JPH0217429A - レーザ方式ガスセンサによる濃度測定方法 - Google Patents
レーザ方式ガスセンサによる濃度測定方法Info
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- JPH0217429A JPH0217429A JP16807788A JP16807788A JPH0217429A JP H0217429 A JPH0217429 A JP H0217429A JP 16807788 A JP16807788 A JP 16807788A JP 16807788 A JP16807788 A JP 16807788A JP H0217429 A JPH0217429 A JP H0217429A
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔4既 1皮〕
レーザ光を用いて複数ガス種の濃度を検知するレーザ方
式ガスセンサによるガス濃度測定方法に関し、 1個のレーザ光源を用いて光学系を小型化することを目
的とし、 レーザ光源より放射されるレーザ光を被測定ガス中に透
過させ、その透過光のスペクトル強度を光検知器によっ
て電気信号に変換し、その電気信号に基づいて前記被f
ijll定ガスの濃度を算出して検出するレーザ方式ガ
スセンサにおいて、n種のガス種の吸収線が存在する波
長領域で発光する1個のレーザ光源を配設し、該レーザ
光源から放射されるレーザ光を分割して、分割したレー
ザ光それぞれを被測定ガスおよび前記n種のガス種゛の
1種を収容したn個の参照セルに透過させて、各々iポ
イントからなる吸収スペクトルを求め、参1(<(セル
を用いて得た各ポイントの信号値を要素としたi行n列
の行列Aと、該行列の転置行列Bとの槓l3XAの逆行
列1/ (BXA)、および被測定ガスを用いて得た各
ポイントの信号値を要素とするi行1列の行列Cと前記
転置行列Bとの積BXCを計算し、更に1/ (BxA
)X (BxC)なる演算をおこなって、前記被測定ガ
スに含まれる前記n種のガス種の濃度を算出するように
したごとを特徴とする。
式ガスセンサによるガス濃度測定方法に関し、 1個のレーザ光源を用いて光学系を小型化することを目
的とし、 レーザ光源より放射されるレーザ光を被測定ガス中に透
過させ、その透過光のスペクトル強度を光検知器によっ
て電気信号に変換し、その電気信号に基づいて前記被f
ijll定ガスの濃度を算出して検出するレーザ方式ガ
スセンサにおいて、n種のガス種の吸収線が存在する波
長領域で発光する1個のレーザ光源を配設し、該レーザ
光源から放射されるレーザ光を分割して、分割したレー
ザ光それぞれを被測定ガスおよび前記n種のガス種゛の
1種を収容したn個の参照セルに透過させて、各々iポ
イントからなる吸収スペクトルを求め、参1(<(セル
を用いて得た各ポイントの信号値を要素としたi行n列
の行列Aと、該行列の転置行列Bとの槓l3XAの逆行
列1/ (BXA)、および被測定ガスを用いて得た各
ポイントの信号値を要素とするi行1列の行列Cと前記
転置行列Bとの積BXCを計算し、更に1/ (BxA
)X (BxC)なる演算をおこなって、前記被測定ガ
スに含まれる前記n種のガス種の濃度を算出するように
したごとを特徴とする。
本発明はレーザ光を用いて複数ガス種の濃度を検知する
レーザ方式ガスセンサによるガス?13度測定方法に関
する。
レーザ方式ガスセンサによるガス?13度測定方法に関
する。
〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕従来、吸
収スペクトルの重なるn $i1jのガス種の各々の濃
度を測定する場合、まず、重なりの様子の各々異なるn
個所の波長領域における吸収スペクトルを測定する。即
ち、9種中の[っのガス種が他のガス種と区別がつき易
い波長領域を選んで、その波長領域のスペクトル強度を
測定し、かくして、n個所の波長’6fJ域を選んで、
そのような波長領域を発光するレーデ光源を用いて、そ
れぞれn個のスペクトル強度を測定する。そうして、得
