JP3505585B2 - Photoacoustic absorption meter - Google Patents

Photoacoustic absorption meter

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JP3505585B2
JP3505585B2 JP26129294A JP26129294A JP3505585B2 JP 3505585 B2 JP3505585 B2 JP 3505585B2 JP 26129294 A JP26129294 A JP 26129294A JP 26129294 A JP26129294 A JP 26129294A JP 3505585 B2 JP3505585 B2 JP 3505585B2
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JP
Japan
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resonance
tube
acoustic
photoacoustic
sound
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健次 加藤
元貞 喜利
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Shimadzu Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Shimadzu Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Publication date
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、光音響効果を利用し
て、試料の吸収スペクトルや極微量分光分析を行う光音
響吸光計に関する。 【0002】 【従来の技術】光音響効果は、試料に音響周波数で強度
変調した光を照射すると、試料から光の変調周波数に応
じて光音響信号が発生する現象であり、セル中に封入し
た試料に周期的に変調した単色光を照射すると、試料に
吸収された光は無放射緩和を介して熱に変換され、該熱
は周囲の気体等に拡散して該気体に周期的な圧力変化を
起こす。光音響吸光計は、この周期的な圧力変化をマイ
クロホンや圧電素子等の音響検出器により検出し測定す
るものである。図6は、光音響分光系の装置概略図であ
り、Xeランプ等の高輝度光源やレーザー等の光源2か
らの光をチョッパー4で変調して光音響セル1中の試料
に照射する。光音響セルにおいて、マイクロホン等の音
響検出器により検出した光音響信号を、変調された光源
と同期した参照信号を基準にしてロックインアンプ5、
信号処理6によって測定する。なお、単色光を得るため
に分光器3を用いることもできる。 【0003】従来、この光音響分光系により、大気中の
浮遊微粒子の成分等のモニタリングを行う光音響吸光計
が知られている。図7は従来の光音響吸光計のブロック
図である。図7において、光音響セルとして二重管共鳴
型光音響セル10を用いている。試料大気は吸引ポンプ
によってセル中の内管に吸引導入され、半導体レーザ2
0からのレーザ光が照射される。セル内の圧力変化はマ
イクロホン等の音響検出器によって検出され、プリアン
プ52を介してロックインアンプ50に入力される。ロ
ックインアンプ50は発振器51を内蔵しており、半導
体レーザ電源21を駆動して半導体レーザ20の変調を
行うとともに、プリアンプ52からの光音響信号を半導
体レーザの周期と同期して測定する。そして、測定され
た光音響信号の信号強度や位相は、記録器61等に記録
される。なお、プリアンプ52からの光音響信号は、信
号処理装置60において、パワーメータ53及びA/D
変換器54により検出されたレーザ光の強度により、光
源強度の補償が行われる。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光音響吸光計では、音響ノイズの混入により測定誤差が
発生するという問題がある。前記従来の光音響吸光計に
よって、例えば、ディーゼル自動車の排煙濃度を測定す
る場合には、光音響セル中に試料大気の導入と同時に、
自動車の走行音や測定環境中の騒音が音響ノイズとして
光音響吸光計に混入し、音響検出器により光音響信号と
ともに測定され、測定誤差の原因となることがある。図
8は従来の光音響吸光計における騒音の動作を説明する
図であり、図において、共鳴管の有効管長(≒L+D/
2)の2倍の長さの波長(以後、共鳴波長Lとする)の
騒音が侵入すると、該波長の音信号は共鳴管内において
共鳴現象を起こし、その振幅が増大する。音響検出器
は、測定試料による光音響信号とともに騒音分も検出す
るため、該騒音分の振幅が増大されると、ノイズ分が増
大して検出感度が低下することになる。 【0005】このような騒音の進入を防止する方法とし
て、光音響吸光計に大気試料等の測定試料を導入する吸
入管を長くする方法も考えられるが、この場合には、試
料が吸入口から光音響セルに到達するまでの遅延時間に
よって測定に遅れが生じたり、変化が平坦化するという
問題が起こる。また、測定対象物が吸入管内に吸着する
という問題も生じることになる。そこで、本発明は前記
した従来の光音響吸光計の問題点を解決し、音響ノイズ
の影響を減少することができる光音響吸光計を提供する
ことを目的とする。 【0006】 【課題を解決するための手段】 本発明は、断続光ビー
ムを二重管型共鳴セルの共鳴管内に照射し、共鳴管内の
測定試料による光ビームの吸光により発生する断続音を
