JP5314301B2 - Gas concentration measuring method and apparatus - Google Patents

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本発明は、ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に生じるガスや、あるいは該密閉容器から外部に排出されるガス、あるいは排出されたガスが滞留する可能性の高い場所におけるガス等のガス濃度を計測する計測方法および計測装置に関する。 The present invention, boiler, incinerator, likely to gas or generated in the sealed container of the combustion chamber such as the combustion engine, or gas is discharged to the outside from the sealed container or discharged gas stays location regarding measurement method and measurement device for measuring the gas concentration of such gas in.

従来から、ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に発生するガスの濃度を測定するための手法として、レーザ光を用いる技術が開発されている。 Conventionally, boilers, waste incinerators, as a method for measuring the concentration of gas generated in a closed vessel combustion chamber or the like of a combustion engine, a technique of using a laser beam have been developed. このレーザ光を用いるガス濃度測定技術は、ガス種別毎に特有波長を吸収する性質を持つことを利用し、ガス雰囲気中に特定波長のレーザ光を照射して、ガス雰囲気を通過したレーザ光のスペクトルを分析することで、特定ガス種別の濃度を把握するものであり、吸収分光法といわれている。 Gas concentration measuring technique using the laser light is utilized to have the property of absorbing specific wavelengths for each gas type, by irradiating laser light of a specific wavelength in a gas atmosphere, the laser beam passing through the gas atmosphere by analyzing the spectrum, is intended to grasp the concentration of a specific gas type, it is said to absorption spectroscopy.

その例として、特許文献1(特開平10−142148号公報)が知られており、該特許文献1には、背景光(バックグラウンドノイズ)がある条件下でも、特定種別のガス濃度を正確に測定することができるように、レーザ光を周波数変調して計測する主計測光と、別のセンサで計測する背景光とを用いて、主計測光と背景光との差分を演算することでバックグラウンドノイズを低減する手法が示されている。 As an example, Patent Document 1 (JP-A-10-142148) are known, the patent document 1, even under conditions where there is a background light (background noise), exactly the gas concentration of a specific type as can be determined, the background noise by the main measuring light measured by frequency modulated laser light, by using the background light is measured by another sensor, calculates a difference between the main measurement light and the background light a method of reducing is shown a.

また、特許文献2(特許3342446号公報)においては、前記特許文献1と同様に主計測光と、別のセンサで計測する背景光とを用いて、主計測光と背景光との差分を演算することで(差分回路方式)、バックグラウンドノイズを低減する手法が示されており、さらには、レーザ光の変調を単一の周波数でなく2つの異なる周波数で変調(二重変調)することによって、単一周波数による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しやすいが、その計測値のドリフトを抑制する技術が示されている。 Further, in Patent Document 2 (Japanese Patent No. 3342446), that the same mainly measuring light and Patent Document 1, by using the background light is measured by another sensor, calculates a difference between the main measurement light and the background light in (differential circuit method), there is shown a method of reducing the background noise, and further, by modulating (dual modulation) modulation of the laser beam at two different frequencies instead of a single frequency, single drift is likely to occur in measurement values ​​due to the multiple reflection of the measurement laser (fringe) of the modulation according to one frequency, but a technique for suppressing drift of the measured value is shown.

該特許文献2に示されるガス濃度計測装置の概要を、図10を参照して説明する。 Description of the gas concentration measuring device shown in the patent document 2 will be described with reference to FIG. 10.
レーザ光を発振するための半導体レーザダイオード(LD)01からなる光源は、LDドライバ02の制御回路に接続され、LDの温度と電流が制御されるようになっている。 A light source composed of a semiconductor laser diode (LD) 01 for oscillating a laser beam is connected to the control circuit of the LD driver 02, the temperature and current of the LD is adapted to be controlled. 発振されたレーザ光は、ハーフミラー03で反射されて一方の光学窓から他方の光学窓に向けてレーザ光Lが計測領域に入射される。 The laser light oscillated, the laser light L is incident on the measurement region toward and is reflected by the half mirror 03 from one optical window to the other optical window. 計測領域を通過したレーザ光は、他方の光学窓の近傍に配置された受光手段としての2つのフォトダイオード(PD2、PD3)04、05によって受光されるようになっている。 The laser light passing through the measurement region is adapted to be received by the other two photodiodes as light receiving means arranged in the vicinity of the optical window (PD2, PD3) 04,05.

一方のフォトダイオード04は光軸上に配置されて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て、他方のフォトダイオード05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せられる光を背景光として受光するようになっている。 One photodiode 04 be adapted to receive the laser light L is positioned on the optical axis passing through the measurement region, the other photodiode 05 is located at a point which is remote from the laser optical axis, the measurement region It is adapted to receive light emitted from the flame as the background light. この二つのフォトダイオード04、05からの受光信号は、測定ユニット06を経由してAD変換器07に入力されて、そこからコンピュータ08に送られる。 Receiving signals from the two photodiodes 04 and 05 is inputted to the AD converter 07 via the measuring unit 06, from there to the computer 08.

特開平10−142148号公報 JP 10-142148 discloses 特許3342446号公報 Patent 3342446 No.

しかし、前記特許文献1、2に示される技術は、何れも1種類のガス濃度を測定するための技術であり、1個のレーザダイオードから発光される1本の照射レーザ光Lについて示されている。 However, the techniques shown in Patent Documents 1 and 2 are both a technique for measuring one of the gas concentrations, are shown for one irradiation laser beam L emitted from one laser diode there.
特に、特許文献2においては2つのサイン波発生器09、010で変調することが示されているが、これはレーザの多重反射(フリンジ)に起因する計測値のドリフトを防止するためのものであり多種類のガス濃度の測定を1本の照射レーザ光Lで可能とする技術ではない。 In particular, it has been shown in the Patent Document 2 to be modulated with two sine wave generators 09,010, which is intended to prevent the drift of the measurement values ​​due to the multiple reflection of the laser (fringes) There is not a technology that enables a multi-type of the radiated laser beam L measured one gas concentration.
従って、複数種類のガス濃度を計測しようとするには複数本の照射レーザ光を設ける等のシステムにしなければならず、計測効率の悪化と計測装置の複雑化と装置コストの増加を招くおそれがあり、1本の照射レーザ光を用い、1個または複数個のレーザダイオードからのレーザ光によって複数種類のガス濃度を効率よく測定する技術が必要である。 Therefore, the attempts to measure a plurality of types of gas concentrations must be on the system, such as providing a laser beam irradiated plural, may lead to increased complexity and device cost deteriorated measuring device of the measuring efficiency Yes, using one of the irradiated laser beam, it is necessary to efficiently measure technique a plurality of types of gas concentration by a laser beam from one or more laser diodes.

そこで、本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に発生するガス、あるいは該密閉容器から外部に排出されるガス等のガス濃度を、レーザ光を用いての測定であって、複数種のガス濃度を、効率よく簡単なシステムで計測可能とするガス濃度計測方法および計測装置を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention is such has been made in view of the background, is discharged boiler, incinerator, a gas generated in the sealed container of the combustion chamber such as combustion engines or from the closed container, to the outside the gas concentration of such gases, a measurement of using a laser beam, a plurality of types of gas concentration, and to provide an efficient gas concentration to be measured in a simple system measurement method and measurement device .

