JP6183227B2 - Insert type gas concentration measuring device - Google Patents

Insert type gas concentration measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP6183227B2
JP6183227B2 JP2014009142A JP2014009142A JP6183227B2 JP 6183227 B2 JP6183227 B2 JP 6183227B2 JP 2014009142 A JP2014009142 A JP 2014009142A JP 2014009142 A JP2014009142 A JP 2014009142A JP 6183227 B2 JP6183227 B2 JP 6183227B2
Authority
JP
Grant status
Grant
Patent type
Prior art keywords
light
concave mirror
measurement
mirror
concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014009142A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015137910A (en )
Inventor
田中 豊彦
豊彦 田中
Original Assignee
株式会社島津製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Grant date

Links

Images

Description

本発明は吸光分光法に基づくガス濃度測定装置に関し、さらに詳しくは、測定対象空間に反射光学要素を支持した支持体を挿入し、その空間の外部に置かれた光源からの測定光を測定対象空間内の反射光学要素で反射させ、同じく外部に置かれた光検出器に導いてその強度を検出するタイプの挿入型ガス濃度測定装置に関する。 The present invention relates to a gas concentration measuring apparatus based on absorption spectroscopy, and more particularly, measured the measuring light from the insert support supporting the reflective optical element to the measurement target space, placed outside of the space light It is reflected by the reflecting optical element in the space, also regarding the type of insertion type gas concentration measuring device for detecting the intensity is guided to the light detector placed outside.

雰囲気中の特定のガス成分の濃度を検出する方法として、吸光分光法が知られている。 As a method for detecting the concentration of a specific gas component in an atmosphere, absorption spectroscopy is known. 吸光分光法は、ガスの種類に応じて吸収する光の波長が異なることを利用して、ガスに光を照射し、そのガスによる光の吸収の状況から各種ガスの濃度を求める方法である。 Absorption spectroscopy, by using the fact that the wavelength of the light absorbed according to the type of gas different, light is irradiated to the gas, a method of determining the concentration of various gases from the situation of the absorption of light by the gas. 測定に用いられる光、つまり測定光は、広い波長領域の光として、測定対象空間を透過した光の吸光度スペクトルから、そこに存在する複数のガスの濃度を測定する方式のほか、例えばTDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy;波長可変半導体レーザ吸収分光法)などでは、特定のガス成分が吸収する波長の光を測定光として用い、その特定のガス成分の濃度を測定する方式があり、後者の方式は濃度を知りたい特定ガス成分の吸収ピークに合致した波長の測定光を用いるが故に、他のガス成分による干渉等が生じず、特定ガス成分の濃度を正確に測定できるという利点がある。 Light used for measurement, i.e. measurement light, as the light of a wide wavelength region, the absorbance spectrum of the light transmitted through the measurement target space, in addition to the method for measuring the concentration of multiple gases present therein, for example TDLAS (the Tunable Diode laser absorption spectroscopy; wavelength tunable semiconductor laser absorption spectroscopy) in like, using light of a wavelength absorbed by the particular gas component as a measuring light, there is a method to measure the concentration of the specific gas component, the latter method is Thus uses a measurement light of a wavelength that matches the absorption peak of the specific gas component you want to know the concentration causes no interference or the like by other gas components, there is an advantage that the concentration of a specific gas component can be accurately measured.

このような特定のガス成分に対応した波長の測定光を用いた吸光分光法に基づくガス濃度測定装置としては、測定対象ガスを測定装置内にサンプリングしたうえで、そのガスに対して測定光を照射してその透過光を測定する方式と、測定対象ガスが充満ないしは流れている空間、すなわち測定対象空間内に測定光を導入してその透過光を測定する方式がある。 Such specific gas concentration measuring apparatus based on absorption spectroscopy using a measuring beam of a wavelength corresponding to the gas component, after sampling the measured gas into the measuring device, the measuring beam for the gas a method of measuring the transmitted light is irradiated, the space that the measurement object gas is filled or flowed, i.e. there is a method of measuring the transmitted light by introducing the measurement light to the measurement target space.

さらに、測定対象空間内に測定光を導入する方式には、測定対象空間を挟んでその両側に光源と光検出器を光軸を合致させた状態で対向配置する方式と、反射光学要素を支持体に支持し、その支持体を測定対象空間内に挿入するとともに、光源と光検出器を測定対象空間外に配置し、光源からの測定光を測定対象空間内の反射光学要素で反射させて光検出器に導いて検出する、いわゆる挿入型と称される方式があり、この挿入型の装置は、測定対象空間への装着が1箇所で光軸合わせも不要であることから、取扱いやすくコンパクトな構成とすることができ、限られたスペースでの測定が可能であるという利点を有している。 Further, the support in the method for introducing the measurement light to the measurement target space, the method in which opposed the light source and the light detector on both sides of the measurement target space while being matched with the optical axis, the reflective optical element supporting the body, it is inserted the support measured in space, placing a light source and a light detector to the outside of the measurement target space, by reflecting the measurement light from the light source in the reflective optical element in the measurement target space detecting guided to the light detector, there is a so-called insert type called method, compact this insertion type devices, since the attachment to the measurement target space is optical axis alignment also unnecessary in one place, easy to handle has the advantage that Do arrangement and it is possible to, measurement is possible in a limited space.