検出し、測定試料の分析を行う光音響吸光計であって、
共鳴管内に測定試料を導入する吸気径路中に、該共鳴管
の共鳴波長を吸音する吸音型音響共鳴フィルタ手段を備
え、吸音型音響共鳴フィルタ手段を二重管型共鳴セル内
に内蔵させたことによって、前記目的を達成する。本発
明の音響吸光計は共鳴管を用い、該共鳴管内の測定試料
に断続的に光を照射して光音響効果により測定するもの
であり、また、該測定試料は吸気径路を介して外部から
共鳴管中に導入されるものである。また、本発明におけ
る音響共鳴フィルタ手段は、共鳴管に進入する騒音の中
から特定波長の音波を吸音して音響ノイズを減少させる
機能を有するものであって、外気から共鳴管に測定試料
を導入する吸気径路中に設けることができ、共鳴管の共
鳴波長の音響信号を吸音するものである。 【0007】本発明の第1の実施態様は、音響共鳴フィ
ルタ手段を一端が閉じた吸音管であって、その管長を共
鳴管の管長の1/2の長さの奇数倍とするものであり、
共鳴管の管長の1/2の長さとすることもできる。これ
によって、共鳴管の共鳴波長の音響信号を吸音管内で共
鳴させて吸音し、共鳴管への該共鳴波長の音響信号の導
入を減少させることができる。本発明の第2の実施態様
は、音響共鳴フィルタ手段が吸音する音響信号の周波数
は断続光ビームの周波数と同一であり、これによって、
吸気管から侵入する音響信号から断続光ビームの周波数
に対応する周波数成分を除くことができる。 【0008】本発明の第3の実施態様は、音響共鳴フィ
ルタ手段を構成する吸音管の管長を可変とするものであ
り、これによって、吸音する音響信号の波長を可変とし
たり、温度変化等による音響信号の波長変化に対応させ
ることによって温度補償を行うことができる。この音響
共鳴フィルタ手段の管長を可変とする手段としては、吸
音管の一端を移動可能な栓によって閉じる構成、また
は、吸音管自体の長さを可変とする構成とするができ
る。 【0009】本発明の第4の実施態様は、音響共鳴フィ
ルタ手段を構成する吸音管の開放端を柔軟な膜によって
閉じ、管部内部への測定試料の導入を阻止する構成であ
り、これによって、共鳴管への測定試料の導入を速め、
応答性を向上させることができる。本発明の第5の実施
態様は、吸気管の端部を共鳴管の端部近傍であって、光
ビームを遮蔽しない位置に配置するものであり、これに
よって、共鳴管への測定試料の導入を早め、応答性を向
上させることができる。 【0010】 【作用】本発明の光音響吸光計は、前記した構成によ
り、断続光ビームを共鳴管内に照射するとともに共鳴管
内に測定試料を導入し、該測定試料による光ビームの吸
光により発生する断続音を検出して、測定試料の分析を
行う。そして、この光音響吸光計では、共鳴管内に測定
試料を導入する吸気径路中において、測定試料と導入と
ともに吸気管に侵入した騒音の内で、共鳴管の共鳴波長
の1/4波長の周波数の音響信号を音響共鳴フィルタ手
段によって吸音して、共鳴管で共鳴を起こす波長成分の
音響信号を取り除く。これにより、共鳴管に導入される
音響信号中には、共鳴管で共鳴を起こす音響信号は含ま
れておらず、共鳴を起こすことはない。したがって、共
鳴管の音響検出器で検出される音響信号は、ほぼ測定試
料に基づいて光音響効果により得られる音響信号とな
り、音響ノイズの影響を減少させることができる。ま
た、音響共鳴フィルタ手段を前記実施態様1に示すよう
な一端が閉じられ長さが共鳴管の管長の1/2の長さに
対応する管である場合には、共鳴管内で共鳴を起こす波
長の音響信号は、この管内で共鳴を起こして吸音され、
共鳴管には到達しない。そのため、音響共鳴フィルタ手
段を通過した後の共鳴管に到達する音響信号は、共鳴信
号を除いた種々の波長の音響信号となる。この音響信号
が共鳴管に導入される場合には、該音響信号は音響共鳴
現象を起こさず、共鳴管内で互いに干渉して平均化さ
れ、その波高値は減少する。そのため、音響検出器によ
って検出される音響信号は、主に測定試料に基づき光音
響効果により得られる音響信号となり、音響ノイズの少
ない測定試料の分析を行うことができる。 【0011】 【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。 (本発明の光音響吸光計の実施例の構成)図1は、本発
明の光音響吸光計の一実施例の構成を説明するブロック
図であり、図2は、本発明の光音響吸光計の二重管型音
響セルの一部断面を含む斜視図である。図1では、光音
響吸光計における二重管型音響セルと該二重管型音響セ
ルに測定試料を導入する吸気管、及び音響共鳴フィルタ
の構成を示している。二重管型音響セル11は通常の二
重管共鳴型光音響セルであって、内側に設置された共鳴
管12と共鳴管12全体を包む外側の遮音管13を備
え、一端には測定試料を導入する吸気管31が接続さ
れ、他端は排気ポンプにより排気されている。共鳴管1
2の管長は検出する音響信号の波長の半分の長さに形成
され、該管のほぼ中央部分には検出音響信号を検出する
ための音響検出器15が設けられている。この音響検出
器15としては、例えば、マイクロホンや圧電素子を用
いることができる。音響検出器15の検出した検出音響
信号は、ロックインアンプにおいて励起レーザ光の断続
する周波数と同期して検波される。 【0012】吸気管31の二重管型音響セル11側と反
対側には測定試料を吸気するための吸気口32が開放し
て形成されており、該吸気口32から吸気された測定試
料はこの吸気管31を通して二重管型音響セル11内の
共鳴管12に送られることになる。そして、本発明の光
音響吸光計においては、この吸気管31の途中部分に音
響共鳴フィルタ33が設けられる。この音響共鳴フィル
タの設置位置は吸気管31の任意の位置とすることがで
