JPH0255938A - 排出ガス流成分の多成分を測定する方法、ガス採取装置及びガス測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガス分析技術、より特定的には、多成分のガ
ス流の瞬時オンライン分析に関する。

［従来の技術］ ガス分析は、大向もしくは動物の呼吸気の測定から、自
＃Ｊ車の排気を含む燃焼Ｖ排ガスの測定に到るまで広い
範囲の有用性がある。従来、ガス分析は、希釈管を用い
、分析すべきガス流からオフラインで液体または固体を
用いて行われてきた。

このような技法は、瞬時の動的な情報を提供することが
不可能であり、更に一方法につき一つの成分しか測定し
ないので、近代の目的のためには不適当である。このよ
うな技法では、益々増大するデータを処理することは不
可能である。

液体または固体を使わない分析には、化学発光分析、炎
イオン分析、及び全炭化水素分析などがあるが、すべＣ
赤外分光分析を用いない方法である。これらの方法は、
以下の理由によって不適当であることが証明されている
。即ら、（ａ）分析が甲−成分についてであること、（
ｂ）長時間、時には週という時間がかかること、（ｃ）
別の独立した成分に対するデータは応答時間に共通性が
なく、従って一緒にすることが容易にできないこと、（
ｄ）検出データが、添加化学薬剤の相互干渉を受Ｇブる
こと、及び（ｅ）ある種のガス化合物は分析出来ないこ
とがその理由である。

ガス分析への最近の適用の一つとしては、赤外分光分析
が用いられてきている。赤外分光分析は、長年にわたっ
て化学生成物の組成に関する情報を得るための品質管理
手法として使用されてきたが、木質的にはオフラインで
主として非ガスの測定に用いられてきたものである。試
料は、典型的には薄くフィルムもしくは溶液状に調製さ
れ、実験室の器具を用いて品質管理室で測定される。残
念なことには、実際の製造時間と分析結果の出る時間と
の間の生来の時間遅れは、数時間から数日にも及ぶのが
典型的であるので、結果として高価な廃物や許容されな
い製品をだしてしまうことがあった。フーリエ変換を赤
外分光分析に用いる手法は、ガス流に懸濁する粒子に適
用されてきている（米国特許用４，６５２．７５５号を
参照のこと）。

赤外分光分析をガス分析に用いる従来技術応用において
は、ガス試料の希釈がないので、試料に水蒸気を十分与
えるためにガス自体を１００℃を超える温度に加熱する
必要があった。また、このような検出された情報に他の
参考情報を対照として適用する場合には、この参考情報
も同じ高温で得られたものである必要があったので、方
法は全体として極端に複雑かつ微妙になり、また検１が
困難になった。米国特許用４．５４９，０８０号におい
ては、個々の独立した波長をフィルターを用いて見るよ
うになっているが、やはり希釈なしで行うものである。

車からの排出ガスを測定することは益々困難になってき
ている。より効率的な触媒式転化器が１ｍ発されるに従
って、検出限界をより低下させる要求が起きてぎている
。代替燃料油の研究には、新規なしかも未だ特性が明ら
かになっていないガス種に遭遇するので、より大幅な融
通性が必要となる。これらの要求に加えて、低排ガス量
のより効率的エンジンに対する必要性があるために、エ
ンジン作動の過渡状態においても分析を行うことが可能
な、敏速なオンライン計測装置の開発が求められる。こ
のような新規な分析が開発されれば、一定容積ガス試料
採取に代表される高価な排ガス取扱機器を有する従来的
排ガス計測器から得られる現行の累積情報に代わって、
燃焼Ａ程を徹底的に調べることが可能となろう。

本発明者らは、ガスのオンライン分析、特に車の排ガス
に赤外分光分析を応用した。ＳＡＥ論文＃８１０／Ｉ２
９　（１９８１）に掲載のパトラ−（Ｂｕｔｌｅｒ）ら
の科学的刊行物ｒ　ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光分
析）と質量分析による自動車排出ガスのオンライン特性
化」に記載しであるような本発明らの初期の研究報告書
には、車の排出ガスの動的分析を行うシステムが記載さ
れている。この分析システムは、フーリエ変換、赤外分
光計、四極質屋分析計、及び全炭化水素分析計がら構成
される。この分析装置は、定常状態のガス流からの排出
物を、調節された崖であれ、そのままの非調ＩＩであれ
、オンラインで測定することが可能であったけれども、
ある程度面倒なやり方で横滑する必要があった。上記の
三つの主分析装置要素は相当程度高価であるということ
はさておいても、より重要なことは、異常に大型の定流
当試料採取装置が、試料ガスの希釈のために必要とされ
るということであった。このような統合システムの作動
速度は、三秒間という速度であった。しかし、データは
オフラインで分析されているので、（試験が行われてい
る間の）実時間に分析を行えなくしている。かくして、
分析時間というものができてしまうので、これは新規な
適用が要求する速さにはｊ９Ｊつでいないと考えられる
。もしｂ全炭化水素分析計、四極１１聞分析計、及び定
流饋試料採取装置を省略することが出来たら、このシス
テムのコストは、大幅に減少することになろう。そして
、残った分析装置要素の応答時間が改良されたならば、
データ採取の速度を大幅に増加することが可能であろう
。更に、データを（試験の聞の）、実時間で処理するこ
とが出来たら、変化の起きた場合の調節を直ちに行うこ
とが出来て、さらに調節の効果も見ることが出来るので
、情報の有用性も非常に増大することであろう。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の主な目的は、本発明を使うことによって、質量
分析装置、空気／燃料比センサ、及び炭化水素分析計な
どの大型の装置を用いる必要性をなくし、同時に、極め
て高い解像度、多量のスペクトル　データ、並びに極め
て速い速度をもって、諸々のガス成分に関するデータを
実時間で測定、表示する改良されたガス分析方法、及び
分析装置要素の簡略化した独特の組み合わせシステムを
提供することである。

