JP6683035B2 - レーザ光出力部、レーザ光入力部およびレーザ式ガス分析計 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光軸の角度調整機能を有するレーザ光出力部およびレーザ光入力部に関する。また、これらレーザ光出力部およびレーザ光入力部を搭載したレーザ式ガス分析計に関する。

レーザ式ガス分析計は、レーザ光を照射し、レーザ光の光路に存在する分子・原子によりレーザ光を吸収させ、レーザ光の光量変化によりガス分析を行う。レーザ式ガス分析計は、測定空間に向けてレーザ光を照射するレーザ光出力部と、測定空間を透過したレーザ光を受光して検出信号を得るレーザ光入力部と、を備える。演算処理部は、この検出信号に基づいてガス濃度を算出する。

レーザ式ガス分析計は、例えば燃焼排ガスがある燃焼部や煙道に設置されるが、その光路長が１ｍから１０ｍ程度になることがあり、設置する際にレーザ光出力部およびレーザ光入力部が機械的に位置決めされつつ取り付けられ、さらにレーザ光軸の調整が行われる。

この種のレーザ式ガス分析計のレーザ光軸調整機構の従来技術として、例えば、特許文献１（発明の名称「ガス濃度測定装置」）に開示された発明が知られている。この従来技術について、図を参照しつつ説明する。

図７は特許文献１に記載の従来技術であって、ガス濃度測定装置のレーザ光出力部５００であり、発光部５１０、継手５２０を備える。この継手５２０では、固定管５２１と連結管５２２を備える。固定管５２１には内側継手部品５２１ａが形成されている。連結管５２２には、外側継手部品５２２ａが形成されている。連結管５２２には発光ボックス５１１も連結されている。

固定管５２１の内側継手部品５２１ａと、連結管５２２の外側継手部品５２２ａと、には互いに接触する接触部５２１ｂ，５２２ｂが形成されている。内側継手部品５２１ａの接触部５２１ｂには凹状の球冠が形成され、外側継手部品５２２ａの接触部５２２ｂは凸状の球冠が形成されている。連結管５２２は、この球冠に沿って動くため可動域が広くなり、発光部及び受光部の光軸調整範囲を広くする。

内側継手部品５２１ａの接触部５２１ｂには溝部５２３が形成されている。この溝部５２３にはシール用部材であるＯリング５２４が設けられている。Ｏリング５２４が外側継手部品５２２ａの接触部５２２ｂと接しており、シール性を確保する。

スプリング５２５は、外側継手部品５２２ａを内側継手部品５２１ａに押し付けるように付勢しており、テンションボルト５２６により付勢力を調節できる。また、アジャストボルト５２８により、連結管５２２および発光ボックス５１１を一体として回転させて角度を変更する。連結管５２２および発光ボックス５１１は、接触部５２２ｂの凸状の球冠の中心と略一致する点Ｏを回転中心として回転し、半導体レーザ５１２が煙道６００内の空間へ出射するレーザ光の光軸を調整する。そして、同様の調整機構が、図示されていないレーザ光入力部側にも設けられている。

また、図８は同じく特許文献１に記載の他の従来技術としてのガス濃度測定装置のレーザ光出力部５００’であり、発光部５１０、継手５３０を備える。特に継手５３０では、内側継手部品５３１ａに形成された溝状のストッパ５３３にＯリング５３４が嵌め込まれる。そして、このＯリング５３４が外側継手部品５３２ａと当接する。ボルト５３５やナット５３６を用いて締結すると、外側継手部品５３２ａが内側継手部品５３１ａ側に押しつけられて、Ｏリング５３４が外側継手部品５３２ａと密着し、シール性を高めている。また、ボルト５３５のネジ送りにより角度調節も可能とする。そして、同様の調整機構が、図示されていないレーザ光入力部側にも設けられている。

特開２０１５−５２５４６号公報（図１，図６）

しかしながら、図７を用いて説明した上記の従来技術においては、球冠形状の凹部である接触部５２１ｂや、球冠形状の凸部である接触部５２２ｂを形成する必要があり、機械製造コストが大きいという問題があった。さらに、既設である煙道側の内側継手部品５２１ａへの加工が必要になるという問題もあった。

また、球冠形状の接触部５２１ｂ，５２２ｂを当接させるため、回転中心Ｏに対して回転させる調整は可能であるが、例えば光軸を平行に上下左右に移動させるような調整ができないという問題もあった。