きる。音響共鳴フィルタ33は、一方の端部は開放して
吸気管31に通じ、他方の端部は栓34等によって閉じ
られた管であり、その管長は二重管型音響セル11の共
鳴管12の管長の半分の長さに形成される。また、この
管長は、検出する音響信号の波長の1/4の長さに相当
している。したがって、この吸気管31の吸気口32か
らは、測定試料とともに測定環境の騒音も同時に侵入す
ることになる。音響共鳴フィルタ33は侵入した騒音の
内から音響共鳴フィルタの管長に応じた波長の音信号を
吸音し、音響共鳴フィルタ33以降の吸気管31には測
定試料と前記吸音した音信号以外の音信号が二重管型音
響セル11に向かって進むことになる。 【0013】図2は、前記した二重管型音響セル11の
一実施例であり、二重管型音響セル11の遮音管13内
に共鳴管12と音響共鳴フィルタ33とを内蔵した構成
を示している。共鳴管12内の軸方向には、半導体レー
ザ等から励起されたレーザが通り、該共鳴管12のほぼ
中央の位置には音響検出器用管16が遮音管13の外側
に向けて取り付けられている。また、音響共鳴フィルタ
33は、吸音管35と該吸音管35の内部で軸方向に移
動可能な栓36と該栓36を移動するためのロッド37
とを備え、該ロッド37を遮音管13の外側から操作す
ることにより栓36を吸音管35内で移動して、吸音管
35内の音響的管長を調整している。この音響共鳴フィ
ルタ33の吸音管35の栓30と反対側の端部付近に
は、連通口38を介して分岐管39が設けられ、該分岐
管39の他方の端部は共鳴管12の一方の開放端の近傍
に配置されている。なお、音響共鳴フィルタ33は共鳴
管12との位置関係は任意であるが、ほぼ平行して配置
することができ、この平行配置の場合には遮音管13内
にコンパクトに収めることができる。 【0014】そして、この音響共鳴フィルタ33の吸音
管35の栓と反対側の端部付近には、吸気管31が遮音
管13の外側に向けて取り付けられており、吸気されて
吸気管31を通過した測定試料は吸音管35に導かれる
とともに、連通口38を通って分岐管39から共鳴管1
2に導入される。なお、分岐管39の開放端は、共鳴管
12においてレーザ光の遮蔽しない位置に配置する。ま
た、この吸気管の端部と共鳴管とを、吸気管によってレ
ーザ光を遮蔽しない程度に接近させた配置関係とするこ
とができ、この構成によって、吸気管から共鳴管への測
定試料の導入を早めることができ、応答性を向上させる
ことができる。また、吸音管内の音響的管長を調整する
手段として、吸音管の栓を移動するものに代えて、管自
体の長さを可変とする構成をとることもできる。 【0015】(本発明の実施例の作用)次に、本発明の
実施例の作用について、図3の本発明の実施例の動作
図、及び図4の測定結果例を用いて説明する。図3の動
作図において、吸気口32からは測定試料とともに測定
環境中の騒音が二重管型音響セル11に向けて侵入す
る。共鳴管12内に侵入した測定試料に断続する励起レ
ーザ光が作用すると、該励起レーザ光の周波数に対応し
た音響信号が発生する。共鳴管12の管長は励起レーザ
光の周波数に対応した波長の半分の長さとすることによ
り、共鳴管12内で発生した音響信号を共鳴させ、音響
信号の効率よい検出を行っている。一方、測定試料とと
もに共鳴管12に侵入する騒音は種々の波長を有してお
り、該波長の中には共鳴管12の管長の2倍の長さのも
のを含んでいる。この長さの波長の騒音が共鳴管12に
侵入すると、共鳴管12内において共鳴現象を起こし、
音響検出器15からは騒音ノイズとして検出されること
になる。 【0016】本発明の実施例において、吸気口32から
騒音が侵入すると、騒音中で波長が共鳴管12の管長の
2倍の長さのもの(以後、共鳴波長Lという)は、音響
共鳴フィルタ33により吸音される。音響共鳴フィルタ
33の管長は共鳴管12の管長の半分の長さであるた
め、共鳴波長Lの1/4の波長となる。この波長関係で
は、音響共鳴フィルタ33の管の栓の部分が節となり、
開放端の部分が腹となり、音響共鳴フィルタ33によっ
て、該波長の騒音は捕らえられて吸音されることにな
る。したがって、音響共鳴フィルタ33以降の吸気管3
1における騒音中には共鳴波長Lの音信号は除去される
ことなり、吸気管31を通して共鳴管12に導入される
騒音中には共鳴波長Lを除いた波長の音信号となる。共
鳴管12中に共鳴波長Lを除いた波長の音信号が侵入し
た場合には、共鳴管12の管長は共鳴波長の半分である
ため、共鳴管12内で共鳴現象は発生せず、共鳴管12
内には大きな騒音は存在しないことなる。そのため、音
響検出器15により検出される音信号は、レーザ光より
生じる光音響信号が大部分を占めることになり、音響ノ
イズの影響が減少して、S/N比の大きな光音響信号を
得ることができる。 【0017】図4は、本発明の実施例による測定結果例
を示しており、横軸に吸気口から侵入させる供与音響音
量の相対値を示し、縦軸に雑音感応量をμVの単位で示
している。なお、この雑音感応量は、検出信号の揺動量
を自乗平均開平計算した値(root mean sq
uare値)である。また、図中の■印は音響共鳴フィ
ルタを用いない場合の値であり、●印は音響共鳴フィル
タを用いた場合の値である。図4の結果から、音響共鳴
フィルタを用いた場合には検出信号の揺動が低く抑えら
れ、音響共鳴フィルタを用いない場合には共鳴周波数付
近の音響の混入によって大きく揺動することが得られ
る。 【0018】(他の実施例)次に、図5を用いて本発明
の他の実施例について説明する。この実施例は、前記実
施例において、音響共鳴フィルタの構成の点で相違し、
その他の構成では同じであるため、以下では相違する構