本発明の他の目的は、水の凝縮による汚染をなくし、試
料ガスの質ｆｆｉ流速の比例性を確保する、改良された
ガス試料採取装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、多成分排出ガス流に対する改
良されたオンライン測定装置を提供することであるが、
この装置の特徴とするところは、データ採取速度が改良
されていること、誤データまたは干渉データが発生覆る
恐れが殆どないことであり、更に遥かに安価に製作でき
るものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の方法は、次の段階、即ち、 （ａ）　　ガス排出流から試料流を連続的に取り出すに
あたって、（＋）固体又は液体の粒子を実質的に除去す
るために試料流をろ過すること、（ｉｉ）このような試
料流の露点を室温以下に下げるために試料流を十分に希
釈すること、及び（ｉｉｉ）参照伝達周波数スペクトル
　データを発生するのに使われるガスの温度、圧力と実
質的に同じにするために、試料流の温度及び／又は圧力
を変化さヒ゛ること、（ｂ）　　電磁波放射ビームで試
料流を連続的に放射し、一方、試料流の放射前もしくは
放射直接にビームの低周波数範囲の赤外線の振幅を変調
して、スペクトル干渉縞から生ずる識別可能の振幅変化
を右する電磁波信号を発生すること、 （ｃ）　　該４ｎ号を十分に高い速度で検出、採取して
、相Ｕスペクトル干渉なしに近隣のスペクトル縞のピー
クを識別し、実時間での信号分析を可能とすること、及
び （ｄ）　　該信号を分析するにあたり、（ｉ）Ｂｃｅｒ
の法則に従って該信号を数学的に操作して、背景値を考
慮に入れて補償した改質データを発生し、次に、（ｉｉ
）存在すると思われる各ガス成分に対する改質データに
上記の参照伝達周波数スペクトル　データを対照として
適用して、ガス排出流の中に存在すると思われる各々全
てのガス成分に対する直線的定量測定を行うことによっ
て、実時間にて信号を分析すること、 から成ることを特徴とするものである。Ｂｅｅｒの法則
とは、しばしば以下のように記される。

！／１ｏ＝ｅｘｐ　［−ａ−８（ｆ）］ここで、 １＝吸収セルから出てくる光の強度 １、＝吸収セルへ入る光の強度 ｅｘｐ＝自然対数の底、つまり２．７１８２８α＝粒子
濃度Ｘセル厚さ Ｓ＝ニスベクトル収係数 ｆ＝周波数あるいは波数 より特定的には、段階（ｂ）が、光ビームで試料流を連
続的に照射し、試料流から出てくる一部吸収された光ビ
ームを分割し、一部を固定長さの距離だけ通過させ、予
め定められたストロークで鏡を動かすことによって決定
される可変長さの距離だけ他部を通過させ、そしてこれ
ら二つのビーム部分を再び一緒にして、スペクトル干渉
縞から生じる光信号を発生させることから成るのが、有
利である。より特定的には、段階（ｃ）が、光ビーム行
路差１１当たり最低８０００測定回なる速度及び最低４
１なる光路差にて信号を検出、採取することから成るの
が好ましい。より特定的には、段階（ｄ）が、（ｉ）検
出された信号の間隔を基本伝達周波数スペクトル　デー
タへ変換すること、（ｉｉ）既知の背景値伝達周波数ス
ペクトル　データの上記入１本データに対する比を取り
、この比の負の対数を取って改質したスペクトル　デー
タを発生すること、（ｉｉｉ）存在すると考えられる各
成分に対して、上記改質吸収スペクトル　データから参
照伝達周波数スペクトル吸収データを差し引き、単位間
隔時間当たりの成分濃度を出すことによって、信号を数
学的に操作することから成るのが有利である。所望なら
ば、抜き出される試料流の質屋流量で割ることによって
、この濃度値をマイル当たりの質量に転化し、単位時間
あるいはエンジン使用当たりの質ｎとすることが可能で
ある。

試料流は、本流のガス排出質量流量に比例するようにす
るのが好ましい。試料流のこのような比例性は、Ｌｌｌ
影形成素子、本流並びに試料流に入れることによって達
成することができる。希釈は、窒素ガスを試料に５：１
〜７０：１の流量範囲で入れることによって達成するの
が好ましい。

数学的変換段階は、フーリエ変換を用いて行い、伝達周
波数スペクトル　データを提供するのが好ましい。干渉
のない信号を得るには、ある特定の成分に対して最大／
Ｒ小信号周波数領域から主に成る参照データを用いて、
広い範囲のスペクトルデータから濃度に関する情報を抽
出する。

