JPH0441942B2 - - Google Patents

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JPH0441942B2
JPH0441942B2 JP19027385A JP19027385A JPH0441942B2 JP H0441942 B2 JPH0441942 B2 JP H0441942B2 JP 19027385 A JP19027385 A JP 19027385A JP 19027385 A JP19027385 A JP 19027385A JP H0441942 B2 JPH0441942 B2 JP H0441942B2
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JP
Japan
Prior art keywords
gas
lens
furnace
gap
holding
Prior art date
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JP19027385A
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Japanese (ja)
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JPS6249241A (en
Inventor
Yoshiichi Kuwano
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Individual
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Publication of JPS6249241A publication Critical patent/JPS6249241A/en
Publication of JPH0441942B2 publication Critical patent/JPH0441942B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[産業上の利用分野] 本発明は、高炉等の炉内物質について、集光レ
ンズや光フアイバから成るプローブを用いて光学
的にかつ伝送性良く同定・定量化を行うためのス
ペクトル分析装置に関するものである。 [従来の技術] 従来この種の装置としては、例えば特開昭59−
81540号公報に記載されているようなものが知ら
れている。これによると、炉内(溶融金属につい
ての放電雰囲気)に臨まされる集光レンズが一端
側に配され、他端側に分光器が配される光フアイ
バを第1の間隙を置いて挿入した第1保持管(集
光円筒)と、該所定の間隙内に前記第1保持管の
前記他端側から一端側に向けて不活性ガスを流入
するための第1ガス導入手段と、前記集光レンズ
の外周部に形成され前記炉内側と前記第1保持管
内とを連通させるためのガス通路部(吐出口)
と、前記第1保持管の外周部に同心状に、かつ、
第2の所定間隙を置いて設けられる第2保持管
(保護管)と、該第2所定間隙内に前記他端側か
ら一端側に向けて不活性ガスを流入するための第
2ガス導入手段と、前記第2保持管の外周部を冷
却するための冷却手段とを備え、さらに、前記第
1保持管を管長方向に微動可能な調整器を備えた
構成となつている。 [発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記従来技術の構成では、測定
対象が溶融金属の放電スペクトルの分光分析であ
るので、例えば高炉における発生ガスのような炉
内物質の同定・定量化を行うには不適である。す
なわち、第1保持管や第2保持管の先端部は単に
開口されているだけの構造であるので、集光レン
ズの近傍に取り込むべき炉内発生ガスを安定させ
ることは難しく、しがつて精度良い同定・定量化
を行うことはできない。より具体的には、高温域
での発生物質、換言すれば赤外域にスペクトルを
もつ発生ガスの同定、すなわち分子振動のうち双
極子モーメントに変化を起こすガス(例えばSiO
ガス)の固有振動を検出するような高感度が要求
される測定を行うことはできない。 なお、例えば実開昭58−136755号公報には高温
排ガスの被測定部分から輻射される赤外線を検出
するようにしたものが開示されているが、かかる
構成ではレンズや光フアイバを用いたものでない
ので、伝送性が悪く、光軸変動が生じ易い等、少
なくとも炉内物質の高精度なかつ遠隔的な測定に
は適さないものである。 また、特開昭59−81540号公報にはレンズや光
フアイバを用いて炉内物質を測定するようにした
ものが開示されているが、本構成は溶融鉱石の粒
度等を直接視覚的に観察しようとするものであ
り、スペクトル分析を行うものではないことを除
いても、炉内発生ガスを安定させる手段がなくそ
の成分の高精度測定には適さないものである。 本発明は、光学的手段により高炉等内の物質の
同定・定量化を容易かつ高精度で行うことができ
る装置を提供することを目的とする。 [発明が解決するための手段] 上記した目的を達成するべく、本出願に係る発
明は、炉内側に臨まされる集光レンズが一端側に
配され、他端側に分光器が配される光フアイバを
設けた装置において、前記光フアイバを第1間隙
を置いて挿入した第1保持管と、該第1間隙内に
前記他端側から一端側に向けて不活性ガスを流入
するための第1ガス導入手段と、前記集光レンズ
の外周部に形成され該集光レンズの近傍と前記第
1間隙とを連通させる第1ガス通路部と、前記第
1保持管の外周部に同心状に、かつ、第2間隙を
置いて設けられる第2保持管と、該第2間隙内に
前記他端側から一端側に向けて不活性ガスを流入
するための第2ガス導入手段と、前記炉内側と前
記第2間隙とを連通させる第2ガス通路部と、前
記第2保持管の外周部を冷却するための冷却手段
と、から成るプローブを備え、該プローブは、さ
らに、前記炉内側に配される先端部と、該先端部
の後部に連結され、かつ、後部に前記第2保持管
が連結される中継部と、前記第2保持管内でその
管長方向に移動自在で、かつ、該移動により前記
第2ガス通路部を連通又は遮断可能なレンズマウ
ント部とから成り、前記先端部には、前記炉内側
と連通し、かつ、前方から後方に向かつて縮径す
る前方開口部、及び該前方開口部に連通し、か
つ、前方から後方に向かつて拡径する後方開口部
が形成され、前記中継部には前記後方開口部と連
通するガス溜部が形成され、前記レンズマウント
部には、前記ガス溜部に連通する第1中空部、第
2中空部、及び第3中空部がその順序で前記管長
方向に沿つて形成され、前記第1中空部には、前
記集光レンズをその光軸が前記管長方向に沿うよ
うに保持可能で、かつ、前記第1ガス通路部が形
成されたレンズ保持部材が配され、前記第2中空
部は、前記管長方向に沿う長さが前記集光レンズ
の焦点距離と略同一に形成され、前記第3中空部
には、前記光フアイバの先端面が前記第2中空部
の後端位置と略一致するように前記第1保持管が
保持されたことを特徴とし、炉内での発生物質、
特に発生ガスの一部を一時的に滞留させ、該滞留
させたガスからの光線を分光器に入射させてスペ
クトルを分析し得るようにしたものである。 ここで、本発明の対象となる炉は、例えば、高
炉、転炉、電気炉、燃焼炉、ガス発生炉、ボイラ
ー、ガス発生炉等であり、その内部において光源
を与え得る炉であればよい。なお、ガス発生炉と
は、その内部において各種ガスが存在する炉であ
り、たとえば、内部において各種化学反応により
ガスが発生するような炉である。また、炉内物質
は、気体、液体、固体の如何を問わないが、炉が
高炉の場合にはSiOガス等の同定・定量化等、炉
内状況の正確な把握に適用して有用である。ま
た、分光器としては、たとえば、回折格子分光
器、フーリエ変換型分光器、分散型ダブルビーム
分光器等を用いればよい。 [作用] 炉内発生物質がガス体である場合、該ガス体の
一部を中継部のガス溜部に滞留させる。ここで、
該ガス溜部は前方から後方に向かつて漸次縮径し
さらに拡径する開口部の後方に形成されているの
で、レンズマウント部の移動により第2ガス導入
手段からのガス流入を停止すれば一時的にガスを
滞留させることができる。なお、第2ガス導入手
段からの不活性ガスによりガス溜部内の滞留ガス
を放逐させることができるので、この放逐時にい
わゆるバツクグラウンドと同様な標準スペクトル
を測定できる。 [発明の実施例] 第1図は、本発明の第1実施例に係るプローブ
120を示すものである。本プローブ120は、
プローブ本体120Aとプローブ基部120Bか
ら大略構成されており、該プローブ本体120A
は、先端部材101(先端部)、これに後続する
ようにスペーサ102(中継部)、レンズマウン
ト部103、さらには同心状に配された管107
(第2保持管)、管106、管105等を有してい
る。 第2図に詳細に示すように、先端部材101に
はスペーサ102が凹凸嵌合され、かつ、溶接に
より連結されている一方、前方(同図の左方)か
ら後方(同図の右方)に向い中間位置に至るまで
漸次縮径された前方開口部101aが形成され、
また、該開口部101aに後続するようにその後
部には後方に向かつて漸次拡径された後方開口部
101bが形成されている。 前記スペーサ102には前記後方開口部101
bと連通するガス溜部130が形成され、該ガス
溜部130の後端部130aは後方に向かつて漸
次縮径されている。また、前記スペーサ102
は、その後方外側に2段の段部102a,102
bが形成され、さらに前記ガス溜部130に連通
する嵌合穴102cが形成されている。スペーサ
102の前記段部102aには前記管105が嵌
合され、他の段部102bには前記管106が嵌
合され、また、前記嵌合穴102cには前記管1
07が嵌合されている。 前記管105と管106との間には第1通路1
28が形成され、前記管106と管107との間
には第2通路127が形成されている。そして、
前記管106には前記第2通路127と第1通路
128とを連通する通水開口129が形成されて
いる。なお、前記第1通路128及び第2通路1
27は、冷却手段を構成する冷却水出口110と
冷却水入口111に夫々連通している(第1図参
照)。また、前記管107と第1保持管たる管1
08(第1図参照)とのスキマ163(第2間
隙)は、前記プローブ基部120Bに設けられた
第2のガス導入手段を構成するガス送入口112
に連通している。 次に、第3図から第7図までを参照しながら前
記レンズマウント部103を説明する。該レンズ
マウント部103は、レンズマウント本体103
A、レンズ保持部材142、スペーサリング14
4、押え部材146とから成り、集光レンズ12
4は前記レンズ保持部材142内に収納される。
前記レンズマウント本体103Aには長手方向に
沿う中空部が形成され、該中空部は、第1中空部
148、第2中空部150、第3中空部125に
分割され、その順序で順次小径に形成されてい
る。なお、前記第1中空部148には前記レンズ
保持部材142が装着される一方、該第1中空部
の中間位置にはその前後両側の内径に比べて若干
大きな内径を有する溝152が形成されている。 前記第2中空部150の長手方向、すなわち光
軸方向の長さは前記集光レンズ124の焦点距離
に略等しい長さである。また、レンズマウント本