成についてのみ説明する。他の実施例は、図5におい
て、音響共鳴フィルタの吸気管と接続している開口部に
柔軟な膜41を設ける構成とするものである。この柔軟
膜41は、音信号等の圧力変化は伝達するが、気体や微
粒子は透過させない機能を有する素材であり、例えば、
薄いゴム膜によって形成することができる。 【0019】この柔軟膜41を音響共鳴フィルタの吸気
管と接続している開口部に設けると、吸気口から侵入し
た気体や微粒子等の測定試料は、柔軟膜41によってそ
の侵入を阻止され、音響共鳴フィルタの管内には侵入せ
ず、そのまま吸気管を通して光音響セルに送られる。一
方、吸気口から侵入した騒音による圧力変化は、柔軟膜
41を動かし、音響共鳴フィルタの管内にその圧力変化
を伝え、共鳴波長の音信号の吸音を行う。したがって、
音響共鳴フィルタは、本発明の目的である音響ノイズの
影響を減少させるとともに、音響共鳴フィルタの管内に
測定試料を導入させないため、応答速度の低下を防ぐこ
とができる。 【0020】(実施例の効果)音響共鳴フィルタ手段を
構成する管の管長を共鳴管の管長の半分の長さを含む1
/2の長さの奇数倍とすることにより、共鳴管の共鳴波
長の音響信号を管内で共鳴させて吸音し、共鳴管への該
共鳴波長の音響信号の導入を減少させることができる。
また、音響共鳴フィルタ手段が吸音する音響信号の周波
数を断続光ビームの周波数と同一とすることにより、吸
気管から侵入する音響信号から断続光ビームの周波数に
対応する周波数成分を除くことができる。また、音響共
鳴フィルタ手段を構成する管部の管長を可変とすること
によって、吸音する音響信号の波長を可変としたり、温
度変化等による音響信号の波長変化に対応させて温度補
償を行うことができる。 【0021】また、音響共鳴フィルタ手段の管の一端を
移動可能な栓により閉じることにより、管長を装置外か
らの操作によって可変とすることができる。また、音響
共鳴フィルタ手段を構成する管部の開放端を柔軟な膜に
より閉じ、管部内部への測定試料の導入を阻止する構成
とすることにより、共鳴管への測定試料の導入を早め、
応答性を向上させることができる。また、吸気管の端部
を共鳴管の端部近傍であって、光音響効果を励起する光
ビームを遮蔽しない位置に配置することによって、共鳴
管への測定試料の導入を早め、応答性を向上させること
ができる。 【0022】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
音響ノイズの影響を減少することができる光音響吸光計
を提供することができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoacoustic absorptiometer for performing an absorption spectrum or a micro-spectroscopic analysis of a sample using a photoacoustic effect. 2. Description of the Related Art The photoacoustic effect is a phenomenon in which when a sample is irradiated with light whose intensity is modulated at an acoustic frequency, a photoacoustic signal is generated from the sample in accordance with the modulation frequency of the light. When a sample is irradiated with periodically modulated monochromatic light, the light absorbed by the sample is converted into heat through non-radiative relaxation, and the heat diffuses into the surrounding gas, etc., causing a periodic pressure change on the gas. Cause The photoacoustic absorptiometer detects and measures this periodic pressure change with an acoustic detector such as a microphone or a piezoelectric element. FIG. 6 is a schematic diagram of an apparatus of a photoacoustic spectroscopy system. Light from a high-intensity light source such as a Xe lamp or a light source 2 such as a laser is modulated by a chopper 4 and irradiated onto a sample in the photoacoustic cell 1. In the photoacoustic cell, a photoacoustic signal detected by a sound detector such as a microphone is converted into a lock-in amplifier 5 based on a reference signal synchronized with the modulated light source.
