JP6717337B2 - ガス分析装置 - Google Patents

ガス分析装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6717337B2
JP6717337B2 JP2018074094A JP2018074094A JP6717337B2 JP 6717337 B2 JP6717337 B2 JP 6717337B2 JP 2018074094 A JP2018074094 A JP 2018074094A JP 2018074094 A JP2018074094 A JP 2018074094A JP 6717337 B2 JP6717337 B2 JP 6717337B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
container
screw member
floating base
push screw
gas analyzer
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
JP2018074094A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019184368A (ja
Inventor
純一 松尾
純一 松尾
俊樹 宮阪
俊樹 宮阪
拓也 川島
拓也 川島
守 廣野
守 廣野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2018074094A priority Critical patent/JP6717337B2/ja
Priority to EP19164725.4A priority patent/EP3550289B1/en
Priority to US16/375,668 priority patent/US11181475B2/en
Priority to CN201910271120.8A priority patent/CN110346325B/zh
Publication of JP2019184368A publication Critical patent/JP2019184368A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6717337B2 publication Critical patent/JP6717337B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0071—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for beam steering, e.g. using a mirror outside the cavity to change the beam direction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247—Sampling from a flowing stream of gas
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
    • G01N2021/392—Measuring reradiation, e.g. fluorescence, backscatter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
    • G01N2021/396—Type of laser source
    • G01N2021/399—Diode laser
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/02—Mechanical
    • G01N2201/022—Casings
    • G01N2201/0224—Pivoting casing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/02—Mechanical
    • G01N2201/022—Casings
    • G01N2201/0227—Sealable enclosure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/02—Mechanical
    • G01N2201/023—Controlling conditions in casing
    • G01N2201/0236—Explosion proof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/02—Mechanical
    • G01N2201/024—Modular construction
    • G01N2201/0245—Modular construction with insertable-removable part
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources
    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

本発明は、ガス分析装置に関するものである。
下記特許文献１には、ガス分析装置として、測定対象ガス中にレーザー光を照射し、その波長を走査して得られる吸収特性に基づいて測定対象ガス中のターゲットガスの濃度を測定するガス濃度測定装置が開示されている。このガス濃度測定装置は、測定対象ガスの流路に挿入され、測定対象ガス中に照射された信号光を反射させて往復させる第１の反射鏡を有するプローブと、測定対象ガス中のターゲットガスに吸収される波長帯域のレーザー光を照射し且つその波長を走査可能な光源と、レーザー光の光路を切り替えて信号光と参照光とを交互に発生させる光路切換器と、測定対象ガス中を通り抜けた信号光と参照光の強度を測定する光検出器と、光検出器によって測定された信号光強度及び参照光強度に基づいて測定対象ガス中のターゲットガスの濃度を求める演算部と、を備える。