また、半導体レーザ５１２から出射されたレーザ光が固定管５２１や煙道６００の内壁面に到達・反射する条件でも光軸調整ができるため、受光部に直接入射するレーザ光ではなく、例えば壁面により反射したようなレーザ光が到達するおそれがあり、ガス濃度に誤差を生じるおそれがあった。さらに、広い範囲でレーザ光軸の角度調整が可能であるが、却って角度調整に時間を要することもあった。

また、図８を用いて説明した上記の従来技術においても、煙道側の内側継手部品５３１ａへの加工が必要になるという問題があった。また、内側継手部品５３１ａと外側継手部品５３２ａの外縁付近の隙間が大きく、外側継手部品５３２ａの傾斜角度を大きくすることにより、受光部に直接入射するレーザ光ではなく、例えば壁面により反射したようなレーザ光が到達するおそれがあった。また、傾斜角度が大きいとＯリング５３４が外側継手部品５３２ａから離れる箇所が発生してシール性が弱くなるおそれもあった。この従来技術でも、広い範囲で光軸角度調整が可能であるが、却って角度調整に時間を要することもあった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易で低コストの構造であるにも拘わらず、必要十分な角度の調整範囲を維持しつつ、かつシール性も担保可能としたレーザ光出力部およびレーザ光入力部を提供することにある。また、これらレーザ光出力部およびレーザ光入力部を備え、汎用のフランジに対し簡便に取り付け可能なレーザ式ガス分析計を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係るレーザ光出力部は、
発光したレーザ光を出射する発光部と、
前記発光部と連結され、パージガスを導入する発光部側パージ部と、
前記発光部側パージ部に連結される発光部角度調整装置と、
を有し、測定空間と連通する発光部側固定管の先端の発光部固定フランジに対して前記発光部角度調整装置が取り付け角度を変えることで、出射するレーザ光の光軸角度を調整するレーザ光出力部であって、
前記発光部角度調整装置は、
前記発光部側パージ部の開口の周囲に設けられ、前記発光部固定フランジと対向する発光部調整フランジと、
前記発光部調整フランジに設けられ、開口面が前記発光部固定フランジと対向する環状の溝部と、
前記溝部に配設され、前記発光部固定フランジと接する環状のゴム状シール部と、
前記溝部の開口面から傾斜するように形成され、前記発光部調整フランジの面を円錐台形状にするテーパ部と、
前記ゴム状シール部を挟むように前記発光部固定フランジと前記発光部調整フランジとを固定する複数のボルトと、
を備え、前記複数のボルトのネジ送りにより、前記テーパ部が前記発光部固定フランジに接するまでの範囲にて、前記ゴム状シール部を変形させつつ、前記発光部固定フランジに対する前記発光部調整フランジの傾斜角度を変えて光軸を調整することを特徴とする。

請求項２に係るレーザ光出力部は、請求項１に記載のレーザ光出力部において、前記発光部調整フランジと前記発光部固定フランジとの間に断熱用部材を備えることを特徴とする。

請求項３に係るレーザ光出力部は、請求項１に記載のレーザ光出力部において、前記発光部調整フランジと前記発光部固定フランジとの間に、固定用シール材およびフランジを配置したことを特徴とする。

請求項４に係るレーザ光入力部は、
入射したレーザ光を受光する受光部と、
前記受光部と連結され、パージガスを導入する受光部側パージ部と、
前記受光部側パージ部に連結される受光部角度調整装置と、
を有し、測定空間と連通する受光部側固定管の先端の受光部固定フランジに対して前記受光部角度調整装置が取り付け角度を変えることで、入射するレーザ光の光軸角度を調整するレーザ光入力部であって、
前記受光部角度調整装置は、
前記受光部側パージ部の開口の周囲に設けられ、前記受光部固定フランジと対向する受光部調整フランジと、
前記受光部調整フランジに設けられ、開口面が前記受光部固定フランジと対向する環状の溝部と、
前記溝部に配設され、前記受光部固定フランジと接する環状のゴム状シール部と、
前記溝部の開口面から傾斜するように形成され、前記受光部調整フランジの面を円錐台形状にするテーパ部と、
前記ゴム状シール部を挟むように前記受光部固定フランジと前記受光部調整フランジとを固定する複数のボルトと、
を備え、前記複数のボルトのネジ送りにより、前記テーパ部が前記受光部固定フランジに接するまでの範囲にて、前記ゴム状シール部を変形させつつ、前記受光部固定フランジに対する前記受光部調整フランジの傾斜角度を変えて光軸を調整することを特徴とする。

