JP5345045B2 - ガス中のガス成分計測装置及び方法 - Google Patents
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Description
また第4の発明は、第1乃至3いずれか一つの発明において、前記光検出器がストリークカメラであり、前記ラマン散乱光を発生させる前記レーザ光と、前記プラズマ発光を発生させる前記遅延されたレーザ光との時間遅れが、1nsec(ナノ秒)未満であることを特徴とするガス中のガス成分計測装置にある。
また第7の発明は、第5又は6の発明において、前記光検出器としてストリークカメラを用い、前記ラマン散乱光を発生させる前記レーザ光と、前記プラズマ発光を発生させる前記遅延されたレーザ光との時間遅れを、1nsec(ナノ秒)未満とすることを特徴とするガス中のガス成分計測方法にある。
図1に示すように、ガス中のガス成分計測装置10Aは、被測定ガスに対して照射されるレーザ光により発生するラマン散乱光及びプラズマ発光から被測定ガス中のガス成分を計測するガス中のガス成分計測装置において、被測定ガス11に第1のレーザ光12を照射するレーザ装置13と、前記第1のレーザ光12の波長を変換して第2のレーザ光14とする波長変換器15と、変換された第2のレーザ光14の照射により発生するラマン散乱光16を計測する光検出器17と、前記第1のレーザ光12を遅延させる第1のレーザ光12のレーザ遅延ライン18と、遅延された第1のレーザ光12の照射により発生するプラズマ発光19を計測する光検出器17とを具備してなるものである。
なお、短波長側に波長変換させるのは、ラマン散乱光16を発生させるためには、レーザ光の波長が短波長側の方がより好ましいからである。
このラマン散乱光16は、発光持続時間が非常に短く、100ピコ秒以内に消光する。
これに対し、プラズマ光の消光時間は、10〜100ns以上となる。光は1nsあたり30cm程度進むことから、ラマン散乱光による測定を第1に行い、次にプラズマ発光による測定を行うようにすれば、簡易な遅延回路(ライン長さの短い、遅延回路)の設置が可能である。
この結果、測定領域21内の焦点近傍の被測定ガス11のガス成分をプラズマ化し発光させることで、プラズマ発光19を得ることとなる。
なお、この際に、ラマン散乱光も同時に発生するが、プラズマ発光強度と較べて、その強度は大変低いので、ノイズレベル以下となり、ラマン散乱光の検知はできない。
このストリークカメラは、被測定光の時間的・空間的な光強度変化を蛍光面上での輝度分布像に置き換え、蛍光像の明るさから光強度を計測するものである。例えば30ピコ秒間隔での計測が可能であるので、例えば100ピコ秒の時間遅れの光であれば、ラマン散乱光16とプラズマ発光19との時間遅れは十分に区別が可能となる。
図2はラマン散乱光16の計測の様子を示すガス成分計測装置の図面であり、図3はプラズマ発光19の計測の様子を示すガス成分計測装置の図面である。
先ず、図2に示すように、レーザ装置13からの第1のレーザ光(波長:例えば1064nm)12は、ハーフミラー22を透過し、波長変換器15での半分の波長(例えば532nm)に変換され、第2のレーザ光14とされた後、反射ミラー23−1で測定チャンバ20側へ反射させて、集光手段である集光レンズ24−1により集光させ(集光範囲:例えば3×3mm)、測定チャンバ20内の測定領域21内に第2のレーザ光14を入射させ、測定チャンバ20内に導入される被測定ガス11へ照射している。
なお、測定チャンバ20は被測定ガス11を内部に導入、保持又は排出させる機能を有するものであり、この導入は、生成ガスを送給する送給管の一部を又は送給管から分枝させて導入するようにしてもよい。
前記光検出器17からの計測データは、データ処理手段(CPU)26に送られ、ここで計測データの処理がなされる。
前記光検出器17からの計測データは、データ処理手段(CPU)26に送られ、ここで計測データの処理がなされる。
アルカリ金属又はアルカリ土類金属のプラズマ発光の代表的な波長は、例えばナトリウム(Na)は589nm、330nm、カリウム(K)は404nm、カルシウム(Ca)は280nm、320nm、422nm、マグネシウム(Mg)は280nm等を挙げることができる。
図6に示すように、ガス中のガス成分計測装置10Bは、ラマン散乱光16を検出する測定チャンバ20とは別に、真空測定チャンバ30を設けてなり、この真空容器である真空測定チャンバ30内でプラズマ発光19を発生させて、その計測を行うようにしている。なお、図6中、符号23−4は反射ミラー、27−3、27−4は石英窓を各々図示する。
このように本実施例によれば、真空測定チャンバ30内でプラズマ発光19を発生させるようにしているので、実施例1よりもさらに良好なプラズマ発光19の計測が可能となる。
11 被測定ガス
12 第1のレーザ光
13 レーザ装置
14 第2のレーザ光
15 波長変換器
16 ラマン散乱光
17 光検出器
18 レーザ遅延ライン
19 プラズマ発光
Claims (7)
- 被測定ガスに対して照射されるレーザ光により発生するラマン散乱光及びプラズマ発光から被測定ガス中のガス成分を計測するガス成分計測装置において、
被測定ガスにレーザ光を照射するレーザ装置と、
前記レーザ光の照射により発生するラマン散乱光を計測する光検出器と、
前記レーザ光の一部を遅延させるレーザ光遅延ラインとを具備してなり、
遅延されたレーザ光の照射により発生するプラズマ発光を、ラマン散乱光を計測する前記光検出器により時間遅れで計測することを特徴とするガス中のガス成分計測装置。 - 請求項1において、
レーザ光の波長を短波長側に波長変換して短波長レーザ光とする波長変換器を有してなり、前記短波長レーザ光の集光により発生したラマン散乱光を光検出器で計測することを特徴とするガス中のガス成分計測装置。 - 請求項1又は2において、
プラズマ発光を真空容器内で計測することを特徴とするガス中のガス成分計測装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
前記光検出器がストリークカメラであり、
前記ラマン散乱光を発生させる前記レーザ光と、前記プラズマ発光を発生させる前記遅延されたレーザ光との時間遅れが、1nsec(ナノ秒)未満であることを特徴とするガス中のガス成分計測装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一つのガス中のガス成分計測装置を用い、
レーザ光により発生したラマン散乱光により被測定ガス中のガス成分を計測すると共に、ラマン散乱光が消光した後、レーザ光遅延ラインによる時間遅れのレーザ光により発生したプラズマ発光により被測定ガス中のガス成分を計測することを特徴とするガス中のガス成分計測方法。 - 請求項5において、
プラズマ発光を真空容器内で計測することを特徴とするガス中のガス成分計測方法。 - 請求項5又は6において、
前記光検出器としてストリークカメラを用い、
前記ラマン散乱光を発生させる前記レーザ光と、前記プラズマ発光を発生させる前記遅延されたレーザ光との時間遅れを、1nsec(ナノ秒)未満とすることを特徴とするガス中のガス成分計測方法。
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