It is measured by signal processing 6. Note that the spectroscope 3 can be used to obtain monochromatic light. Conventionally, there has been known a photoacoustic absorption spectrometer that monitors the components and the like of airborne fine particles using the photoacoustic spectroscopy system. FIG. 7 is a block diagram of a conventional photoacoustic absorption meter. In FIG. 7, a double tube resonance type photoacoustic cell 10 is used as a photoacoustic cell. The sample air is sucked into the inner tube in the cell by a suction pump, and the semiconductor laser 2
Laser light from 0 is applied. The pressure change in the cell is detected by an acoustic detector such as a microphone, and is input to the lock-in amplifier 50 via the preamplifier 52. The lock-in amplifier 50 incorporates an oscillator 51, drives the semiconductor laser power supply 21, modulates the semiconductor laser 20, and measures a photoacoustic signal from the preamplifier 52 in synchronization with the cycle of the semiconductor laser. Then, the measured signal intensity and phase of the photoacoustic signal are recorded in the recorder 61 or the like. The photoacoustic signal from the preamplifier 52 is transmitted to the power meter 53 and the A / D
Based on the intensity of the laser beam detected by the converter 54, the light source intensity is compensated. [0004] However, the conventional photoacoustic absorptiometer has a problem that a measurement error occurs due to mixing of acoustic noise. By the conventional photoacoustic absorption meter, for example, when measuring the flue gas concentration of a diesel vehicle, simultaneously with the introduction of the sample atmosphere into the photoacoustic cell,
The running noise of a vehicle or noise in the measurement environment is mixed into the photoacoustic absorption meter as acoustic noise, and is measured together with the photoacoustic signal by the acoustic detector, which may cause a measurement error. FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of noise in the conventional photoacoustic absorption spectrometer. In FIG. 8, the effective tube length (≒ L + D /
When noise having a wavelength twice as long as 2) (hereinafter referred to as a resonance wavelength L) enters, a sound signal of the wavelength causes a resonance phenomenon in the resonance tube, and its amplitude increases. Since the acoustic detector detects a noise component together with the photoacoustic signal from the measurement sample, if the amplitude of the noise component is increased, the noise component is increased and the detection sensitivity is reduced. [0005] As a method for preventing such noise from entering, a method of lengthening a suction pipe for introducing a measurement sample such as an air sample into the photoacoustic absorption spectrometer can be considered. In this case, the sample flows from the suction port. The measurement delays due to the delay time required to reach the photoacoustic cell, and the change is flattened. In addition, there is a problem that the measurement target is adsorbed in the suction pipe. Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional photoacoustic absorption spectrometer and to provide a photoacoustic absorption spectrometer capable of reducing the influence of acoustic noise. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention irradiates an intermittent light beam into a resonance tube of a double-tube resonance cell, and detects an intermittent sound generated by absorption of the light beam by a measurement sample in the resonance tube. And a photoacoustic absorption spectrometer for analyzing the measurement sample,
In the suction path for introducing a measurement sample into the resonance tube, sound absorption type acoustic resonance filter means for absorbing the resonance wavelength of the resonance tube is provided, and the sound absorption type acoustic resonance filter means is incorporated in the double tube type resonance cell. This achieves the above object. The acoustic absorptiometer of the present invention uses a resonance tube, intermittently irradiates a measurement sample in the resonance tube with light, and performs measurement by the photoacoustic effect.The measurement sample is supplied from outside via an intake path. It is introduced into the resonance tube. Further, the acoustic resonance filter means of the present invention has a function of reducing acoustic noise by absorbing sound waves of a specific wavelength from noise entering the resonance tube, and introducing a measurement sample from outside air into the resonance tube. It can be provided in the intake path of the vehicle, and absorbs an acoustic signal of a resonance wavelength of the resonance tube. A first embodiment of the present invention is a sound absorbing tube in which an acoustic resonance filter means is closed at one end, wherein the length of the sound absorbing filter is an odd multiple of half the length of the resonance tube. ,
The length may be half of the length of the resonance tube. Thus, the acoustic signal of the resonance wavelength of the resonance tube is resonated in the sound absorbing tube to absorb sound, and the introduction of the acoustic signal of the resonance wavelength to the resonance tube can be reduced. According to a second embodiment of the present invention, the frequency of the acoustic signal absorbed by the acoustic resonance filter means is the same as the frequency of the intermittent light beam, whereby
A frequency component corresponding to the frequency of the intermittent light beam can be removed from the acoustic signal entering from the intake pipe. In a third embodiment of the present invention, the length of the sound absorbing tube constituting the acoustic resonance filter means is made variable, whereby the wavelength of the sound signal to be absorbed is made variable or the temperature is changed. Temperature compensation can be performed by corresponding to the wavelength change of the acoustic signal. As a means for changing the length of the acoustic resonance filter means, a structure in which one end of the sound absorbing tube is closed by a movable stopper, or a structure in which the length of the sound absorbing tube itself is variable can be used. In a fourth embodiment of the present invention, the open end of the sound absorbing tube constituting the acoustic resonance filter means is closed by a flexible film to prevent the introduction of the measurement sample into the inside of the tube. Accelerates the introduction of the measurement sample into the resonance tube,