請求項５に係るレーザ光入力部は、請求項４に記載のレーザ光入力部において、前記受光部調整フランジと前記受光部固定フランジとの間に断熱用部材を備えることを特徴とする。

請求項６に係るレーザ光入力部は、請求項４に記載のレーザ光入力部において、前記受光部調整フランジと前記受光部固定フランジとの間に、固定用シール材およびフランジを配置したことを特徴とする。

請求項７に係るレーザ式ガス分析計は、
測定対象ガスを含むガスが存在する測定空間にレーザ光を照射し、測定対象ガスによるレーザ光の吸収による光量変化からガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計において、
測定対象ガスが吸収する波長のレーザ光をガス中に出射する請求項１〜請求項３の何れかに記載した前記レーザ光出力部と、
吸収されたレーザ光を受光して検出信号を得る請求項４〜請求項６の何れかに記載した前記レーザ光入力部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、煙道側のフランジに加工を加えることなく、汎用のフランジに対して取り付け可能として、簡易で低コストの構造であるにも拘わらず、内壁面に到達することなく必要十分な角度の調整範囲を維持しつつ、かつシール性も担保可能なレーザ光出力部およびレーザ光入力部を提供することができる。また、これらレーザ光出力部およびレーザ光入力部を備え、汎用のフランジに対し簡便に取り付け可能なレーザ式ガス分析計を提供することができる。

本発明を実施するための形態のレーザ式ガス分析計の構造図である。 本発明を実施するための形態のレーザ光出力部の構成図である。 本発明を実施するための形態のレーザ光出力部の拡大図である。 レーザ光出力部の角度調整の説明図であり、図４（ａ）は調整前のＯリングの状態説明図、図４（ｂ）は調整途中のＯリングの状態説明図、図４（ｃ）は調整後のＯリングの状態説明図である。 本発明を実施するための形態のレーザ光入力部の構成図である。 本発明を実施するための他の形態のレーザ光出力部の構成図である。 従来技術のレーザ光出力部の構成図である。 他の従来技術のレーザ光出力部の構成図である。

続いて、本発明を実施するための形態のレーザ光出力部、レーザ光入力部、および、これらレーザ光出力部とレーザ光入力部とを共に搭載したレーザ式ガス分析計について、図を参照しつつ説明する。

レーザ式ガス分析計１は、図１に示すようにレーザ光出力部１００、レーザ光入力部２００を備える。レーザ光出力部１００とレーザ光入力部２００は、煙道３００の両側にて対向する状態で、管壁３１０の発光部側固定管３２０にレーザ光出力部１００が、また、受光部側固定管３３０にレーザ光入力部２００が、それぞれ取り付けられている。なお、本形態では測定空間の一例として煙道３００を例示して説明するが、煙道３００以外でも測定対象ガスがある箇所（例えば、燃焼部やガスチャンバなど）に設置することが可能である。

レーザ光出力部１００は、図１，図２に示すように、発光部１１０、発光部側パージ部１２０、発光部角度調整装置１３０を備えている。

発光部１１０は、図２に示すように、発光部筐体１１１、レーザ素子１１２、ウィンドウ１１３、発光部光学系（図示せず）、発光部回路（図示せず）を少なくとも備えている。
発光部筐体１１１内には、レーザ素子１１２、発光部光学系（図示せず）、発光部回路（図示せず）が収納されている。

レーザ素子１１２は、測定対象ガスにより吸収される波長を持つレーザ光を出力する。レーザ光の波長は先に説明したように測定対象ガスの分子構造や原子構造により一義的に決定されるものであり、測定対象ガスに応じて適宜選択される。発光部光学系（図示せず）は、例えばコリメートレンズであり、レーザ素子１１２からのレーザによる出射光を、平行光であって検出に用いるレーザ光４００に変換する。