［作用］ 以下に本発明の方法の各段階を最良の実施形態に関して
詳述する。

ガス試料の採取 本発明の方法の第１段階は、ガス排出流の試料を連続的
に抜き出すことにあるが、その際には、（ｉ）固体また
は液体を実質的に含まないように試料をろ過し、（ｉｉ
）ガス排出流の質屋流量に試料が比例するようにし、（
ｉｉｉ）室温以下に試料流の露点を下げるために試料を
十分に希釈し、そして（ｉｖ）採取した参照データと実
質的に同じ温度及び圧力に試料の温度及び圧力を変える
。参照データは、室温及び圧カフ００トル（Ｔｏｒｒ）
にて採取されるのが好ましいが、この条件であると、通
常は試料ガス流の冷却を必要とする。

第１図に示すように、これらの機能を果たすためには採
取装置１０が使われる。この装置はステンレス鋼管１１
からできているが、内径約２１／４インチ及び長さ約３
フィート、好ましくは４フィート以下であるのが好まし
い。このｆ！（ティールバイブつまりエンジンの排気管
に取り付けられている）の入口つまり上流端１１ａには
、追跡用ガス、好ましくは四弗化炭素導入用の人口１２
が位冒している。追跡用ガスは、例えば１０α３／ｓｔ
ｎなる既知の量にて注入される。入口１２は約１／８イ
ンチの喉径を有しているのがよく、排気主流に対向し、
かつ邪魔板１３と同一平面上にあって、完全混合を達成
するようになっている。

追跡用ガスの注入は、排出ガス主流の変動と独立に排気
質ｆｆｉ流の測定を可能にするために必要である。

追跡用ガスと排出ガスとは、ともに採取管の本体を通り
、例えば邪魔板１３によって混合され、管１１の内部の
主流１８の中に入っている主層流素子１４にぶつつかる
。素子１４があるので、主流の背圧が質量流の増加に応
答して増大する。試料採取口１５は主層流素子の内側表
面１４ａの近くに問いている。試料採取通路１６にも試
料流１９を通す層流素子１７がある。通路２１には、赤
外線光学装置２３のセル２２への希釈流が流れる。

通路２４は通路２１と管１１の出口端１１ｂとを繋げる
もので、圧力差で試料流が抜き出されるようにする。二
つの層流素子１４と１７の下流側圧力は実質的に同一で
ある。従って、採取分流は、これら二つの層流素子のフ
、ンダクタンスに比例する。

採取分流１９は、次に希釈ガスを２０に於ける入口から
入れることによって希釈される。希釈ガスは、例えば純
度９９．９％を有する窒素であって、約５＝１〜７０：
１の比で試料流を希釈するように、１分間当たり約３０
リツトルの流量にて流入するのが好ましい。希釈は重要
である。何故ならば、希釈によって凝縮が防止され、試
験が実質的に常圧の状態（７００ｔ−ルが好ましい）に
て行うことが可能になるからである。このようにするこ
とによって、赤外線スペクトルへの圧力効果を最小限に
し、既存の審照データベースを用いて検量することが可
能となる。

照射 セル２２中の希釈された試料流は、次に赤外線源に喘ず
ことにより連続的に照射されて試験スペクトル　データ
を発生する。これは、第１図に概略的に示されている赤
外線光学装置２３を用いて行われるが、この装置におい
ては、光学的分析系配置により、赤外線は光源２６から
＆１ｌｉ２７によって集光器２５を通り次いで再びｍ２
８によって、希釈試料ガス流含有の試料モヂュールのセ
ル２２へ入射する。部分的に吸収されたビームは、セル
２２から出て、鎮２９によってビーム分岐器３０へ入る
。ビームは、装Ｒ３５にて二つの部分に分岐され、一方
は分岐器で反射され一定の距離を通過し、コーナー　４
ニユーブ（ｃｏｒｎｅｒ−ｃｕｂｅ　）　１２３１へ入
り、分岐器３０へ戻り分岐装置３５を通過する。他方の
ビーム部分は、装置３５を通過するようになっていて、
往復可動のコーナー　キューブｌｌ３２の動きによって
決定される可変距離を通過する。コーナー　キューブ饋
３２は、ベアリング４９を介して鏡３２に取り付けられ
ているｍ４８を動かすリニア電磁モーターによって動か
される。鏡ギューブのストロークの大きさは、最初の分
岐ビーム部分からの伯の分岐ビームの変位を決定する。

変位したビーム部分と変位しなかったビーム部分とは、
ともに装ｖ１３５によって一緒にされ、スペクトル干渉
縞から得られる光信号を発生ずる。

可動コーナーキューブ鎖３２の動きを検出し、検出信号
を何時測定するかを決定するためには、ヘリウム−ネオ
ン　レーザー系３８が用いられる。

３８の光源から放射されたビームは、固定コーナーキュ
ーブ鏡３１に関連している配向装置３９を通過し、それ
から鏡４５によって、可動コーナーキューブ鎖３２に関
連している配向装置４６へ向けられる。検出器５０は、
二つの鏡の間のピロ配向からの差あるいは変位を検出し
、従って可動コーナーキューブ鏡３２の位置と動きを検
出する。

装置２３は従来の格子式あるいはプリズム式装置とは異
なる。それは、走査マイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ
　）干渉計を使って独特の低周波数にて放射線の各波長
の振幅を変調することによって、波長の決定がなされる
という点である。使用干渉計は、ＫＢｒ／Ｇｅビーム分
岐器を装備したマチソン　シリウス１００型（Ｈａｔｔ
ｓｏｎ　５ＩＲＩＵＳ　　１００　）であった。光源は
、従来のセラミック灯で、広帯域の赤外線を照射する。