Responsiveness can be improved. According to a fifth embodiment of the present invention, the end of the intake pipe is arranged near the end of the resonance pipe and at a position where the light beam is not blocked, thereby introducing the measurement sample into the resonance pipe. And the responsiveness can be improved. The photoacoustic absorptiometer of the present invention has the above-described configuration, and emits an intermittent light beam into the resonance tube, introduces a measurement sample into the resonance tube, and generates light by absorption of the light beam by the measurement sample. The intermittent sound is detected and the measurement sample is analyzed. In this photoacoustic absorption spectrometer, in the intake path through which the measurement sample is introduced into the resonance tube, the noise having entered the intake tube together with the measurement sample has a frequency of 1/4 wavelength of the resonance wavelength of the resonance tube. The acoustic signal is absorbed by the acoustic resonance filter means, and the acoustic signal of the wavelength component causing resonance in the resonance tube is removed. Thus, the acoustic signal introduced into the resonance tube does not include an acoustic signal causing resonance in the resonance tube, and does not cause resonance. Therefore, the acoustic signal detected by the acoustic detector of the resonance tube is substantially an acoustic signal obtained by the photoacoustic effect based on the measurement sample, and the influence of acoustic noise can be reduced. In the case where the acoustic resonance filter means is a tube whose one end is closed and whose length corresponds to half the length of the resonance tube as described in the first embodiment, the wavelength at which resonance occurs in the resonance tube is performed. The acoustic signal of the tube causes resonance in this tube and is absorbed,
It does not reach the resonance tube. Therefore, the acoustic signal that reaches the resonance tube after passing through the acoustic resonance filter means is an acoustic signal of various wavelengths excluding the resonance signal. When this acoustic signal is introduced into the resonance tube, the acoustic signals do not cause an acoustic resonance phenomenon, but are mutually interfered and averaged in the resonance tube, and the peak value decreases. Therefore, the acoustic signal detected by the acoustic detector is mainly an acoustic signal obtained by the photoacoustic effect based on the measurement sample, and the measurement sample with little acoustic noise can be analyzed. An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of an embodiment of the photoacoustic absorption meter of the present invention. FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the photoacoustic absorption meter of the present invention. FIG. 3 is a perspective view including a partial cross section of the double-tube acoustic cell of FIG. FIG. 1 shows the configuration of a double-tube acoustic cell in a photoacoustic absorptiometer, an intake pipe for introducing a measurement sample into the double-tube acoustic cell, and an acoustic resonance filter. The double-tube acoustic cell 11 is an ordinary double-tube resonance photoacoustic cell, and includes a resonance tube 12 installed inside and an outer sound insulation tube 13 surrounding the entire resonance tube 12, and a measurement sample at one end. Is connected, and the other end is exhausted by an exhaust pump. Resonance tube 1
The length of the tube 2 is formed to be half the wavelength of the acoustic signal to be detected, and an acoustic detector 15 for detecting the detected acoustic signal is provided substantially at the center of the tube. As the acoustic detector 15, for example, a microphone or a piezoelectric element can be used. The detected sound signal detected by the sound detector 15 is detected by the lock-in amplifier in synchronization with the intermittent frequency of the excitation laser light. On the side of the intake pipe 31 opposite to the double-tube acoustic cell 11 side, an intake port 32 for taking in a measurement sample is formed open, and the measurement sample sucked from the intake port 32 is The sound is sent to the resonance tube 12 in the double-tube acoustic cell 11 through the intake pipe 31. Then, in the photoacoustic absorption meter of the present invention, an acoustic resonance filter 33 is provided in a part of the intake pipe 31. The installation position of this acoustic resonance filter can be an arbitrary position of the intake pipe 31. The acoustic resonance filter 33 is a tube whose one end is open and communicates with the intake pipe 31 and the other end of which is closed by a plug 34 or the like. Is formed to half the length of the tube. This tube length corresponds to a length of 1/4 of the wavelength of the acoustic signal to be detected. Therefore, the noise of the measurement environment as well as the measurement sample also intrudes from the suction port 32 of the suction pipe 31 at the same time. The acoustic resonance filter 33 absorbs a sound signal having a wavelength corresponding to the tube length of the acoustic resonance filter from the intruded noise. Proceeds toward the double-tube acoustic cell 11. FIG. 2 shows an embodiment of the above-described double-tube acoustic cell 11, in which the resonance tube 12 and the acoustic resonance filter 33 are incorporated in the sound insulating tube 13 of the double-tube acoustic cell 11. Is shown. A laser excited from a semiconductor laser or the like passes through the resonance tube 12 in the axial direction, and an acoustic detector tube 16 is attached to the outside of the sound insulation tube 13 at a substantially central position of the resonance tube 12. . The acoustic resonance filter 33 includes a sound absorbing tube 35, a plug 36 movable in the axial direction inside the sound absorbing tube 35, and a rod 37 for moving the plug 36.
By operating the rod 37 from outside the sound insulating tube 13, the plug 36 is moved within the sound absorbing tube 35, and the length of the acoustic tube in the sound absorbing tube 35 is adjusted. A branch pipe 39 is provided in the vicinity of an end of the acoustic resonance filter 33 opposite to the plug 30 of the sound absorbing pipe 35 through a communication port 38, and the other end of the branch pipe 39 is connected to one end of the resonance pipe 12. Are disposed in the vicinity of the open end. Note that the acoustic resonance filter 33 can be arranged almost in parallel with the resonance tube 12, although the positional relationship with the resonance tube 12 is arbitrary. In the case of this parallel arrangement, the acoustic resonance filter 33 can be compactly stored in the sound insulation tube 13. An intake pipe 31 is attached to the acoustic resonance filter 33 near the end opposite to the plug of the sound absorption pipe 35 toward the outside of the sound insulation pipe 13. The passed measurement sample is guided to the sound absorbing tube 35 and passes through the communication port 38 from the branch tube 39 to the resonance tube 1.