ウィンドウ１１３は、発光部筐体１１１の正面に設けられる。ウィンドウ１１３は、レーザ光４００の光路途中にあり、レーザ光４００を透過させつつ、煙道３００側からの煙やガスが発光部１１０の内部に進入しないようにする。これにより、レーザ素子１１２、発光部光学系、発光部回路は、煙道３００内の煙やガスに直接触れないことになり、内部が保護される。

発光部回路（図示せず）は、例えばレーザ素子１１２が最適な発光波長となるように、電流や温度を制御駆動するものであり、発光部筐体１１１の外に配置されていても良い。発光部１１０は、発光部側パージ部１２０に接続される。

発光部側パージ部１２０において、円筒状である管体１２１にパージガス導入口１２２が形成されている。発光部側パージ部１２０は、煙道３００内の煙やガスの流入を抑えるために設置され、発光部側パージ部１２０内に設けられたパージガス導入口１２２から空気等のパージガスを管内に導く。

発光部角度調整装置１３０は、発光部調整フランジ１３１、溝部１３２、Ｏリング１３３、断熱用部材１３４、ボルト１３５、ナット１３６を備える。この発光部角度調整装置１３０は、発光部固定フランジ３２１に取り付けられる。発光部固定フランジ３２１は、規格品のフランジ形状を用いることができる。例えば、１０Ｋ５０Ａ規格のフランジ形状を用いる。

発光部調整フランジ１３１は、図２，図３に示すように、リング状の部材であって、発光部固定フランジ３２１に対向する面の端部周辺を傾斜角度θにて削り取り、テーパ部１３１ａを形成する。これにより、発光部固定フランジ３２１に対向する面は円錐台形状の面となる。
図３に示すように、テーパ部１３１ａを形成する面と、レーザ光４００の光軸に直交する面との交差位置が溝部１３２の開口面の中にあるように、テーパ部１３１ａが形成される。そして、Ｏリング１３３の中心線は溝部１３２の溝幅の中心線と一致している。発光部調整フランジ１３１は、シール機能を満たすならば、標準部品の機械加工品を用いることができる。

溝部１３２は、発光部調整フランジ１３１に形成され、正面から視て環状であって、断面は方形状の溝である。
Ｏリング１３３は、本発明のゴム状シール部の一具体例であり、溝部１３２に嵌め込まれ、発光部固定フランジ３２１と発光部調整フランジ１３１とのシールを行う。このＯリング１３３の存在により、煙道３００内の煙やガスが外へ漏出しないようになり、また、煙道３００内へ外気が入り込まないようになる。なお、ゴム状シール部としては楕円状のＯリングなども採用することができる。

断熱用部材１３４は、環状に形成されており、発光部固定フランジ３２１と発光部調整フランジ１３１との間であって、Ｏリング１３３の内側に配置される。断熱用部材１３４により、煙道３００内のガスや煤じんの熱に影響されてＯリング１３３が劣化する事態が防止される。また、断熱用部材１３４はシール機能も有する。

ボルト１３５とナット１３６は、発光部固定フランジ３２１と発光部調整フランジ１３１とによりＯリング１３３を挟み込んだ状態で固定する。これにより、レーザ光出力部１００を発光部側固定管３２０に強固に固定する。ここで、ボルト１３５およびナット１３６は、発光部調整フランジ１３１の周方向に沿って複数、設けられている。

続いて、レーザ光軸の調整について説明する。図１で示されるレーザ光出力部１００とレーザ光入力部２００は、例えば、数ｍ以上離れた位置に設置される。さらに、発光部側固定管３２０や受光部側固定管３３０は煙道３００の管壁３１０に溶接されるものであって、機械的な歪みを含んでいる。さらに、他の箇所でも機械的な誤差が生じている。これらの事情から、レーザ光出力部１００とレーザ光入力部２００を取り付けた時点では、レーザ光軸が大きくずれている。そこで、レーザ光軸の調整が必要となる。

この光軸調整について、図を参照しつつ説明する。発光部１１０から出射されるレーザ光４００の光軸と発光部側固定管３２０の中心軸とが一致するように調整される。光軸調整により、平行光であるレーザ光４００の光軸角度を変更させる。

この光軸調整は、Ｏリング１３３の弾力性により発光部調整フランジ１３１が移動できることに着目し、ボルト１３５により、発光部固定フランジ３２１に対し発光部調整フランジ１３１を傾けるように移動させ、発光部調整フランジ１３１に取付けられた発光部側パージ部１２０および発光部１１０を傾かせて、光軸の角度調整を行う。