特開２０１０−１８５６９４号公報
ところで、上記従来技術のようなガス分析装置は、設置現場（例えばボイラーの煙道など）に取り付けられた状態で、光源、反射体、受光素子を含む光学系において、光源から照射されたレーザー光が反射体で反射されて受光素子に入射するような位置関係になっていなければならない。しかし、ガス分析装置の取り付け条件や取り付け状況によっては、必ずしも光源、反射体、受光素子が適切な位置関係になっているとは限らない。
例えば、反射体を先端に保持するプローブは、比較的細い径（おおよそ５０ｍｍ）で０．５〜２ｍ程度の長さがあるため、煙道の内部に片持ちで取り付けられた状態では自重でたわみが発生し、反射体の位置および向きが設計値からずれる場合がある。また、光源及び受光素子を収容する容器も、煙道の外部に片持ちで取り付けられた状態では自重でわずかにたわみが発生し、光源及び受光素子の位置及び向きが設計値からずれる場合がある。
反射体は、煙道の内部に配置されるため、その位置及び向きの調整は困難である。したがって、煙道の外部に配置された光源及び受光素子の少なくともいずれか一方を移動させて、光源、反射体、受光素子が適切な位置関係になるように、レーザー光のビームアライメント（位置及び向きを調整）をする必要がある。
しかしながら、通常、光源及び受光素子は、モジュール化されて容器に収容されており、光源や受光素子の位置を個別に調整するのであれば、容器を開け、内部のモジュールに直接アクセスする必要があった。ガス分析装置の設置現場が、例えば、上述したボイラーの煙道のような防爆エリアである場合には、モジュールが通電状態で容器を開けることは許されないため、現実的にはビームアライメントを行うことは困難であった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、光源及び受光素子を収容する容器を開けることなく、レーザー光のビームアライメントを行えるガス分析装置の提供を目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は、対象ガスにレーザー光を照射する光源と、前記レーザー光を反射する反射体と、前記反射体によって反射された前記レーザー光を受光する受光素子と、前記光源及び前記受光素子を収容する容器と、前記容器の外部から、前記容器の内部まで挿通された挿通部材を介して、前記光源及び前記受光素子の少なくともいずれか一方を、前記レーザー光の照射方向と交差する平面上において移動させるアライメント機構と、を有する、ガス分析装置を採用する。
この構成によれば、容器の外部から、容器の内部まで挿通された挿通部材を介して、光源及び受光素子の少なくともいずれか一方を、レーザー光の照射方向と交差する平面上において移動させることができるため、容器を開けることなくレーザー光のビームアライメントを行える。
また、本発明においては、前記アライメント機構は、前記容器の内部において、前記平面に沿って移動自在に設けられ、前記光源及び前記受光素子の少なくともいずれか一方を支持するフローティングベースを有する、という構成を採用してもよい。
この構成によれば、光源及び受光素子の少なくともいずれか一方を支持するフローティングベースを移動させることで、レーザー光のビームアライメントを行えるため、挿通部材が直接、光源及び受光素子の少なくともいずれか一方にアクセスする必要がなくなり、容器に対する挿通部材の配置の調整が容易になる。
また、本発明においては、前記アライメント機構は、前記フローティングベースを前記平面に沿って付勢する付勢機構と、前記付勢機構の付勢に抗して前記フローティングベースを前記平面に沿って押し込む押しネジ部材と、を有し、前記挿通部材は、前記押しネジ部材をネジ回しする係合部を有している、という構成を採用してもよい。
この構成によれば、挿通部材を介して押しネジ部材を回し、フローティングベースを押し込むことで光源及び受光素子の少なくともいずれか一方を移動させることができる。また、挿通部材によって押しネジ部材を逆に回せば、付勢機構の付勢によってフローティングベースを元の位置に向かって押し返すことができる。
また、本発明においては、前記押しネジ部材として、前記平面に沿う第１の軸方向に、前記フローティングベースを押し込む第１の押しネジ部材と、前記平面に沿う、前記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に、前記フローティングベースを押し込む第２の押しネジ部材と、を有する、という構成を採用してもよい。
この構成によれば、第１の軸方向及び第２の軸方向の二軸直交方向へのフローティングベースの平行移動により、レーザー光のビームアライメントを行える。
また、本発明においては、前記付勢機構は、前記押しネジ部材の中心を通る中心線を挟んで左右対称に配置されている、という構成を採用してもよい。
この構成によれば、押しネジ部材によって押し込まれるフローティングベースの傾きを、左右対称に配置された付勢機構によって抑制できる。
また、本発明においては、前記アライメント機構は、前記第１の押しネジ部材の先端と係合し、前記第２の押しネジ部材の押し込みによる前記フローティングベースの移動を、前記平面と直交する第３の軸回りの揺動に変換する係合部材を有する、という構成を採用してもよい。
この構成によれば、第１の軸方向へのフローティングベースの移動、及び、第３の軸回りのフローティングベースの揺動により、レーザー光のビームアライメントを行える。また、この構成によれば、二軸直交方向にフローティングベースを移動させる場合よりも、付勢機構の設置数を低減できる。
また、本発明においては、前記アライメント機構は、前記容器に対し、前記挿通部材を前記ネジ回し不能に固定する固定ネジ部材を有する、という構成を採用してもよい。