例えば、自動車等の内燃機関の吸排気ガス中における酸素や二酸化炭素の濃度測定をリアルタイムで行う際には、通常、これらの各ガスの吸収ピークに対応する波長の測定光を用いた挿入型のガス濃度測定装置が用いられる。 For example, when performing measurement of the concentration of oxygen and carbon dioxide in the intake and exhaust gas of an internal combustion engine such as an automobile in real time, typically of the insertion type using the measuring beam of a wavelength corresponding to the absorption peak of each of these gases gas concentration measuring device is used. このような挿入型のガス濃度測定装置では、従来、測定対象空間内に挿入される反射光学要素として、対向する一対の凹面鏡を用いてこれらの間に測定光を導入し、2つの凹面鏡間で測定光を多重反射させることで、限られたスペースにおける光路長を長くして光検出器で検出したり、あるいは平面鏡を用いて測定光を1回反射させた後に光検出器で検出したりする構造が採用されている。 In such insertion type gas concentration measuring device, conventionally, as a reflection optical element to be inserted into the measurement target space, introducing the measuring light between them using a pair of concave mirrors facing each other, between the two concave mirrors the measurement light by causing multiple reflection, or detected by the photodetector or detected by the photodetector to lengthen the optical path length, or the measurement light using a plane mirror to after being reflected once in the limited space structure has been adopted.

測定光の波長は、具体的には、酸素の濃度計測には760nm付近、二酸化炭素の濃度計測には2μm付近のものが使用されることが多い。 Wavelength of the measuring light, specifically, around 760nm in the oxygen concentration measurement, the concentration measuring of carbon dioxide is often used as near 2 [mu] m. 酸素の吸収ピーク高さは二酸化炭素のそれよりもかなり低いため、測定感度が劣る。 Absorption peak height of the oxygen for much lower than that of carbon dioxide, the measurement sensitivity is poor. これを是正するために、酸素計測には光路長を長くすることが可能な多重反射方式、二酸化炭素計測には光路長の短い1回反射方式の装置を用いるのが妥当である。 To remedy this, it is reasonable to use a device of short single reflection type optical path lengths multiple reflection method capable of lengthening the optical path length, the carbon dioxide measurement in the oxygen measurement.

このような多重反射方式の挿入型ガス濃度測定装置の構成例を図4の平面図(A)および縦断面図(B)に示す。 It shows a configuration example of an insertion type gas concentration measuring apparatus of such a multiple reflection mode in the plan view shown in FIG. 4 (A) and longitudinal sectional view (B). この例では、本体ケース40に円筒状フレーム41の基端部を固定し、その円筒状フレーム41の先端部には一対の凹面鏡42,43が互いに対向するように支持されている。 In this example, the base end portion of the cylindrical frame 41 is fixed to the main body case 40, the distal end portion of the cylindrical frame 41 is supported so as a pair of concave mirrors 42 and 43 are opposed to each other. この円筒状フレーム41には、測定対象空間内のガスが凹面鏡42,43間へ自由に出入りできるように開口41aが形成されている。 This cylindrical frame 41, the gas in the measurement target space is open 41a is formed so as to be free access to between the concave mirror 42.

本体ケース40にはフォトダイオードなどの光検出器45を収容されるとともに、光ファイバ接続口46を設けて、別置されるレーザ光源などの光源47からの測定光を光ファイバ48により本体ケース40を経由して円筒状フレーム41内に導入している。 With the main body casing 40 is housed a photodetector 45 such as a photodiode, is provided an optical fiber connection port 46, the main body case 40 the measurement light from a light source 47, such as a laser light source which is separately installed by an optical fiber 48 It is introduced into the cylindrical frame 41 via the.

光源47側の凹面鏡42には、図5の正面図(A)および側面図(B)にその構成を示すように、中心から離れた位置に鏡面コーティングを施さない部位を設けて光透過窓w1を形成している。 The concave mirror 42 of the light source 47 side, as shown the arrangement in the front view shown in FIG. 5 (A) and a side view (B), the light transmission window w1 is provided a portion not subjected to mirror coating to a position away from the center to form a.

光源47から円筒状フレーム41内に導入された測定光Lは、光源側の凹面鏡42の光透過窓w1に向けて導かれ、その光透過窓w1を透過して先端側の凹面鏡43により反射される。 Measurement light L introduced into the cylindrical frame 41 from the light source 47 is guided toward the light transmission window w1 of the light source side of the concave mirror 42 is reflected by the front end side of the concave mirror 43 is transmitted through the light transmission window w1 that. 先端側の凹面鏡43への測定光Lの入射位置は、その中心から所定距離だけ離隔した位置であり、この凹面鏡43によって反射された測定光は光源側の凹面鏡42に向けて進み、この凹面鏡42の中心から上記と同じ距離だけ離隔した位置において反射され、再び先端側の凹面鏡43によって反射されることを繰り返す。 The incident position of the measurement light L to the front end side of the concave mirror 43 is a position separated from the center by a predetermined distance, measuring light reflected by the concave mirror 43 travels toward the concave mirror 42 of the light source side, the concave mirror 42 It is reflected from the center of the position separated by the same distance as the repeats to be reflected by the front end side of the concave mirror 43 again. 各凹面鏡42,43への測定光Lの入射位置、つまり各凹面鏡42、43による測定光Lの反射位置は、上記のようにそれぞれの中心から一定の距離だけ離隔した位置であり、その円周方向への位置は、1回の反射ごとに等間隔で移動していき、その反射位置が1周した時点で、測定光Lは光源側の凹面鏡42の光透過窓w1の位置に到来して透過する。 The incident position of the measurement light L to the concave mirrors 42 and 43, i.e. the reflection position of the measurement light L by the concave mirrors 42 and 43 is a position separated from the respective center by a predetermined distance as described above, its circumference position in the direction, continue to move at regular intervals after each reflection, at the time the reflecting position has one round, the measurement light L arrived at the position of the light transmission window w1 of the light source side of the concave mirror 42 To Penetrate. このような一対の凹面鏡を用いて測定光を多重反射させるセルは、ヘリオットセルと称されて多用されている(例えば特許文献1参照)。 Such cells to multiple reflections of a measurement light using a pair of concave mirrors, are widely used is called a Herriott cell (for example, see Patent Document 1).