調整方法の一例として、図４（ａ）のモデル図に示すように、Ｏリング１３３を配置した状態で、全てのボルト１３５により、発光部調整フランジ１３１と発光部固定フランジ３２１とが接するまで図４（ｂ）の矢印ａ，ｂ方向に押圧し、Ｏリング１３３を発光部調整フランジ１３１と発光部固定フランジ３２１により強固に密着させた状態とする。

そして、傾斜させたい箇所のボルト１３５のみを緩めると、Ｏリング１３３の弾性力により発光部調整フランジ１３１が図４（ｃ）の矢印ｃ方向に移動し、テーパ部１３１ａと、発光部固定フランジ３２１とが一部でほぼ密着した状態となり、発光部調整フランジ１３１が傾斜角度θで傾斜すると共にレーザ光軸も角度θで傾斜した状態となる。
このように同じボルト１３５のネジ送りにより、角度０°から角度θまでの調整が可能となる。この際、発光部固定フランジ３２１に対して発光部調整フランジ１３１が僅かながら上下方向（図２の上下方向）と左右方向（図２の紙面に直交する方向）へ移動することができるため、上下左右方向の調整も可能である。

続いて、テーパ部１３１ａの傾斜角度θ等の決定方法について説明する。テーパ部１３１ａには、Ｏリング１３３がシール可能な圧縮率（８〜３０％）を満たすような傾斜角度θを持たせる。例えば、図４（ｂ）に示すように、発光部調整フランジ１３１と発光部固定フランジ３２１とがほぼ密着したときに、Ｏリング１３３の圧縮率が３０％以内に収まっている必要がある。ここで、溝部１３２の深さは、Ｏリング１３３の径の０．７倍程度になる。

また、図４（ｃ）に示すように、調整により発光部調整フランジ１３１が傾斜角度θで傾斜し、テーパ部１３１ａの一部と発光部固定フランジ３２１とがほぼ密着したときに、隙間が大きくなった逆側のＯリング１３３の圧縮率が８％以上を確保している必要がある。これらの条件を満たすことで、Ｏリング１３３のシール条件が担保される。

さらに、発光部１１０から出射されるレーザ光４００が、図５のレーザ光入力部２００のウィンドウ２１３へ直接到達するように、テーパ部１３１ａの傾斜角度θを設定すれば、傾斜角度が０°以上θ以下であれば、レーザ光４００がウィンドウ２１３へ直接到達することになり、換言すれば、レーザ光４００が内壁面に到達して反射することによる光量の損失を防ぐことができる。

このＯリング１３３の弾力性を利用する光軸調整では、最大の傾斜角度が数°程度であるが、それでも十分な調整を可能としている。この点について説明する。
仮に光路長が１０ｍと長い場合、レーザ光軸が１°変化したとき、ｓｉｎ（１°）×１０ｍ＝０．０１７５×１０００ｃｍ＝約１７．５ｃｍであり、光軸調整に十分な移動量を確保できる。また、光軸を平行に上下左右に移動させるような調整も可能であり、両方の調整を併用することにより光軸調整に十分な量が確保できる。

発光部側固定管３２０が溶接により取付けられているため、基準としては精度が低い発光部固定フランジ３２１に発光部角度調整装置１３０が取り付けられているが、それでも十分な調整を可能とする。また、この実施形態では、過大な角度調整ができる訳ではないが、レーザ光４００が発光部側固定管３２０、煙道３００、受光部側固定管３３０の内壁面に到達・反射する事態の発生を防ぐことができる。

続いて、レーザ光入力部２００について、図１，図５を参照しつつ説明する。レーザ光入力部２００は、図１，図５に示すように、受光部２１０、受光部側パージ部２２０、受光部角度調整装置２３０を備えている。

受光部側パージ部２２０においては、図５に示すように、円筒状である管体２２１にパージガス導入口２２２が形成されている。受光部側パージ部２２０は、煙道３００内の煙やガスの流入を抑えるために設置され、受光部側パージ部２２０内に設けられたパージガス導入口２２２から空気等のパージガスを管内に導く。

受光部２１０は、図５に示すように、受光部筐体２１１、受光素子２１２、ウィンドウ２１３、受光部光学系（図示せず）、受光部回路（図示せず）を少なくとも備えている。受光部２１０は、管体２２１に接続される。
受光部筐体２１１内には、受光素子２１２、受光部光学系、受光部回路が収納されている。