られたスペクトル信号値の行列を演算装置によって求め
る。一方、各々のガス種の既知濃度のスペクトル信号値
を測定して、その信号レベルと既知濃度との比をn行n
列の行列で求め、その逆行列を計算して補正係数とし、
その補正係数の逆行列を前記の行列に乗算して補正し、
そのようにして、n種のガス種の濃度を算出していた(
特願昭62−230251号参照)。
収スペクトルの重なるn $i1jのガス種の各々の濃
度を測定する場合、まず、重なりの様子の各々異なるn
個所の波長領域における吸収スペクトルを測定する。即
ち、9種中の[っのガス種が他のガス種と区別がつき易
い波長領域を選んで、その波長領域のスペクトル強度を
測定し、かくして、n個所の波長’6fJ域を選んで、
そのような波長領域を発光するレーデ光源を用いて、そ
れぞれn個のスペクトル強度を測定する。そうして、得
られたスペクトル信号値の行列を演算装置によって求め
る。一方、各々のガス種の既知濃度のスペクトル信号値
を測定して、その信号レベルと既知濃度との比をn行n
列の行列で求め、その逆行列を計算して補正係数とし、
その補正係数の逆行列を前記の行列に乗算して補正し、
そのようにして、n種のガス種の濃度を算出していた(
特願昭62−230251号参照)。
しかし、そのような濃度測定方法によれば、重なりの様
子が異なって区別がつき易い複数の波長領域におけるス
ペクトルを測定するために、被測定ガスの種類だけ波長
の異なるn個のレーザ光源が必要であり、そのため、高
価なレーザ光源を多数使用して、ガスセンサ装置の光学
系が大型化する欠点があった。
子が異なって区別がつき易い複数の波長領域におけるス
ペクトルを測定するために、被測定ガスの種類だけ波長
の異なるn個のレーザ光源が必要であり、そのため、高
価なレーザ光源を多数使用して、ガスセンサ装置の光学
系が大型化する欠点があった。
第6図はその従来のガスセンサにおける光学系を示す図
で、1.、 +、 L z−・−L7はレーザ光源、に
は被測定ガスセル、N、、N2−N、1は既知の濃度の
1つのガス種を収容した参照セル、 Mll、M12゜
M211 MZZ””’MI’ll+ Mnzは検知器
、 I−1はハーフミラ−、Rはレンズ、Mはミラー
である。
で、1.、 +、 L z−・−L7はレーザ光源、に
は被測定ガスセル、N、、N2−N、1は既知の濃度の
1つのガス種を収容した参照セル、 Mll、M12゜
M211 MZZ””’MI’ll+ Mnzは検知器
、 I−1はハーフミラ−、Rはレンズ、Mはミラー
である。
図のように、異なる波長領域をもったn個のレーザ光源
を設け、区別し易い波長領域をもつ1つのレーザ光源か
らのレーザ光を被測定ガスと神頼。
を設け、区別し易い波長領域をもつ1つのレーザ光源か
らのレーザ光を被測定ガスと神頼。
濃度が既知の1つの参照ガスとを比較し、かくしで、n
個の参照ガスと比較して、上記したように行列で求め、
補正係数の逆行列を乗算してn種のガス種の濃度を算出
していた。
個の参照ガスと比較して、上記したように行列で求め、
補正係数の逆行列を乗算してn種のガス種の濃度を算出
していた。
本発明はそのような多くの高価なレーザ光源を用いるこ
となく、1個のレーザ光源を用いて光学系を小型化する
ことを目的としたガスセンサを提案するものである。
となく、1個のレーザ光源を用いて光学系を小型化する
ことを目的としたガスセンサを提案するものである。
その課題は、第1図に示す原理図のように、n種のガス
種の吸収線が存在する波長領域で発光する1個のレーザ
光源I、。を配設し、該レーザ光源から放射されるレー
ザ光を分割して、分割したレーザ光それぞれを被測定ガ
スセルにおよび前記n種のガス種の1種を収容したn個
の参照セルN1〜Nnに透過させて、各々iポイントか
らなる吸収スペクトルを求め、下記(2)式からなる演
算をおこなって、被測定ガスに含まれる前記n種のガス
種の濃度を算出するようにしたガス濃度測定方法によっ
て解決される。尚、第1図においてN6゜M、〜ML1
は検知器、Hはハーフミラ−1Mはミラーである。
種の吸収線が存在する波長領域で発光する1個のレーザ
光源I、。を配設し、該レーザ光源から放射されるレー