この構成によれば、アライメント後に、挿通部材が回らないように、挿通部材を容器に対して固定することができる。
また、本発明においては、前記容器は、前記挿通部材が挿通される挿通孔を有し、前記挿通部材と前記挿通孔との間をシールするシール部材を有する、という構成を採用してもよい。
この構成によれば、挿通部材と挿通孔との隙間がシールされるため、容器の気密性を保つことができる。
また、本発明においては、前記容器は、耐圧防爆容器である、という構成を採用してもよい。
この構成によれば、防爆エリアに設置されるガス分析装置においても、通電後に耐圧防爆容器を開けることなく、レーザー光のビームアライメントを行うことができる。
上記本発明の態様によれば、光源及び受光素子を収容する容器を開けることなく、レーザー光のビームアライメントを行えるガス分析装置を提供できる。
第１実施形態に係るガス分析装置の構成を示す側面図である。 第１実施形態に係るアライメント機構の構成を示すＩ−Ｉ断面図である。 図２に示す矢視Ａ図である。 図２に示すＩＩ−ＩＩ断面図である。 第１実施形態に係るガス分析装置の（ａ）ビームアライメント前の状態を示す側面図、（ｂ）ビームアライメント中の状態を示す側面図である。 第２実施形態に係るアライメント機構の構成を示す断面図である。 図６に示すＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るガス分析装置１の構成を示す側面図である。
本実施形態のガス分析装置１は、図１に示すように、ボイラーの煙道１００に片持ち支持状態で取り付けられ、煙道１００内を流れる対象ガスＧ（プロセスガス）に含まれる対象成分の濃度を分析する。ガス分析装置１としては、例えばＴＤＬＡＳ（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy:波長可変ダイオードレーザー吸収分光）式レーザガス分析計を用いることができる。
ガス分析装置１は、煙道１００の内部に挿入され、反射体１１を支持するプローブ１０と、煙道１００の外部に配置され、光源２１及び受光素子２２を収容する容器２０と、を有する。プローブ１０は、金属製で、断面が円形状の筒状物体で構成されており、その長さは０．５〜２ｍ程度である。プローブ１０には、開口部１０ａが形成されており、煙道１００内を流れる対象ガスＧがプローブ１０の内部を通過できるようになっている。
プローブ１０の開口部１０ａよりも先端側には、反射体１１が配置されている。反射体１１は、例えばコーナーキューブプリズムやレトロリフレクターなどであり、光源２１から照射されたレーザー光を反射し往復させる。このプローブ１０は、大部分が煙道１００内に位置するよう、煙道１００の外部にフランジ１２を介して取り付けられている。
容器２０は、アライメントフランジ３０（後述）を介して、プローブ１０に接続されている。容器２０は、光源２１として半導体レーザー装置、受光素子２２としてフォトディテクタ、図示しない演算部としてＣＰＵ、その他の電子部品、及び、これらを実装した基板などを収容している。容器２０は、耐圧防爆容器であり、肉厚の重量物である。この容器２０の外周面には、逆火防止装置２０ａが取り付けられている。
光源２１は、プローブ１０の反射体１１に向けてレーザー光を照射する。レーザー光は、プローブ１０の内部を通過し、反射体１１で反射される。反射されたレーザー光は、再度プローブ１０の内部を通過し、受光素子２２に受光される。レーザー光は、プローブ１０の内部を往復する際に、プローブ１０の内部を通過する対象ガスＧによって光吸収を受ける。
演算部は、このレーザー光の光吸収スペクトルに基づいて、対象ガスＧ中の対象成分の濃度を求める。ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣｎＨｍ（炭化水素）、ＮＨ３、Ｏ２など多くのガス分子は、赤外から近赤外域に分子の振動・回転エネルギ遷移による光吸収スペクトルを持つ。光吸収スペクトルは、成分分子固有であり、吸光度が成分濃度と光路長に比例するため（Lambert-Beerの法則）、光吸収スペクトル強度を測定することで対象成分の濃度を求めることができる。
次に、ガス分析装置１のレーザー光のビームアライメント構造について説明する。
なお、以下の説明において、レーザー光の照射方向をＺ軸方向と称し、また、レーザー光の照射方向と直交する水平方向をＸ軸方向と称し、また、レーザー光の照射方向と直交する鉛直方向をＹ軸方向と称して説明することがある。
プローブ１０と容器２０は、上述したようにアライメントフランジ３０を介して接続されている。アライメントフランジ３０は、容器２０（すなわち光源２１及び受光素子２２）の向きを調整するものである。本実施形態のアライメントフランジ３０は、Ｘ軸回りの容器２０の傾き（例えば、容器２０の自重による垂れ）を調整し、また、Ｙ軸回りの容器２０の傾きを調整できるようになっている。
アライメントフランジ３０は、第１フランジ３１と、複数のアライメントロッド３２と、第２フランジ３３と、ベローズ管３４と、を有する。第１フランジ３１は、プローブ１０のフランジ１２に固定されている。アライメントロッド３２は、第１フランジ３１の背面側（容器２０側）に周方向等間隔に例えば４本ほど接続されている。アライメントロッド３２の外周面にはネジ溝が形成され、第２フランジ３３を挟むナットが螺合している。
第２フランジ３３の背面側には、容器２０に固定されている。ベローズ管３４は、第１フランジ３１と第２フランジ３３との間を、傾き調整可能に接続している。この構成のアライメントフランジ３０によれば、複数のアライメントロッド３２に螺合するナットの位置を個別に調整することにより、第１フランジ３１（プローブ１０）に対する第２フランジ３３（容器２０）の傾きを任意に調整することができる。
さらに、ガス分析装置１は、光源２１及び受光素子２２の少なくともいずれか一方（本実施形態では光源２１）の位置を調整するアライメント機構４０を備える。アライメント機構４０は、容器２０の外部から、容器２０の内部まで挿通されたアライメントシャフト４１（挿通部材）を介して、光源２１を、レーザー光の照射方向（Ｚ軸方向）と交差するＸ−Ｙ平面上において移動させるものである。