体103Aの外周部には第4図及び第5図で理解
できるように長手方向(前記光軸方向)に沿う溝
154(第2ガス通路部)が設けてある。この溝
154の個数は任意でよいが本実施例では4つ宛
設けてある。 前記レンズマウント本体103Aには、前記第
3中空部125と通ずるネジ穴157が設けられ
ている。 前記レンズ保持部材142には2段に分かれた
前方中空部142aおよび後方中空部142bが
形成されており、前方中空部142aの内径は前
記レンズ124の外径とほぼ同一である。また、
両中空部142a,142bの境界は前記レンズ
124の曲面に沿つた形状に形成されている。 前記レンズ保持部材142の外周部には、第3
図に示すように、長手方向に沿う溝156(第1
ガス通路部)が形成され、また、後方(図面上右
側)の側面には、前記溝156に連通する半径方
向に沿う溝158が形成されている。なお、前記
レンズマウント本体103Aに、レンズ保持部材
142及び押え部材146を組付けると、前記レ
ンズ保持部材142の溝156と押え部材146
の後面側に形成された溝160とが連通する。前
記溝154の場合と同様に、溝160、溝15
6、及び溝158の個数は任意でよいが、本実施
例では夫々4つ宛設けている。 前記集光レンズ124は前記スペーサリング1
44を介して前記レンズ保持部材142内に収納
され、該レンズ保持部材142は、上述したよう
に前記レンズマウント本体103Aに収納され、
前記押え部材146により集光レンズ124が保
持、かつ、押圧される。図面上では、押え部材1
46とレンズマウント本体103Aとの固定手段
は示されていないが、適宜の位置でのネジ止め等
をすればよい。なお、前記集光レンズ124とし
ては、例えばZnSeレンズが用いられる。 第8図は、前記レンズマウント部103を組み
付けた状態におけるプローブ120の先端部近傍
の詳細を示すものであり、該レンズマウント部1
03は前記管107内にその管長方向に移動可能
に嵌装される。同図に示すように、前記レンズマ
ウント本体103Aの第3中空部125には、管
108(第1保持管)が嵌合されており、ネジ穴
157に螺合される図示省略のネジにより該管1
08はレンズマウント本体103Aに固定される
ようになつている。 前記管108内にはスキマ162(第1間隙)
を介して光フアイバ109が挿入されるようにな
つており、該スキマ162は、第1のガス導入手
段たる外部のガス送入口(図示せず)と連通して
いる。 なお、プローブ120の先端からレンズ124
までの距離はスペクトルの強度Iを与える式 I=I0exp(−kLλ) におけるLに相当する。 次に、本実施例に係るプローブ120の使用例
を第9図等を参照しながら説明する。まず、第8
図に示す組み付け状態でプローブ120を炉内の
測定しようとする位置に挿入した後、前記図示省
略の第1のガス導入手段たる外部のガス送入口か
ら不活性ガス、例えば窒素ガスをスキマ162内
に流入する。該流入した不活性ガスは、前記スキ
マ162、第2中空部150、溝158、溝15
6、溝152、溝160を介してレンズ124の
前面に噴出する。この不活性ガスのガス流は絶え
ずレンズ124の前面に流出し続けるので、レン
ズ124のレンズ面は常時清浄に保たれると共
に、炉内から吹き付けられるチリ等による損傷が
防止される。 続いて、レンズマウント部103の適宜手段に
より後方に移動させると、第9図に示すように、
レンズマウント部103の前面とスペーサ102
との間にスキマ170が形成される。かかる状態
で第2のガス導入手段たるガス送入口112から
不活性ガスを送入すると、該不活性ガスは、管1
07内のスキマ163を通り、溝154、スキマ
170を介してガス溜部130、前方開口部10
1aに流れる。従つて、該ガス溜部130は不活
性ガスによりパージされた状態となり、かかる状
態でのガス溜部130内のスペクトルを測定すれ
ば、いわゆるバツクグラウンドについての標準ス
ペクトルを得ることができる。 次に、前記ガス送入口112からのガス流入を
停止すると、炉内ガスは前方開口部101aから
後方開口部101b、ガス溜部130、スキマ1
70、溝154、ガス送入口112に向かつて流
れる。 この場合、先端部材101には前方開口部10
1a及び後方開口部101bが形成されているの
で、前方開口部101aから流入した炉内ガスは
ガス溜部130に達する。該ガス溜部130に炉
内ガスが充満したら、レンズマウント部103を
前方に移動させる。これによりスキマ170が遮
断するので、ガス溜部130内には炉内ガスが安
定状態で滞留する。そのときにおけるスペクトル
を測定すれば、当該炉内ガスを精度良く同定・定
量化することができる。 なお、本実施例では前記ガス送入口112から
のガス流入の停止後に、炉内ガスを該ガス送入口
112から排出する構成としたが、該ガス送入口
112とは別途にガス排出口を設けておき、該排
出口を介して前記炉内ガスを排出するように構成
してもよい。 前記測定の際、冷却水入口111から冷却水を
送入しておくと、冷却水は、第2通路127、通
水開口129、第1通路128を介して冷却水出
口110に流れるので、プローブ120を炉内の
高熱から保護することができる。 さらに、本実施例では集光レンズ124はレン
ズマウント部103の第1中空部148内に収納
され、さらに該集光レンズ124の後方に光フア
イバ109を配する構成にしたので、光フアイバ
により炉内光線を直接集光する構成とする場合に
比べて約8倍程高い強度のスペクトルが得られ、
炉内物質の同定・定量化がより正確かつ迅速に行
なうことができる。 次に、上記プローブ120を使用した測定装置
の全体構成及びその実験データ例を説明する。第
10図に示すように本測定装置は、電気炉501
内に挿入されるプローブ120、回折格子分光器
502、赤外線検知器503、プリアンプ504
A、オツシロスコープ504C付きオートロツク
インアンプ504B、演算器505、記録計50
6から大略構成されている。 本実験例では下記の第1表に示す仕様を有する
分光器502が使用された。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a spectrum analyzer for optically identifying and quantifying substances in a blast furnace or other furnace using a probe consisting of a condensing lens or an optical fiber. It is something. [Prior Art] Conventionally, this type of device has been disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-open No. 1983-
The one described in Publication No. 81540 is known. According to this, an optical fiber with a condensing lens facing the inside of the furnace (discharge atmosphere for molten metal) placed at one end and a spectroscope placed at the other end is inserted with a first gap. a first holding tube (concentrating cylinder); a first gas introducing means for flowing an inert gas into the predetermined gap from the other end side to the one end side of the first holding tube; a gas passage portion (discharge port) formed on the outer periphery of the optical lens for communicating between the inside of the furnace and the inside of the first holding tube;
and concentrically to the outer peripheral portion of the first holding tube, and
a second holding tube (protection tube) provided with a second predetermined gap; and a second gas introducing means for flowing an inert gas into the second predetermined gap from the other end side toward the one end side. and a cooling means for cooling the outer circumferential portion of the second holding tube, and further includes an adjuster that can finely move the first holding tube in the pipe length direction. [Problems to be Solved by the Invention] However, in the configuration of the prior art described above, since the measurement target is spectroscopic analysis of the discharge spectrum of molten metal, it is difficult to identify and quantify substances in the furnace such as gas generated in a blast furnace. unsuitable for doing so. In other words, since the tips of the first holding tube and the second holding tube are simply opened, it is difficult to stabilize the gas generated in the furnace that should be brought into the vicinity of the condensing lens, resulting in poor accuracy. It is not possible to perform good identification and quantification. More specifically, we aim to identify substances generated at high temperatures, in other words, gases that have a spectrum in the infrared region.