ザ光を分割して、分割したレーザ光それぞれを被測定ガ
スセルにおよび前記n種のガス種の1種を収容したn個
の参照セルN1〜Nnに透過させて、各々iポイントか
らなる吸収スペクトルを求め、下記(2)式からなる演
算をおこなって、被測定ガスに含まれる前記n種のガス
種の濃度を算出するようにしたガス濃度測定方法によっ
て解決される。尚、第1図においてN6゜M、〜ML1
は検知器、Hはハーフミラ−1Mはミラーである。
の場合について説明する。波長領域を1=I00ポイン
トに等分割して、N1ガスを収容した参照セルN、によ
る単位濃度当りのスペクトル信号値を(L、+ + X
I+2 + ” ’、L、+oo)N2ガスを収容し
た参照セルN2によるjp位濃度当りのスペクトル信号
値を (N2.l、χ2+21 ” ’、x2+1OQ)被
測定ガスを収容した被測定ガスセルKにょる華イ17瀞
度当りのスペクトル信号値を (Y+ 、 Y2 、 ・・・、 Y+oo )
とし、被測定ガス中のN1ガスとN2ガスの濃度が各々
aとbであれば、 (作 用〕 即ち、本発明はレーザの1つのモード(モードホップの
ない連続的に波長を変え得る領域;20〜50人範υ■
)によってn個のガス種の吸収スペクトルを測定し、次
の信号処理を演算装置によりおこなわせる。
トに等分割して、N1ガスを収容した参照セルN、によ
る単位濃度当りのスペクトル信号値を(L、+ + X
I+2 + ” ’、L、+oo)N2ガスを収容し
た参照セルN2によるjp位濃度当りのスペクトル信号
値を (N2.l、χ2+21 ” ’、x2+1OQ)被
測定ガスを収容した被測定ガスセルKにょる華イ17瀞
度当りのスペクトル信号値を (Y+ 、 Y2 、 ・・・、 Y+oo )
とし、被測定ガス中のN1ガスとN2ガスの濃度が各々
aとbであれば、 (作 用〕 即ち、本発明はレーザの1つのモード(モードホップの
ない連続的に波長を変え得る領域;20〜50人範υ■
)によってn個のガス種の吸収スペクトルを測定し、次
の信号処理を演算装置によりおこなわせる。
その信号処理の説明を簡単にするためにn=2なる関係
が成立し、これを書き換えると、が成立する。この式の
両辺に、 になる。この式の両辺に、 を掛は合わすと、 即ち、逆行列をかけると、 になり、 になる。即ち、 (L+ I + X+−2+ ・・・、χ7.1゜。
が成立し、これを書き換えると、が成立する。この式の
両辺に、 になる。この式の両辺に、 を掛は合わすと、 即ち、逆行列をかけると、 になり、 になる。即ち、 (L+ I + X+−2+ ・・・、χ7.1゜。
)(Xz、+ 、N2,2 、” ・、 Xz、+oo
)(y+ 、yz 、 ・・・、Y、。。)を測定し
て°、上式の演算をおこなえば被測定ガス内のN、ガス
とN2ガスとの濃度a、bを求めることができる。
)(y+ 、yz 、 ・・・、Y、。。)を測定し
て°、上式の演算をおこなえば被測定ガス内のN、ガス
とN2ガスとの濃度a、bを求めることができる。
被測定ガスが3種類以上でもハーフミラ−1参照セルを
増やせば同様であり、ガス種をn、?5度をal+
a2+ ・・・、anとして、ことができる。
増やせば同様であり、ガス種をn、?5度をal+
a2+ ・・・、anとして、ことができる。
上記の演算をおこなえば、レーザの1モードによってn
種のガス種の吸収スペクトルを測定でき、1つのレーザ
光源のみを用いたガスセンサが構成できる。
種のガス種の吸収スペクトルを測定でき、1つのレーザ
光源のみを用いたガスセンサが構成できる。
以■、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
例えば、被測定ガスがN、ガスとN2ガスとの2種類か
らなり、それぞれがa、bの濃度で含まれているとする
と、演算は(1)式でおこなうことができ、第2図に示
すガスセンサの光学系の構成になる。なお、第2図にお
いて、図中の記号は第1図と同一部位に同一記号が付け
てあり、1ぐはレンズである。
らなり、それぞれがa、bの濃度で含まれているとする
と、演算は(1)式でおこなうことができ、第2図に示