これは白熱灯に類似であるが、白熱灯は一般に強い周波
数を全て有するものである。セル２２は、ヴイルクス（
Ｍｉｌｋｓ　）　２０メ一トル型可変光路セルで、１４
次にて用いられているので、有効光路長さ２１．７５メ
ートルとなる。

変位とは、スペクトル干渉縞を発生するために光ビーム
の一部を分岐するのに用いられる鏡の移！Ｉ＋　ＩＩあ
るいはストローク量を意味するものとして、木用細占の
中では使われている。スペクトル干渉縞とは、ストロー
クによって動かされた鏡の動きによって元の放射ビーム
に印加された強度の変動を意味するものとして、木用ａ
Ｓの中では使われている。干渉縞は、その独特の低周波
数にて各放射線波長の振幅変調を行う干渉計を使用する
ことによって得られる。

検出 スペクトル干渉縞から発生した光信号は、鏡３３によっ
て検出器３４（液体窒素で冷却されたＦｉＣｄＴｅ光伝
導体）光面導体。放射スペクトルはこの検出器に連続的
に入り、アナログの電圧に変換される。増幅された電圧
信号は、検出器の伝導度の変化の一次的表現であるが、
コンピューター処理装置３７を用いてこの電圧信号をデ
ジタル化す−る。多成分排出ガス流から構成される装置
のスペクトル　データに関して高解像度を得るためには
、この検出器は、光路差１１当たり最低８ｏｏｏＰｓ定
回数しかも光路差最低４ｃｍという条件にて、光信号〈
検出器の伝導度変化として得られる）を検出、採取して
人聞のスペクトル　データを発生しなければならない。

極めて短い間隔の間にこのような極めて大田のスペクト
ル　データが得られるので、相互スペクトル干渉なしに
、近隣のスペクトル　パターン　ビークを実質的に完全
に識別することが、この方法を用いて可能となる。

検出器出力電圧の測定は、４　ｃｍのストロークの闇に
一定の間隔（実質的にヘリウム−ネオン　レーザーの波
長の間隔）にて行われる。近隣のスペクトル　ビークを
識別するということは、コーナーキューブ鏡ストローク
を十分長くとって、スベク１−ル線幅が、２５ｃＩＩ−
’（波／　ａｓ　）になるようなスペクトル縞を作ると
いうことを意味する。。

このような信号は、３秒間隔で採取され、干渉縞図を形
成し、コンピューター処理装置３７のメモリーに干渉縞
図が記録される。（３秒という）間隔は、スペクトル　
データを完全に処理するに必要な時間によって決定され
た。検出器は、単位時間もしくは間隔当たりのアナログ
信号としてスペクトル放射データを受は取り、単位時間
当たり連続的に変化するデジタル信号へ変換し、コンピ
ューター　メモリーへ貯える。検出器に入る信号は、ス
ライドするコーナーキューブ鏡が４０＋の光路を走査す
る間の３秒間隔に少なくとも３２．ＯＯＯデータ点とい
う速度である。

数学的変換 そのような極めて短時間の間にデータ点を高度に蓄積し
たものを検出、記録する能力は、多ΦメーＥり一供給回
路を有する多重処理コンピューター４０−４１〜４４を
使うことによって可能となる。

より詳しくいえば、多重回路は以下の機能を達成する。

入ってくる信号が記録、蓄積されている聞に、（ｉ）前
に蓄えられていた信号を同時にフーリエ転換して、コン
ピューター４０中にスペクトル信号を作り出ずことが可
能で、（ｉｉ）変換された信号をコンピューター４１−
４４中にてガス成分濃度に戻すことも可能で、さらに（
ｉｉｉ）コンピューター処理した値を祝示装置に表示す
ることも可能である。これらの機能は、実詩間で達成さ
れる。

数学的変換の第一段階においては、スペクトル干渉縞か
ら得られる検出信号のスペクトルあるいは間隔（第２図
に示されるような干渉図）が、第３図に示されるような
波数（周波数）に対する赤外線強度（吸収能）図に変換
される。これは、コンピューター４０中にプログラムさ
れたフーリエ転換技法を使うことによって行われる。コ
ンピューター４０中にて用いられるこのような技法の詳
細な記載については、１９７２年、ニコーヨークのアカ
デミツク　プレス　社から刊行のアール。

ジエイ、ベル（Ｒ，Ｊ、Ｂｅ１ｌ）箸の１フ一リエ変換
分光分析の初歩（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｏｒｙ　Ｆｏｕｒ
ｉｅｒ−ＴｒａｎｓｆｏｒｍＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
）　Ｊを参照されたい。デジタル的に記録された干渉図
の周波数分析もしくはフーリエ分析を行うと、赤外線強
度、つまり赤外線スペクトルが波数の関数である関係が
得られる。フーリエ変換分光分析法を用いると、ガス混
合物の定量分析に必要な極めて高ｗＩ−像度のスペクト
ルを得ようとする時に、極めて高速度であるという利点
がある。ｒＴｌｎなる略称は、装置２３及びコンピュー
ター４０によって行われる操作を意味するものとして、
本明細書では使われる。

