光
の受光出力から背景光の受光出力を差し引くことによ
り、背景光の影響を除去することができる。Further, according to the present invention, the means for receiving the background light is installed at a position off the optical axis of the laser, and the light receiving output of the background light is subtracted from the light receiving output of the laser light, whereby the influence of the background light is reduced. Can be removed.
【0087】以上により、本発明によれば、ボイラやご
み焼却炉などの炉内や煙などのプラント内部や、プラン
ト周囲、大気中のガス濃度などをリアルタイムで直接計
測できるようになる。As described above, according to the present invention, it is possible to directly measure the gas concentration in a furnace such as a boiler or a refuse incinerator, inside a plant such as smoke, around the plant, or in the atmosphere in real time.
【図1】本発明の実施形態に係るガス濃度計測装置の全
体構成図。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gas concentration measurement device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施形態に係るガス濃度計測装置の要
部を示すブロック回路図。FIG. 2 is a block circuit diagram showing a main part of the gas concentration measuring device according to the embodiment of the present invention.
【図3】(a)は変調無しでガス濃度を計測したときの
吸収スペクトル線図、(b)は1倍の周波数 fで復調し
たときの一次微分吸収スペクトル線図、(c)は2倍の
周波数 2fで復調したときの二次微分吸収スペクトル線
図、(d)は周波数 2f+wで復調したときの三次微分吸
収スペクトル線図、(e)は周波数 2f+2wで復調したと
きの四次微分吸収スペクトル線図。FIG. 3 (a) is an absorption spectrum diagram when gas concentration is measured without modulation, (b) is a first-order differential absorption spectrum diagram when demodulated at a frequency f of 1 ×, and (c) is 2 × (D) is the tertiary differential absorption spectrum when demodulated at frequency 2f + w, and (e) is the quadratic differential absorption spectrum when demodulated at frequency 2f + 2w. Next-order differential absorption spectrum diagram.
【図4】フリンジを伴う吸収信号の吸収スペクトル線
図。FIG. 4 is an absorption spectrum diagram of an absorption signal accompanied by fringes.
【図5】大気中水蒸気の吸収スペクトル線図。FIG. 5 is an absorption spectrum diagram of atmospheric water vapor.
【図6】(a)は波長可変半導体レーザ吸収分光法(T
DLAS)による標準ガス中NOスペクトル計測結果を
示す特性線図、(b)はTDLASによるNO濃度計測
結果を示す特性線図。FIG. 6 (a) is a wavelength tunable semiconductor laser absorption spectroscopy (T
FIG. 4B is a characteristic diagram showing a measurement result of NO spectrum in standard gas by DLAS), and FIG. 4B is a characteristic diagram showing a measurement result of NO concentration by TDLAS.
【図7】(a)はTDLASによる標準ガス中COスペ
クトル計測結果を示す特性線図、(b)はTDLASに
よるCO濃度計測結果を示す特性線図。FIG. 7A is a characteristic diagram showing a measurement result of a CO spectrum in a standard gas by TDLAS, and FIG. 7B is a characteristic diagram showing a measurement result of a CO concentration by TDLAS.
【図8】本発明の実施形態に係るガス濃度計測装置が取
り付けられたごみ焼却用大型テスト炉を示す概略構成
図。FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a large-scale waste incineration test furnace to which a gas concentration measurement device according to an embodiment of the present invention is attached.
【図9】(a)は図8の大型テスト炉におけるCO濃度
計測値の時間変化を示す特性線図、(b)は図8の大型
テスト炉における煤塵濃度および炉内温度の時間変化を
それぞれ示す特性線図。9 (a) is a characteristic diagram showing the time change of the CO concentration measurement value in the large test furnace of FIG. 8, and FIG. 9 (b) shows the time change of the dust concentration and the furnace temperature in the large test furnace of FIG. 8, respectively. FIG.
【図10】本発明の実施形態に係るガス濃度計測装置が
取り付けられたボイラ設備を示す概略構成図。FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a boiler facility to which the gas concentration measurement device according to the embodiment of the present invention is attached.