図２は、第１実施形態に係るアライメント機構４０の構成を示すＩ−Ｉ断面図である。図３は、図２に示す矢視Ａ図である。図４は、図２に示すＩＩ−ＩＩ断面図である。
図２に示すように、容器２０には、複数のアライメントシャフト４１が挿通されている。容器２０は、肉厚に形成され、アライメントシャフト４１が挿通される部位は、それ以外の部位よりも厚く形成されている。なお、アライメントシャフト４１が挿通される部分以外で肉厚な部分には、容器２０を他の部材（例えば上述したアライメントフランジ３０との接続部）に固定するための固定ボルト２０ｂがＺ軸方向に挿通されている。
アライメント機構４０は、光源２１を支持するフローティングベース４２を有する。なお、本実施形態の容器２０の内部には、２組のフローティングベース４２が設けられており、もう一方のフローティングベース４２（図２において紙面左側）にも光源２１が取り付け可能となっている。すなわち、容器２０の内部には、２組の光源２１及び受光素子２２が設置可能とされている。なお、２組のフローティングベース４２の構成及びその周辺構造の構成は、基本的には同じ構成であるため、もう一方の構成についてはその説明を簡略若しくは省略する。
フローティングベース４２は、容器２０の内部に取り付けられた円板状のモジュールベース２３に対して、Ｘ−Ｙ平面に沿って移動可能に設けられている。モジュールベース２３には、受光素子２２が固定されている。光源２１及び受光素子２２は、Ｚ軸方向から視て、モジュールベース２３の中心軸を挟んだ略点対称の位置関係を有する。モジュールベース２３には、Ｚ軸方向に突出する複数の突出部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが形成されている。
Ｙ軸方向において対向する突出部２３ｂ，２３ｄには、図４に示すように、リングプレート２４がボルト部材２５を介して取り付けられている。このリングプレート２４には、レーザー光が通過する開口部２４ａが形成されている。リングプレート２４は、フローティングベース４２とＸ−Ｙ平面上で摺接するスライドパッド２６を支持している。スライドパッド２６は、ネジ軸２６ａと、ロックナット２６ｂと、を有し、Ｚ軸方向において位置調整可能な構成となっている。
一方、モジュールベース２３には、スライドパッド２６と反対側からフローティングベース４２を支持するプランジャ２７が設けられている。プランジャ２７は、フローティングベース４２に接する回転自在なボールと、そのボールをフローティングベース４２に向かってＺ軸方向に付勢するバネ部材と、を有し、フローティングベース４２をＸ−Ｙ平面に沿って移動自在に支持すると共に、スライドパッド２６のＺ軸方向の位置調整に追従できるようになっている。
図２に戻り、Ｘ軸方向において対向する突出部２３ａ，２３ｃには、Ｘ軸方向（第１の軸方向）に、フローティングベース４２を押し込む押しネジ部材４４（第１の押しネジ部材４４ａ）が螺合している。押しネジ部材４４としては、例えば、ファインピッチねじを使用することができる。押しネジ部材４４の先端は、フローティングベース４２の側面に嵌合した摺動片４２ａに当接している。第１の押しネジ部材４４ａに対し、フローティングベース４２を挟んだ反対側には、プランジャ４３（付勢機構）が配置されている。
プランジャ４３は、上述したフローティングベース４２を支持するプランジャ２７と同様の構成であり、ボールと、バネ部材と、を有し、フローティングベース４２をＹ軸方向に移動自在に支持すると共に、第１の押しネジ部材４４ａのＸ軸方向の位置調整に追従できるようになっている。このプランジャ４３は、第１の押しネジ部材４４ａの中心を通る中心線を挟んで左右対称に配置され、突出部２３ｂ，２３ｄに対し一対で取り付けられている。
また、突出部２３ｄ（図２において紙面下側）にも、Ｙ軸方向（第２の軸方向）に、フローティングベース４２を押し込む押しネジ部材４４（第２の押しネジ部材４４ｂ）が螺合している。第２の押しネジ部材４４ｂに対し、フローティングベース４２を挟んだ反対側には、同様にプランジャ４３（付勢機構）が配置されている。プランジャ４３は、第２の押しネジ部材４４ｂの中心を通る中心線を挟んで左右対称に配置され、突出部２３ｂに対し一対で取り付けられている。
アライメントシャフト４１は、押しネジ部材４４をネジ回しする係合部４１ａを有する。係合部４１ａは、押しネジ部材４４のヘッド部に設けられたすり割り（例えばマイナス溝）に係合可能な形状を有している。アライメントシャフト４１は、容器２０を径方向に貫通する挿通孔２０ｃに挿入されている。アライメントシャフト４１の軸部外周面と挿通孔２０ｃの内壁面との間には、アライメントシャフト４１の回転を可能としつつ、容器２０の気密性を確保する微小な隙間（いわゆる防爆スキ）が形成されている。
挿通孔２０ｃから容器２０の外部に突出したアライメントシャフト４１のヘッド部の裏側には、シール部材４８が配置されている。シール部材４８は、アライメントシャフト４１と挿通孔２０ｃとの間をシールするＯ−リングである。このシール部材４８は、アライメントシャフト４１と容器２０との間に挟み込まれることによって、アライメントシャフト４１と挿通孔２０ｃとの隙間を気密にシールし、容器２０の気密性を高めている。
容器２０の外部には、アライメントシャフト４１を回転不能に固定する固定ネジ部材４５が螺合している。固定ネジ部材４５は、図３に示すように、アライメントシャフト４１のヘッド部を押さえ込むことで、アライメント後のアライメントシャフト４１の回転を防止している。さらに、容器２０の外部には、蓋体４６がネジ部材４７を介して固定され、蓋体４６を取り外さないと、アライメントシャフト４１及び固定ネジ部材４５にアクセスできないようになっている。
次に、図５を参照して、上記構成のガス分析装置１のビームアライメント構造の動作（作用）について説明する。