そのような太陽かつ高速の信号を電子的に処理する速度
を増加するためには、アレイ型ブＯセッサーが、多重処
理コンピュータ４０の一部として使われる。この多重処
理コンピューターはまたマス　コンポ　ミニコン２　メ
ガ　バイト　メモリ、８５　メガ　バイト　ウインヂエ
スター　ディスク、１．２メガ　バイト　フロッピー　
ディスク、及びデータ処理の表示および記録を取り扱う
４０メガ　バイト　磁気テープ装置を有する。

ソフトウェア−パッケージとしては、特殊、高速フーリ
エ変換ルーティン及び比較、合成、表示、プロット、分
析、およびスペクトル　ファイル用のオペレーター　イ
ンターアクティブ　ルーティン−式がある。

かくして得られたく第３図に示されるような）強度−周
波数データは、前もって定められた室温背蹟値を参照す
ることによって、室温の迷走放射線の寄与分を（データ
改質用の電子４算機手段４１中で）補償した。試料の補
償された伝達スペクトルに対重る希釈空気背景の（即ら
、セルの希釈管空気として７００トル及び室温にて採取
して用いた）補償された既知の伝達スベク１−ルの比の
負の対数を計算することによって、改質吸収スペクトル
がかくして計算された。このようにすることによって、
周囲の空気中にあるＣＯ，、、Ｈ，，０及び極少開の炭
化水素の影響を排除するのである。

かくして得られたく第４図に示されるような）改質吸収
スペクトルは、次にコンピューター４４によって目的成
分について分析された。これら改質吸収スペクトルを単
純に分析しである濃度値を１ｑることが如何に困難であ
るかということは、第４ａ図及び第４ｂ図に明確に示さ
れている。これらの吸収スペクトルに対しては、５ｃａ
ｒの法則の意味するところｔよ、ガス組成濃度がスペク
トル線強さに線形的に関連付（）られているということ
であることに留意されたい。スペクトル線強さを特定の
ガス種のものであると判定することは、相当程度の熟練
があって初めて出来ることである。スペクトル線の強さ
を加酸して濃度値を得ることは、全くの困難をはらｌυ
だものである。

本発明によって対象成分を分析するには、存在すると思
われる各成分に対してコンピューター４４中にて改質吸
収データ（室温補償スペクトル情報）に参照マスク　デ
ータ（コンピューター手段４２の中に電子的に蓄えられ
ている）を適用する。

以下に第５図を参照してマスクを説明する。ガス濃度の
大きさは、真の吸収スペクトルの線の強さに一次に比例
する量として得られる。スペクトル中にノイズがあると
きには、多くのスペクトル°線の強さを合削することに
よって、より信頼性のあるガス濃度の大きざが得られる
。このようなガス濃度の大きさの測定値は、吸収係数曲
線が広がったところから上に伸びた狭いピークの高さか
らも得られる。吸収係数カーブの下の面積はガス種の濃
度の大きさである。このようなカーブの下の面積を近似
する方法は、マスクという形で線型代数学を応用するこ
とによって速度がはやまる。枳擬スペクトル、つまりマ
スクを作製する。これは、狭い吸収ピーク（そのガス種
に対して強いピークではあるが飽和はしていない独特な
吸収のスペクトル領Ｗｔ＞に対応するスペクトル位置に
伸びる強度１のスペクトル区分６０、強度１のところの
周りの位置における幾本かの小さな負のスペクトル区分
６１、及びその他の位置ではゼロ高さであるスペクトル
区分６２から成るものである。負の部分スペクトル（区
分６１）は、（強度１の区分の数）／（負の部分の総和
）なる値を有し、吸収ピークの近隣に局在する非吸収ス
ペクトル領域に対応する。これらの操作の目的は、第一
に、狭いピークが上に伸びる平均の基準線高さを設定す
ることであり、次いで強Ｉ！１１の区分からこの！！準
高さを差し引くのに使用する。従って、上記の総和は、
コンピューター４１からのスペクトル（第４図）とマス
クのそれとを一緒に乗算すること、つまりこれら二つを
ベクトルとみなしてＦドツト」積（ベクトル積）を取る
ことによって計算することが可能である。この演算は、
コンピューターの「行列」または「ベクトル」プロセッ
サーを用いて極めて迅速に達成される。特に、マスクが
Ｕ口のスペクトル領域がすっかり無視されるからである
。ガスの総和及び濃度に関する一定性あるいは比例性は
既知のｍ度のガス、即ち１標準１ガスを用いて決定する
ことが可能である。

ガスの混合物を分析するには、混合物の吸収スペクトル
に対して、存在するガス種のマスクを適用する。

（ガスへのマスク）×（ガスＢのスペクトル）−〇 が成り立つ理想系では、Ａ＝Ｂに対して、結束が、比例
性の既知の定数を適用すると、直ちに試料の定量的組成
を与えることになる。実際には、マスクは理想的ではな
いが、各純粋ガスのスペクトルに対する各マスクの応答
は既知であるので、干渉腹合いは考慮することは可能で
ある。

このようなマスクの構築は、分析きるべき混合物を構成
する全てのガス種に対して、混合物中に存在する濃度の
近くの濃度で参照吸収スペクトルの既知のデータ　ライ
ブラリーが利用司能かどうかに支配される。各マスクは
、このライブラリーを常に参照しながら、手計算で作製
するが、対象ガスに対する応答性を最大にする必要性は
、他のガス種からの干渉や望ましくないノイズの導入を
もたらさないように慎重に考慮されるべきである。