一対の凹面鏡42,43間で多重反射して光透過窓w1を透過した測定光Lは、本体ケース40内に設けられているミラー49によって光検出器45の受光面へと導かれ、その強度が検出される。 Measuring light L by multiple reflection is transmitted through the light transmission window w1 between the pair of the concave mirror 43 is guided to the light receiving surface of the photodetector 45 by a mirror 49 provided in the main body case 40, the intensity There are detected. 測定光Lは凹面鏡42,43間で多重反射してこれらの間を複数回往復する分、測定対象空間内における光路長が長くなり、測定感度を向上させることができることから、吸収ピーク高さの低い酸素の濃度測定に適している。 Measuring light L is divided back and forth several times between them multiply reflected between the concave mirror 43, the optical path length becomes long in the measurement target space, measurement sensitivity because it can improve, the absorption peak height It is suitable for the concentration measurement of low oxygen.

一方、1回反射方式の挿入型ガス濃度測定装置の構成は、図6の平面図(A)および縦断面図(B)に例示する通りである。 On the other hand, the configuration of the insertion-type gas concentration measuring apparatus of the single reflection type is as illustrated in the plan view shown in FIG. 6 (A) and longitudinal sectional view (B). すなわち、図5に示したものと同様の本体ケース60と円筒状フレーム61を備えるとともに、その円筒状フレーム61の先端部に平面鏡62を配置し、その平面鏡62から本体ケース60側に所定距離だけ離隔した位置に光透過窓63を配置している。 That is, provided with a similar body case 60 and the cylindrical frame 61 to that shown in FIG. 5, the plane mirror 62 is disposed at the distal end of the cylindrical frame 61, a predetermined distance from the plane mirror 62 in the main body casing 60 side are arranged a light transmitting window 63 in a position spaced apart. そして、円筒状フレーム61には、これらの光透過窓63と平面鏡62間へ測定対象空間内のガスが自由に出入りできるように開口61aが形成されている。 Then, the cylindrical frame 61, these gases light transmission window 63 and the measurement target space into between the plane mirror 62 is opened 61a is formed to allow free access.

本体ケース60には、上記と同様に光検出器65を収容し、光ファイバ接続口66を設けて、別置される光源67からの測定光を、光ファイバ68を介して円筒状フレーム61内に導入している。 The main body case 60, the and houses a photodetector 65 similarly provided with an optical fiber connection port 66, the measurement light from the light source 67 to be separately installed, the cylindrical frame 61 through the optical fiber 68 It has been introduced to.

光ファイバ68により円筒状フレーム61内に導入された測定光Lは、光透過窓63を透過して平面鏡62により反射され、再び光透過窓63を逆側から透過して、本体ケース60内に配置されたミラー69によって光検出器65に導かれ、その強度が検出される。 Measurement light L introduced into the cylindrical frame 61 by the optical fiber 68 is transmitted through the light transmission window 63 is reflected by the plane mirror 62, again passes through the light transmission window 63 from the opposite side, the body case 60 is guided to the photodetector 65 by the arrangement mirrors 69, its intensity is detected. このような1回反射方式における測定光Lの測定対象空間内での光路長は、平面鏡62と光透過窓63の間を1往復するだけの長さではあるが、二酸化炭素などの吸収ピーク高さの高いガス濃度の測定には十分な感度を有している。 Such single optical path length in the measurement target space of the measurement light L in the reflection method, albeit only in length reciprocates once between the plane mirror 62 and the light transmission window 63, the absorption peak height, such as carbon dioxide have sufficient sensitivity for the measurement of high gas concentrations of of.

特許第5104809号公報 Patent No. 5104809 Publication

ところで、上記したような挿入型のガス濃度測定装置は、測定対象空間に対して片側から挿入して使用に供されることから、他のガス濃度分析装置に比して相当に小型化されているが、酸素と二酸化炭素の濃度を同時に測定したい場合等においては、タイプの異なる図4,6に例示したものをそれぞれ用いて2箇所に挿入する必要があるため、測定スペース上の理由から困難な場合もある。 Incidentally, the insertion-type gas concentration measuring apparatus as described above, from being put into use by inserting from one side of the measurement object space, is considerably downsized in comparison with other gas concentration analyzer it is, but in the case or the like to be measured the concentration of oxygen and carbon dioxide at the same time, it is necessary to insert those exemplified different types of FIGS. 4, 6 at two positions with each difficulties for reasons of measurement space If there is also such.

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、例えば酸素と二酸化炭素など、2種類のガス成分を従来の挿入型ガス濃度測定装置に比してより少ない所要スペースのもとに同時に計測することのできる挿入型ガス濃度測定装置の提供をその課題としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, such as oxygen and carbon dioxide, simultaneously measuring two kinds of gas components to the original less space requirements compared to conventional insertion type gas concentration measuring device providing insertion type gas concentration measuring device capable of being with its challenge.