前記課題を解決するため、本第1発明は、 エンジンの燃焼ガスである測定ガス雰囲気内に互いに異なる周波数で変調された特定波長のレーザ光を照射して、該特定波長のレーザ光の吸収量からガス濃度を計測するガス濃度計測方法において、1個のレーザダイオードの電流による波長掃引範囲内で光吸収が可能な2種のガスを選択し、1個のレーザダイオードの駆動電流による波長掃引範囲内で、隣接するガス吸収波長の間を、前記駆動電流を交互に切り換えて、1個のレーザダイオードから前記 2種のガスに対応するレーザ光を時分割して生成し、該生成されたそれぞれのレーザ光を同一のレーザビームによって照射し、照射されたレーザ光を受光して得られる受光信号から前記互いに異なる周波数で復調したそれぞれの復調信号に基づい To solve the above problems, the present first invention, by irradiating a laser beam modulated specific wavelength at different frequencies in the measured gas atmosphere is a combustion gas of the engine, the absorption amount of the laser beam of the specific wavelength the gas concentration measuring method for measuring the gas concentration from selects two gases that can be light-absorbing in one wavelength sweep range of the current of the laser diode, the wavelength sweeping range of the drive current of one laser diode an inner, between adjacent gas absorption wavelength, by switching the drive current alternately, each for generating time-divided laser beams corresponding from one laser diode to the two gases, is the product based on the laser light is irradiated by the same laser beam, each of the demodulated signal demodulated by the different frequencies from the light receiving signal obtained by receiving the emitted laser beam 前記 2種のガス濃度を求めるとともに、前記2種のガス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ランプ波を印加し、前記駆動電流の一方側は標準ガスが封入された参照セルに照射して求められる基準波長に基づく基準電流値に設定され、他方側は前記基準電流値に一定値を加算して求め、前記時分割の間隔は前記エンジンの回転数に基づいて設定されることを特徴とする。 Conjunction with determining the two gas concentration, wherein the ramp is applied in order to sweep slowly lasing wavelength at the absorption spectra of the two gases, one side of the drive current is the standard gas is sealed is set to the reference current value based on the reference wavelength obtained by irradiating the cell, the other side is determined by adding a predetermined value to the reference current value, interval of the time division is set based on the rotational speed of the engine and wherein the Rukoto.

かかる発明によれば、1個のレーザダイオードの駆動電流による波長掃引範囲内で、隣接するガス吸収波長の間を、前記駆動電流を交互に切り換えて、1個のレーザダイオードから2種のガスに対応するレーザ光を時間分割して照射するようにしたため、1個のレーザダイオードで2種のガス濃度を測定可能となり、システムの簡素化が図れ、ガス計測装置のコスト低減となる。 According to the invention, in the wavelength sweeping range of the drive current of one laser diode, between the adjacent gas absorption wavelength, by switching the drive current alternately, the two gases from one laser diode due to be irradiated by dividing the corresponding laser beam time, two kinds of gas concentration becomes measurable with one laser diode, Hakare simplification of the system, the cost of the gas measuring device.

また、好ましくは、前記駆動電流の一方側は標準ガスが封入された参照セルに照射して求められる基準波長に基づく基準電流値に設定され、他方側は前記基準電流値に一定値を加算して求められるとよい、また、前記駆動電流の一方側および他方側のそれぞれが、標準ガスが封入された参照セルに照射して求められる基準波長に基づく基準電流値に設定されるとよい。 Further, preferably, one side of the drive current is set to the reference current value based on the reference wavelength obtained by irradiating the reference cell standard gas is sealed, the other side by adding a predetermined value to the reference current value it may be determined Te, also, each of the one side and the other side of the driving current, may standard gas is set to the reference current value based on the reference wavelength obtained by irradiating the reference cell encapsulated.

かかる構成によれば、交互に切換えられる電流値の一方側、または両方とも参照セルに照射して求められる基準波長に基づく基準電流値に設定されるので、正確な基準電流値が設定される。 According to such a configuration, one side of the current value is alternately switched, or because both are set to the reference current value based on the reference wavelength obtained by irradiating the reference cell, correct the reference current value is set.

また、第2発明は、第1発明の方法を実施するための装置発明であり、 エンジンの燃焼ガスである測定ガス雰囲気内に互いに異なる周波数で変調された特定波長のレーザ光を照射して、該特定波長のレーザ光の吸収量からガス濃度を計測する請求項1記載のガス濃度計測方法を用いたエンジンのガス濃度計測装置において、1個のレーザダイオードの電流による波長掃引範囲内で光吸収が可能な2種のガスを選択し、1個の前記レーザダイオードと、該レーザダイオードに駆動電流を供給する電流駆動回路と、前記レーザダイオードの波長掃引範囲内で、前記2種のガス吸収波長の間を、前記駆動電流を交互に切り換えて前記電流駆動回路に供給する波長切換手段と、交互に生成されたレーザ光を同一のレーザビームによって照射し、照射さ The second invention is an apparatus invention for carrying out the method of the first invention, by irradiating a laser beam modulated specific wavelength at different frequencies in the measurement gas within the atmosphere is a combustion gas of the engine, the gas concentration measuring device for an engine using a gas concentration measuring method according to claim 1, wherein measuring the gas concentration from the absorption amount of the laser light of said specific wavelength, light absorption in one wavelength sweep range of the current of the laser diode select two gases that can, and one of said laser diode, said current drive circuit for supplying a drive current to the laser diode, in the wavelength sweep range of said laser diode, said two gases absorption wavelength during a wavelength switching means for supplying to the current drive circuit switches the drive current alternately irradiated with a laser beam generated alternately by the same laser beam, it is irradiated for たレーザ光を受光する受光手段と、該受光手段によって受光された受光信号から復調手段によって前記互いに異なる周波数で復調したそれぞれの復調信号を取出す復調処理手段と、2種のガス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のランプ波印加手段とを有し、前記波長切換手段によって切り換えられるそれぞれのガス濃度を求め、前記駆動電流の一方側は標準ガスが封入された参照セルに照射して求められる基準波長に基づく基準電流値に設定され、他方側は前記基準電流値に一定値を加算して求められ、前記時分割の間隔は前記エンジンの回転数に基づいて設定されることを特徴とする。 Light receiving means for receiving laser light, a demodulation processing means for taking out the respective demodulated signal demodulated by the different frequencies by the demodulation means from the received signal received by the light receiving means, at the absorption spectra of the two gases and a ramp wave applying means for slowly sweeping the laser oscillation wavelength, the irradiation of each of the gas concentration to be switched by the wavelength switching unit determined, on one side reference cell standard gas is sealed in the drive current is set to the reference current value based on the reference wavelength obtained by, Rukoto the other side is obtained by adding a predetermined value to the reference current value, interval of the time division is set based on the rotational speed of the engine the features.

かかる第5発明によれば、第1発明と同様に1個のレーザダイオードの駆動電流による波長掃引範囲内で、隣接するガス吸収波長の間を、前記駆動電流を交互に切り換えて、1個のレーザダイオードから2種のガスに対応するレーザ光を時間分割して照射するようにしたため、1個のレーザダイオードで2種のガス濃度を測定可能となり、システムの簡素化が図れ、ガス計測装置のコスト低減となる。 According to the fifth invention, in the wavelength sweeping range of the drive current of the first invention as well as one laser diode, between the adjacent gas absorption wavelength, by switching the drive current alternately, one since the laser beams corresponding from the laser diode into two gases to irradiate split time, two kinds of gas concentration becomes measurable with one laser diode, Hakare simplification of the system, the gas measuring device cost reduction become.