2 is introduced. The open end of the branch tube 39 is disposed at a position in the resonance tube 12 where laser light is not blocked. Further, the end of the intake pipe and the resonance pipe can be arranged so as to be close to each other so that the laser light is not blocked by the intake pipe. With this configuration, the measurement sample is introduced from the intake pipe to the resonance pipe. Can be accelerated, and responsiveness can be improved. Further, as a means for adjusting the length of the acoustic pipe in the sound absorbing tube, a configuration in which the length of the tube itself is variable may be used instead of moving the plug of the sound absorbing tube. (Operation of the embodiment of the present invention) Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described with reference to the operation diagram of the embodiment of the present invention in FIG. 3 and the measurement result example in FIG. In the operation diagram of FIG. 3, noise in the measurement environment enters the double-tube acoustic cell 11 together with the measurement sample from the air inlet 32. When the intermittent excitation laser light acts on the measurement sample that has entered the resonance tube 12, an acoustic signal corresponding to the frequency of the excitation laser light is generated. By setting the length of the resonance tube 12 to be a half of the wavelength corresponding to the frequency of the excitation laser light, the acoustic signal generated in the resonance tube 12 resonates, and efficient detection of the acoustic signal is performed. On the other hand, the noise that enters the resonance tube 12 together with the measurement sample has various wavelengths, and includes wavelengths that are twice as long as the length of the resonance tube 12. When noise having a wavelength of this length enters the resonance tube 12, a resonance phenomenon occurs in the resonance tube 12, and
The sound detector 15 detects the noise as noise. In the embodiment of the present invention, when noise enters through the intake port 32, the noise having a wavelength twice as long as the length of the resonance tube 12 (hereinafter referred to as resonance wavelength L) is an acoustic resonance filter. The sound is absorbed by 33. Since the length of the acoustic resonance filter 33 is half the length of the resonance tube 12, it is 1 / of the resonance wavelength L. In this wavelength relationship, the plug portion of the tube of the acoustic resonance filter 33 becomes a node,
The open end portion becomes an antinode, and the acoustic resonance filter 33 captures and absorbs the noise of the wavelength. Therefore, the intake pipe 3 after the acoustic resonance filter 33
The sound signal of the resonance wavelength L is removed during the noise in 1 and the sound signal of the wavelength excluding the resonance wavelength L is included in the noise introduced into the resonance pipe 12 through the intake pipe 31. When a sound signal having a wavelength other than the resonance wavelength L enters the resonance tube 12, the length of the resonance tube 12 is half of the resonance wavelength, so that no resonance phenomenon occurs in the resonance tube 12, and the resonance tube 12 12
There will be no loud noise inside. Therefore, most of the sound signal detected by the sound detector 15 is a photoacoustic signal generated by a laser beam, and the effect of acoustic noise is reduced to obtain a photoacoustic signal having a large S / N ratio. be able to. FIG. 4 shows an example of a measurement result according to the embodiment of the present invention, in which the horizontal axis indicates the relative value of the supplied sound volume that enters from the intake port, and the vertical axis indicates the noise sensitivity in μV. ing. Note that this noise sensitive amount is a value (root mean sq) obtained by calculating a root-mean-square square of the swing amount of the detection signal.
ure value). Further, in the figure, the symbol ■ indicates a value when the acoustic resonance filter is not used, and the symbol ● indicates a value when the acoustic resonance filter is used. From the results of FIG. 4, it can be seen that when the acoustic resonance filter is used, the fluctuation of the detection signal is suppressed low, and when the acoustic resonance filter is not used, large fluctuations are caused due to the mixing of sound near the resonance frequency. . (Other Embodiment) Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the above embodiment in the configuration of the acoustic resonance filter.
Since other configurations are the same, only different configurations will be described below. In another embodiment, in FIG. 5, a flexible film 41 is provided at an opening connected to an intake pipe of an acoustic resonance filter. The flexible film 41 is a material having a function of transmitting a pressure change such as a sound signal, but not transmitting gas or fine particles.
It can be formed by a thin rubber film. When the flexible film 41 is provided in the opening connected to the intake pipe of the acoustic resonance filter, the measurement sample such as gas and fine particles that have entered through the intake port is prevented from entering by the flexible film 41, Instead of entering the tube of the resonance filter, it is sent to the photoacoustic cell through the intake pipe as it is. On the other hand, the pressure change due to the noise that has entered from the intake port moves the flexible membrane 41, transmits the pressure change to the inside of the tube of the acoustic resonance filter, and absorbs the sound signal of the resonance wavelength. Therefore,
The acoustic resonance filter reduces the effect of acoustic noise, which is the object of the present invention, and prevents the measurement sample from being introduced into the tube of the acoustic resonance filter, thereby preventing a reduction in response speed. (Effects of the Embodiment) The length of the tube constituting the acoustic resonance filter means includes half the length of the resonance tube.
By setting the length to an odd multiple of the length of / 2, the acoustic signal of the resonance wavelength of the resonance tube is resonated in the tube to absorb sound, and the introduction of the acoustic signal of the resonance wavelength into the resonance tube can be reduced.