上記の課題を解決するため、本発明の挿入型ガス濃度測定装置は、互いに対向する一対の凹面鏡を支持する筒状フレームを測定対象空間内に挿入するとともに、その測定対象空間外には、特定ガス成分に吸収される波長の測定光を出力する光源と光検出器を配置し、上記光源からの測定光を、一方の凹面鏡に設けられた光透過窓を介してその背面側から他方の凹面鏡に導いて多重反射させた後、上記光透過窓を介して上記光検出器に導いて検出し、その検出出力から上記測定対象空間内における上記特定ガス成分の濃度を算出する挿入型ガス濃度測定装置において、上記測定対象空間外に、上記特定ガス成分とは異なる第2の特定ガス成分に吸収される波長の第2の測定光を出力する第2の光源と、その第2の測定光を検出するための第2の To solve the above problems, the insertion-type gas concentration measuring apparatus of the present invention is to insert a tubular frame that supports a pair of concave mirrors facing each other in the measurement target space, the outside the measurement target space, the specific place a light source and a light detector that outputs a measurement light of a wavelength that is absorbed by the gas component, other concave mirror with the measurement light from the light source, from the rear side through the light transmission window provided in one of the concave mirror led to the after multiple reflection, through the light transmitting window to detect guided to the photodetector, the insertion-type gas concentration measurement for calculating the concentration of the specific gas component in the measurement target space from the detected output in the apparatus, outside the measurement target space, a second light source for outputting a second measuring light with a wavelength that is absorbed by the different second specific gas component and the specific gas component, the second measuring beam the second for detecting 検出器が配置されているとともに、上記他方の凹面鏡には、上記多重反射に関与しない部位に平面鏡が形成され、上記一方の凹面鏡には、その平面鏡に対して上記第2の測定光を当該一方の凹面鏡の背面側から導き、かつ、その反射光を上記第2の光検出器に導くための光透過窓が形成され、その第2の光検出器の出力から上記第2の特定ガス成分の濃度を算出することによって特徴づけられる。 With the detector is located, to the other of the concave mirror, said plane mirror in sites that are not involved in the multiple reflections are formed on one of the concave mirror above the one of the second measuring light to the plane mirror the guidance from the rear side of the concave mirror, and the reflected light of the second light transmissive window through which the optical detector is formed, the second from the output of the photodetector of the second specific gas component It characterized by calculating the concentration.

ここで、本発明においては、上記平面鏡および上記第2の測定光を透過させるための光透過窓は、それぞれの凹面鏡の中心部に形成されている構成(請求項2)を好適に採用することができる。 Here, it in the present invention, the planar mirror and a light transmission window for transmitting the second measurement light, the configuration is formed in the center of each of the concave mirror (the second aspect) is preferably adopted can.

また、本発明においては、上記他方の凹面鏡と当該他方の凹面鏡の一部に形成されている平面鏡は、それぞれが反射する各測定光波長に対応した光反射特性を有している構成(請求項3)を採用することが好ましい。 In the present invention, a plane mirror which is formed in a portion of the other of the concave mirror and the other concave mirror, Configurations (claims having light reflection characteristics corresponding to the respective measurement light wavelengths, each of which reflection it is preferable to employ 3).

本発明は、一対の凹面鏡を対向配置して光を多重反射させる光学系の性質として、各凹面鏡において光が反射する部位が一部だけであること、すなわち、各凹面鏡の中心から所定半径の円周上で、周方向に等間隔で離散的に並ぶ微小スポットだけが測定光の反射に関与し、それ以外の部位は多重反射には関与しないことを利用し、光源から遠い方の凹面鏡の一部に平面鏡を形成し、この平面鏡により別の光源からの測定光を1回反射させ、多重反射と1回反射の同時測定を1つの装置で実現しようとするものである。 The present invention, as the nature of the optical system for multiple reflection of light by opposed pair of concave mirrors, it sites the light is reflected only in part in each of the concave mirror, i.e., a circle of a predetermined radius from the center of each concave mirror on the circumferential, circumferential direction by a small spot arranged discretely at equal intervals are involved in the reflection of the measuring beam, using the fact the other portion not involved in the multiple reflections, the farther the concave mirror from the light source one the plane mirror is formed in part, the measuring light from another light source is reflected once by the plane mirror, it is intended to realize the simultaneous measurement of multiple reflection and reflected once by a single device.

すなわち、特定のガス成分(以下、第1の特定ガス成分と称する)に吸収される波長の測定光(以下、第1の測定光と称する)を、測定対象空間内に挿入される筒状フレームに対向して支持された一対の凹面鏡間に導入して多重反射させた後に、光検出器(以下、第1の光検出器と称する)で検出して上記の第1の特定ガス成分の濃度を求める構成において、本発明では、光源から遠い方の凹面鏡(他方の凹面鏡)の多重反射に関与しない部位に平面鏡を形成している。 That is, the specific gas component (hereinafter, the first specific called gas component) in the absorbed measuring light wavelength (hereinafter, referred to as a first measuring beam) tubular frame to be inserted into the measurement target space is introduced between opposed to supported a pair of concave mirror after multiple reflection, the light detector the concentration of the first specific gas component of the detected (hereinafter, referred to as a first photodetector) in the configuration for obtaining the, in the present invention forms a plane mirror at a site which is not involved in multiple reflections farther concave mirror from the light source (the other concave mirror). この平面鏡に向けて、上記第1の特定ガス成分とは異なる第2の特定ガス成分に吸収される波長の第2の測定光を、光源に近い方の凹面鏡(一方の凹面鏡)に形成した光透過窓を介して照射して1回反射させた後、第2の光検出器で検出することにより、第2の特定ガス成分の濃度を同時に求めるようにしている。 Toward the plane mirror, the second measuring beam having a wavelength that is absorbed by the different second specific gas component from the above first specific gas component, is formed on the concave mirror (one concave mirror) closer to the light source light after reflected once by irradiating through a transparent window, by detecting the second light detector, so that determining the concentration of the second specific gas component simultaneously.

この構成により、測定対象空間内に1つの筒状フレームを挿入するだけで、2種類のガス成分の濃度を測定することが可能となり、所要スペースを縮小させることができる。 With this configuration, measured by simply inserting one tubular frame into the space, it is possible to measure the concentration of the two gas components, thereby reducing the space required.

上記の他方の凹面鏡では、多重反射に関与しない部分で最も広い面積をとれるのがその中心部であるため、請求項2に係る発明の構成を採用するのが合理的である。 In the above other concave mirror, for the take the largest area portion which is not involved in multiple reflections is at its center, it is reasonable to employ a configuration of the invention according to claim 2. なお、その場合には、一方の凹面鏡にもその中心に第2の測定光を透過させる光透過窓を設けるようにする。 Incidentally, in which case, so that even in one of the concave mirror providing a light transmitting window for transmitting a second measurement light in its center. また、第1、第2の測定光はその波長が相違するため、他方の凹面鏡とその一部に設けられる平面鏡の反射特性は、それぞれの測定光の反射に適したものとする(請求項3)のがよい。 The first, for the second measuring light whose wavelength is different, the reflection characteristic of a plane mirror provided on a part and the other concave mirror, and suitable for the reflection of the respective measurement light (claim 3 ) good is.