ウィンドウ２１３は、受光部筐体２１１の側面に設けられる。ウィンドウ２１３は、レーザ光４００の光路途中にあり、レーザ光４００を透過させつつ、煙道３００側からの煙やガスが受光部２１０の内部に進入しないようにする。これにより、受光素子２１２、受光部光学系、受光部回路は、煙道３００内の煙やガスに直接触れないことになり、内部が保護される。
受光部光学系は、例えば集光レンズであり、レーザ光４００を集束し、レーザビームスポットを受光素子２１２へ入射させる。

受光素子２１２は、測定対象ガスにより吸収される波長のレーザ光に対して感度を有する素子である。受光素子２１２は、レーザビームスポットを受光して光強度に比例した検出信号を出力する。受光部回路は、例えば受光素子２１２からの検出信号に基づいてガス濃度を算出する。なお、受光部回路は、受光部筐体２１１の外に配置しても良い。

受光部角度調整装置２３０は、受光部調整フランジ２３１、溝部２３２、Ｏリング２３３、断熱用部材２３４、ボルト２３５、ナット２３６を備える。この受光部角度調整装置２３０は、受光部固定フランジ３３１に取り付けられる。受光部固定フランジ３３１は、規格品のフランジ形状を用いることができ、例えば、１０Ｋ５０Ａ規格のフランジ形状を用いる。

受光部調整フランジ２３１は、リング状の部材であって、受光部固定フランジ３３１に対向する面の端部周辺を傾斜角度θにて削り取り、テーパ部２３１ａを形成する。これにより、受光部固定フランジ３３１と対向する面は円錐台形状の面となる。
テーパ部２３１ａを形成する面とレーザ光４００の光軸に直交する面との交差位置が溝部２３２の開口面の中にあるように、テーパ部２３１ａが形成される。また、Ｏリング２３３の中心線と溝部２３２の溝幅の中心線とが一致している。
受光部調整フランジ２３１は、シール機能を満たすことができれば良く、標準部品の機械加工品を用いることもできる。

溝部２３２は、受光部調整フランジ２３１に形成され、正面から視て環状であって、断面は方形状の溝である。
Ｏリング２３３は、本発明のゴム状シール部の一具体例であり、溝部２３２に嵌め込まれ、受光部固定フランジ３３１と受光部調整フランジ２３１とのシールを行う。このＯリング２３３の存在により、煙道３００内の煙やガスが外へ漏出しないようになり、また、煙道３００内へ外気が入り込まないようになる。なお、ゴム状シール部としては楕円状のＯリングなども採用することができる。

断熱用部材２３４は、環状に形成されており、受光部固定フランジ３３１と受光部調整フランジ２３１との間であって、Ｏリング２３３の内側に配置される。断熱用部材２３４により、煙道３００内のガスや煤じんの熱に影響されてＯリング２３３が劣化する事態が防止される。また、断熱用部材２３４はシール機能も有する。

ボルト２３５とナット２３６は、受光部固定フランジ３３１と受光部調整フランジ２３１とでＯリング２３３を挟み込んだ状態で固定する。これによりレーザ光入力部２００を受光部側固定管３３０に強固に固定する。ボルト２３５およびナット２３６は、発光部側と同様に、受光部調整フランジ２３１の周方向に沿って複数、設けられている。

受光部角度調整装置２３０は、名称は異なるが、発光部角度調整装置１３０と同じ構成・機能を有する装置であり、調整方法については先に説明した発光部角度調整装置１３０と同じであるため、重複する説明を省略する。
受光部角度調整装置２３０を搭載したレーザ光入力部２００は、光軸角度の調整に十分な移動量を確保すると共に、光軸を平行に上下左右に移動させるような調整も可能であり、両方の調整を併用することにより光軸調整に十分な量を確保することができる。

続いて、レーザ式ガス分析計１としての動作について説明する。レーザ光出力部１００から出射されたレーザ光４００が、レーザ光入力部２００へ到達し、最終的に受光素子２１２へ入射する。