1…LDモジュール(光源)、2…LDドライバユニッ
ト、3…参照セル、4,5,6…フォトダイオード(受
光手段;PD1,PD2,PD3)、7…測定対象プラ
ント(ボイラ、燃焼炉)、8…測定ユニット、9…AD
変換器、10…コンピュータ、11…ランプ波発生器、
12,13…サイン波発生器(変調手段)、14…加算
器、15…アンプ、16,17,19…位相敏感検波器
(復調手段)、18…ローパスフィルタ(低周波通過フ
ィルタ)、20…アンプ/ローパスフィルタ、21…レ
ーザ発振器(LDモジュール/LDドライバユニット/
光学系)、22…受光器、23…信号処理装置(測定ユ
ニット/AD変換器/コンピュータ)、24…熱電対温
度計、25…サンプリングおよび前処理装置、26…非
分散型赤外線式CO濃度計、30…ごみ焼却用大型テス
ト炉、21…レーザ発振器、22…受光器、23…信号
処理装置、24…温度計、25…サンプリング/前処理
装置、26…CO濃度計、40…ボイラ火炉、61…変
調部、62…解析部、63…光源部、64…受光部。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LD module (light source), 2 ... LD driver unit, 3 ... Reference cell, 4,5,6 ... Photodiode (light receiving means; PD1, PD2, PD3), 7 ... Measurement target plant (boiler, combustion furnace), 8 Measurement unit, 9 AD
Converter, 10 ... computer, 11 ... ramp generator,
12, 13 ... sine wave generator (modulation means), 14 ... adder, 15 ... amplifier, 16, 17, 19 ... phase sensitive detector (demodulation means), 18 ... low-pass filter (low frequency pass filter), 20 ... Amplifier / low-pass filter, 21 laser oscillator (LD module / LD driver unit /
Optical system), 22 photodetector, 23 signal processing device (measuring unit / AD converter / computer), 24 thermocouple thermometer, 25 sampling and pre-processing device, 26 non-dispersive infrared CO concentration meter , 30 ... Large test furnace for refuse incineration, 21 ... Laser oscillator, 22 ... Receiver, 23 ... Signal processing device, 24 ... Temperature meter, 25 ... Sampling / pre-processing device, 26 ... CO concentration meter, 40 ... Boiler furnace, Reference numeral 61 denotes a modulator, 62 denotes an analyzer, 63 denotes a light source, and 64 denotes a light receiver.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 一郎 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地 1 三菱重工業株式会社横浜研究所内 (56)参考文献 特開 平4−326042(JP,A) 特開 平7−280729(JP,A) 特開 平10−185814(JP,A) 特開 昭58−68647(JP,A) 特開2000−275173(JP,A) 特開 平10−142148(JP,A) 特開 平5−26804(JP,A) 特開 平10−148613(JP,A) 特開 平5−196502(JP,A) 実開 昭58−6258(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/61 JOIS WPI/L EPAT PATOLIS──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Ichiro Yamashita 1-8-1 Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 1 Yokohama Research Institute, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (56) References JP-A-4-326604 (JP, A) JP-A-7-280729 (JP, A) JP-A-10-185814 (JP, A) JP-A-58-68647 (JP, A) JP-A-2000-275173 (JP, A) JP-A-10-142148 (JP, A) JP-A-5-26804 (JP, A) JP-A-10-148613 (JP, A) JP-A-5-196502 (JP, A) Japanese Utility Model Laid-Open No. 58-6258 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 21/00-21/61 JOIS WPI / L EPAT PATOLIS
Claims (8)
収波長のレーザ光を発振する光源と、 この光源から発振されるレーザ光の発振波長を少なくと
も2つの異なる周波数で変調する手段と、 この変調手段により変調されたレーザ光を前記ガス状物
質が存在する測定領域に導く手段と、 この測定領域において透過または反射または散乱したレ
ーザ光を受光する第1の受光手段と、 この第1の受光手段で受光した信号の中から変調された
信号を周波数毎に順次それぞれ復調し、変調周波数の成
分またはその高調波成分を得る複数の第1の位相敏感検
波器と、 を具備することを特徴とするガス濃度計測装置。1. A light source that oscillates a laser beam having an absorption wavelength specific to a gaseous substance to be measured, means for modulating an oscillation wavelength of a laser beam oscillated from the light source at at least two different frequencies, Means for guiding the laser light modulated by the modulating means to a measurement area where the gaseous substance is present; first light receiving means for receiving laser light transmitted, reflected or scattered in the measurement area ; Signals modulated from the signals received by the light receiving means are sequentially demodulated for each frequency, and the modulation frequency
And a plurality of first phase-sensitive detectors for obtaining a component or a harmonic component thereof .