本発明によれば、ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に発生するガス、あるいは該密閉容器から外部に排出されるガス等のガス濃度をレーザ光を用いての測定であって、複数種のガス濃度を、効率よく簡単なシステムで計測可能とするガス濃度計測方法および計測装置を提供できる。 According to the present invention, the measurement of boiler, incinerator, a gas generated in the sealed container of the combustion chamber such as a combustion engine, or a gas concentration of a gas or the like to be discharged to the outside from the sealed container using a laser beam a is, a plurality of types of gas concentrations, can provide a measurable to the gas concentration measuring method and measuring apparatus efficiently simple system.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。 Hereinafter, it will be illustratively described in detail preferred embodiments of the present invention with reference to the drawings. 但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 However the dimensions of the components described in this embodiment, the material, shape, unless their relative positions and so forth, not intended to limit the scope of the invention thereto, merely illustrative example only.
(第1実施形態) (First Embodiment)

図1は本発明の第1実施形態に係るガス濃度計測装置2の概要を示す全体構成ブロック図である。 Figure 1 is a general schematic block diagram showing an outline of a gas concentration measuring apparatus 2 according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、レーザ光を発振するための半導体レーザダイオード(LD)4からなる光源は、LDドライバのLD電流駆動回路6、およびLD温度駆動回路8に接続され、該駆動回路でLD4の温度と電流が制御されるようになっている。 As shown in FIG. 1, a light source composed of a semiconductor laser diode (LD) 4 for oscillating a laser beam is connected to the LD current drive circuit 6 and the LD temperature driving circuit 8, the LD driver, in the drive circuit LD4 temperature and current are controlled.
LD電流駆動回路6には、加算器9を経由して、直流電流10、ランプ波12、変調信号f、変調信号w、さらに、波長切換手段14からの波長ロック信号16と該波長ロック信号を基準信号として切換後の切換後波長信号18とがそれぞれ印加される。 The LD current drive circuit 6 via the adder 9, the direct current 10, ramp 12, the modulation signal f, a modulation signal w, further a wavelength lock signal and the wavelength lock signal 16 from the wavelength switching unit 14 and after switching wavelength signal 18 after switching are applied respectively as a reference signal.

直流電流10は、半導体レーザダイオード4を駆動するための電流であり、変調信号f、変調信号wは、レーザ光に対して周波数変調を施すために印加する信号であり、また、ランプ波12は、測定対象ガス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印加する信号である。 DC current 10 is a current for driving the semiconductor laser diode 4, the modulation signal f, a modulation signal w is a signal applied for performing frequency modulation to the laser beam, also the ramp 12 a signal applied in order to slowly sweep the laser oscillation wavelength at the measurement target gas specific absorption spectrum.

半導体レーザダイオード4から発振されたレーザ光は、光ファイバのレーザ光路20を通って、分波器22に導かれる。 The laser beam emitted from the semiconductor laser diode 4 passes through the laser light path 20 of the optical fiber, is guided to the demultiplexer 22. この分波器22で、参照ガスセル24と計測領域とへ分波され、計測領域へ分波されたレーザ光は、レーザビームLによってエンジンの燃焼室内、またはエンジンの排気管内のガス流通領域に一方のコリメータ(光学レンズ)26から他方のコリメータ(光学レンズ)28に向けて照射される。 This demultiplexer 22 is demultiplexed into the reference gas cell 24 and the measurement region, the laser light demultiplexed into measurement area, one in the gas flow area of ​​the exhaust pipe of the combustion chamber or engine, the engine by the laser beam L the collimator is irradiated from (optical lens) 26 to the other collimator (optical lens) 28.
そして、計測領域を通過したレーザ光は、他方のコリメータ28の近傍に配置された受光手段30のフォトダイオード(PD)(受光ダイオード)によって受光され、プリアンプで増幅されるようになっている。 The laser light that has passed through the measurement area is received by the photodiode of the light receiving unit 30 disposed in the vicinity of the other collimator 28 (PD) (photodiode), and is amplified by a preamplifier.

図1に示すように、受光手段30によって受光された信号は、その後、復調処理手段32に送られる。 As shown in FIG. 1, the signal received by the light receiving means 30 is then sent to the demodulation processing means 32. 復調処理手段32の部分は、二個所から入力され、一方の入力側からは、バンドパスフィルタ(BPF)34と、ACアンプ36と、第1ロックインアンプ(変調信号fによる復調手段)38と、第2ロックインアンプ(変調信号wによる復調手段)40と、DCアンプ42とが直列に接続されて構成されている。 Portion of the demodulation processing means 32 is input from the two positions, from one of the input side, a band pass filter (BPF) 34, an AC amplifier 36, and 38 (demodulating means by the modulation signal f) first lock-in amplifier , 40 (demodulating means by the modulation signal w) second lock-in amplifier, a DC amplifier 42 is configured by connecting in series.
また、他方の入力側からは、ローパスフィルタ(LPF)44と、DCアンプ46とが直列に接続されて構成されている。 Also, from the other input side, a low pass filter (LPF) 44, and a DC amplifier 46 is configured by connecting in series. それぞれのDCアンプ42、46からの出力はAD変換器48に入力されて、そこからコンピュータ50に送られるようになっている。 The outputs from each of the DC amplifier 42 and 46 are input to the AD converter 48, and is from there to be sent to the computer 50.

一方の入力側からの受光信号は、バンドパスフィルタ34によって一定周波数帯域の信号を通過させ、ACアンプ36で増幅される。 Receiving signals from one input side passes a signal of a constant frequency band by a band-pass filter 34, is amplified by the AC amplifier 36. その後、第1ロックインアンプ(変調信号fによる復調手段)38へ入力して、この第1ロックインアンプ38では、変調信号fが参照信号として入力されて該変調信号fと同期する信号が取り出される。 Then enter into 38 (demodulating means by the modulation signal f) first lock-in amplifier, in the first lock-in amplifier 38, the signal modulated signal f is synchronized are input with the modulation signal f as the reference signal is taken out It is. さらに、第2ロックインアンプ(変調信号wによる復調手段)40へ入力して、この第2ロックインアンプ40では、変調信号wが参照信号として入力されて該変調信号wと同期する信号が取り出される。 Furthermore, by entering into 40 (demodulating means by the modulation signal w) second lock-in amplifier, in the second lock-in amplifier 40, the modulation signal w is input retrieved signal synchronized with the modulation signal w as a reference signal It is.

このようにして、変調信号f、wで二重に周波数変調されたレーザ光から、第1ロックインアンプ38と第2ロックインアンプ40とによって復調して目的の信号成分を取り出すようになっている。 In this manner, the modulation signal f, from the laser light frequency modulated doubly w, so taking out a signal component of interest by demodulating the first lock-in amplifier 38 by a second lock-in amplifier 40 there.

また、復調処理手段32の他方の入力側からの受信信号は、ローパスフィルタ44によって低周波成分だけを通過させて、DCアンプ46によって増幅して、受光信号中の直流成分の検出値としてAD変換器48に入力される。 The reception signals from the other input side of the demodulation processing means 32, by the low-pass filter 44 is passed through only the low-frequency component, it is amplified by a DC amplifier 46, AD conversion as a detection value of the direct current component in the received signal is input to the vessel 48.
AD変換器48を通過後のデジタル信号はコンピュータ50に入力されて、前記第138、および第2ロックインアンプ40からの信号成分と、前記直流成分との計測結果に基づいて対象ガス濃度の解析処理が行われる。 Digital signal after passing through the AD converter 48 is inputted to the computer 50, a signal component from the first 138, and second lock-in amplifier 40, the analysis of the target gas concentration based on the measurement results of said DC component processing is carried out.

一方、分波器22から参照ガスセル24へと分波されたレーザ光は、標準信号処理手段52に入力される。 On the other hand, the laser light is branched into the reference gas cell 24 from the demultiplexer 22 is input to the standard signal processing unit 52. レーザ光を参照ガスセル24に封入された一定圧力の既知濃度の標準ガス内を流通させて、受光手段54によって受光し、前記復調処理手段32と同様の信号処理を施して、AD変換器48に出力される。 By flowing through the standard gas of known concentration constant pressure which is sealed with a laser beam to the reference gas cell 24, and received by the light receiving unit 54, and subjected to the same signal processing and the demodulation processing unit 32, the AD converter 48 is output. そして、ガス濃度の検定、補正等の処理に用いられる。 The test gas concentration, used for processing such as correction.