部分マスクは、既知のガス種の特徴的の所を識別する本
質的あるいは独特的スペクトルのみによって構成された
ものである。既知の濃度の、慎重に選択、作製されたＩ
ｆＡ準試料のスペクトルにこの部分マスクを適用するこ
とによって、この段階を検量して実際の濃度値を得た。

独特な吸収バンドを選ぶに当たって、測定すべき排出ガ
ス試料のスペクトルと存在すると思われる他の全ての分
子の参照スペクトルとを共にガイドとして用いて、対象
分子の参照スペクトルからコンピューター　オペレータ
ーが最良の形態に対する個別のマスクを手計算で構築し
た。異なった実験で遭遇する濃度のガス種の多くの組み
合わせをそれぞれ取り扱う、異なった組み合わせのマス
クを製作した。次に、その組み合わせにおいて代表する
各分子の参照スペクトルに各マスクを次々に適用して、
各マスク組み合わせに対して応答マトリックスを発生さ
せた。理想的には、このマトリックスは単位マトリック
スであるが、マスクが非理想形であることは避番ノられ
ない。しかし、このような非理想的性格も、リニア応答
即論の教えるところに従って適当な応答マトリックスの
逆マトリックスと掛けることによって、Ｒ終結果から取
り除いた。コンピューター４４における成分分析によっ
て発生した総和値は、装置４３に表示可能である。

第１図に示される試料採取装置によって試料を導入する
時には、成分信号と四弗化炭素信号の信号強度とを一緒
にし、四弗化炭素トレーサーの質量注入速度で割り剛す
ることによって、排出ガスの質量速度を得るのが好まし
い。

より特定的に言えば、米田特許第４．３８９゜８８１号
に教示されているような相当比を測定し、次いでこの測
定値を、燃料油の水素／炭素比、燃料油の酸素／炭素比
、ＦＴｉｌｌで測定されるような希釈試料中二酸化炭素
分、四弗化炭素質１注入流顔、及びＦｒ１Ｒで測定され
るような希釈排気中門弗化炭素分と一緒に合わせて計篩
することによって、エンジンの排気質量流ルを計算する
ことが可能である。以下は、これがどのように実行され
るかを数学的に説明するものである。

排出ガス流量（ミニーＣｖＳ基準） 希薄状態（λ≧１）： 濃厚状態（λ〈１）： ここに、 Ｎ＝燃料油の水素／炭素比（単位なし）Ｐ＝燃料油の酸
素／炭素比（単位なし）λ＝排出ガスの酸素相当ｆｆ１
（単位なし）Ｙ−最終希釈試料中の００２分（ＦＴｉｌ
ｌにて測定、単位なし） Ｄ−Ｃ［４トレーナ−流量（標準温度圧力の容積／時間
） Ｗ−ＣＦ４分（ＦＴＩＲにて測定、単位なし）Ｘ＝エン
ジン排出ガス層流（標準温度圧力の容積／時間） 別法としては、排出ガスの質量流量は、希釈管から試料
を採取して、先ず流世泪７０を用いて各試験に対して平
均希釈管潰損を（標準立方フィー１〜／分にて）得るこ
とによって決定される。このトンネル流を次には３秒間
当たりのリソ１ヘルに変換して、ＦＴＩＲのデータ採取
時間に合わせる。このトンネル流とその濃度データに基
づいて、３秒間当たりの排出物がミリグラム単位でそれ
ぞれのガス成分に対して削口される。

第１表は、試験によって得られた同定化合物濃度の実際
のコンピューター　アウトプット　リストを示すもので
ある。

以上、本発明の特定的実施ｉ様を図解とともに記述した
が、本発明から逸脱することなく色々な変形や修正が可
能であることは、当業者には理解できよう。従って、本
発明の真の精神及び範囲の中にあるそのような全ての改
変及び同等方法を本発明の特許請求の範囲に含めるもの
とする。

第１表 メタノール燃料油ＦＴＰ試験のスペクトルに関するコン
ピューターによる定石分析 ４、ＨＣｌＣ ５、Ｎｏ １４．２６ ２７．７４ ８、０ｐｐｎ＋Ｃ Ｏ，３ｐｐｍ ９、ＨＣＮ −０，０３ ０，２ｐｐｍ ２０、　　ＣＨ３０Ｈ１ １５０，９８ ０，１ｐｐｍＣ 全ＨＣ＝ 全Ｎ０＝ １７５．５２ＤＤＩＣ３ ３１，７９ｐｐｍ ４、