本発明によれば、測定対象空間内に1つの筒状フレームを挿入するだけで、2種類のガス成分の濃度を同時に測定することができ、特に自動車等の内燃機関の排気ガスに含まれる酸素と二酸化炭素の濃度計測など、計測に狭小なスペースしか確保できない場合のガス濃度測定に有効である。 According to the present invention, measured by simply inserting one tubular frame into the space, the two can be measured the concentration of gas components at the same time, oxygen in particular contained in the exhaust gas of an internal combustion engine such as an automobile and such concentration measuring of carbon dioxide, is effective for gas concentration measurement in the case where only a narrow space in the measurement can not be secured.

また、本発明によれば、互いに対向する一対の凹面鏡間という狭い空間内での2種類のガス成分濃度を測定することができるので、従来技術ではそれぞれに専用の測定装置を用いて2種類のガス成分の濃度を測定するため、互いに異なる位置での濃度測定結果となるのに対し、本発明では同時に同じ位置での濃度の測定が可能となるという利点も有している。 Further, according to the present invention, it is possible to measure the two types of gas component concentration in a narrow space of between the pair of concave mirrors facing each other, two by using a dedicated measurement device respectively in the prior art to measure the concentration of the gas component, it has the advantage that whereas the concentration measurements at different positions from each other, it is possible to measure the concentration of the same time at the same position in the present invention.

本発明の実施形態を示す平面図(A)と縦断面図(B)。 Plan view (A) and longitudinal sectional view of an embodiment of the present invention (B). 図1における光源側凹面鏡の構成を示す正面図(A)と側面図(B)。 Front view showing the configuration of a light source side concave mirror shown in FIG. 1 (A) and side view (B). 図1における先端側凹面鏡の構成を示す正面図(A)と側面図(B)。 Front view illustrating the configuration of the distal concave mirror shown in FIG. 1 (A) and side view (B). 従来の多重反射方式の挿入型ガス濃度測定装置の構成例を示す平面図(A)と縦断面図(B)。 Plan view illustrating a configuration example of an insertion type gas concentration measuring device of the conventional multiple reflection method (A) and longitudinal sectional view (B). 図4における光源側凹面鏡の構成を示す正面図(A)と側面図(B)。 Front view showing the configuration of a light source side concave mirror in FIG. 4 (A) and side view (B). 従来の1回反射方式の挿入型ガス濃度測定装置の構成例を示す平面図(A)と縦断面図(B)。 Plan view illustrating a configuration example of an insertion type gas concentration measuring device of a conventional single reflection method (A) and longitudinal sectional view (B).

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, embodiments of the present invention will be described.
図1に本発明の挿入型ガス濃度測定装置の平面図(A)と縦断面図(B)を示す。 Plan view of the insertion type gas concentration measuring apparatus of the present invention in FIG. 1 (A) and longitudinal sectional view showing a (B). また、図2には光源側に設けられる凹面鏡12、図3には先端側に設けられる凹面鏡13の構成を、それぞれ正面図(A)、側面図(B)として示す。 Also shows a concave mirror 12 disposed on the light source side in FIG. 2, the configuration of the concave mirror 13 provided on the distal end side in FIG. 3, respectively a front view (A), as a side view (B).
この例では、排気管Eの内部を測定対象空間とし、排気管Eに設けた測定用差し込み口Mに本発明の実施の形態であるガス濃度測定装置を装着する場合の構成を示している。 This example shows a configuration in which the interior of the exhaust pipe E to the measurement target space, for mounting the gas concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention in measuring receptacle M provided in the exhaust pipe E.

この実施の形態は、図4に示した従来の多重反射方式の測定装置と同様に、本体ケース10に円筒状フレーム11の基端部を固定し、その円筒状フレーム11の先端部に一対の凹面鏡12,13を互いに対向するように支持させた構造を有している。 This embodiment, like the conventional apparatus for measuring the multiple reflection system shown in FIG. 4, a base end portion of the cylindrical frame 11 is fixed to the main body case 10, a pair of the distal end of the cylindrical frame 11 and a supported allowed structure as the concave mirror 12, 13 face each other. 円筒状フレーム11には、凹面鏡12,13間へ測定対象空間内のガスが自由に出入りできるように開口11aが形成されている。 The cylindrical frame 11, the gas to be measured in space is the opening 11a is formed to allow free access to between the concave mirror 12.

本体ケース10には2つの光検出器、すなわち第1の光検出器14と第2の光検出器15が収容されているとともに、2つの光ファイバ接続口16と17が設けられている。 Two light detectors to the main body case 10, i.e. with the first photodetector 14 is housed the second photodetector 15, two optical fiber connection port 16 and 17 are provided. このうち、一方の光ファイバ接続口16に一端が接続された光ファイバ18の他端は、別置された第1の光源19に接続されており、また、他方の光ファイバ接続口17に一端が接続された光ファイバ20の他端は、同じく別置された第2の光源21に接続されている。 Among them, the other end of one optical fiber 18 having one end to the optical fiber connection port 16 is connected is connected to the first light source 19, which is separately installed, also one end to the other optical fiber connection port 17 There the other end of the connected optical fiber 20 is connected to the second light source 21, which is also Betsu置.

第1の光源19および第2の光源21はいずれもレーザ光源であって、第1の光源19からの第1の測定光L1は酸素に吸収される波長の光、すなわち酸素濃度測定用の光であり、第2の光源21からの第2の測定光L2は二酸化炭素に吸収される波長の光、すなわち二酸化炭素濃度測定用の光である。 The first light source 19 and the second light source 21 is a both a laser light source, light of a wavelength the first measurement light L1 from the first light source 19 is absorbed by oxygen, or light for the oxygen concentration measurement , and the second measurement light L2 from the second light source 21 is a light for light, that the carbon dioxide concentration measurement wavelength that is absorbed by the carbon dioxide.