標準信号処理手段52のうち、図1に示すように、バンドパスフィルタ(BPF)56と、ACアンプ58と、第3ロックインアンプ(変調信号fによる復調手段)60と、第5ロックインアンプ(変調信号wによる復調手段)62と、DCアンプ64とが直列に接続される回路から、標準ガスから変調信号f、wで変調された目的信号が取り出され、その信号を基に、波長切換手段14の波長ロック信号16が設定される。 Among the standard signal processing unit 52, as shown in FIG. 1, a band-pass filter (BPF) 56, an AC amplifier 58, and 60 (demodulating means by the modulation signal f) third lock-in amplifier, the fifth lock-in amplifier 62 (demodulating means by the modulation signal w), the circuit in which the DC amplifier 64 are connected in series, the modulated signal f from the reference gas, the object signal modulated by w retrieved, based on the signal, the wavelength switching wavelength lock signal 16 of means 14 are set. さらにその波長ロック信号16に一定値を加算した切換後波長信号18が形成される。 Furthermore the after switching wavelength signal 18 obtained by adding a constant value to the wavelength lock signal 16 is formed.

図3を参照して、波長切換手段14について説明する。 Referring to FIG. 3, described wavelength switching unit 14. 例えば、測定すべきガスの種類がNH ガスとH Oガスの場合には、それぞれの波長が1.512μm付近にあり、またN OガスとNH ガスの場合には1.517μm付近に存在するので、1個のレーザダイオードの電流による波長掃引範囲内でこれら2種のガスの光吸収が観測可能である。 For example, when the type to be measured gas is NH 3 gas and the H 2 O gas is around 1.517μm when each wavelength is in the vicinity of 1.512Myuemu, also of the N 2 O gas and NH 3 gas since there, the light absorption of these two gases are observable within one wavelength sweep range of the current of the laser diode.

例えば、NH ガスとH Oガスの2種のガスを測定する場合に、アンモニアNH の吸収中心波長λ1を基準としてロック波長とし、参照ガスセル24へ該アンモニアNH ガスを封入して、標準信号処理手段52の前記バンドパスフィルタ(BPF)56と、ACアンプ58と、第3ロックインアンプ60と、第5ロックインアンプ62と、DCアンプ64とが直列に接続される回路からの出力によって算出される吸収波長を、ロック波長λ1として設定する。 For example, when measuring two gases of NH 3 gas and the H 2 O gas, the absorption center wavelength λ1 of ammonia NH 3 to the locked wavelength as a reference, the reference gas cell 24 filled with the ammonia NH 3 gas, and said band pass filter (BPF) 56 of the standard signal processing unit 52, an AC amplifier 58, the third lock-in amplifier 60, the fifth lock-in amplifier 62, from the circuit and the DC amplifier 64 is connected in series the absorption wavelength is calculated by the output, setting the lock wavelength .lambda.1.

そして、図3(a)(b)に示すように、アンモニアNH の吸収中心波長λ1を発振させるための電流I1と、水蒸気H Oの吸収中心波長λ2を発振させるための電流I2を時間分割Δtで交互に切り換えて発振させる。 Then, as shown in FIG. 3 (a) (b), a current I1 for oscillating the absorption center wavelength λ1 of ammonia NH 3, the current I2 for oscillating the absorption center wavelength λ2 of water vapor H 2 O Time It is oscillated by alternately switched division Delta] t. 電流I2は、I2=I1+ΔIであり、切換後波長信号18として設定される。 Current I2 is I2 = I1 + [Delta] I, is set as the subsequently wavelength signal 18.
波長ロック信号16と切換後波長信号18とが交互にパルス状の切換電流として波長切換手段14で生成されて、加算器9へ入力される。 The wavelength lock signal 16 and after switching wavelength signal 18 is generated by the wavelength switching unit 14 as a pulse-like switching current alternately inputted to the adder 9.
電流I1が印加されたときに、λ1におけるガスの吸収信号を検出し、電流I2が印加された時に、波長λ2におけるガスの吸収信号を検出することによって、1個のレーザダイオード4によって、NH ガスとH Oガスの2種のガス濃度の計測ができる。 When the current I1 is applied to detect the absorption signal of the gas in .lambda.1, when the current I2 is applied, by detecting the absorption signal of the gas at the wavelength .lambda.2, by one laser diode 4, NH 3 It can measure two gas concentration of the gas and the H 2 O gas.

なお、復調処理手段32での処理が、NH ガスとH Oガスとのどちらのガスに対する処理化かが分かるように、I1が印加されたときのタイミングと、電流I2が印加されたときのタイミング、すなわち時間分割(Δt)のタイミングが、コンピュータ50に自動的に取り込まれて、測定濃度の算出において2種のガスが区別されて算出されるようになっている。 The processing of the demodulation processing means 32, so if the process of is found for both of the gas and the NH 3 gas and the H 2 O gas, and the timing at which I1 is applied, when the current I2 is applied timing of timing, i.e. time division (Delta] t) is incorporated automatically into the computer 50, two gases is adapted to be calculated are distinguished in the calculation of the measured concentration.

また、波長切換手段14では、波長λ1を発振させるための電流I1が印加されたときの波長のずれ信号を検出して、波長のずれを補正する信号を発生して、ロック波長λ1からのずれを補正して波長の安定化を行っている。 Further, in the wavelength switching section 14 detects the deviation signal of the wavelength when the current I1 for oscillating the wavelengths λ1 is applied, generates a signal for correcting the deviation of the wavelength, the deviation from the lock wavelength λ1 It is doing to stabilize the wavelength and corrected.

なお、時間分割(Δt)の間隔は、測定すべきガスに応じて設定され、エンジンの燃焼室内を測定対象とする場合には、エンジン回転数に応じて、例えば回転数の上昇とともに小さくするように可変化させても良く、さらに、爆発燃焼の1サイクル内に2種のガス計測ができるようにΔtを設定することも可能である。 Incidentally, the interval of time division (Delta] t), is set in accordance with the to be measured gas, in the case of a combustion chamber of the engine and the measurement object, according to the engine speed, for example, to reduce with increase in the rotational speed may also be a variable into, it is also possible to set Δt to allow two gases measured within one cycle of the explosive combustion.
また、NH ガスの吸収中心波長λ1をロック波長として説明したが、H Oガスの吸収中心波長λ2をロック波長として電流設定してもよい。 Also, have been described absorption center wavelength λ1 of the NH 3 gas as a lock wavelength may be the current setting of the absorption center wavelength λ2 of the H 2 O gas as a lock wavelength.

以上のように、1個のレーザダイオード4の駆動電流による波長掃引範囲内で、隣接するガス吸収波長λ1、λ2の間を、駆動電流I1、I2を交互に切り換えて、1個のレーザダイオード4から2種のガスに対応するレーザ光を時間分割(Δt)して照射するようにしたため、1個のレーザダイオードで2種のガス濃度を同一のレーザビームLによって同時に測定可能となり、システムの簡素化が図れ、ガス計測装置のコスト低減となる。 As described above, in one wavelength sweep range of the drive current of the laser diode 4, the adjacent gas absorption wavelengths .lambda.1, between .lambda.2, by switching the drive currents I1, I2 alternately, one laser diode 4 because the laser beams corresponding to the two gases were to irradiate time division (Delta] t) to the enables measuring simultaneously two gas concentration by the same laser beam L in one laser diode, simple system reduction is Hakare, the cost of the gas measuring device.
(第2実施形態) (Second Embodiment)

次に、図2、図4を参照して、第2実施形態について説明する。 Next, with reference to FIGS. 2, 4, a second embodiment will be described.
第2実施形態は、第1実施形態に対して、波長ロック信号を、第1参照ガスセル70と第2参照ガスセル72とにそれぞれ封入したガスの吸収波長にロックする点が相違するのみで、他の構成要素は第1実施形態と同様であるため、同一符号を付してして説明は省略する。 The second embodiment differs from the first embodiment, a wavelength lock signal, only in that the locking to the absorption wavelength of the gas sealed respectively with the first reference gas cell 70 and a second reference gas cell 72 is different from the other the components for the same as in the first embodiment, is described with the same reference numerals will be omitted.