図５は、第１実施形態に係るガス分析装置１の（ａ）ビームアライメント前の状態を示す側面図、（ｂ）ビームアライメント中の状態を示す側面図である。
上述したように本実施形態のガス分析装置１は、ボイラーの煙道１００に片持ち支持状態で取り付けられている。このため、容器２０は、耐圧防爆容器とされ、重量物となっており、図５（ａ）に示すように、自重によるたわみが発生しやすくなっている。このようなたわみが発生すると、容器２０に収容された光源２１から照射されるレーザー光が反射体１１から外れる、若しくは、反射体１１で反射したレーザー光が受光素子２２に帰ってこないなどの虞がある。なお、プローブ１０側においてもたわみが発生するため、以下説明するビームアライメントが必要となってくる。
ビームアライメントの手順について説明すると、先ず、図５（ｂ）に示すように、アライメントフランジ３０を用いて、プローブ１０に対する容器２０の向きを調整し、反射体１１と受光素子２２とを正対させる。次に、容器２０の外部からアライメントシャフト４１を操作することで、容器２０の内部に収容された光源２１の位置を調整する。
この光源２１の位置調整は、通電状態で行い、光源２１から照射されたレーザー光が反射体１１で反射し、受光素子２２に適切に戻ってくることを確認しながら行う。光源２１を適切な位置にアライメントしたら、固定ネジ部材４５（図２参照）によって、アライメントシャフト４１が回転しないように固定する。
以上により、ガス分析装置１のビームアライメントが終了する。
このように、上述した本実施形態によれば、対象ガスＧにレーザー光を照射する光源２１と、レーザー光を反射する反射体１１と、反射体１１によって反射されたレーザー光を受光する受光素子２２と、光源２１及び受光素子２２を収容する容器２０と、容器２０の外部から、容器２０の内部まで挿通されたアライメントシャフト４１を介して、光源２１を、レーザー光の照射方向と交差するＸ−Ｙ平面上において移動させるアライメント機構４０と、を有する、という構成を採用することによって、容器２０の内部まで挿通されたアライメントシャフト４１を介して容器２０の外部から光源２１を移動させることができるため、容器２０を開けることなくレーザー光のビームアライメントを行える。
また、本実施形態では、図２に示すように、アライメント機構４０は、容器２０の内部において、Ｘ−Ｙ平面に沿って移動自在に設けられ、光源２１を支持するフローティングベース４２を有する。この構成によれば、光源２１を支持するフローティングベース４２を移動させることで、レーザー光のビームアライメントを行えるため、アライメントシャフト４１が直接、光源２１にアクセスする必要がなくなり、容器２０に対するアライメントシャフト４１の配置の調整が容易になる。
また、本実施形態では、アライメント機構４０は、フローティングベース４２をＸ−Ｙ平面に沿って付勢するプランジャ４３と、プランジャ４３の付勢に抗してフローティングベース４２をＸ−Ｙ平面に沿って押し込む押しネジ部材４４と、を有し、アライメントシャフト４１は、押しネジ部材４４をネジ回しする係合部４１ａを有している。この構成によれば、アライメントシャフト４１を介して押しネジ部材４４を回し、フローティングベース４２を押し込むことで光源２１を移動させることができる。また、アライメントシャフト４１によって押しネジ部材４４を逆に回せば、プランジャ４３の付勢によってフローティングベース４２を元の位置に向かって押し返すことができる。
また、本実施形態では、押しネジ部材４４として、Ｘ−Ｙ平面に沿う第１の軸方向（Ｘ軸方向）に、フローティングベース４２を押し込む第１の押しネジ部材４４ａと、Ｘ−Ｙ平面に沿う、第１の軸方向と直交する第２の軸方向（Ｙ軸方向）に、フローティングベース４２を押し込む第２の押しネジ部材４４ｂと、を有している。この構成によれば、第１の軸方向及び第２の軸方向の二軸直交方向へのフローティングベース４２の平行移動により、レーザー光のビームアライメントを行える。
また、本実施形態では、プランジャ４３は、押しネジ部材４４の中心を通る中心線を挟んで左右対称に配置されている。この構成によれば、押しネジ部材４４によって押し込まれるフローティングベース４２の傾きを、左右対称に配置されたプランジャ４３によって抑制できる。
また、本実施形態では、アライメント機構４０は、容器２０に対し、アライメントシャフト４１をネジ回し不能に固定する固定ネジ部材４５を有している。この構成によれば、アライメント後に、アライメントシャフト４１が回らないように、アライメントシャフト４１を容器２０に対して固定することができる。
また、本実施形態では、容器２０は、アライメントシャフト４１が挿通される挿通孔２０ｃを有し、アライメントシャフト４１と挿通孔２０ｃとの間をシールするシール部材４８を有する。この構成によれば、アライメントシャフト４１と挿通孔２０ｃとの隙間がシールされるため、アライメントシャフト４１が挿通された容器２０の気密性を保つことができる。
また、本実施形態においては、容器２０が耐圧防爆容器であるため、上述したように防爆エリアに設置されるガス分析装置１においても、通電状態で耐圧防爆容器を開けることなく、レーザー光のビームアライメントを行うことが可能となる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図６は、第２実施形態に係るアライメント機構４０Ａの構成を示す断面図である。図７は、図６に示すＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
図６に示すように、第２実施形態のアライメント機構４０Ａは、第２の押しネジ部材４４ｂの押し込みによるフローティングベース４２Ａの移動を、Ｘ−Ｙ平面と直交する第３の軸（Ｚ軸）回りの揺動に変換する係合部材５０を有する点で、上記実施形態と異なる。
係合部材５０は、フローティングベース４２Ａの側面に固定されている。この係合部材５０は、第１の押しネジ部材４４ａの先端と係合する係合溝５０ａを有する。係合溝５０ａは、Ｖ字溝状に形成されている。一方、第１の押しネジ部材４４ａの先端は、半球状に形成されている。