この計測は、光路上のガスに含まれる測定対象ガスによりレーザ光４００が吸収され、この吸収量が測定対象ガスの濃度と関連することを利用してその濃度を検出するものである。図示しない受光部回路に含まれる演算処理装置は、受光素子２１２の出力信号に基づいて検出データを取得する。この検出データからガス濃度を算出する。検出結果は図示しない出力部（ディスプレイ・プリンタ等）により出力される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、各種の改良形態の採用が可能である。
例えば、発光部角度調整装置１３０が断熱用部材１３４を、また、受光部角度調整装置２３０が断熱用部材２３４を、それぞれ備えるものとして説明したが、煙道３００を通過するガスが高温でない場合やＯリング１３３，２３３が十分な耐熱性能を有する場合には、断熱用部材１３４，２３４を省略しても良い。このようにしても、本発明の実施は可能である。

また、図示しないが、発光部角度調整装置１３０では、発光部調整フランジ１３１の平面部分に雌ねじを形成し、この雌ねじに押し付けボルトを押し込むことにより、発光部固定フランジ３２１に発光部調整フランジ１３１を強固に固定するようにしても良い。同様に、受光部角度調整装置２３０でも、受光部調整フランジ２３１の平面部分に雌ねじを形成し、この雌ねじに押し付けボルトを押し込むことにより、受光部固定フランジ３３１に受光部調整フランジ２３１を強固に固定するようにしても良い。

次に、図６は本発明の他の実施形態を示す発光部角度調整装置１３０の構成図である。
図６に示すように、発光部角度調整装置１３０では、発光部調整フランジ１３１と発光部固定フランジ３２１との間に、環状のフランジ１３７及び圧着面が平面である固定用シール材（ガスケット）１３８を挟み込むことにより、発光部固定フランジ３２１の平面度が担保されていない場合のガス漏れを防いでも良い。この場合、図２における断熱用部材１３４はあってもなくても良い。

Ｏリング１３３によるシール面は、高い平面度を必要とするため、図６のように構成することによって既設の発光部固定フランジ３２１の汚損に起因する圧着面の平面度の低下に対応することができる。但し、圧着機能を満たすことができるシール材であれば、圧着面が平面である固定用シール材１３８以外のシール材を用いても良い。

また、図５に示したレーザ光入力部２００の受光部角度調整装置２３０においても、受光部調整フランジ２３１と受光部固定フランジ３３１との間に、環状のフランジ及び圧着面が平面である固定用シール材（何れも図示せず）を挟み込むことにより、受光部固定フランジ３３１の平面度が担保されていない場合のガス漏れを防いでも良い。この場合も、図５における断熱用部材２３４はあってもなくても良い。

本発明によれば、簡易な構成で必要十分な光軸調整範囲としたレーザ光出力部およびレーザ光入力部を提供することができる。さらに、これらのレーザ光出力部およびレーザ光入力部を搭載して計測精度を向上させたレーザ式ガス分析計を提供することが可能となる。

本発明は、例えば、船舶排ガス測定用として最適である。その他、鉄鋼用ガス分析［高炉、転炉、熱処理炉、焼結（ペレット設備）、コークス炉］、青果貯蔵及び熟成、生化学（微生物）［発酵］、大気汚染［焼却炉、排煙脱硫・脱硝］、自動車排ガス（除テスタ）、防災［爆発性ガス検知、有毒ガス検知、新建築材燃焼ガス分析］、植物育成用、化学用分析［石油精製プラント、石油化学プラント、ガス発生プラント］、環境用［着地濃度、トンネル内濃度、駐車場、ビル管理］、理化学各種実験用などの分析計としても有用である。

１：レーザ式ガス分析計
１００：レーザ光出力部
１１０：発光部
１１１：発光部筐体
１１２：レーザ素子
１１３：ウィンドウ
１２０：発光部側パージ部
１２１：管体
１２２：パージガス導入口
１３０：発光部角度調整装置
１３１：発光部調整フランジ
１３１ａ：テーパ部
１３２：溝部
１３３：Ｏリング
１３４：断熱用部材
１３５：ボルト
１３６：ナット
１３７：フランジ
１３８：固定用シール材
２００：レーザ光入力部
２１０：受光部
２１１：受光部筐体
２１２：受光素子
２１３：ウィンドウ
２２０：受光部側パージ部
２２１：管体
２２２：パージガス導入口
２３０：受光部角度調整装置
２３１：受光部調整フランジ
２３１ａ：テーパ部
２３２：溝部
２３３：Ｏリング
２３４：断熱用部材
２３５：ボルト
２３６：ナット
３００：煙道
３１０：管壁
３２０：発光部側固定管
３２１：発光部固定フランジ
３３０：受光部側固定管
３３１：受光部固定フランジ
４００：レーザ光