It is not possible to perform measurements that require high sensitivity, such as detecting the natural vibrations of gases. For example, Japanese Utility Model Application Publication No. 58-136755 discloses a device that detects infrared rays radiated from a portion to be measured of high-temperature exhaust gas, but such a configuration does not use lenses or optical fibers. Therefore, it has poor transmission properties and is prone to optical axis fluctuations, making it unsuitable for highly accurate and remote measurement of substances in the reactor. Additionally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-81540 discloses a system that uses lenses and optical fibers to measure substances in the furnace, but this configuration allows direct visual observation of the particle size of molten ore. Even though this method does not perform spectral analysis, it does not have a means to stabilize the gas generated in the furnace and is not suitable for high-precision measurement of its components. An object of the present invention is to provide an apparatus that can easily and accurately identify and quantify substances in a blast furnace or the like using optical means. [Means for Solving the Invention] In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to the present application provides a method in which a condensing lens facing the inside of the furnace is disposed at one end, and a spectrometer is disposed at the other end. In an apparatus provided with an optical fiber, a first holding tube into which the optical fiber is inserted with a first gap therebetween; a first gas introducing means, a first gas passage formed on the outer periphery of the condenser lens and communicating the vicinity of the condenser lens with the first gap, and a first gas passage portion concentrically formed on the outer periphery of the first holding tube. and a second holding pipe provided with a second gap therebetween; a second gas introducing means for flowing an inert gas into the second gap from the other end side toward the one end side; The probe includes a second gas passage portion that communicates between the inside of the furnace and the second gap, and a cooling means for cooling the outer peripheral portion of the second holding tube, and the probe further includes a second gas passage portion that communicates with the inside of the furnace. a distal end portion disposed in the distal end portion, a relay portion connected to the rear portion of the distal end portion and to which the second holding tube is connected to the rear portion, and movable in the longitudinal direction of the second holding tube; a lens mount part that can communicate with or shut off the second gas passage part by the movement, and a front opening in the tip part that communicates with the inside of the furnace and whose diameter decreases from the front to the rear; and a rear opening that communicates with the front opening and whose diameter increases from the front to the rear, a gas reservoir that communicates with the rear opening is formed in the relay part, and the lens mount part A first hollow part, a second hollow part, and a third hollow part communicating with the gas reservoir are formed in this order along the pipe length direction, and the first hollow part has the condenser lens. A lens holding member capable of holding the lens so that its optical axis is along the pipe length direction and in which the first gas passage section is formed is disposed, and the second hollow part has a length along the pipe length direction. The first holding tube is formed to have a focal length substantially equal to the focal length of the condenser lens, and the first holding tube is arranged in the third hollow portion such that the distal end surface of the optical fiber substantially coincides with the rear end position of the second hollow portion. Characterized by retained substances generated in the furnace,
In particular, a part of the generated gas is temporarily retained, and the light beam from the retained gas is made incident on a spectrometer so that the spectrum can be analyzed. Here, the furnace to which the present invention is applied is, for example, a blast furnace, a converter furnace, an electric furnace, a combustion furnace, a gas generating furnace, a boiler, a gas generating furnace, etc., and any furnace that can provide a light source inside the furnace may be used. . Note that a gas generating furnace is a furnace in which various gases exist, for example, a furnace in which gases are generated by various chemical reactions inside. In addition, the substances in the furnace may be gases, liquids, or solids, but if the furnace is a blast furnace, it is useful for accurately understanding the situation inside the furnace, such as identifying and quantifying SiO gas, etc. . Further, as the spectrometer, for example, a diffraction grating spectrometer, a Fourier transform spectrometer, a dispersive double beam spectrometer, etc. may be used. [Operation] When the material generated in the furnace is a gas body, a part of the gas body is retained in the gas reservoir section of the relay section. here,
The gas reservoir is formed at the rear of the opening whose diameter gradually decreases and then expands from the front to the rear, so if the lens mount is moved to stop the gas inflow from the second gas introduction means, the gas reservoir can be temporarily closed. The gas can be retained in the tank. It should be noted that since the inert gas from the second gas introduction means can expel the gas remaining in the gas reservoir, a standard spectrum similar to the so-called background can be measured at the time of this expulsion. [Embodiment of the Invention] FIG. 1 shows a probe 120 according to a first embodiment of the invention. This probe 120 is
The probe body 120A is roughly composed of a probe body 120A and a probe base 120B.
A tip member 101 (tip part), followed by a spacer 102 (relay part), a lens mount part 103, and a tube 107 arranged concentrically.
(second holding tube), tube 106, tube 105, etc. As shown in detail in FIG. 2, a spacer 102 is fitted into the tip member 101 and connected by welding, while moving from the front (left side in the figure) to the rear (right side in the figure). A front opening 101a whose diameter is gradually reduced toward an intermediate position is formed,
Further, a rear opening 101b whose diameter is gradually enlarged toward the rear is formed at the rear of the opening 101a so as to follow the opening 101a. The spacer 102 has the rear opening 101
A gas reservoir section 130 is formed which communicates with the gas reservoir section b, and a rear end section 130a of the gas reservoir section 130 has a diameter that is gradually reduced toward the rear. Moreover, the spacer 102
has two steps 102a, 102 on the rear outside thereof.
b is formed, and a fitting hole 102c communicating with the gas reservoir portion 130 is further formed. The pipe 105 is fitted into the stepped part 102a of the spacer 102, the pipe 106 is fitted into the other stepped part 102b, and the pipe 106 is fitted into the fitting hole 102c.
07 is fitted. A first passage 1 is provided between the pipe 105 and the pipe 106.
28 is formed, and a second passage 127 is formed between the tube 106 and the tube 107. and,
A water passage opening 129 is formed in the pipe 106 so that the second passage 127 and the first passage 128 communicate with each other. Note that the first passage 128 and the second passage 1
27 communicate with a cooling water outlet 110 and a cooling water inlet 111, respectively, which constitute the cooling means (see FIG. 1). In addition, the tube 107 and the tube 1 serving as the first holding tube
08 (see FIG. 1) is a gap 163 (second gap) between the gas inlet 112 and the second gas introduction means provided in the probe base 120B.
is connected to. Next, the lens mount section 103 will be explained with reference to FIGS. 3 to 7. The lens mount section 103 is a lens mount body 103.
A, lens holding member 142, spacer ring 14
4, a holding member 146, and a condensing lens 12.
4 is housed within the lens holding member 142.