第２実施形態のフローティングベース４２Ａは、Ｚ軸方向から視て略Ｌ字状に形成されており、係合部材５０の固定位置からＸ軸方向に延びる第１直線部４２Ａ１と、係合部材５０の固定位置からＹ軸方向に延びる第２直線部４２Ａ２と、を有する。第１直線部４２Ａ１には、光源２１が支持されている。第１直線部４２Ａ１は、第２の押しネジ部材４４ｂによってＹ軸方向に押し込み可能とされている。
第２の押しネジ部材４４ｂによって第１直線部４２Ａ１がＹ軸方向に押し込まれると、第１の押しネジ部材４４ａが係合部材５０と係合しているため、フローティングベース４２Ａは第１の押しネジ部材４４ａの先端を中心にＺ軸回りに揺動し、第２直線部４２Ａ２がモジュールベース２３の突出部２３ｄに近づく。このため、突出部２３ｄには、第２直線部４２Ａ２とＸ軸方向で対向するようにプランジャ４３が取り付けられている。
フローティングベース４２Ａは、図７に示すように、モジュールベース２３に固定された摺動ピン５３によって、Ｘ−Ｙ平面に沿って摺動自在に支持されている。フローティングベース４２Ａには、摺動ピン５３との摩擦を低減する摺動ステージ４２ｂが取り付けられている。摺動ピン５３には、モジュールベース２３に螺合するネジ溝が形成され、Ｚ軸方向において位置調整な可能となっている。
また、モジュールベース２３には、摺動ピン５３と同じ側からフローティングベース４２Ａを支持するプランジャ５２が設けられている。一方、リングプレート２４には、摺動ピン５３と反対側からフローティングベース４２Ａを支持するプランジャ５１が設けられている。このプランジャ５１は、上述したボールの代わりに、先端が半球状のピン部材を備えている。これらプランジャ５１，５２は、摺動ピン５３のＺ軸方向の位置調整に追従できるようになっている。
上記構成の第２実施形態のガス分析装置１Ａによれば、図６に示すように、フローティングベース４２Ａが第１の押しネジ部材４４ａの先端と係合する係合部材５０を有するため、第２の押しネジ部材４４ｂの押し込みによるフローティングベース４２Ａの移動を、Ｘ−Ｙ平面と直交するＺ軸回りの揺動に変換することができる。したがって、この構成によれば、Ｘ軸方向へのフローティングベース４２Ａの移動、及び、Ｚ軸回りのフローティングベース４２の揺動により、レーザー光のビームアライメントを行える。また、この構成によれば、図２に示す二軸直交方向にフローティングベース４２を移動させる第１実施形態よりも、プランジャ４３の設置数を低減でき、部品点数の削減し、組み立て性を向上させることができる。
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記実施形態では、光源をフローティングベースに乗せてビームアライメントを行ったが、受光素子をフローティングベースに乗せてビームアライメントを行ってもよい。また、光源と受光素子を同じフローティングベースに乗せてビームアライメント（反射体に対するアライメント）を行ってもよいし、光源と受光素子をそれぞれ別のフローティングベースに乗せてビームアライメントを行ってもよい。
また、例えば、上記実施形態では、フローティングベースをＸ−Ｙ平面に沿って付勢する付勢機構としてプランジャを例示したが、付勢機構は、例えば、板バネやコイルバネ、または、ゴムなどの弾性体であってもよい。
また、例えば、１つのフローティングベースを、Ｘ軸方向の両側及びＹ軸方向の両側から複数の押しネジ部材によって移動させる場合、付勢機構が無くてもよい。
１，１Ａ ガス分析装置
１０ プローブ
１０ａ 開口部
１１ 反射体
２０ 容器
２０ｃ 挿通孔
２１ 光源
２２ 受光素子
４０，４０Ａ アライメント機構
４１ アライメントシャフト（挿通部材）
４１ａ 係合部
４２，４２Ａ フローティングベース
４３ プランジャ（付勢機構）
４４ 押しネジ部材
４４ａ 第１の押しネジ部材
４４ｂ 第２の押しネジ部材
４５ 固定ネジ部材
４８ シール部材
５０ 係合部材
Ｇ 対象ガス

Claims (9)

  1. 対象ガスにレーザー光を照射する光源と、
    前記レーザー光を反射する反射体と、
    前記反射体によって反射された前記レーザー光を受光する受光素子と、
    前記光源及び前記受光素子を収容する容器と、
    前記容器の外部から、前記容器の内部まで挿通された挿通部材を介して、前記光源及び前記受光素子の少なくともいずれか一方を、前記レーザー光の照射方向と交差する平面上において移動させるアライメント機構と、を有する、ことを特徴とするガス分析装置。
  2. 前記アライメント機構は、前記容器の内部において、前記平面に沿って移動自在に設けられ、前記光源及び前記受光素子の少なくともいずれか一方を支持するフローティングベースを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のガス分析装置。
  3. 前記アライメント機構は、
    前記フローティングベースを前記平面に沿って付勢する付勢機構と、
    前記付勢機構の付勢に抗して前記フローティングベースを前記平面に沿って押し込む押しネジ部材と、を有し、
    前記挿通部材は、前記押しネジ部材をネジ回しする係合部を有している、ことを特徴とする請求項２に記載のガス分析装置。
  4. 前記押しネジ部材として、
    前記平面に沿う第１の軸方向に、前記フローティングベースを押し込む第１の押しネジ部材と、
    前記平面に沿う、前記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に、前記フローティングベースを押し込む第２の押しネジ部材と、を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のガス分析装置。
  5. 前記付勢機構は、前記押しネジ部材の中心を通る中心線を挟んで左右対称に配置されている、ことを特徴とする請求項３または４に記載のガス分析装置。