Claims (7)

1. 発光したレーザ光を出射する発光部と、
   前記発光部と連結され、パージガスを導入する発光部側パージ部と、
   前記発光部側パージ部に連結される発光部角度調整装置と、
   を有し、測定空間と連通する発光部側固定管の先端の発光部固定フランジに対して前記発光部角度調整装置が取り付け角度を変えることで、出射するレーザ光の光軸角度を調整するレーザ光出力部であって、
   前記発光部角度調整装置は、
   前記発光部側パージ部の開口の周囲に設けられ、前記発光部固定フランジと対向する発光部調整フランジと、
   前記発光部調整フランジに設けられ、開口面が前記発光部固定フランジと対向する環状の溝部と、
   前記溝部に配設され、前記発光部固定フランジと接する環状のゴム状シール部と、
   前記溝部の開口面から傾斜するように形成され、前記発光部調整フランジの面を円錐台形状にするテーパ部と、
   前記ゴム状シール部を挟むように前記発光部固定フランジと前記発光部調整フランジとを固定する複数のボルトと、
   を備え、
   前記複数のボルトのネジ送りにより、前記テーパ部が前記発光部固定フランジに接するまでの範囲にて、前記ゴム状シール部を変形させつつ、前記発光部固定フランジに対する前記発光部調整フランジの傾斜角度を変えて光軸を調整することを特徴とするレーザ光出力部。
2. 請求項１に記載のレーザ光出力部において、
   前記発光部調整フランジと前記発光部固定フランジとの間に断熱用部材を備えることを特徴とするレーザ光出力部。
3. 請求項１に記載のレーザ光出力部において、
   前記発光部調整フランジと前記発光部固定フランジとの間に、固定用シール材およびフランジを配置したことを特徴とするレーザ光出力部。
4. 入射したレーザ光を受光する受光部と、
   前記受光部と連結され、パージガスを導入する受光部側パージ部と、
   前記受光部側パージ部に連結される受光部角度調整装置と、
   を有し、測定空間と連通する受光部側固定管の先端の受光部固定フランジに対して前記受光部角度調整装置が取り付け角度を変えることで、入射するレーザ光の光軸角度を調整するレーザ光入力部であって、
   前記受光部角度調整装置は、
   前記受光部側パージ部の開口の周囲に設けられ、前記受光部固定フランジと対向する受光部調整フランジと、
   前記受光部調整フランジに設けられ、開口面が前記受光部固定フランジと対向する環状の溝部と、
   前記溝部に配設され、前記受光部固定フランジと接する環状のゴム状シール部と、
   前記溝部の開口面から傾斜するように形成され、前記受光部調整フランジの面を円錐台形状にするテーパ部と、
   前記ゴム状シール部を挟むように前記受光部固定フランジと前記受光部調整フランジとを固定する複数のボルトと、
   を備え、
   前記複数のボルトのネジ送りにより、前記テーパ部が前記受光部固定フランジに接するまでの範囲にて、前記ゴム状シール部を変形させつつ、前記受光部固定フランジに対する前記受光部調整フランジの傾斜角度を変えて光軸を調整することを特徴とするレーザ光入力部。
5. 請求項４に記載のレーザ光入力部において、
   前記受光部調整フランジと前記受光部固定フランジとの間に断熱用部材を備えることを特徴とするレーザ光入力部。
6. 請求項４に記載のレーザ光入力部において、
   前記受光部調整フランジと前記受光部固定フランジとの間に、固定用シール材およびフランジを配置したことを特徴とするレーザ光入力部。
7. 測定対象ガスを含むガスが存在する測定空間にレーザ光を照射し、測定対象ガスによるレーザ光の吸収による光量変化からガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計において、
   測定対象ガスが吸収する波長のレーザ光をガス中に出射する請求項１〜請求項３の何れかに記載した前記レーザ光出力部と、
   吸収されたレーザ光を受光して検出信号を得る請求項４〜請求項６の何れかに記載した前記レーザ光入力部と、
   を備えたことを特徴とするレーザ式ガス分析計。

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