A hollow portion along the longitudinal direction is formed in the lens mount main body 103A, and the hollow portion is divided into a first hollow portion 148, a second hollow portion 150, and a third hollow portion 125, which are formed in order to have smaller diameters. has been done. Note that while the lens holding member 142 is attached to the first hollow part 148, a groove 152 having an inner diameter slightly larger than the inner diameter of both the front and rear sides is formed at an intermediate position of the first hollow part. There is. The length of the second hollow portion 150 in the longitudinal direction, that is, in the optical axis direction is approximately equal to the focal length of the condenser lens 124 . Furthermore, as can be understood from FIGS. 4 and 5, a groove 154 (second gas passage section) extending along the longitudinal direction (the optical axis direction) is provided on the outer peripheral portion of the lens mount body 103A. The number of grooves 154 may be arbitrary, but in this embodiment, four grooves are provided. A screw hole 157 communicating with the third hollow portion 125 is provided in the lens mount body 103A. The lens holding member 142 has a front hollow part 142a and a rear hollow part 142b divided into two stages, and the inner diameter of the front hollow part 142a is approximately the same as the outer diameter of the lens 124. Also,
The boundary between both hollow parts 142a and 142b is formed in a shape that follows the curved surface of the lens 124. On the outer peripheral part of the lens holding member 142, a third
As shown in the figure, a groove 156 (first
A groove 158 extending in the radial direction and communicating with the groove 156 is formed on the rear (right side in the drawing) side surface. Note that when the lens holding member 142 and the pressing member 146 are assembled to the lens mount main body 103A, the groove 156 of the lens holding member 142 and the pressing member 146
It communicates with a groove 160 formed on the rear surface side. Similar to the case of the groove 154, the groove 160 and the groove 15
The number of grooves 6 and 158 may be arbitrary, but in this embodiment, four of each are provided. The condensing lens 124 is connected to the spacer ring 1
44 into the lens holding member 142, and the lens holding member 142 is housed in the lens mount main body 103A as described above.
The condenser lens 124 is held and pressed by the pressing member 146. In the drawing, presser member 1
46 and the lens mount main body 103A are not shown, but screws or the like may be used at appropriate positions. Note that as the condenser lens 124, for example, a ZnSe lens is used. FIG. 8 shows details of the vicinity of the tip of the probe 120 with the lens mount section 103 assembled.
03 is fitted into the tube 107 so as to be movable in the longitudinal direction of the tube. As shown in the figure, a tube 108 (first holding tube) is fitted into the third hollow part 125 of the lens mount main body 103A, and is connected by a screw (not shown) that is screwed into a screw hole 157. tube 1
08 is fixed to the lens mount main body 103A. There is a gap 162 (first gap) in the pipe 108.
The optical fiber 109 is inserted through the gap 162, and the gap 162 communicates with an external gas inlet (not shown) serving as a first gas introduction means. Note that from the tip of the probe 120 to the lens 124
The distance to this point corresponds to L in the formula I=I 0 exp (-kLλ) which gives the intensity I of the spectrum. Next, an example of how the probe 120 according to this embodiment is used will be described with reference to FIG. 9 and the like. First, the 8th
After inserting the probe 120 in the assembled state shown in the figure into the position to be measured in the furnace, inert gas, such as nitrogen gas, is introduced into the gap 162 from the external gas inlet, which is the first gas introducing means (not shown). flows into. The inert gas that has flowed into the gap 162, the second hollow part 150, the groove 158, and the groove 15.
6, it is ejected to the front surface of the lens 124 through the grooves 152 and 160. Since this gas flow of inert gas continues to flow out to the front surface of the lens 124, the lens surface of the lens 124 is always kept clean and is prevented from being damaged by dust etc. blown from inside the furnace. Subsequently, when the lens mount section 103 is moved rearward by an appropriate means, as shown in FIG.
Front surface of lens mount section 103 and spacer 102
A gap 170 is formed between the two. In this state, when inert gas is introduced from the gas inlet 112, which is the second gas introduction means, the inert gas flows through the pipe 1.
07, the gas reservoir 130 and the front opening 10 through the groove 154 and the gap 170.
Flows into 1a. Therefore, the gas reservoir 130 is in a state purged with an inert gas, and by measuring the spectrum inside the gas reservoir 130 in this state, a standard spectrum for the so-called background can be obtained. Next, when the gas inflow from the gas inlet 112 is stopped, the furnace gas flows from the front opening 101a to the rear opening 101b, the gas reservoir 130, and the gap 1.
70, groove 154, and flows toward gas inlet 112. In this case, the tip member 101 has a front opening 10.
1a and the rear opening 101b are formed, the furnace gas flowing from the front opening 101a reaches the gas reservoir 130. When the gas reservoir section 130 is filled with furnace gas, the lens mount section 103 is moved forward. As a result, the gap 170 is shut off, so that the furnace gas remains in the gas reservoir 130 in a stable state. By measuring the spectrum at that time, the in-furnace gas can be identified and quantified with high accuracy. In this embodiment, the furnace gas is discharged from the gas inlet 112 after the gas inflow from the gas inlet 112 is stopped, but a gas exhaust port is provided separately from the gas inlet 112. In addition, the furnace gas may be discharged through the discharge port. During the measurement, if cooling water is supplied from the cooling water inlet 111, the cooling water flows to the cooling water outlet 110 via the second passage 127, the water passage opening 129, and the first passage 128, so that the probe 120 can be protected from the high heat in the furnace. Furthermore, in this embodiment, the condenser lens 124 is housed in the first hollow part 148 of the lens mount section 103, and the optical fiber 109 is disposed behind the condenser lens 124. Compared to a configuration in which the internal rays are directly focused, a spectrum with an intensity approximately 8 times higher can be obtained.
Identification and quantification of substances in the reactor can be performed more accurately and quickly. Next, the overall configuration of a measuring device using the probe 120 and an example of its experimental data will be explained. As shown in FIG. 10, this measuring device includes an electric furnace 501
A probe 120, a diffraction grating spectrometer 502, an infrared detector 503, and a preamplifier 504 inserted into the
A, autolock-in amplifier 504B with oscilloscope 504C, calculator 505, recorder 50
It is roughly composed of 6. In this experimental example, a spectrometer 502 having specifications shown in Table 1 below was used.

【表】【table】

【表】 前記分光器502で単一波長に分光された光線
は出口側のスリツト502aから外部に射出され
る。該射出された光はZnSeレンズ507で集光
され赤外線検知器503の窓に焦点を結ぶように
なる。このZnSeレンズ507は、第11図に示
すように、赤外域においては約70%の赤外光を透
過するが(曲線R1参照)、反射防止膜処理を行な
えば、例えば8.0μmにおいては透過率を約99%ま
で高めることができる(曲線R2参照)。下記の第
2表はZnSeレンズ507の仕様を示すものであ
る。レンズ507は測定対象に合わせ透過波長の
異なるものを適宜選択すればよい。
[Table] The light beam separated into a single wavelength by the spectrometer 502 is emitted to the outside from a slit 502a on the exit side. The emitted light is collected by the ZnSe lens 507 and focused on the window of the infrared detector 503. As shown in FIG. 11, this ZnSe lens 507 transmits about 70% of infrared light in the infrared region (see curve R1), but if anti-reflection coating is applied, the transmittance at 8.0 μm, for example. can be increased to approximately 99% (see curve R2). Table 2 below shows the specifications of the ZnSe lens 507. The lens 507 may be appropriately selected from lenses with different transmission wavelengths depending on the object to be measured.

【表】 本実施例では光電変換装置として赤外線検知器
503を用いたが、該赤外線検知器の仕様を下記
の第3表に示す。なお、いうまでもなく赤外線検
知器503は赤外線の光強度を電気信号に変換す
るものであり、ZnSeレンズ507を通過した光
はゲルマニウムから成る窓材を通過し、さらに該
窓材の後部に張り付けられた光電変換素子(水
銀、カドミウム、テルル等の合金より作製された
の)上に集光する。 第12図は前記赤外線検知器503の波長感度
特性を示すものである。
[Table] In this example, an infrared detector 503 was used as the photoelectric conversion device, and the specifications of the infrared detector are shown in Table 3 below. Needless to say, the infrared detector 503 converts the intensity of infrared light into an electrical signal, and the light that has passed through the ZnSe lens 507 passes through a window material made of germanium, and is further attached to the rear of the window material. The light is focused on a photoelectric conversion element (made from an alloy of mercury, cadmium, tellurium, etc.). FIG. 12 shows the wavelength sensitivity characteristics of the infrared detector 503.