信号の中から直流成分を得る低周波通過フィルタを具備
することを特徴とする請求項1記載のガス濃度計測装
置。 2. The method according to claim 1, further comprising the step of receiving light by said first light receiving means.
Equipped with low-pass filter to obtain DC component from signal
The gas concentration measuring device according to claim 1, wherein
Place.
入されるか又は通流可能にされた参照セルと、 この参照セルに前記レーザ光を導入する手段と、 前記参照セルを通過したレーザ光を受光する第2の受光
手段と、 この第2の受光手段で受光した信号の中から変調周波数
の成分またはその高調波成分を得る第2の位相敏感検波
器と、 この第2の受光手段で受光した信号の中から変調周波数
の奇数次の高調波成分を得る第3の位相敏感検波器と、 この第3の位相敏感検波器から出力される信号を用いて
前記光源から発振されるレーザ光の発振波長を制御する
手段と、を具備することを特徴とする請求項1記載のガ
ス濃度計測装置。 3. A standard gas having a known gas concentration is sealed.
A reference cell inserted or allowed to flow therethrough, means for introducing the laser light into the reference cell, and a second light receiving means for receiving the laser light passing through the reference cell
Means and a modulation frequency from signals received by the second light receiving means.
Second phase-sensitive detection for obtaining the component of
And a modulation frequency from signals received by the second light receiving means.
Using a third phase-sensitive detector that obtains an odd-order harmonic component, and a signal output from the third phase-sensitive detector
Controlling the oscillation wavelength of laser light emitted from the light source
2. The gas generator according to claim 1, further comprising:
Concentration measuring device.
けられ、前記光源から発振されたレーザ光は受光せず、
前記測定領域から発した光の強度のみを受光 する第3の
受光手段を具備することを特徴とする請求項1記載のガ
ス濃度計測装置。 4. The apparatus according to claim 1, further comprising :
Laser light emitted from the light source is not received,
A third type that receives only the intensity of light emitted from the measurement area
The gas sensor according to claim 1, further comprising light receiving means.
Concentration measuring device.
信号の中から直流成分を得る低周波通過フィルタと、 ガス濃度が既知の標準ガスが封入されるか又は通流可能
にされた参照セルと、この参照セルに前記レーザ光を導
入する手段と、 前記参照セルを通過したレーザ光を受光する第2の受光
手段と、 この第2の受光手段で受光した信号の中から変調周波数
の成分またはその高調波成分を得る第2の位相敏感検波
器と、 この第2の受光手段で受光した信号の中から変調周波数
の奇数次の高調波成分を得る第3の位相敏感検波器と、 この第3の位相敏感検波器から出力される信号を用いて
前記光源から発振されるレーザ光の発振波長を制御する
手段と、を具備することを特徴とする請求項1記載のガ
ス濃度計測装置。 5. The apparatus according to claim 1 , wherein said first light receiving means receives light.
A low-frequency pass filter that obtains a DC component from the signal, and a standard gas with a known gas concentration is enclosed or can flow
And the laser light is guided to this reference cell.
Means for receiving a laser beam having passed through the reference cell.
Means and a modulation frequency from signals received by the second light receiving means.
Second phase-sensitive detection for obtaining the component of
And a modulation frequency from signals received by the second light receiving means.
Using a third phase-sensitive detector that obtains an odd-order harmonic component, and a signal output from the third phase-sensitive detector
Controlling the oscillation wavelength of laser light emitted from the light source
2. The gas generator according to claim 1, further comprising:
Concentration measuring device.