Further, by setting the frequency of the acoustic signal absorbed by the acoustic resonance filter means to be the same as the frequency of the intermittent light beam, a frequency component corresponding to the frequency of the intermittent light beam can be removed from the acoustic signal entering from the intake pipe. Also, by making the tube length of the tube part constituting the acoustic resonance filter means variable, it is possible to make the wavelength of the sound signal to be absorbed variable, or to perform temperature compensation in response to the wavelength change of the acoustic signal due to a temperature change or the like. it can. Further, by closing one end of the tube of the acoustic resonance filter means with a movable stopper, the length of the tube can be changed by an operation from outside the apparatus. Further, by adopting a configuration in which the open end of the tube part constituting the acoustic resonance filter means is closed by a flexible film and the introduction of the measurement sample into the tube part is prevented, the introduction of the measurement sample into the resonance tube is expedited,
Responsiveness can be improved. In addition, by arranging the end of the intake pipe near the end of the resonance pipe and not blocking the light beam that excites the photoacoustic effect, introduction of the measurement sample into the resonance pipe is expedited, and responsiveness is improved. Can be improved. As described above, according to the present invention,
A photoacoustic absorptiometer capable of reducing the influence of acoustic noise can be provided.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の光音響吸光計の一実施例の構成を説明
するブロック図である。 【図2】本発明の光音響吸光計の二重管型音響セルの一
部断面を含む斜視図である。 【図3】本発明の実施例の動作図である。 【図4】本発明の実施例による測定結果例である。 【図5】本発明の他の実施例の構成を説明するブロック
図である。 【図6】光音響分光系の装置概略図である。 【図7】従来の光音響吸光計のブロック図である。 【図8】従来の光音響吸光計における騒音の動作を説明
する図である。 【符号の説明】 1…光音響セル、2…光源、5…ロッインアンプ、11
…二重管型共鳴セル、12…共鳴管、13…遮音管、1
5…音響検出器、31…吸気管、32…吸気口、33…
音響共鳴フィルタ、34…栓。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an embodiment of a photoacoustic absorption meter according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view including a partial cross section of a double-tube acoustic cell of the photoacoustic absorption meter of the present invention. FIG. 3 is an operation diagram of the embodiment of the present invention. FIG. 4 is an example of a measurement result according to an example of the present invention. FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram of a photoacoustic spectroscopy system. FIG. 7 is a block diagram of a conventional photoacoustic absorption meter. FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of noise in a conventional photoacoustic absorption meter. [Description of Signs] 1 ... Photoacoustic cell, 2 ... Light source, 5 ... Loyne amplifier, 11
... double tube type resonance cell, 12 ... resonance tube, 13 ... sound insulation tube, 1
5 ... Acoustic detector, 31 ... Intake pipe, 32 ... Intake port, 33 ...
Acoustic resonance filter, 34 ... stopper.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 喜利 元貞 東京都千代田区神田錦町1丁目3番地 株式会社 島津製作所 東京支社内 (56)参考文献 特開 昭55−50142(JP,A) 実開 平6−22558(JP,U) 加藤健次,「半導体レーザー光音響法 による大気中の元素状炭素浮遊粒子の実 時間分析法の開発」,分析化学,日本, 社団法人日本分析化学会,1994年 4月 5日,第43巻第4号,第317−323頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 29/00 - 29/28 G01N 21/00 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────の Continuation of the front page (72) Inventor Kirisa Motosada 1-3-3 Kandanishikicho, Chiyoda-ku, Tokyo Shimadzu Corporation Tokyo branch office (56) References JP-A-55-50142 (JP, A) Kaihei 6-22558 (JP, U) Kenji Kato, "Development of real-time analysis method of elemental carbon suspended particles in the atmosphere by semiconductor laser photoacoustic method", Analytical Chemistry, Japan, Japan Society for Analytical Chemistry, 1994 April 5, 2003, Vol. 43, No. 4, pp. 317-323 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 29/00-29/28 G01N 21/00 JICST file (JOIS )

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 断続光ビームを二重管型共鳴セルの共鳴
管内に照射し、共鳴管内の測定試料による光ビームの吸
光により発生する断続音を検出し、測定試料の分析を行
う光音響吸光計であって、 共鳴管内に測定試料を導入する吸気径路中に、該共鳴管
の共鳴波長を吸音する吸音型音響共鳴フィルタ手段を備
え、 当該吸音型音響共鳴フィルタ手段を前記二重管型共鳴セ
ル内に内蔵させたことを特徴とする光音響吸光計。
(57) [Claims 1] An intermittent light beam is irradiated into a resonance tube of a double tube type resonance cell, and an intermittent sound generated by absorption of the light beam by a measurement sample in the resonance tube is detected. A photoacoustic absorptiometer for analyzing a measurement sample, comprising: a sound absorption type acoustic resonance filter means for absorbing a resonance wavelength of the resonance tube in an intake path for introducing the measurement sample into the resonance tube; A photoacoustic absorptiometer characterized in that a filter means is built in the double tube type resonance cell.
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加藤健次,「半導体レーザー光音響法による大気中の元素状炭素浮遊粒子の実時間分析法の開発」,分析化学,日本,社団法人日本分析化学会,1994年 4月 5日,第43巻第4号,第317−323頁

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