【表】 前記赤外線検知器503から得られる電気信号
はプリアプ504Aで約20倍に増幅された後、オ
ートロツクインアンプ504Bに送られる。 第4表は、前記オートロツクインアンプ504
Bの仕様を示すものである。なお、該オートロツ
クインアンプ504Bに付設されるオシロスコー
プ504Cは前記電気信号の波形等に基づき、位
相のずれを監視するものである。
[Table] The electrical signal obtained from the infrared detector 503 is amplified approximately 20 times by a preamplifier 504A, and then sent to an autolock-in amplifier 504B. Table 4 shows the auto lock-in amplifier 504.
This shows the specifications of B. An oscilloscope 504C attached to the autolock-in amplifier 504B monitors the phase shift based on the waveform of the electrical signal.

【表】 前記演算器505はオートロツクインアンプ5
04Bからの出力信号に基づいて演算するもので
ある。 例えば標準時、すなわちスペクトル吸収が発生
しないときのオートロツクインアンプ504Bの
出力電圧をA、測定時の出力電圧をBとすると、
これらの信号はアナログ信号であるので、両アナ
ログ信号は演算処理を容易にするべくデジタル信
号に変換された後、B/Aの演算が行なわれ、該
演算結果は、再びアナログ信号に変換された後に
記録計506へ送られる。 前記記録計506は、前記オートロツクインア
ンプ504Bの出力電圧Bと演算器505の出力
信号(透過率B/Aに相当するもの)を連続的に
同時に記録するものである。第16図はスペクト
ルの吸収が生じた場合の測定例を、第17図は該
吸収が生じない場合の測定例を示すものである。 第16図及び第17図において、上方の曲線は
演算器505の出力に、下方の曲線はオートロツ
クインアンプ504Bの出力に夫々対応してい
る。オートロツクインアンプ504Bの出力は、
吸収のピークの強度に比例したものとして記録さ
れるが、吸収が生じない場合は、前記出力電圧A
とBとの間の出力差がないので、前記演算はB/
A=1となつて演算器505の出力は一定したも
のとなる一方、吸収が生じた場合は、前記出力差
が大きくなつてB/A<1となり、演算器505
の出力は、チヤート上では吸収のない場合に比べ
て小さくなつて表れる。なお、第16図における
オートロツクインアンプの出力曲線において黒塗
りした部分は吸収の発生により記録されない部分
である。 次に、炉内物質の同定・定量化方法について説
明する。本実施例では操業炉に代え、実験室的に
同定・定量化を行なつた。すなわち、第10図に
示すように反応管301を電気炉501内に設
け、該反応管301内において操業炉が再現され
る状態で測定を行なつた。本実施例では後述する
試料につき測定を行なつた。本例で使用した試料
307は、(Al−Si)+スラグ合金(SiO2−CaO
−Al2O3)、SiO2+C,SiO2+Si、及び固体のSiO
である。 以下各試料の作成について述べる。Al−Si合
金はSi(重量%)を95,90,80%に段階的に変え
たものを作成した。また、予め計算により重量比
を求め、Al,Siを坩堝に入れ1500℃で、1時間
の間溶解した。得られた試料は乳鉢で摺潰して使
用した。 スラグ(SiO2−CaO−Al2O3)は、SiO2
CaO:Al2O3=5:3:1の重量比で合計50gと
した。秤量した各試料を混合し、坩堝に入れ1500
℃で、1時間の間溶解した。得られたスラグは乳
鉢で摺潰して使用した。 測定はAl−Si合金とスラグを混合して使用し
た。その重量比はAl−Si合金:スラグ=1:2
で、合計7.5gとした。 SiO2+CにおけるSiO2は純度99.99%(レアメ
タリツク社製)を乾燥器(120℃で水分を除去し
たものを使用した。炭素はグラフアイト(東海高
熱社製)を振動ミルで約100μmに粉砕した後、
1200℃のArガス雰囲気中で焼成した。 測定はSiO2と炭素の重量比SiO2:C=1:2
で合計6gとして乳鉢で混合して使用した。 SiO+SiにおけるSiは純度99.9%(レアメタリ
ツク社製)を乾燥器(120℃)で水分を除去した
ものを使用した。 測定は前記SiとSiO2とを重量比Si:SiO2
1:1で総量3gとし、これを乳鉢で混合したも
のを使用した。 SiOは純度99.95%以上(大阪チタニウム社製)
を乾燥器(120℃雰囲気)で水分を除去したもの
を乳鉢で摺潰して使用した。 第10図に示すように、操業炉内の状態に近づ
けるため反応管301内にはキヤリアガス(Ar,
H2ガス)を流し(in〜out)、供試料307の近
傍には放射板303を設けた。 まず、前記反応管301内にプローブ120を
挿入した後、前記放射板303とプローブ120
の先端との間に供試料307を配置し、放射板3
03に接するように熱電対309を設ける。測定
に際しては、供試料307を再結晶化高純度アル
ミナ製(日本化学陶業社製)のボートに入れた状
態で電気炉501の中心位置にセツトする。 次に、反応管301内を真空にし、かつ、真空
漏れのないことを確認する。しかる後Arガスを
流し込み再度真空にする。該操作を3回程繰り返
して反応管301内をArガスにて置換する。 その後、電気炉501を通電加熱するが、昇温
時には反応管301内に流すArガス量と等量の
ガスが排除できるように真空ポンプにバイパスを
かけ、反応管301内の圧力が大気圧と等しくな
るようにニードルバルブにより調節する。 スペクトル測定は反応管301内が所定温度に
達したとき、5000〜800cm-1の範囲について行な
つた。下記の第5表はこのときの実験条件を示し
たものである。
[Table] The arithmetic unit 505 is an autolock-in amplifier 5
It is calculated based on the output signal from 04B. For example, if the output voltage of the autolock-in amplifier 504B at standard time, that is, when no spectral absorption occurs, is A, and the output voltage at the time of measurement is B, then
Since these signals are analog signals, both analog signals were converted to digital signals to facilitate calculation processing, and then the B/A calculation was performed, and the calculation result was converted back to an analog signal. It is then sent to recorder 506. The recorder 506 continuously and simultaneously records the output voltage B of the autolock-in amplifier 504B and the output signal (corresponding to transmittance B/A) of the arithmetic unit 505. FIG. 16 shows an example of measurement when spectrum absorption occurs, and FIG. 17 shows an example of measurement when absorption does not occur. In FIGS. 16 and 17, the upper curve corresponds to the output of the arithmetic unit 505, and the lower curve corresponds to the output of the autolock-in amplifier 504B. The output of autolock-in amplifier 504B is
The output voltage A is recorded as being proportional to the intensity of the absorption peak, but if no absorption occurs, the output voltage A
Since there is no output difference between
When A=1, the output of the arithmetic unit 505 remains constant; however, when absorption occurs, the output difference becomes large and B/A<1, and the output of the arithmetic unit 505 becomes constant.
The output appears smaller on the chart than in the case without absorption. Note that the blacked out portions in the output curve of the autolock-in amplifier in FIG. 16 are portions that are not recorded due to the occurrence of absorption. Next, a method for identifying and quantifying substances in the reactor will be explained. In this example, identification and quantification were performed in a laboratory instead of in an operating furnace. That is, as shown in FIG. 10, a reaction tube 301 was placed inside an electric furnace 501, and measurements were carried out in a state where an operating furnace was reproduced inside the reaction tube 301. In this example, measurements were performed on the samples described below. Sample 307 used in this example is (Al-Si) + slag alloy (SiO 2 -CaO
-Al 2 O 3 ), SiO 2 +C, SiO 2 +Si, and solid SiO
It is. The preparation of each sample will be described below. Al-Si alloys were created in which the Si (wt%) was changed stepwise to 95, 90, and 80%. Further, the weight ratio was calculated in advance, and Al and Si were placed in a crucible and melted at 1500°C for 1 hour. The obtained sample was ground in a mortar and used. Slag (SiO 2 −CaO−Al 2 O 3 ) is SiO 2 :
The weight ratio of CaO:Al 2 O 3 =5:3:1 was 50 g in total. Mix each weighed sample and place it in a crucible at 1500 ml.