すガスセンサの光学系の構成になる。なお、第2図にお
いて、図中の記号は第1図と同一部位に同一記号が付け
てあり、1ぐはレンズである。
第3図はスペクトル15号を処理する信号処理回路図を
示しており、上記に説明した以外の記号はIL 12.
13はロックインアンプ回路、 21.22.23はパ
ワー測定回路、 31.32.33.34. ++5.
3〔iはサンプルホールド回路、40はマルチプレクサ
回路。
示しており、上記に説明した以外の記号はIL 12.
13はロックインアンプ回路、 21.22.23はパ
ワー測定回路、 31.32.33.34. ++5.
3〔iはサンプルホールド回路、40はマルチプレクサ
回路。
45は△Dコンバータ、50は演算装置(マイクロコン
ピュータ)、55はレーザの制御電源である。本発明で
は、例えば、測定しようとする波長領域を100ポイン
ト (−i)に区分けして波長数を順次に変え、それぞ
れを変調するが、そのための1=100ポイントのレー
ザ電流の変化図を第4図に示しており、演算装置50か
らの指示により制御電源55によってレーザ電流を図の
ように変化させる。
ピュータ)、55はレーザの制御電源である。本発明で
は、例えば、測定しようとする波長領域を100ポイン
ト (−i)に区分けして波長数を順次に変え、それぞ
れを変調するが、そのための1=100ポイントのレー
ザ電流の変化図を第4図に示しており、演算装置50か
らの指示により制御電源55によってレーザ電流を図の
ように変化させる。
そうして、光は検知器M0〜M2によって電気信号に変
換される。ロックインアンプ回路は、二次高調波の成分
を検出する。また、パワー測定回路では電流カット時に
スペクトル強度を検出する。
換される。ロックインアンプ回路は、二次高調波の成分
を検出する。また、パワー測定回路では電流カット時に
スペクトル強度を検出する。
それらはサンプルホールド回路、マルチプレクサ回路4
0を経て順次にADコンバータ45でデジタル信号に変
換され、それが演算装置Y7:50で計算されて出力さ
れる。
0を経て順次にADコンバータ45でデジタル信号に変
換され、それが演算装置Y7:50で計算されて出力さ
れる。
第5図は実測ガスの二次微分スペクトルを例示しており
、被測定ガスがエタン(C2H6)とプロパン(C:+
Ha)との2種類であり、第1図(alハ参参照セルN
回内プロパンガスのスペクトル。
、被測定ガスがエタン(C2H6)とプロパン(C:+
Ha)との2種類であり、第1図(alハ参参照セルN
回内プロパンガスのスペクトル。
同図(blは参照セルNz内のエタンガスのスペクトル
、同図(C1は被測定ガスのエタンガスとプロパンガス
とを含むスペクトルであって、このようなスペク1−ル
が100ポイン1−に区分されて検知され、上記(1)
弐より演算・補正されて各々の;溜度が検知されるもの
である。
、同図(C1は被測定ガスのエタンガスとプロパンガス
とを含むスペクトルであって、このようなスペク1−ル
が100ポイン1−に区分されて検知され、上記(1)
弐より演算・補正されて各々の;溜度が検知されるもの
である。
なお、前記した従来法では二次微分スペクトルの特徴あ
る2〜3ポイントのみを選んで算出していたが、本発明
にかかる測定方法では細かく区分した多数ポイントから
なるスペクトル波形を描きだして算出することが大きく
相違している点である。
る2〜3ポイントのみを選んで算出していたが、本発明
にかかる測定方法では細かく区分した多数ポイントから
なるスペクトル波形を描きだして算出することが大きく
相違している点である。
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる濃度測
定方法によれば高価なレーザ光源を多数用いることなく
、1個のレーザ光源を用いてレーザ光源および検知器を
含む光学系を小型にし、ガスセンサを安価に作成するこ
とができる利点の大きいものである。
定方法によれば高価なレーザ光源を多数用いることなく
、1個のレーザ光源を用いてレーザ光源および検知器を
含む光学系を小型にし、ガスセンサを安価に作成するこ
とができる利点の大きいものである。