入されるか又は通流可能にされた参照セルと、 この参照セルに前記レーザ光を導入する手段と、 前記参照セルを通過したレーザ光を受光する第2の受光
手段と、 この第2の受光手段で受光した信号の中から変調周波数
の成分またはその高調波成分を得る第2の位相敏感検波
器と、 この第2の受光手段で受光した信号の中から変調周波数
の奇数次の高調波成分を得る第3の位相敏感検波器と、 この第3の位相敏感検波器から出力される信号を用いて
前記光源から発振されるレーザ光の発振波長を制御する
手段と、 前記第1の受光手段の近傍に設けられ、前記光源から発
振されたレーザ光は受光せず、前記測定領域から発した
光の強度のみを受光する第3の受光手段と、を具備する
ことを特徴とする請求項1記載のガス濃度計測装置。 6. A standard gas having a known gas concentration is sealed.
A reference cell inserted or allowed to flow therethrough, means for introducing the laser light into the reference cell, and a second light receiving means for receiving the laser light passing through the reference cell
Means and a modulation frequency from signals received by the second light receiving means.
Second phase-sensitive detection for obtaining the component of
And a modulation frequency from signals received by the second light receiving means.
Using a third phase-sensitive detector that obtains an odd-order harmonic component, and a signal output from the third phase-sensitive detector
Controlling the oscillation wavelength of laser light emitted from the light source
Means for receiving light from the light source provided near the first light receiving means.
The vibrated laser light did not receive and was emitted from the measurement area
And a third light receiving unit that receives only light intensity.
The gas concentration measurement device according to claim 1, wherein:
信号の中から直流成分を得る低周波通過フィルタと、 前記第1の受光手段の近傍に設けられ、前記光源から発
振されたレーザ光は受光せず、前記測定領域から発した
光の強度のみを受光する第3の受光手段と、を具備する
ことを特徴とする請求項1記載のガス濃度計測装置。 7. A light receiving means for receiving light by said first light receiving means.
A low-frequency pass filter that obtains a DC component from a signal; and a low-pass filter that is provided near the first light receiving unit and emits light from the light source.
The vibrated laser light did not receive and was emitted from the measurement area
And a third light receiving unit that receives only light intensity.
The gas concentration measurement device according to claim 1, wherein:
信号の中から直流成分を得る低周波通過フィルタと、 ガス濃度が既知の標準ガスが封入されるか又は通流可能
にされた参照セルと、この参照セルに前記レーザ光を導
入する手段と、 前記参照セルを通過したレーザ光を受光する第2の受光
手段と、 この第2の受光手段で受光した信号の中から変調周波数
の成分またはその高調波成分を得る第2の位相敏感検波
器と、 この第2の受光手段で受光した信号の中から変調周波数
の奇数次の高調波成分を得る第3の位相敏感検波器と、 この第3の位相敏感検波器から出力される信号を用いて
前記光源から発振されるレーザ光の発振波長を制御する
手段と、 前記第1の受光手段の近傍に設けられ、前記光源から発
振されたレーザ光は受光せず、前記測定領域から発した
光の強度のみを受光する第3の受光手段と、を具備する
ことを特徴とする請求項1記載のガス濃度計測装置。 8. A light receiving means for receiving light by said first light receiving means.
A low-frequency pass filter that obtains a DC component from the signal, and a standard gas with a known gas concentration is enclosed or can flow
And the laser light is guided to this reference cell.
Means for receiving a laser beam having passed through the reference cell.
Means and a modulation frequency from signals received by the second light receiving means.
Second phase-sensitive detection for obtaining the component of
And a modulation frequency from signals received by the second light receiving means.
Using a third phase-sensitive detector that obtains an odd-order harmonic component, and a signal output from the third phase-sensitive detector
Controlling the oscillation wavelength of laser light emitted from the light source
Means for receiving light from the light source provided near the first light receiving means.
The vibrated laser light did not receive and was emitted from the measurement area
And a third light receiving unit that receives only light intensity.
The gas concentration measurement device according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP24525799A JP3342446B2 (en) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | Gas concentration measurement device |
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JP24525799A JP3342446B2 (en) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | Gas concentration measurement device |
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JP2001074653A JP2001074653A (en) | 2001-03-23 |
JP3342446B2 true JP3342446B2 (en) | 2002-11-11 |
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