標準信号処理手段74には、第1参照ガスセル70と第2参照ガスセル72とが直列に配設して、例えば、第1参照ガスセル70には、既知濃度のNH ガスが封入され、第2参照ガスセル72には、既知濃度のH Oガスが封入され、バンドパスフィルタ(BPF)76と、ACアンプ78と、第3ロックインアンプ80と、第5ロックインアンプ82と、DCアンプ84とが直列に接続される回路からの出力を、波長切換手段86に送って、それぞれの参照ガスに基づく吸収波長を、第1ロック波長λ1と、第2ロック波長λ2として設定する。 Standard signal processing unit 74, a first reference gas cell 70 and the second reference gas cell 72 is disposed in series, for example, the first reference gas cell 70, NH 3 gas of known concentration is sealed, the second Referring gas cell 72, H 2 O gas of known concentration is sealed, a band-pass filter (BPF) 76, an AC amplifier 78, the third lock-in amplifier 80, the fifth lock-in amplifier 82, DC amplifier 84 DOO is output from the circuit connected in series, is sent to the wavelength switching unit 86, an absorption wavelength based on the respective reference gas, a first lock wavelength .lambda.1, it is set as the second locking wavelength .lambda.2.

波長切換手段86では、図4(a),(b)に示すように、ロック波長λ1と、λ2に基づいて駆動電流I1、I2を設定して、第1波長ロック信号88と第2波長ロック信号90として時間分割(Δt)で交互にパルス状の切換電流を発生させて加算器9へ出力する。 In the wavelength switching means 86, as shown in FIG. 4 (a), (b), the lock wavelength .lambda.1, to set the drive currents I1, I2 based on .lambda.2, a first wavelength locking signal 88 second wavelength locking alternately generating pulsed switching current with time division (Delta] t) as the signal 90 and outputs it to the adder 9.

第2実施形態では、第1実施形態と同様の作用効果を有するとともに、さらに、アンモニアNH の吸収中心波長λ1を発振させるための電流I1と、H Oの吸収中心波長λ2を発振させるための電流I2をそれぞれ、参照ガスセルに封入された標準ガスを基に設定するため、実施例1のようなI2を切換量ΔIの加算によって求めるのに比べて正確な基準電流値が設定されるので誤差が生じにくく、精度が向上する。 In the second embodiment, which has the same effect as the first embodiment, further, a current I1 for oscillating the absorption center wavelength λ1 of ammonia NH 3, for oscillating absorption center wavelength λ2 of H 2 O each current I2, for setting on the basis of the standard gas sealed in the reference gas cell, since an accurate reference current value is set as compared to determine the sum of the switching replacement amount ΔI of I2 as in example 1 error hardly occurs, the accuracy is improved.

(第3実施形態) (Third Embodiment)
次に、図5を参照して、第3実施形態について説明する。 Next, referring to FIG. 5, a third embodiment will be described.
第1、第2実施形態では、1個のレーザダイオード4によって2種のガス濃度を計測する場合を説明したが、第3実施形態は、2個のレーザダイオード100、102を用いて、2種のガス濃度を計測する場合について説明する。 The first, in the second embodiment, by one laser diode 4 has been described the case of measuring the two gas concentration, the third embodiment uses the two laser diodes 100, 102, two It will be described for measuring the gas concentration.
なお、第3、4実施形態は、レーザ光の照射側の改良であり、第5、6、7実施形態はレーザ光の受光側の改良である。 Incidentally, third and fourth embodiment is an improvement of the irradiation side of the laser beam, fifth, sixth, seventh embodiment is a light receiving side of the improvement of the laser beam.
なお、第1実施形態、第2実施形態と同一構成要素については、同一符号を付して設明を省略する。 The first embodiment, the same components as the second embodiment and will not be 設明 are denoted by the same reference numerals.

レーザ光を発振するために光源は、第1レーザダイオード(LD1)100と第2レーザダイオード(LD2)102からなり、第1レーザダイオード100は、LD1電流駆動回路104、およびLD1温度駆動回路106に接続されて温度と電流が制御され、第2レーザダイオード102は、LD2電流駆動回路108、およびLD2温度駆動回路110に接続されて温度と電流が制御されるようになっている。 Light source for oscillating a laser beam, a first laser diode (LD1) 100 made from a second laser diode (LD2) 102, a first laser diode 100, LD1 current drive circuit 104, and the LD1 temperature driving circuit 106 connected to temperature and current is controlled, the second laser diode 102, LD2 current drive circuit 108, and is connected to the LD2 temperature driving circuit 110 temperature and current are controlled.

LD1電流駆動回路104には、加算器112を経由して、第1直流電流114、ランプ波12、変調信号f、変調信号w、さらに、時分割手段116を構成するパルス信号118と、波長ロック信号120とがそれぞれ印加される。 The LD1 current drive circuit 104 via the adder 112, a first DC current 114, ramp 12, the modulation signal f, a modulation signal w, further, a pulse signal 118 constituting the dividing means 116 when, wavelength locking signal 120 and are respectively applied. また、LD2電流駆動回路108にも、加算器122を経由して、同様の信号が入力される。 Also, LD2 current drive circuit 108 via the adder 122, the same signal is input.

第1レーザダイオード100と第2レーザダイオードとが交互に発振するように、第1レーザダイオード100に印加する電流(第1直流電流114とパルス信号118との加算電流)は、波長λ1が発振するように設定し、第2レーザダイオード102に印加する電流(第2直流電流124とパルス信号118との加算電流)は、波長λ2が発振するように設定する。 As the first laser diode 100 and the second laser diode oscillates alternately current applied to the first laser diode 100 (sum current of the first DC current 114 and the pulse signal 118), the wavelength λ1 is oscillated set the current applied to the second laser diode 102 (sum current of the second DC current 124 and the pulse signal 118), the wavelength λ2 is set to oscillate.
第1レーザダイオード100からの発振レーザと第2レーザダイオード102からの発振レーザは、合波機125によって合流されて、光ファイバのレーザ光路20を通って、分波器27から、ガス流通領域に同一のレーザビームによって照射される。 Wave laser from oscillating laser and the second laser diode 102 from the first laser diode 100 is merged by combining device 125 through the laser beam path 20 of the optical fiber, from the demultiplexer 27, the gas flow area It is irradiated by the same laser beam.

図6に示す第1レーザダイオード100からの波長λ1の発振と、第2レーザダイオード102からの波長λ2との発振の概要を示す。 And the oscillation wavelength λ1 from the first laser diode 100 shown in FIG. 6, the outline of the oscillation of the wavelength λ2 from the second laser diode 102 shown.
図6では、パルス幅がランプ状であるが、フラットの出力状態であっても良い。 6, the pulse width of the ramp-like, may be an output state of the flat. また時間分割(Δt)については測定ガスに応じて実施形態1で説明したようなエンジンへの適用に際して適宜設定することができる。 And it may be appropriately set in the application to time division (Delta] t) engine, such as described in the first embodiment in accordance with the measurement gas for.