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法の各段階を実施するのに有効な
装置要素を図解するものであって、特に、新規なガス採
取ＩＡＩを示し、またガスの全成分分析測定装置のため
のユニークな装置組み合わせを表示するものである。 第２図は、電圧信号を時間に対して示したグラフであっ
て、このような信号は干渉縞図から得られる。 第３図は、吸収能データを波数に対して示したグラフで
あって、フーリエ変換によって得られた１０・・・採取
装置、１１・・・鋼管、１３・・・邪麿板、１４．１７
・・・層流素子、１５・・・試料採取口、２３・・・赤
外線光学装置、２２・・・セル、２６・・・光源、２７
．２８．２９・・・鏡、３ｏ・・・ビーム分岐器、３１
・・・コーナー　キューブ鏡、３４・・・検出器、３５
・・・分岐装置、 ３７・・・コンピュータープロしツリー４０．４１．４
２・・・多重処理　コンピューター５０・・・検出器、
６０・・・強度１の区分、６１・・・負の区分、６２・
・・Ｕ口高さ区分。 に吸収能データを波数に対して示したグラフぐあ・る。 第５図は、吸収能データを波数に対して示したグラフで
あるが、スペクトルの点１９２０〜１９２５の範囲にあ
るデータ点から作製されたＮＯに対するスベク１−ル　
マスクを示す。 以下図中の主な部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）多成分排出ガス流のオンラインガスの分析方法に
   おいて （ａ）該排出ガス流から試料流を連続的に取り出すにあ
   たつて、試料流は、固体又は液体の粒子を実質的に除去
   するためにろ過されたものであること、試料流の露点を
   室温以下に下げるために希釈されたものであること、及
   び段階（ｄ）で発生した参照伝達周波数スペクトルデー
   タを発生するのに使われるガスの温度、圧力と実質的に
   同じにするために、温度及び／又は圧力が変化したもの
   であること、 （ｂ）電磁波放射ビームで該試料流を連続的に放射し、
   一方、試料流の放射前もしくは放射直後に該ビームの低
   周波数範囲の赤外線の振幅を変調して、スペクトル干渉
   縞から生ずる識別可能の振幅変位を有する電磁波信号を
   発生すること、 （ｃ）該信号を十分に高い速度で検出、採取して、相互
   スペクトル干渉なしに近隣のスペクトル縞のピークを識
   別し、実時間での信号分析を可能とすること、及び （ｄ）該信号を分析するにあたり、 （ｉ）Ｂｃｅｒの法則に従つて該信号を数学的に操作し
   て、背景を考慮に入れて補償した改質データを発生し、
   次に、 （ｉｉ）存在すると思われる各ガス成分に対する改質デ
   ータに上記の参照伝達周波数スペクトラムデータを対照
   として使用して、該排出ガス流の中に存在すると思われ
   る各々全てのガス成分に対する直線的定量測定を行うこ
   とによつて、実時間にて信号を分析すること、 から成ることを特徴とする前記方法。 （２）段階（ｂ）において、振幅変調が、干渉計を用い
   て行われ、スペクトル干渉縞を発生することを特徴とす
   る請求項１記載の方法。 （３）該段階（ｄ）（ｉ）が、補償された試料流伝達ス
   ペクトルデータに対する補償された既知の背景値スペク
   トルデータの比の負の対数を取ることによつて行われる
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。 （４）段階（ｄ）（ｉｉ）において、参照スペクトルデ
   ータが、データマスク制御の形、つまり、存在すると思
   われる各ガス成分に対して強い吸収信号を保持し、一方
   弱い非吸収信号を除去するためにデータ値を乗算するの
   に適用されるマスク制御データであることを特徴とする
   請求項１記載の方法。 （５）段階（ｄ）の定量的測定が、該試料流の照射から
   少なくとも４秒以内に行われることを特徴とする請求項
   １記載の方法。 （６）多成分排出ガス流のオンラインガス分析方法にお
   いて （ａ）該排出ガス流から試料流を連続的に取り出すにあ
   たつて、 （ｉ）固体又は液体の粒子を実質的に除去するために試
   料流をろ過すること、 （ｉｉ）試料流の露点を室温以下に下げるために試料流
   を希釈すること、及び （ｉｉｉ）段階 （ｃ）で発生した参照伝達周波数スペクトルデータを採
   取するのに使われたものと実質的に同じ試料流温度及び
   圧力に変えること、 （ｂ）希釈、冷却、そしてろ過された試料流を電磁放射
   線ビームで連続的に照射し、試料流から出てくる一部吸
   収された該ビームを二分割し、他部の行路から変位した
   一部を異なる行路を通過させ、その後この一部のビーム
   を該他部のビームと再び一緒にして、スペクトル干渉縞
   から生じる電磁信号を発生させること、 （ｃ）行路差１ｃｍ当たり最低８０００測定回なる速度
   にて該信号を検出、採取して、相互スペクトル干渉なし
   に近隣のスペクトル縞のピークを実質的に完全に識別す
   ること、及び （ｄ）干渉無にするために信号を数学的に操作するに当
   たり、 （ｉ）検出、採取された信号の間隔を基本伝達周波数ス
   ペクトルデータへ変換すること、及び （ｉｉ）参照伝達周波数スペクトルデータを該基本伝達
   周波数スペクトルデータへ適用し、排出ガス流の実質的
   全部の各成分に対して単位間隔時間当たりの成分濃度を
   出すことによつて、信号を数学的に操作すること、 から成ることを特徴とする前記方法。 （７）段階（ｃ）において、該ビーム部分が最低４ｃｍ
   の行路差をたどる時間の間に、該信号が検出、採取され