℃ for 1 hour. The obtained slag was ground in a mortar and used. In the measurement, a mixture of Al-Si alloy and slag was used. The weight ratio is Al-Si alloy: slag = 1:2
So, the total was 7.5g. SiO 2 in SiO 2 +C was 99.99% pure (manufactured by Rare Metallic Co., Ltd.) and water was removed in a dryer (120°C).For the carbon, graphite (manufactured by Tokai Konetsu Co., Ltd.) was ground to about 100 μm using a vibration mill. After that,
It was fired in an Ar gas atmosphere at 1200℃. The measurement is based on the weight ratio of SiO 2 and carbon: SiO 2 :C=1:2
A total of 6 g was mixed in a mortar and used. The Si in SiO+Si used was one with a purity of 99.9% (manufactured by Rare Metallic Co., Ltd.) and water was removed in a dryer (120°C). The measurement was carried out using the weight ratio of Si and SiO 2 as Si:SiO 2 =
The ratio of 1:1 was 3 g in total, which was mixed in a mortar and used. SiO has a purity of 99.95% or more (manufactured by Osaka Titanium Co., Ltd.)
The water was removed in a dryer (120°C atmosphere), and the mixture was ground in a mortar and used. As shown in FIG. 10, a carrier gas (Ar,
H2 gas) was flowed (in to out), and a radiation plate 303 was provided near the sample 307. First, after inserting the probe 120 into the reaction tube 301, the radiation plate 303 and the probe 120
The sample 307 is placed between the tip of the radiation plate 3
A thermocouple 309 is provided so as to be in contact with 03. During the measurement, the sample 307 is placed in a boat made of recrystallized high-purity alumina (manufactured by Nihon Kagaku Togyo Co., Ltd.) and set at the center of the electric furnace 501. Next, the inside of the reaction tube 301 is evacuated and it is confirmed that there is no vacuum leakage. After that, Ar gas is poured in to create a vacuum again. This operation is repeated about three times to replace the inside of the reaction tube 301 with Ar gas. After that, the electric furnace 501 is heated by electricity, but when the temperature rises, the vacuum pump is bypassed so that the same amount of Ar gas flowing into the reaction tube 301 can be removed, and the pressure inside the reaction tube 301 is brought down to atmospheric pressure. Adjust with a needle valve so that they are equal. The spectrum measurement was performed in the range of 5000 to 800 cm -1 when the inside of the reaction tube 301 reached a predetermined temperature. Table 5 below shows the experimental conditions at this time.

【表】 上記のような方法を利用した炉内物質のスペク
トル測定の結果、試料がAl−Si合金+スラグ、
固体のSiOの場合及びSiO2+C、SiO2+Siの場合
もSiOガスのスペクトルを確認できたが、Arガス
雰囲気では試料がSiO2+Cであるものが最も顕
著なスペクトルを示した。 第13図はSiOガス吸収スペクトルが最も良く
現れた例を示すものである。同図では縦軸を赤外
線の強度(%)、横軸を波数(cm-1)としている。 測定は5000〜800cm-1について行なつた。第1
3図の上部に示す曲線はキヤリアガスArを流量
5c.c./minで流し、炉内温度を1500℃、供試料を
SiO2+Cとしたときのものである。同図に示す
ように、2445.5〜2386.6cm-1、2293.6〜2202.6cm-
、1251.1〜1166.9cm-1、1126.1〜1044.9cm-1の各
範囲に夫々吸収を示すピーク(2400,2250,
1200,1082)が現れた。各吸収ピークはCO2
ス、COガス、SiOガスの倍振動、Si2O2ガスに
夫々対応するものである。 第13図の下部に示す曲線はキヤリアガスを
ArガスからH2に置換して測定したものである。
これによると、3000,1500,1000cm-1の各位置に
新たに鋭い吸収スペクトルが現れていることが理
解できる。この新たな3つの吸収ピークはOH基
の吸収を示すものである。 上記工程の終了後、Arガス雰囲気中で徐冷し
た反応管301内を見ると、試料のボートから分
光器側に対向する面に、琥珀色の蒸着物が見られ
た。 特に、放射板303から200mm程度の位置には
より多くの蒸着物が見られた。大阪チタニウム社
の資料によると、SiO薄膜の一般的性質とした純
SiO膜は1×10-5torr以下の低酸素分圧下で蒸着
させた場合、琥珀色を呈すると記されている。こ
のことから反応管301内の琥珀色の蒸着物は
SiOであることが十分理解できる。 前記琥珀色の蒸着物についての調査はフーリエ
変換赤外線分光器を用いて行なつた。測定は
KBr粒状結晶と蒸着物を乳鉢で摺潰し、混合し
たものを圧力200Kg/cm2で加圧成形し、これを前
記分光器502にセツトして行なつた。第15図
はその測定結果であり、これによると、1289,
1216,1180,1172,1165cm-1に吸収が現れた。 なお、上記測定結果の検証のため前記赤外線検
知器503のKBr窓材についても同じ測定を行
なつた。第14図はその測定結果である。 第6表は他の研究によつて公表されたSiOの吸
収波数である。同表と上記結果を対比すると、同
一に近い波数の吸収として1216cm-129Si16O)、
1180cm-128Si18O)、1172cm-129Si18O)、1165
cm-130Si18O)が挙げられる。 この吸収はSiOの固体の吸収波数に対応してい
る。またこの結果から質量数が異なると吸収波数
が変わることも理解できる。以上の結果から反応
管内ではSiOガスが発生していることが確認され
た。
[Table] As a result of spectrum measurement of the materials in the furnace using the method described above, the sample was Al-Si alloy + slag,
Spectra of SiO gas could be confirmed in the case of solid SiO, SiO 2 +C, and SiO 2 +Si, but in the Ar gas atmosphere, the most remarkable spectrum was observed when the sample was SiO 2 +C. FIG. 13 shows an example in which the SiO gas absorption spectrum appears best. In the figure, the vertical axis represents infrared intensity (%) and the horizontal axis represents wave number (cm -1 ). Measurements were carried out from 5000 to 800 cm -1 . 1st
The curve shown in the upper part of Figure 3 shows the case where carrier gas Ar is flowed at a flow rate of 5 c.c./min, the furnace temperature is 1500℃, and the sample is
This is when SiO 2 +C is used. As shown in the figure, 2445.5 ~ 2386.6 cm -1 , 2293.6 ~ 2202.6 cm -
1 , peaks showing absorption in the ranges of 1251.1 to 1166.9 cm -1 and 1126.1 to 1044.9 cm -1 (2400, 2250,
1200, 1082) appeared. Each absorption peak corresponds to CO 2 gas, CO gas, double vibration of SiO gas, and Si 2 O 2 gas, respectively. The curve shown at the bottom of Figure 13 represents the carrier gas.
This was measured by replacing Ar gas with H 2 .