一対の凹面鏡12,13のうち、本体ケース10に近い方の凹面鏡12には、図4に示した多重反射方式の従来例と同様に、鏡面コーティングを施さない部位からなる光透過窓wが形成されている(図2参照)。 A pair of concave mirrors 12 and 13, the concave mirror 12 closer to the main body case 10, similarly to the conventional example of multiple reflection system shown in FIG. 4, the light transmission window w consisting site not subjected to mirror coating formed are (see Figure 2). この実施の形態における光透過窓wは、図4の凹面鏡42に設けた光透過窓w1と同じ中心からずれた領域w1に、凹面鏡12の中心に形成した円形領域w2を加えた形状を有している。 Light transmission window w in this embodiment, the area w1 deviated from the same center as the light transmission window w1 provided on the concave mirror 42 of FIG. 4 has a shape obtained by adding the circular area w2 formed at the center of the concave mirror 12 ing.

また、円筒状フレーム11の先端側の凹面鏡13には、図3に示すように、多重反射に関与しない中央部分に平面鏡23が形成されている。 Further, on the distal end side of the concave mirror 13 of the cylindrical frame 11, as shown in FIG. 3, the plane mirror 23 is formed in a central portion which is not involved in multiple reflections. この凹面鏡13の周辺部分、つまり平面鏡23の形成位置を除く部分は、上記の凹面鏡12と同等の、第1の測定光L1に対して適した反射特性を持つように加工されており、また、平面鏡23は、第2の測定光L2に対して適した反射特性を持つように加工されている。 Peripheral portion of the concave mirror 13, i.e. the portion except for the formation position of the plane mirror 23, equivalent to the above-mentioned concave mirror 12, which is machined so as to have a reflection characteristic suitable for the first measurement light L1, also, plane mirror 23 is machined so as to have a reflection characteristic suitable for the second measuring beam L2.

本体ケース10内には、第1と第2の2つの反射鏡ブロック24,25が収容されている。 The main body case 10, first and second two reflecting mirrors blocks 24 and 25 are accommodated. これらの第1,第2の反射鏡ブロック24,25は、いずれも、互いに約90°の角度をなす2つの平面鏡24aと24b、あるいは25aと25bを一体のブロックに形成したもので、第1の反射鏡ブロック24は第1の測定光L1用であり、第2の反射鏡ブロック25は第2の測定光L2用である。 These first, second reflecting mirror blocks 24 and 25 are both made by forming integrally a block of two plane mirrors 24a and 24b or 25a and 25b, forming an angle of approximately 90 ° to each other, the first the reflector block 24 is for a first measurement light L1, the second reflecting mirror block 25 is for the second measuring beam L2.

さて、酸素濃度測定用の第1の測定光L1は、光ファイバ18により本体ケース10内に導入された後、第1の反射鏡ブロック24の平面鏡24aで反射されて円筒状フレーム11内に導かれ、凹面鏡12の光透過窓wの中心からずれた領域w1を透過して対向する凹面鏡13の中心から所定距離だけ離隔した規定位置において反射し、図4の従来例と同様に凹面鏡12と13の間で多重反射した後、光透過窓wの前記領域w1を透過する。 Now, the first measurement light L1 for oxygen concentration measurement, after being introduced into the main body case 10 by the optical fiber 18, is reflected by the plane mirror 24a of the first reflecting mirror block 24 guide the cylindrical frame 11 he reflects in spaced predetermined position by a predetermined distance from the center of the concave mirror 13 which faces passes through the area w1 offset from the center of the light transmitting window w of the concave mirror 12, the concave mirror 12 as in the conventional example of FIG. 4 and 13 after multiple reflection between, transmitted through the area w1 of the light transmitting window w. そして、この多重反射後の測定光L1は、第1の反射ブロック24の平面鏡24bで反射され、第1の光検出器14の受光面へと導かれてその強度が検出される。 Then, the measurement light L1 after the multiple reflection is reflected by the plane mirror 24b of the first reflector block 24, its intensity is detected is guided to the light receiving surface of the first light detector 14. そして、その検出結果を用いた演算によって酸素濃度が求められる。 Then, the oxygen concentration is determined by a calculation using the detection result. なお、この測定動作は、図4に示した多重反射方式のガス濃度測定装置と全く同じである。 Incidentally, the measurement operation is the same as the gas concentration measuring apparatus of the multiple reflection system shown in FIG.

一方、二酸化炭素濃度測定用の第2の測定光L2は、光ファイバ20により本体ケース10内に導かれた後、第2の反射鏡ブロック25の平面鏡25aで反射されて円筒状フレーム11内に導かれ、凹面鏡12の光透過窓w中心の円形領域w2を透過して対向する凹面鏡13の中心に形成されている平面鏡23に照射されて反射し、再び凹面鏡12の光透過窓wの領域w2を透過し、第2の反射鏡ブロック25の平面鏡25bで反射され、第2の光検出器15の受光面へと導かれてその強度が検出される。 On the other hand, the second measuring beam L2 for carbon dioxide concentration measurements, the optical fiber 20 after being guided to the main body case 10, the second reflecting mirror block 25 is reflected by the plane mirror 25a cylindrical frame 11 of the led, after passing through a circular region w2 of the light transmitting window w center of the concave mirror 12 and reflection center to be irradiated onto the plane mirror 23 which is formed opposite the concave mirror 13, the light transmission window area of ​​the w w2 of the concave mirror 12 again transmitted through, reflected by the plane mirror 25b of the second reflecting mirror block 25, the intensity is detected is guided to the light receiving surface of the second photodetector 15. そして、その検出結果を用いた演算によって二酸化炭素濃度が求められる。 The carbon dioxide concentration is determined by a calculation using the detection result. なお、この測定動作は、図6に示した1回反射方式のガス濃度測定装置と全く同じである。 Incidentally, the measurement operation is the same as the gas concentration measuring apparatus of the single reflection type shown in FIG.