第1図は原理図、
第2図は実施例の光学系を示す図、
第3図は信号処理回路図、
第4図はレーザ電流の変化図、
第5図は実測ガスの二次微分スペクトル図、第6図は従
来の光学系を示す図である。 図において、 1、。はレーザ光源、 Kは被測定ガスセル、 N、〜N、、は参照セル、 M o ”” M−は検知器、 1(はハーフミラ− Mはミラー を示している。 壁 透間 第1図 *二##J l1jl 、t)TJミ2≦七ニミr、J
lコイ1第2図 −一′ト岐梶 区とx−L全寛9怒
来の光学系を示す図である。 図において、 1、。はレーザ光源、 Kは被測定ガスセル、 N、〜N、、は参照セル、 M o ”” M−は検知器、 1(はハーフミラ− Mはミラー を示している。 壁 透間 第1図 *二##J l1jl 、t)TJミ2≦七ニミr、J
lコイ1第2図 −一′ト岐梶 区とx−L全寛9怒
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 波長可変のレーザ光源より放射されるレーザ光を被測定
ガス中に透過させ、その透過光のスペクトル強度を光検
知器によつて電気信号に変換し、その電気信号に基づい
て前記被測定ガスの濃度を算出して検出するレーザ方式
ガスセンサにおいて、n種のガス種の吸収線が存在する
波長領域で発光する1個のレーザ光源を配置し、該レー
ザ光源から放射されるレーザ光を分割して、分割したレ
ーザ光それぞれを被測定ガスセルおよび前記n種のガス
種の1種を収容したn個の参照セルに透過させて、各々
のiポイントからなる吸収スペクトルを求め、 ▲数式、化学式、表等があります▼ (但し、X_1_,_i〜X_n_,_iは参照セルを
透過したスペクトル信号値、Y_1〜Y_nは被測定ガ
スセルを透過したスペクトル信号値、a_1〜a_nは
n種のガス温度) なる演算をおこなつて、前記被測定ガスに含まれる前記
n種のガス種の濃度を算出するようにしたことを特徴と
するレーザ方式ガスセンサによるガス濃度測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16807788A JPH0217429A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | レーザ方式ガスセンサによる濃度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16807788A JPH0217429A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | レーザ方式ガスセンサによる濃度測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0217429A true JPH0217429A (ja) | 1990-01-22 |
Family
ID=15861417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16807788A Pending JPH0217429A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | レーザ方式ガスセンサによる濃度測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0217429A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPH04113062U (ja) * | 1991-03-20 | 1992-10-01 | 横河電機株式会社 | 自動補正回路付吸光度計 |
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-
1988
- 1988-07-05 JP JP16807788A patent/JPH0217429A/ja active Pending
Cited By (11)
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