According to this, it can be seen that new sharp absorption spectra appear at each position of 3000, 1500, and 1000 cm -1 . These three new absorption peaks indicate absorption of OH groups. When the interior of the reaction tube 301, which had been slowly cooled in an Ar gas atmosphere after the completion of the above steps, was looked at, an amber vapor deposit was observed on the surface facing the spectrometer from the sample boat. In particular, more deposits were seen at a position about 200 mm from the radiation plate 303. According to materials from Osaka Titanium Co., Ltd., the general properties of SiO thin films are
It is stated that the SiO film exhibits an amber color when deposited under a low oxygen partial pressure of 1×10 −5 torr or less. From this, the amber-colored vapor deposit in the reaction tube 301 is
It is easy to understand that it is SiO. The amber deposit was investigated using a Fourier transform infrared spectrometer. The measurement is
The KBr granular crystals and the deposit were crushed in a mortar, and the mixture was press-molded at a pressure of 200 Kg/cm 2 , and this was set in the spectrometer 502. Figure 15 shows the measurement results, and according to this, 1289,
Absorption appeared at 1216, 1180, 1172, and 1165 cm -1 . Incidentally, in order to verify the above measurement results, the same measurements were performed on the KBr window material of the infrared detector 503. FIG. 14 shows the measurement results. Table 6 shows the absorption wavenumbers of SiO published by other studies. Comparing the same table and the above results, we can see that the absorption at nearly the same wave number is 1216 cm -1 ( 29 Si 16 O),
1180cm -1 ( 28 Si 18 O), 1172 cm -1 ( 29 Si 18 O), 1165
cm −1 ( 30 Si 18 O). This absorption corresponds to the absorption wavenumber of the SiO solid. It can also be understood from this result that the absorption wavenumber changes as the mass number changes. From the above results, it was confirmed that SiO gas was generated within the reaction tube.

【表】 第18図は第2実施例に係るプローブ120を
示すものである。本実施例は上記第1実施例にお
いて、先端部材101の先端にキヤツプ401を
設けるようにしたものである。このキヤツプ40
1には前方開口部101aに連通する穴部401
aが形成され、さらに該穴部401aと炉内側と
を連通する小孔403を形成したものである。他
の構成及び作用は第1実施例と同様であるので重
複した説明を省略する。 前記穴部401aは、プローブ長手方向に沿う
長さがその内径の約10倍とすることが好ましい。
なお、この長さは第1実施例で述べたスペクトル
の強度を与える式におけるLと同一の長さに相当
する。キヤツプ401の材質は、光線の放射体と
なり得るものならばよく、例えばカーボン等によ
り形成される。 本例は気体を測定する場合用のプローブである
が、炉内ガスは小孔403を介して穴部401a
に導入される。一方、放射体としても機能するの
で内部からの反射光線が集光レンズ124に入射
する。 本第2実施例では測定する気体が炉内雰囲気か
ら隔離されるので炉内状況が激しく変化した場合
でも、その変化の影響を受けることなく極めて安
定した状態で測定することができる。 [発明の効果] 以上詳細に説明したように本発明によれば、炉
内側に臨まされる集光レンズが一端側に配され、
他端側に分光器が配される光フアイバを設けたス
ペクトル分析装置において、前記光フアイバを第
1間隙を置いて挿入した第1保持管と、該第1間
隙内に前記他端側から一端側に向けて不活性ガス
を流入するための第1ガス導入手段と、前記集光
レンズの外周部に形成され該集光レンズの近傍と
前記第1間隙とを連通させる第1ガス通路部と、
前記第1保持管の外周部に同心状に、かつ、第2
間隙を置いて設けられる第2保持管と、該第2間
隙内に前記他端側から一端側に向けて不活性ガス
を流入するための第2ガス導入手段と、前記炉内
側と前記第2間隙とを連通させる第2ガス通路部
と、前記第2保持管の外周部を冷却するための冷
却手段と、から成るプローブを備え、該プローブ
は、さらに、前記炉内側に配される先端部と、該
先端部の後部に連結され、かつ、後部に前記第2
保持管が連結される中継部と、前記第2保持管内
でその管長方向に移動自在で、かつ、該移動によ
り前記第2ガス通路部を連通又は遮断可能なレン
ズマウント部とから成り、前記先端部には、前記
炉内側と連通し、かつ、前方から後方に向かつて
縮径する前方開口部、及び該前方開口部に連通
し、かつ、前方から後方に向かつて拡径する後方
開口部が形成され、前記中継部には前記後方開口
部と連通するガス溜部が形成され、前記レンズマ
ウント部には、前記ガス溜部に連通する第1中空
部、第2中空部、及び第3中空部がその順序で前
記管長方向に沿つて形成され、前記第1中空部に
は、前記集光レンズをその光軸が前記管長方向に
沿うように保持可能で、かつ、前記第1ガス通路
部が形成された保持部材が配され、前記第2中空
部は、前記管長方向に沿う長さが前記集光レンズ
の焦点距離程度に形成され、前記第3中空部に
は、前記光フアイバの先端面が前記第2中空部の
後端位置と略一致するように前記第1保持管が保
持されたことを特徴とするので、レンズマウント
部の簡単な移動操作によりガス溜部内に一時的か
つ安定状態でガス体を止めることができ、炉内物
質、特に分子振動のうち双極子モーメントの振舞
いが問題となるような炉内発生ガスの同定・定量
化を精度良くかつ容易に行なうことができ、従つ
て、各産業で広汎に利用されている炉の操業を適
確に行なうことができる。
[Table] FIG. 18 shows a probe 120 according to a second embodiment. In this embodiment, a cap 401 is provided at the tip of the tip member 101 in the first embodiment. This cap 40
1 has a hole 401 communicating with the front opening 101a.
A is formed, and a small hole 403 is further formed to communicate the hole portion 401a with the inside of the furnace. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, so redundant explanations will be omitted. Preferably, the length of the hole 401a along the longitudinal direction of the probe is about 10 times the inner diameter thereof.
Note that this length corresponds to the same length as L in the formula for giving the spectrum intensity described in the first embodiment. The cap 401 may be made of any material as long as it can serve as a light radiator, and is made of carbon or the like, for example. This example is a probe for measuring gas, and the gas inside the furnace is passed through the small hole 403 to the hole 401a.
will be introduced in On the other hand, since it also functions as a radiator, reflected light from inside enters the condenser lens 124. In the second embodiment, since the gas to be measured is isolated from the atmosphere inside the furnace, even if the situation inside the furnace changes drastically, the measurement can be carried out in an extremely stable state without being affected by the change. [Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, the condenser lens facing the inside of the furnace is disposed on one end side,
In a spectrum analyzer including an optical fiber having a spectrometer disposed at the other end thereof, a first holding tube into which the optical fiber is inserted with a first gap therebetween, and one end inserted from the other end side into the first gap. a first gas introducing means for flowing an inert gas toward the side; a first gas passage portion formed on an outer peripheral portion of the condensing lens and communicating the vicinity of the condensing lens with the first gap; ,
a second holding tube concentrically with the outer circumferential portion of the first holding tube;
a second holding pipe provided with a gap therebetween; a second gas introducing means for flowing an inert gas into the second gap from the other end side toward the one end side; The probe includes a second gas passage portion communicating with the gap, and a cooling means for cooling the outer peripheral portion of the second holding tube, and the probe further includes a tip portion disposed inside the furnace. and the second part is connected to the rear part of the tip part, and the second part is connected to the rear part of the tip part.