以上の本発明の実施の形態において特に注目すべき点は、1つの円筒状フレーム11を測定対象空間内に挿入するだけで、酸素と二酸化炭素の濃度を同時に測定することができる点であり、特にスペースに制約のある測定環境下での2種類のガス濃度の同時測定において大きな効果を発揮する。 Of particular note in the embodiment of the present invention described above can simply insert a single cylindrical frame 11 to be measured in space, and in that it is possible to measure the concentration of oxygen and carbon dioxide at the same time, very effective, particularly in simultaneous measurement of two kinds of gas concentration in a measurement environment with limited space. しかも、酸素と二酸化炭素といった2種類のガス濃度を、対向する一対の凹面鏡12,13間で同時に測定することから、得られる各ガスの濃度のデータは、実質的に同じポイントでの測定結果となり、従来技術では取得不可能であったデータとなり得る。 Moreover, two kinds of gas concentration, such as oxygen and carbon dioxide, since the simultaneous measurement between the pair of concave mirrors 12, 13 facing, data of the concentration of each gas obtained becomes a measurement result at substantially the same point , in the prior art may become was impossible acquired data.

ここで、以上の実施の形態は、酸素と二酸化炭素の濃度を同時測定する例について述べたが、ガスの種類は特に限定されるものはなく、吸収ピーク高さが低く光路長を長くする必要があって多重反射による測定が必要な任意のガスと、1回反射による測定でよい任意のガスとの2種類のガスの濃度を同時に測定する場合に等しく適用することができる。 Here, the above embodiment has dealt with an example of simultaneously measuring the concentration of oxygen and carbon dioxide, the type of gas is not limited in particular, need absorption peak height to increase the optical path length low and any gas that require measurement by multiple reflection if there is, it can equally apply to a case of simultaneously measuring two kinds of concentration of gas in the once good any gas as measured by reflection.

また、以上の実施の形態においては、測定対象空間内に挿入され、一対の凹面鏡を支持する部材として円筒状フレームを用いたが、その形状を円筒状とする必要は特になく、要は、凹面鏡を支持して測定光を通過させる空洞があれば、任意の断面形状を有する筒状のフレームを用いることができる。 Also, In the above embodiment, it is inserted into the measurement target space, but using a cylindrical frame as a member for supporting a pair of concave mirrors, not particularly necessary to make the shape of a cylindrical, short, concave mirror if there is a cavity for passing the supporting measuring light, it can be used a tubular frame having any cross-sectional shape.

さらに、先端側の凹面鏡に形成する平面鏡の位置は、必ずしも凹面鏡の中心である必要はなく、多重反射に関与しない位置であれば任意の位置とすることができるが、凹面鏡の中心部分は多重反射に関与しない領域が最も広くとれることや、加工上の観点から、中心部分に形成することが望ましい。 Furthermore, the position of the plane mirror forming the distal end side of the concave mirror, not necessarily the center of the concave mirror, but may be any position as long as the position which is not involved in the multiple reflections, the central portion of the concave mirror multiple reflections and the region can take most widely not involved in, from the viewpoint of processing, it is desirable to form the central portion.
さらに、上記の実施例では、プローブサイズと性能のバランスを最適化するために光源側を光ファイバ導入、検出器を直接搭載の形としたが、光源側にレーザを直接搭載しても、検出器側を光ファイバを用いて外部検出器に導く形としても、本発明の範疇に入ることは明らかである。 Furthermore, in the above embodiments, the optical fiber introducing the light source side in order to optimize the balance of the probe size and performance, although the detector in the form of direct mounting, also equipped with a laser directly on the light source side, detection also the vessel side as a form that leads to an external detector using an optical fiber, to fall within the scope of the present invention are evident.

10 本体ケース 11 円筒状フレーム 11a 開口 12 凹面鏡 13 凹面鏡 14 第1の光検出器 15 第2の光検出器 16 第1の光ファイバ接続口 17 第2の光ファイバ接続口 18 光ファイバ 19 第1の光源 20 光ファイバ 21 第2の光源 23 平面鏡 24,25 反射鏡ブロック 24a,24b,25a,25b 平面鏡 L1 第1の測定光 L2 第3の測定光 w 光透過窓 10 main body casing 11 cylindrical frame 11a opening 12 concave mirror 13 a concave mirror 14 first photodetector 15 second photodetector 16 first optical fiber connection port 17 second optical fiber connection port 18 optical fiber 19 first light source 20 optical fiber 21 the second light source 23 plane mirror 24, 25 reflecting mirror block 24a, 24b, 25a, 25b plane mirror L1 first measuring beam L2 third measuring light w light transmitting window

Claims (3)