  6. 前記アライメント機構は、前記第１の押しネジ部材の先端と係合し、前記第２の押しネジ部材の押し込みによる前記フローティングベースの移動を、前記平面と直交する第３の軸回りの揺動に変換する係合部材を有する、ことを特徴とする請求項４に記載のガス分析装置。
  7. 前記アライメント機構は、前記容器に対し、前記挿通部材を前記ネジ回し不能に固定する固定ネジ部材を有する、ことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載のガス分析装置。
  8. 前記容器は、前記挿通部材が挿通される挿通孔を有し、
    前記挿通部材と前記挿通孔との間をシールするシール部材を有する、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のガス分析装置。
  9. 前記容器は、耐圧防爆容器である、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のガス分析装置。
JP2018074094A 2018-04-06 2018-04-06 ガス分析装置 Active JP6717337B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018074094A JP6717337B2 (ja) 2018-04-06 2018-04-06 ガス分析装置
EP19164725.4A EP3550289B1 (en) 2018-04-06 2019-03-22 Gas analysis device
US16/375,668 US11181475B2 (en) 2018-04-06 2019-04-04 Gas analysis device
CN201910271120.8A CN110346325B (zh) 2018-04-06 2019-04-04 气体分析装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018074094A JP6717337B2 (ja) 2018-04-06 2018-04-06 ガス分析装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019184368A JP2019184368A (ja) 2019-10-24
JP6717337B2 true JP6717337B2 (ja) 2020-07-01

Family

ID=65911006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018074094A Active JP6717337B2 (ja) 2018-04-06 2018-04-06 ガス分析装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11181475B2 (ja)
EP (1) EP3550289B1 (ja)
JP (1) JP6717337B2 (ja)
CN (1) CN110346325B (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10788420B2 (en) * 2018-04-25 2020-09-29 Yokogawa Electric Corporation Gas analyzer
JP7298640B2 (ja) * 2021-03-30 2023-06-27 横河電機株式会社 ガス分析計

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3041461A (en) * 1958-05-27 1962-06-26 Lindly & Company Inc Photo electric inspecting apparatus
US3770355A (en) * 1972-05-31 1973-11-06 Optical Coating Laboratory Inc Thick window transmission spectrophotometer and method
US4408830A (en) * 1981-03-02 1983-10-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Multidirectional translator mechanism
JPS61203954A (ja) * 1985-03-06 1986-09-09 オリンパス光学工業株式会社 レ−ザ装置
US5355083A (en) * 1988-11-16 1994-10-11 Measurex Corporation Non-contact sensor and method using inductance and laser distance measurements for measuring the thickness of a layer of material overlaying a substrate
US5751423A (en) * 1996-12-06 1998-05-12 United Sciences, Inc. Opacity and forward scattering monitor using beam-steered solid-state light source
US6118520A (en) * 1996-12-18 2000-09-12 The Dow Chemical Company Dual analysis probe
US6608677B1 (en) * 1998-11-09 2003-08-19 Brookhaven Science Associates Llc Mini-lidar sensor for the remote stand-off sensing of chemical/biological substances and method for sensing same