   ることを特徴とする請求項６記載の方法。 （８）段階（ｄ）が、実時間にて段階（ｃ）の間に実質
   的に同時に行われることを特徴とする請求項７記載の方
   法。 （９）単位時間当たりの成分濃度が、該試料の抜き出し
   後４秒以下の時間にてなされることを特徴とする請求項
   ８記載の方法。 （１０）段階（ｂ）にて採用される該放射ビームが、赤
   外線であることを特徴とする請求項６記載の方法。 （１１）段階（ａ）において、該採取試料流が、排出ガ
   ス流の既知の質量流量に比例するやり方で抜き出される
   ことを特徴とする請求項６記載の方法。 （１２）排気質量流の測定から得られる質量流量で成分
   濃度を割つて、単位時間当たりの排出物質量速度を得る
   ことを特徴とする請求項１１記載の方法。 （１３）段階（ａ）の比例性が、本流並びに試料流に層
   流形成素子を入れることによつて達成されることを特徴
   とする請求項６記載の方法。 （１４）該希釈が、窒素ガスを試料流に５：１〜７０：
   １の範囲で入れることによつて達成することを特徴とす
   る請求項６記載の方法。 （１５）該参照吸収周波数データが、最大と最小のスペ
   クトル周波数データのみを含むようにマスクすることを
   特徴とする請求項６記載の方法。 （１６）段階（ｄ）（ｉ）が、フーリエ変換分光分析技
   法を使用して行われることを特徴とする請求項６記載の
   方法。 （１７）排出ガス流成分の多成分測定方法において （ａ）該排出ガス流から試料流を連続的に取り出すにあ
   たつて、 該試料流が（ｉ）固体又は液体の粒子を実質的に除去す
   るためにろ過されていること、 （ｉｉ）排出ガス流の既知の質量流量に比例すること、 （ｉｉｉ）試料流の露点を室温以下に下げるために十分
   に希釈されたものであること、及び （ｉｖ）参照伝達周波数スペクトルデータを採取するの
   に使われたものと実質的に同じ試料流温度及び圧力に変
   えたものであること、 （ｂ）該希釈試料流を赤外線電磁放射ビームで連続的に
   照射して試験スペクトルデータを発生すること、 （ｃ）該段階（ａ）と（ｂ）とを同時に実施しながら、
   少なくとも、２５ｃｍ＾−＾１なる解像度にて該試験ス
   ペクトル情報を検出すること、及び （ｄ）干渉無にするために信号を数学的に操作するに当
   たり、 （ｉ）検出された信号の間隔を基本伝達周波数スペクト
   ルデータへ変換すること、及び （ｉｉ）参照伝達周波数スペクトルデータを適用し、単
   位間隔時間当たりの成分濃度を出すこと、から成ること
   を特徴とする前記方法。 （１８）該参照吸収周波数データが、最大と最小のスペ
   クトル周波数データのみを含むようにマスクすることを
   特徴とする請求項１７記載の方法。 （１９）段階（ｄ）（ｉ）が、フーリエ変換分光分析技
   法を使用して行われることを特徴とする請求項１７記載
   の方法。 （２０）追跡用ガスを既知の量導入し、該排出ガス流と
   混合して、試料流の質量流量の測定を可能ならしめるこ
   とを特徴とする請求項１７記載の方法。 （２１）段階（ｄ）において、 （１）基本伝達周波数スペクトルデータに対する既知の
   背景伝達周波数スペクトルデータの比をとること、 （２）この比の負の対数を取つて改質吸収スペクトルデ
   ータを発生すること、及び （３）存在すると考えられる各成分に対して、改質吸収
   スペクトルデータから参照伝達周波数スペクトル吸収デ
   ータを差し引き、単位間隔時間当たりの成分濃度を得る
   こと、によつてこの段階の方法が適用されることを特徴
   とする請求項１７記載の方法。 （２２）（ａ）長さ３フィート以下、平均アスペクト比
   （長さ／径の比）２４〜９を有し、それ入口と出口の間
   に排出ガス流を通すチャンネル、 （ｂ）既知の量の追跡用ガスを、該チャンネル入口近く
   の該排出ガス流へ導入し、混合する手段、（ｃ）該排出
   ガス流の既知の質量流量に比例する試料流を、該チャン
   ネルの出口近くから抜き出す手段、及び （ｄ）試料流の露点を室温以下に下げるために、不活性
   ガスで試料流を希釈する手段、 から成ることを特徴とするガス採取装置。 （２３）（ｃ）の該手段が、該チャンネルの中の層流素
   子、及び試料流を通す同様な層流素子から成ることを特
   徴とする請求項２２記載の装置。 （２４）該追跡用ガスが、四塩化炭素であることを特徴
   とする請求項２２記載の装置。 （２５）オンラインガス測定装置において （ａ）該排出ガス流から試料流を取り出す希釈管におい
   て、試料流が、固体又は液体の粒子を実質的に除去する
   ためにろ過され、試料流の露点を室温以下に下げるため
   に希釈され、そして参照伝達周波数スペクトルデータを
   発生するのに使われたガスのものと実質的に同じ温度及
   び圧力に試料流の温度及び／又は圧力が変えられる希釈
   管、（ｂ）該試料流の照射から生じた識別可能の振幅変
   化を有する電磁信号を発生させるのに有効なフーリエ変
   換赤外分光分析装置、及び （ｃ）（ｉ）該信号を十分に高い速度で検出、採取して
   、相互スペクトル干渉なしに近隣のスペクトル縞のピー
   クを実質的に完全に識別し、そして （ｉｉ）Ｂｃｅｒの法則に従つて該信号を分析して、背
   景を考慮に入れて補償した改質データを発生し、次に存
   在すると思われる各ガス成分に対する改質データに参照
   伝達周波数スペクトルデータを対照として使用して、該
   排出ガス流の中に存在すると思われる全ての各ガス成分
   に対する直線的定量測定を行うコンピューター手段、 から成ることを特徴とする前記装置。