  1. 互いに対向する一対の凹面鏡を支持する筒状フレームを測定対象空間内に挿入するとともに、その測定対象空間外には、特定ガス成分に吸収される波長の測定光を出力する光源と光検出器を配置し、上記光源からの測定光を、一方の凹面鏡に設けられた光透過窓を介してその背面側から他方の凹面鏡に導いて多重反射させた後、上記光透過窓を介して上記光検出器に導いて検出し、その検出出力から上記測定対象空間内における上記特定ガス成分の濃度を算出する挿入型ガス濃度測定装置において、 It is inserted a tubular frame that supports a pair of concave mirrors facing each other in the measurement target space, the outside the measurement target space, a light source and a light detector that outputs a measurement light of a wavelength that is absorbed by a particular gas component arrangement, and the measuring light from the light source, after multiple reflection led from the rear side to the other of the concave mirror through the light transmission window provided in one of the concave mirror, the light detected through the optical transmission window detected leading to vessel, the insertion type gas concentration measuring device for calculating the concentration of the specific gas component in the measurement target space from the detection output,
    上記測定対象空間外に、上記特定ガス成分とは異なる第2の特定ガス成分に吸収される波長の第2の測定光を出力する第2の光源と、その第2の測定光を検出するための第2の光検出器が配置されているとともに、上記他方の凹面鏡には、上記多重反射に関与しない部位に平面鏡が形成され、上記一方の凹面鏡には、その平面鏡に対して上記第2の測定光を当該一方の凹面鏡の背面側から導き、かつ、その反射光を上記第2の光検出器に導くための光透過窓が形成され、その第2の光検出器の出力から上記第2の特定ガス成分の濃度を算出することを特徴とする挿入型ガス濃度測定装置。 Outside the measurement target space, for detecting a second light source for outputting a second measuring light with a wavelength that is absorbed by the different second specific gas component and the specific gas component, the second measuring beam together with the second light detector is located, to the other of the concave mirror, said plane mirror in sites that are not involved in the multiple reflections are formed on one of the concave mirror above, the second for the plane mirror the measurement light guided from the back side of the one of the concave mirror, and the light transmission window of the reflected light to guide to the second light detector is formed, the second from the output of the second photodetector insert type gas concentration measuring device and calculates the concentration of a specific gas component.
  2. 上記平面鏡および上記第2の測定光を透過させるための光透過窓は、それぞれの凹面鏡の中心部に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の挿入型ガス濃度測定装置。 Light transmission window for transmitting said plane mirror and said second measuring beam, the insertion type gas concentration measuring device according to claim 1, characterized in that it is formed in the center of each of the concave mirror.
  3. 上記他方の凹面鏡と当該他方の凹面鏡の一部に形成されている平面鏡は、それぞれが反射する各測定光波長に対応した光反射特性を有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の挿入型ガス濃度測定装置。 Flat mirror formed on a part of the other of the concave mirror and the other concave mirror, to claim 1 or 2, respectively, characterized in that it has a light reflection characteristics corresponding to the respective measurement light wavelengths reflected insert type gas concentration measuring apparatus as set forth.
JP2014009142A 2014-01-22 2014-01-22 Insert type gas concentration measuring device Active JP6183227B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014009142A JP6183227B2 (en) 2014-01-22 2014-01-22 Insert type gas concentration measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014009142A JP6183227B2 (en) 2014-01-22 2014-01-22 Insert type gas concentration measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015137910A true JP2015137910A (en) 2015-07-30
JP6183227B2 true JP6183227B2 (en) 2017-08-23

Family

ID=53769004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014009142A Active JP6183227B2 (en) 2014-01-22 2014-01-22 Insert type gas concentration measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6183227B2 (en)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7352463B2 (en) * 2002-09-06 2008-04-01 Tdw Delaware, Inc. Method and device for detecting gases by absorption spectroscopy
JP2007285826A (en) * 2006-04-14 2007-11-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Exhaust gas analyzer
US7679059B2 (en) * 2006-04-19 2010-03-16 Spectrasensors, Inc. Measuring water vapor in hydrocarbons
US8613520B2 (en) * 2008-07-11 2013-12-24 Li-Cor, Inc. Process of forming a light beam path in a dielectric mirror
JP5349996B2 (en) * 2009-02-10 2013-11-20 一般財団法人電力中央研究所 Gas concentration measuring device
JP5695302B2 (en) * 2009-04-03 2015-04-01 理研計器株式会社 Complex multi-pass cells and gas meter
JP5641301B2 (en) * 2010-07-26 2014-12-17 富士電機株式会社 Multi-component laser gas analyzer

Also Published As

Publication number Publication date Type
JP2015137910A (en) 2015-07-30 application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6684099B2 (en) Apparatus and method for reducing spectral complexity in optical sampling
US7239385B2 (en) Method and apparatus for monitoring output signal instability in a light source
US6194735B1 (en) Gas sensor
Hodgkinson et al. Non-dispersive infra-red (NDIR) measurement of carbon dioxide at 4.2 μm in a compact and optically efficient sensor
US20050094158A1 (en) Flow cell for optical detection having reduced sensitivity to refractive index variation
US20080035848A1 (en) Ultra-high sensitivity NDIR gas sensors
US6762410B1 (en) Analysis apparatus
US7288770B2 (en) Real-time UV spectroscopy for the quantification gaseous toxins utilizing open-path or closed multipass white cells
US20060226367A1 (en) Gas sensors
US20100282982A1 (en) Device for measuring the fluorescence of a medium
US7586114B2 (en) Optical cavity system having an orthogonal input
EP0825430A2 (en) Gas monitors
CN101413881A (en) System for measuring gas concentration of optical fiber grating with tunable filtering characteristic
US20080239322A1 (en) Optical absorption gas sensor
US3394253A (en) Infra-red gas analysis apparatus having a cylindrical sample chamber with a smooth reflecting inner surface
US20070145275A1 (en) Method for detecting a gas species using a super tube waveguide
JP2005315711A (en) Gas analyzer
CN1659428A (en) Device and method for detecting gases by absorption spectroscopy
JP2000186998A (en) Living body spectrum measuring device
US8102531B2 (en) Illumination source and non-invasive tissue sampling system
de Cumis et al. Widely-tunable mid-infrared fiber-coupled quartz-enhanced photoacoustic sensor for environmental monitoring
CN1470863A (en) Method and appaatus for single-laser-sourceharmonic remote sensing gas detection
JP2007170841A (en) Laser beam output part, laser beam input part and laser type gas analyzer
JP2006138727A (en) Particle analyzer
US20120002212A1 (en) Dual-etalon cavity ring-down frequency-comb spectroscopy

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161006

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170614

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170627

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170710

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6183227

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151