JP5349996B2 (ja) 2009-02-10 2013-11-20 一般財団法人電力中央研究所 ガス濃度測定装置
JP6416453B2 (ja) * 2011-08-12 2018-10-31 株式会社堀場製作所 ガス分析装置
EP2604999A1 (de) * 2011-12-15 2013-06-19 Mettler-Toledo AG Gasmessgerät
CN104122416A (zh) * 2014-08-07 2014-10-29 苏州飞时曼精密仪器有限公司 一种基于扫描探针显微镜的激光检测装置
DE112015004710T5 (de) * 2014-10-17 2017-07-06 Horiba Ltd. Gasanalysevorrichtung
JP6142900B2 (ja) * 2014-12-01 2017-06-07 横河電機株式会社 レーザガス分析計
CN104483284A (zh) 2014-12-31 2015-04-01 苏州奥德克光电有限公司 一种烟气监测仪的光学系统及检测装置
CN104729996B (zh) * 2015-04-17 2017-10-31 江苏天瑞仪器股份有限公司 反射式的激光在线气体分析仪光路装置
NO20150765A1 (en) * 2015-06-11 2016-12-12 Neo Monitors As Gas monitor
EP3176564A1 (en) * 2015-12-03 2017-06-07 Fuji Electric Co., Ltd. Laser-type gas analyzing apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019184368A (ja) 2019-10-24
EP3550289B1 (en) 2021-02-17
CN110346325A (zh) 2019-10-18
EP3550289A1 (en) 2019-10-09
US11181475B2 (en) 2021-11-23
CN110346325B (zh) 2022-05-03
US20190310188A1 (en) 2019-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4915502A (en) Interferometer spectrometer having tiltable reflector assembly and reflector assembly therefor
JP6717337B2 (ja) ガス分析装置
EP3557229B1 (en) Gas analyzer
US7498575B2 (en) Optical analysis device
JP4679962B2 (ja) 光センシングシステム
US8873057B2 (en) Variable path length probe
JP2007170841A (ja) 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
US11255788B2 (en) Optomechanical part for parabolic mirror fine rotation and on-axis linear positioning
JP2009544943A (ja) 光分析のシステム及び方法
JP6582124B2 (ja) 光学装置
CN112484852B (zh) 角度调节机构和具备其的傅立叶变换红外光谱仪
RU2336545C2 (ru) Устройство для юстировки оптических элементов
WO2019240227A1 (ja) 分光測定装置及び分光測定方法
US4605306A (en) Grating monochromator
WO2020026378A1 (ja) 光散乱検出装置および光散乱検出方法
JP3079900B2 (ja) シリンドリカル光学素子測定用ホログラム干渉計装置
JP3142603U (ja) 位置調整装置
US20220390225A1 (en) Device and method for the measurement of inclination and angular stability of electromagnetic radiation beams, and for the measurement of a spatial shift of a focused electromagnetic radiation beam
JP6670355B2 (ja) 傾斜検出装置及び回転レーザ装置
JP3282296B2 (ja) シリンドリカル光学素子測定用ホログラム干渉計装置
JP2021167826A (ja) 光学装置
CN115268001A (zh) 一种适用离轴积分腔的入射光束调整机构
JPH04128641A (ja) Ｘ線試料検査装置
JP2010019750A (ja) 曲率半径測定装置
JPH0557531B2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190618

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190618

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200326

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: 20200512

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200525

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6717337

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150