時分割して交互にそれぞれのレーザ光が受光手段30に照射されるため、それぞれのガスに対応する信号の取出しが容易であり、複数種のガス濃度を簡単確実に算出可能であり、波長λ1が発振する時間におけるガスの吸収信号から、第1ガスの濃度を計測し、波長λ2が発振する時間におけるガスの吸収信号から、第2ガスの濃度を計測することができる。 Time for dividing each of the laser beams alternately enters a light receiving unit 30, it is easy to take out a signal corresponding to each of the gas is simple reliably be calculated a plurality of types of gas concentrations, wavelengths λ1 There the absorption signal of the gas in time to oscillate, the concentration of the first gas is measured, the absorption signal of the gas at the time of the wavelength λ2 is oscillated, it is possible to measure the concentration of the second gas.
なお、時間分割(Δt)のタイミングと取出したガス信号との対応付けは、コンピュータ50において自動的に算出されるようになっている。 Incidentally, correspondence between the gas signal taken out with the timing of time division (Delta] t) is adapted to be automatically calculated in the computer 50.

(第4実施形態) (Fourth Embodiment)
次に、図7を参照して、第4実施形態について説明する。 Next, with reference to FIG. 7, a fourth embodiment will be described.
第4実施形態は、第3実施形態に対して、パルス信号によって時分割する個所が第1レーザダイオード100と第2レーザダイオード102の駆動電流ではなく、第1レーザダイオード100と第2レーザダイオード102は連続発振しておき、発振されたレーザ光を一方のコリメータ(光学レンズ)26へ導く光ファイバの途中において光変調器134、136によって時分割する点が相違し、構成要素は第3実施形態と同様であるため、同一符号を付してして説明は省略する。 Fourth embodiment differs from the third embodiment, instead of the driving current locations for dividing the first laser diode 100 and the second laser diode 102 when the pulse signal, a first laser diode 100 and the second laser diode 102 point of division differs time leave continuous oscillation, the optical modulator 134, 136 in the middle of the optical fiber for guiding the oscillated laser light to one of the collimator (optical lens) 26, components the third embodiment since to be similar, described with the same reference numeral is omitted.

第1レーザダイオード100と第2レーザダイオード102とから発振されたレーザ光は、それぞれ、第1光偏波面コントローラ130、第2光偏波面コントローラ132に送られ、該光偏波面コントローラ130、132を経由して第1光変調器134、第2光変調器136に導かれる。 The laser beam oscillated from the first laser diode 100 and the second laser diode 102. respectively, the first optical polarization controller 130, is sent to the second optical polarization controller 132, the optical polarization controller 130, 132 the first optical modulator 134 via, is guided to the second optical modulator 136. この光偏波面コントローラ130、132ではレーザ光の偏波面を一定に整えて、次の光変調器134、136でのパルス信号138による変調作用を確実に行うようにしている。 The In the optical polarization controller 130, 132 a polarization plane of the laser beam adjusted to a constant, and to ensure that they perform modulation effect of the pulse signal 138 at the next light modulator 134.

第1レーザダイオード100と第2レーザダイオード102とを、連続発振させておき、時分割手段135を構成するパルス信号138に従って第1レーザダイオード100で発振したレーザ光は光変調器134を、第2レーザダイオード102で発振したレーザ光は光変調器136を、時間分割(時間Δt)によって交互に、通過するようになっていて、通過後に合波器139によって合流されて、同一の光ファイバのレーザ光路20を通って、分波器140に入力されて、分波器140にて、標準信号処理手段74の第1参照ガスセル70への流れと計測領域への流れとに分波される。 A first laser diode 100 and a second laser diode 102, allowed to continuous oscillation, when the laser light oscillated by the first laser diode 100 according to the pulse signal 138 constituting the dividing means 135 to the optical modulator 134, the second the laser beam optical modulator 136 oscillated by the laser diode 102, alternately by time division (time Delta] t), be adapted to pass, it is merged by the multiplexer 139 after passing through the laser of the same optical fiber through the light path 20, is input to the demultiplexer 140 at the demultiplexer 140, is the first reference flow and demultiplexed to flow and the measurement area of ​​the gas cell 70 of the standard signal processing means 74.

波長λ1が発振する時間におけるガスの吸収信号から、第1ガスの濃度を計測し、波長λ2が発振する時間におけるガスの吸収信号から、第2ガスの濃度を計測することができる。 From the absorption signal of the gas at the time of the wavelength λ1 is oscillated, the concentration of the first gas is measured, the absorption signal of the gas at the time of the wavelength λ2 is oscillated, it is possible to measure the concentration of the second gas.
また、前記第3実施形態に比べて、本第4実施形態によれば、第1、第2レーザダイオード102、102自体の起動を制御するものでなくレーザダイオードからの発光は連続的に行なわれているため、発光状態が安定し、精度の高い計測が可能となる。 Further, as compared with the third embodiment, according to the fourth embodiment, first, light emitted from the second laser diode 102, 102 itself laser diode not intended to control the activation of continuously performed and for that, the light emitting state is stabilized, thereby enabling measurement with high accuracy.

(第5実施形態) (Fifth Embodiment)
次に、図8を参照して、第5実施形態について説明する。 Next, with reference to FIG. 8, a description will be given of a fifth embodiment.
第5実施形態は、第1レーザダイオード100と第2レーザダイオード102とを、連続発振させておき、受光した信号から波長λ1と波長λ2との信号をそれぞれ変調周波数に基づいて電気的に分離するものである。 The fifth embodiment, the first laser diode 100 and a second laser diode 102, allowed to continuously oscillated, electrically separated based on the respective modulated frequency signal of the wavelength λ1 and the wavelength λ2 from the light receiving signal it is intended.
なお、第3実施形態、および第4実施形態と同一の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。 Note that the third embodiment, and fourth embodiment and the same components will not be described are denoted by the same reference numerals.

1種のガスを計測場合には、計測精度を向上させるために、二つの変調周波数f、w(f=10KHz、w=500Hz)で変調し、順次、復調手段150、152で復調させるが、2種のガスを計測する場合には、それぞれの変調周波数を、異なる周波数に設定することで信号を分離する。 The If measurement one gas, in order to improve the measurement accuracy, the two modulation frequencies f, w (f = 10KHz, w = 500Hz) modulated by, sequentially, but is demodulated by the demodulating means 150, 152, when measuring the two gases are the respective modulation frequencies, to separate the signals by setting different frequencies.

例えば、第1レーザダイオード100は、f1=10KHz、w1=500Hzで変調し、第2レーザダイオード102は、f2=12KHz、w2=600Hzで変調する。 For example, the first laser diode 100 is modulated by f1 = 10KHz, w1 = 500Hz, the second laser diode 102 is modulated with f2 = 12KHz, w2 = 600Hz.
すなわち、受光手段30のプリアンプで増幅した電気信号は、第1復調処理手段154と、第2復調処理手段156とに入力され、第1復調処理手段154の第11ロックインアンプ150で変調周波数f1と同期する信号が、第12ロックインアンプ152で変調周波数w1と同期する信号が復調されて第1レーザダイオード100の吸収信号が検出される。 An electrical signal amplified by the preamplifier of the light receiving means 30 includes a first demodulation unit 154, is input to the second demodulation unit 156, the modulation frequency f1 at the 11 lock-in amplifier 150 of the first demodulation means 154 signal synchronized with the absorption signal of the first laser diode 100 is a detection signal synchronized with the modulation frequency w1 twelfth lock-in amplifier 152 is demodulated.
同様に、第2復調処理手段156の第21ロックインアンプ158で変調周波数f2と同期する信号が、第22ロックインアンプ160で変調周波数w2と同期する信号が復調されて第2レーザダイオード102の吸収信号が検出される。 Similarly, signals to be synchronized with the modulation frequency f2 at the 21 lock-in amplifier 158 of the second demodulation means 156, of the 22 lock-in amplifier 160 the second laser diode 102 signal synchronized with the modulation frequency w2 is demodulated by absorption signal is detected.
第1復調処理手段154には、ガス濃度の安定および波長安定化のために第1標準信号処理手段162が設けられ、第2復調処理手段156には、第2標準信号処理手段164が設けられている。 The first demodulation unit 154, the first standard signal processing means 162 is provided for stability and wavelength stabilization of the gas concentration, the second demodulation unit 156, second standard signal processing unit 164 is provided ing.