It consists of a relay part to which the holding tube is connected, and a lens mount part that is movable in the longitudinal direction within the second holding tube and can communicate or block the second gas passage part by the movement, The portion includes a front opening that communicates with the inside of the furnace and whose diameter decreases from the front to the rear, and a rear opening that communicates with the front opening and whose diameter increases from the front to the rear. a gas reservoir portion communicating with the rear opening portion is formed in the relay portion, and a first hollow portion, a second hollow portion, and a third hollow portion communicating with the gas reservoir portion are formed in the lens mount portion. portions are formed in that order along the pipe length direction, the first hollow portion is capable of holding the condenser lens with its optical axis along the pipe length direction, and the first gas passage portion is A holding member is disposed in which a holding member is formed, the second hollow portion has a length along the pipe length direction that is approximately the focal length of the condensing lens, and the third hollow portion has a holding member formed with a distal end of the optical fiber. The first holding tube is held so that its surface substantially coincides with the rear end position of the second hollow part, so that it can be temporarily and stably placed in the gas reservoir by a simple movement of the lens mount part. It is possible to accurately and easily identify and quantify the gases generated in the furnace, where the behavior of the dipole moment among the molecular vibrations is a problem. Therefore, furnaces widely used in various industries can be properly operated.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、第1実施例に係るプローブの断面
図、第2図は第1図に示すプローブの先端部材の
近傍の拡大断面図、第3図はそのレンズマウント
部を示す分解断面図、第4図は第3図の−線
に沿う断面図、第5図は第3図の方向から見た
端面図、第6図は第3図の方向から見た端面
図、第7図は第3図の方向から見た端面図、第
8図はプローブの先端部にレンズマウント部を中
継部に当接するまで挿入した状態を示す断面図、
第9図はレンズマウント部を後退させた状態を示
す断面図、第10図はスペクトル分析装置の全体
構成を示すブロツク図、第11図は集光レンズの
透過特性を示すグラフ、第12図は赤外線検知器
の波長感度特性を示すグラフ、第13図は炉内物
質の赤外線の強度と波数との関係を示すグラフ、
第14図は赤外線検知器の窓材の赤外線スペクト
ルを示すグラフ、第15図は蒸着物の赤外線スペ
クトルを示すグラフ、第16図は吸収がある場合
の波数と出力電圧及び透過率との関係を示すグラ
フ、第17図は吸収がない場合の波数と出力電圧
及び透過率との関係を示すグラフ、第18図は第
2実施例に係るプローブの断面図である。 符号の説明、101……先端部材、101a…
…前方開口部、101b……後方開口部、102
……スペーサ(中継部)、103……レンズマウ
ント部、109……光フアイバ、120……プロ
ーブ、112……ガス送入口(第2ガス導入手
段)、124……集光レンズ、125……第3中
空部、108……管(第1保持管)、107……
管(第2保持管)、111……冷却水入口(冷却
手段)、142……レンズ保持部材、148……
第1中空部、150……第2中空部、154……
溝(第2ガス通路部)、156……溝(第1ガス
通路部)、162……スキマ(第1間隙)、163
……スキマ(第2間隙)。
FIG. 1 is a sectional view of the probe according to the first embodiment, FIG. 2 is an enlarged sectional view of the vicinity of the tip member of the probe shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded sectional view showing the lens mount part thereof. Figure 4 is a sectional view taken along the - line in Figure 3, Figure 5 is an end view seen from the direction of Figure 3, Figure 6 is an end view seen from the direction of Figure 3, and Figure 7 is a cross-sectional view taken from the direction of Figure 3. 3 is an end view seen from the direction shown in FIG. 8, and FIG. 8 is a sectional view showing the state in which the lens mount part is inserted into the tip of the probe until it contacts the relay part.
Fig. 9 is a cross-sectional view showing the state in which the lens mount is retracted, Fig. 10 is a block diagram showing the overall configuration of the spectrum analyzer, Fig. 11 is a graph showing the transmission characteristics of the condensing lens, and Fig. 12 is A graph showing the wavelength sensitivity characteristics of an infrared detector; FIG. 13 is a graph showing the relationship between the intensity of infrared rays and the wave number of the material inside the reactor;
Figure 14 is a graph showing the infrared spectrum of the window material of the infrared detector, Figure 15 is a graph showing the infrared spectrum of the vapor deposited material, and Figure 16 is the relationship between wave number, output voltage, and transmittance when absorption occurs. FIG. 17 is a graph showing the relationship between wave number, output voltage, and transmittance when there is no absorption, and FIG. 18 is a cross-sectional view of the probe according to the second embodiment. Explanation of symbols, 101...Tip member, 101a...
...Front opening, 101b...Rear opening, 102
... Spacer (relay part), 103 ... Lens mount part, 109 ... Optical fiber, 120 ... Probe, 112 ... Gas inlet (second gas introduction means), 124 ... Condensing lens, 125 ... Third hollow part, 108... pipe (first holding pipe), 107...
Pipe (second holding tube), 111... Cooling water inlet (cooling means), 142... Lens holding member, 148...
First hollow part, 150... Second hollow part, 154...
Groove (second gas passage part), 156... Groove (first gas passage part), 162... Clearance (first gap), 163
...Gap (second gap).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 炉内側に臨まされる集光レンズが一端側に配
され、他端側に分光器が配される光フアイバを設
けたスペクトル分析装置において、 前記光フアイバがその外周部に第1間隙を置い
て挿入される第1保持管と、該第1間隙内に前記
他端側から一端側に向けて不活性ガスを流入する
ための第1ガス導入手段と、前記集光レンズの外
周部に形成され該集光レンズの近傍と前記第1間
隙とを連通させる第1ガス通路部と、前記第1保
持管の外周部に同心状に、かつ、第2間隙を置い
て設けられる第2保持管と、該第2間隙内に前記
他端側から一端側に向けて不活性ガスを流入する
ための第2ガス導入手段と、前記炉内側と前記第
2間隙とを連通させる第2ガス通路部と、前記第
2保持管の外周部を冷却するための冷却手段と、
から成るプローブを備え、 該プローブは、さらに、前記炉内側に配される
先端部と、該先端部の後部に連結され、かつ、後
部に前記第2保持管が連結される中継部と、前記
第2保持管内でその管長方向に移動自在で、か
つ、該移動により前記第2ガス通路部を連通又は
遮断可能なレンズマウント部とから成り、 前記先端部には、前記炉内側と連通し、かつ、
前方から後方に向かつて縮径する前方開口部、及
び該前方開口部に連通し、かつ、前方から後方に
向かつて拡径する後方開口部が形成され、前記中
継部には前記後方開口部と連通するガス溜部が形
成され、前記レンズマウント部には、前記ガス溜
部に連通する第1中空部、第2中空部、及び第3
中空部がその順序で前記管長方向に沿つて形成さ
れ、前記第1中空部には、前記集光レンズをその
光軸が前記管長方向に沿うように保持可能で、か
つ、前記第1ガス通路部を形成したレンズ保持部
材が配され、前記第2中空部は、前記管長方向に
沿う長さが前記集光レンズの焦点距離と略同一に
形成され、前記第3中空部には、前記光フアイバ
の先端面が前記第2中空部の後端位置と略一致す
るように前記第1保持管が保持されたことを特徴
とする炉内物質のスペクトル分析装置。
[Scope of Claims] 1. A spectrum analyzer equipped with an optical fiber having a condensing lens facing the inside of the furnace at one end and a spectrometer at the other end, wherein the optical fiber is located at its outer periphery. a first holding tube to be inserted with a first gap therebetween; a first gas introducing means for flowing an inert gas into the first gap from the other end side toward the one end side; a first gas passage formed on the outer periphery of the lens and communicating the vicinity of the condensing lens with the first gap; and a second gas passage formed concentrically on the outer periphery of the first holding tube, with a second gap provided therein. A second holding pipe provided, a second gas introducing means for flowing an inert gas into the second gap from the other end toward the one end, and communication between the inside of the furnace and the second gap. a second gas passage section for cooling the second holding tube, and a cooling means for cooling the outer peripheral section of the second holding tube.
The probe further comprises: a tip disposed inside the furnace; a relay section connected to a rear part of the tip and connected to the second holding tube; a lens mount part that is movable in the lengthwise direction of the second holding pipe and that can communicate with or block off the second gas passage part by said movement; the tip part communicates with the inside of the furnace; and,
A front opening whose diameter decreases from the front to the rear, and a rear opening that communicates with the front opening and whose diameter increases from the front to the rear, and the relay part has a diameter that decreases from the front to the rear. A communicating gas reservoir is formed, and the lens mount includes a first hollow section, a second hollow section, and a third hollow section communicating with the gas reservoir.
Hollow parts are formed in this order along the pipe length direction, and the first hollow part is capable of holding the condenser lens with its optical axis along the pipe length direction, and the first gas passage is A lens holding member having a section formed therein is disposed, the second hollow section is formed to have a length along the tube length direction that is approximately the same as the focal length of the condensing lens, and the third hollow section is provided with a lens holding member that holds the light. A spectral analysis device for a substance in a furnace, characterized in that the first holding tube is held such that a tip end surface of the fiber substantially coincides with a rear end position of the second hollow part.
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JPS5981540A (en) * 1982-10-30 1984-05-11 Nippon Steel Corp Direct emission spectrochemical analyzer of molten metal

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