以上第5実施形態によれば、変調周波数f1、w1、f2、w2を全て異ならせて、受光後に2種のガスを電気的に分離するものであるため、レーザダイオード自体の発光の停止と始動を制御するものでなく発光は連続的に行なわれているため、発光状態は安定し、精度の高い計測が維持される。 According to the fifth embodiment above, by varying all modulation frequencies f1, w1, f2, w2, since the two gases after receiving is to electrically separate the starting and stopping of the emission of the laser diode itself since the light emission not controls are continuously performed, the light emitting state stable, high measurement accuracy is maintained.
また、変調周波数f1、w1、f2、w2の設定によって、電気的に処理されるため、確実に2種のガスを分離して計測できる。 Further, by setting the modulation frequency f1, w1, f2, w2, for electrically being processed, it can be measured reliably separated two gases.

(第6実施形態) (Sixth Embodiment)
次に、図9を参照して、第6実施形態について説明する。 Next, with reference to FIG. 9, a sixth embodiment will be described.
第6実施形態は、第1レーザダイオード100と第2レーザダイオード102とを、連続発振させておき、受光手段170、172に受光する前に、波長フィルタ(光分離手段)174を用いて波長λ1と波長λ2との信号を分離するものである。 Sixth embodiment includes a first laser diode 100 and a second laser diode 102, allowed to continuous oscillation, before received by the light receiving means 170, 172, the wavelength λ1 with the wavelength filter (light separating means) 174 it is intended to separate the signals of the wavelength λ2 and.
なお、いままでに説明した実施施形態と同一の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。 Incidentally, the same components as in facilities embodiments described so far not described are denoted by the same reference numerals.

図9に示すように、ガス流通領域を通過してコリメータ(光学レンズ)28に入射したレーザ光は、波長フィルタ174によって、例えば、波長λ1のレーザ光は通過させ、波長λ2のレーザ光は反射させるようにして、入射したレーザ光を分離して、その後、波長λ1のレーザ光は第1受光手段170に送られ、波長λ2のレーザ光は第2受光手段172に送られる。 As shown in FIG. 9, the laser light incident on the collimator (optical lens) 28 through the gas distribution area, the wavelength filter 174, for example, a laser beam having a wavelength λ1 is passed, the laser beam having a wavelength λ2 is reflected as is, to separate the laser beam incident, then a laser beam having a wavelength λ1 is fed into the first light receiving unit 170, a laser beam having a wavelength λ2 is transmitted to the second light receiving unit 172.

その後、第1受光手段170から、第1復調処理手段154に入力し、第2受光手段172から、第2復調処理手段156に入力して、その後、第1復調処理手段154および第2復調処理手段156のそれぞれにおいては、第1実施形態で説明したように変調信号f、wに基づいて復調して、変調信号f、wに同期する信号を取り出す。 Then, from the first light receiving means 170, and input to a first demodulation unit 154, the second light receiving means 172, and input to a second demodulation unit 156, then, first demodulation unit 154 and second demodulation in each unit 156, the modulation signal as described in the first embodiment f, demodulates based on w, extracting signals for synchronous modulation signals f, to w.
そして、第1復調処理手段154によって取り出した信号からは、λ1におけるガスの吸収信号を検出して第1ガスの濃度、第2復調処理手段156によって取り出した信号からは、波長λ2におけるガスの吸収信号を検出して第2ガスの濃度を計測する。 Then, from the signal extracted by the first demodulation processing means 154, the concentration of the first gas by detecting the absorption signal of the gas in .lambda.1, from the signal extracted by the second demodulation unit 156, the absorption of the gas at the wavelength λ2 measuring the concentration of the second gas by detecting the signal.

第6実施形態によれば、波長フィルタ174を用いて、受光手段170、172に入力される前に波長λ1と波長λ2との信号に分離するため、複雑な電気回路を要せず装置が簡単化される。 According to the sixth embodiment, a wavelength filter 174, to separate the signals of the wavelength λ1 and the wavelength λ2 before being input to the light receiving means 170, 172, easily without requiring complicated electric circuit device It is of.
なお、波長フィルタ174は、波長が離れている場合には効果的であるが、近い場合には、分離能力が十分得られないために、波長フィルタ174に代えて、偏向面フィルタを用いてもよい。 The wavelength filter 174 is when the wavelength is away is effective, if short, in order to separate capacity not sufficiently obtained, in place of the wavelength filter 174, even with the deflecting surface filter good.

なお、第1〜6実施形態では、光源として半導体レーザダイオード4を例に説明したが、その他の波長変調、振幅変調可能なレーザ発振器に適用可能である。 In the first to sixth embodiments have been described semiconductor laser diode 4 as an example of a light source, but other wavelength modulation can be applied to the amplitude modulation can be laser oscillator.

本発明によれば、内ボイラー、ごみ焼却炉、燃焼機関の燃焼室等の密閉容器内に発生するガス、あるいは該密閉容器から外部に排出されるガス等のガス濃度をレーザ光を用いての測定であって、複数種のガス濃度を、効率よく簡単なシステムで計測可能となるので、ガス濃度計測方法および計測装置への適用に際して有益である。 According to the present invention, the inner boiler, the waste incinerator, a gas generated in the sealed container of the combustion chamber such as a combustion engine, or a gas concentration of a gas or the like to be discharged to the outside from the sealed container using a laser beam a measure, a plurality of types of gas concentration, because the measurable with efficient simple system is beneficial when applied to the gas concentration measuring method and the measuring apparatus.

本発明の第1実施形態に係るガス濃度計測装置の全体構成ブロック図である。 It is an overall block diagram of a gas concentration measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. 第2実施形態に係るガス濃度計測装置の全体構成ブロック図である。 It is an overall block diagram of a gas concentration measuring apparatus according to the second embodiment. 第1実施形態の波長切換手段について説明図である。 It is an explanatory diagram for a wavelength switching means in the first embodiment. 第2実施形態の波長切換手段について説明図である。 It is an explanatory diagram for a wavelength switching means of the second embodiment. 第3実施形態に係るガス濃度計測装置の全体構成ブロック図である。 It is an overall block diagram of a gas concentration measuring apparatus according to a third embodiment. 第3実施形態の第1レーザダイオードからの波長λ1の発振と、第2レーザダイオードからの波長λ2との発振の概要説明図である。 And the oscillation wavelength λ1 from the first laser diode of the third embodiment, a schematic illustration of the oscillation of the wavelength λ2 from the second laser diode. 第4実施形態に係るガス濃度計測装置の全体構成ブロック図である。 It is an overall block diagram of a gas concentration measuring apparatus according to a fourth embodiment. 第5実施形態に係るガス濃度計測装置の全体構成ブロック図である。 It is an overall block diagram of a gas concentration measuring apparatus according to a fifth embodiment. 第6実施形態に係るガス濃度計測装置の全体構成ブロック図である。 It is an overall block diagram of a gas concentration measuring apparatus according to the sixth embodiment. 従来技術を示す説明図である。 Is an explanatory view showing the prior art.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

2 ガス濃度計測装置 4 レーザダイオード(LD) 2 gas concentration measuring apparatus 4 laser diode (LD)
6 電流駆動回路(LD電流駆動回路) 6 current drive circuit (LD current drive circuit)
8 温度駆動回路(LD温度駆動回路) 8 temperature driving circuit (LD temperature driving circuit)
14、86 波長切換手段 24 参照ガスセル 26、28 コリメータ(光学レンズ) 14,86 wavelength switching means 24 reference gas cell 26, 28 a collimator (optical lens)
30、170、172 受光手段 32 復調処理手段 38 第1ロックインアンプ(復調手段) 30,170,172 light receiving unit 32 demodulation processing means 38 first lock-in amplifier (demodulation means)
40 第2ロックインアンプ(復調手段) 40 second lock-in amplifier (demodulation means)
52、74 標準信号処理手段 70 第1参照ガスセル 72 第2参照ガスセル 100 第1レーザダイオード(LD1) 52,74 standard signal processing unit 70 first reference gas cell 72 second reference gas cell 100 first laser diode (LD1)
102 第2レーザダイオード(LD2) 102 second laser diode (LD2)
104 第1電流駆動回路(LD1電流駆動回路) 104 The first current driver circuit (LD1 current drive circuit)
106 第1温度駆動回路(LD1温度駆動回路) 106 first temperature driving circuit (LD1 temperature driving circuit)
108 第2電流駆動回路(LD2電流駆動回路) 108 the second current driver circuit (LD2 current drive circuit)
110 第2温度駆動回路(LD2温度駆動回路) 110 second temperature driving circuit (LD2 temperature driving circuit)
116、135 時分割手段 118、138 パルス信号 174 波長フィルタ(光分離手段) 116,135 times dividing means 118 and 138 pulse signal 174 wavelength filter (light separating means)
f、f1、f2、w、w1、w2 変調信号 f, f1, f2, w, w1, w2 modulation signal

Claims (4)

  1. エンジンの燃焼ガスである測定ガス雰囲気内に互いに異なる周波数で変調された特定波長のレーザ光を照射して、該特定波長のレーザ光の吸収量からガス濃度を計測するガス濃度計測方法において、 By irradiating laser beam modulated specific wavelength at different frequencies in the measured gas atmosphere is a combustion gas of the engine, the gas concentration measuring method for measuring the gas concentration from the absorption amount of the laser light of said specific wavelength,
    1個のレーザダイオードの電流による波長掃引範囲内で光吸収が可能な2種のガスを選択し、 Select two gases that can be light-absorbing in one wavelength sweep range of the current of the laser diode,
    1個のレーザダイオードの駆動電流による波長掃引範囲内で、隣接するガス吸収波長の間を、前記駆動電流を交互に切り換えて、1個のレーザダイオードから前記2種のガスに対応するレーザ光を時分割して生成し、該生成されたそれぞれのレーザ光を同一のレーザビームによって照射し、照射されたレーザ光を受光して得られる受光信号から前記互いに異なる周波数で復調したそれぞれの復調信号に基づいて前記2種のガス濃度を求めるとともに、 In the wavelength sweeping range of the drive current of one laser diode, between the adjacent gas absorption wavelength, by switching the drive current alternately, the laser light corresponding to the two gases from one laser diode time division generated was irradiated with respective laser light said generated by the same laser beam, each of the demodulated signal demodulated by the different frequencies from the light receiving signal obtained by receiving the laser beam irradiated with obtaining the two gas concentration on the basis,
    前記2種のガス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ランプ波を印加し、 The ramp is applied in order to slowly sweep the laser oscillation wavelength at the absorption spectra of the two gases,
    前記駆動電流の一方側は標準ガスが封入された参照セルに照射して求められる基準波長に基づく基準電流値に設定され、他方側は前記基準電流値に一定値を加算して求め One side of the drive current is set to the reference current value based on the reference wavelength obtained by irradiating the reference cell standard gas is sealed, and the other side obtained by adding a predetermined value to the reference current value,
    前記時分割の間隔は前記エンジンの回転数に基づいて設定されることを特徴とするガス濃度計測方法。 Gas concentration measuring method interval of the time division is characterized Rukoto is set based on the rotational speed of the engine.
  2. 前記エンジンの爆発燃焼の1サイクル内に前記2種のガス計測ができるように前記時分割の間隔(Δt)を設定することを特徴とするガス濃度計測方法。 Gas concentration measuring method characterized by setting the time division interval (Delta] t) as can the two gases measured within one cycle of the explosive combustion of the engine.
  3. エンジンの燃焼ガスである測定ガス雰囲気内に互いに異なる周波数で変調された特定波長のレーザ光を照射して、該特定波長のレーザ光の吸収量からガス濃度を計測する請求項1記載のガス濃度計測方法を用いたエンジンのガス濃度計測装置において、 By irradiating laser beam modulated specific wavelength at different frequencies in the measured gas atmosphere is a combustion gas of the engine, the gas concentration of claim 1, wherein measuring the gas concentration from the absorption amount of the laser beam of the specific wavelength the gas concentration measuring apparatus for an engine using the measurement method,
    1個のレーザダイオードの電流による波長掃引範囲内で光吸収が可能な2種のガスを選択し、 Select two gases that can be light-absorbing in one wavelength sweep range of the current of the laser diode,
    1個の前記レーザダイオードと、該レーザダイオードに駆動電流を供給する電流駆動回路と、前記レーザダイオードの波長掃引範囲内で、前記2種のガス吸収波長の間を、前記駆動電流を交互に切り換えて前記電流駆動回路に供給する波長切換手段と、交互に生成されたレーザ光を同一のレーザビームによって照射し、照射されたレーザ光を受光する受光手段と、該受光手段によって受光された受光信号から復調手段によって前記互いに異なる周波数で復調したそれぞれの復調信号を取出す復調処理手段と、2種のガス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のランプ波印加手段とを有し、前記波長切換手段によって切り換えられるそれぞれのガス濃度を求め、 Switching and one of said laser diode, a current drive circuit for supplying a drive current to said laser diode, within the wavelength sweep range of the laser diode, between the two gas absorption wavelength, the drive current alternately the current and wavelength switching means for supplying to the driving circuit, irradiating the laser light generated alternately by the same laser beam, a light receiving means for receiving the laser beam emitted, the light receiving signal received by the light receiving means Te a demodulation processing means for taking out the respective demodulated signal demodulated by the different frequencies from each other by the demodulation means from the, and a ramp wave applying means for sweeping slowly lasing wavelength at the absorption spectra of the two gases, determined each gas concentration to be switched by the wavelength switching means,
    前記駆動電流の一方側は標準ガスが封入された参照セルに照射して求められる基準波長に基づく基準電流値に設定され、他方側は前記基準電流値に一定値を加算して求められ One side of the drive current is set to the reference current value based on the reference wavelength obtained by irradiating the reference cell standard gas is sealed, the other side is obtained by adding a predetermined value to the reference current value,
    前記時分割の間隔は前記エンジンの回転数に基づいて設定されることを特徴とするガス濃度計測装置。 Gas concentration measuring apparatus according to claim Rukoto is set based on the rotational speed interval of the time division is the engine.
  4. 前記エンジンの爆発燃焼の1サイクル内に前記2種のガス計測ができるように、前記請求項1記載の時分割の間隔(Δt)を設定することを特徴する請求項3記載のガス濃度計測装置。 Wherein to allow said two gases measured within one cycle of the explosive combustion of the engine, the claim 1 Gas concentration measuring apparatus according to claim 3, characterized in that setting the dividing interval (Delta] t) when described .
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