JPH0519650B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 目的 （産業上の利用分野） 本発明は各種工業プロセスのガス濃度の監視や
制御、公害監視のための排ガス濃度測定などに使
用される分析計であつて、ガス分子の赤外線吸収
効果を利用してガス分子の赤外線吸収の強さによ
り試料ガス中の特定成分の濃度を測定する非分散
形赤外線ガス分析計に関する。

（従来の技術） 第７図には単光源を用いた従来の赤外線ガス分
析計を示す。１は光源で、その光源１に対し試料
セル２と比較セル３が同量の光が入射されるよう
に互いに平行に配置されている。試料セル２には
測定成分を含んだ試料ガスが流され、比較セル３
には赤外線を吸収しない窒素や空気などの不活性
ガスが充填されている。４は光源１から試料セル
２と比較セル３に入射される光を同時断続する光
チヨツパ、５，６は各セル２，３を透過して検出
器７に入射する光の量を調整する光量調整器であ
る。検出器７は金属薄膜８により２個の室９，１
０に仕切られ、両室９，１０には測定成分ガスが
充填されて密閉されたコンデンサマイクロホン方
式の検出器であつて、金属薄膜８とそれに対向し
て設けられた電極１１とでコンデンサを形成して
いる。１２はその検出器７の信号検出回路であ
る。

この従来の赤外線ガス分析計では光量調整器
５，６により検出器７の両室９，１０に入射する
光量が等しくならないように調整される。まず、
赤外線吸収をもたないN₂のような不活性なガス
（ゼロガス）を試料セル２に流したとき、検出器
７へ入射される光量は比較セル３側の方が多くな
るように光量調整器５，６が調整されているとす
る。検出器７では室１０の方が室９より多くの光
量が入射されるので金属薄膜８は左方向へふくら
む。検出器７の両室９，１０へ入射する光は光チ
ヨツパ４により同時断続されているので、金属薄
膜８も一定周波数で振動し、その検出信号は第８
図の記号１５で示されるように得られ、この信号
の振幅がゼロ点となる。

次に試料セル２に一定濃度の測定成分を含むガ
ス（スパンガス）を流して同様の測定をすれば、
試料セル２で赤外線の吸収が起つて試料セル２を
透過する光量が減少するので、検出信号は第８図
の記号１６で示されるようにその振幅が大きくな
る。この検出信号１６の振幅がスパン点となる。

そして、試料セル２に測定ガスを流して同様の
測定を行なうと、第８図の記号１７で示されるよ
うに成分ガスの濃度に応じた振幅の検出信号が得
られるので、これをゼロ点とスパン点の間で比例
配分して試料ガス濃度を求めることができる。

この従来の赤外線ガス分析計では上述の如く試
料セル２と比較セル３の透過光をそれぞれ検出器
７の別々の室９と１０に入射させ、両透過光量の
差により試料セル２中の成分ガスの濃度を測定す
るものであり、かつ試料セル２と比較セル３の透
過光量が等しくなつては検出器７の金属薄膜８が
停止して検出ができなくなるため、光量調整器
５，６により試料セル２と比較セル３の透過光量
が異なるように調整していた。

（発明が解決しようとする問題点） この従来の赤外線ガス分析計では、試料セルが
汚れて透過光量が低下した場合、光量バランスを
調整するために光量調整器により比較セル側の光
量も低下させていた。そして、その調整は手動で
行なわれているため、煩らわしいものであつた。

また、試料セル側の光量低下に応じて比較セル
側の光量も低下させるため感度が低下する問題が
あつた。

本発明は、試料セルが汚れた場合に感度を低下
させないで、また特別な光量調整機構を用いない
で、しかも自動的に光量バランスを調整すること
ができる赤外線ガス分析計を提供することを目的
とするものである。

(ロ) 構成 （問題点を解決するための手段） 本発明の赤外線ガス分析計では、１個の光源を
用い、この光源からの光が試料セルと比較セルを
それぞれ透過した透過光を１個の検出器に交互に
導入し、両透過光の検出信号を別々に取り出す。
検出器としてはコンデンサマイクロホンもしくは
マイクロフローセンサを使用した一方向形圧力検
出方式もしくは前後室形検出方式のもの、又は半
導体検出器のいずれのものでもよく、その検出器
への透過光の導入は試料セルと比較セルの入射側
又は透過側に設けられた光チヨツパ手段により制
御されるが、試料セル透過光の検出信号（以下測
定信号という）と比較セル透過光の検出信号（以
下比較信号という）が、好ましくは相互に干渉し
ない程度の時間間隔（僅かに干渉があつても実質
的に影響のない程度の時間間隔も含む）をもつて
両透過光が検出器に導入される。

この光チヨツパ手段はステツピングモータによ
り駆動され、そのステツピングモータの駆動パル
スを制御することにより、試料セルから検出器へ
の光導入量と、比較セルから検出器への光導入量
を個別に調整できるようになつている。

（作用） 試料セルが汚れた場合、光チヨツパ手段による
試料セル側の開口時間を長くすることにより、試
料セルから検出器への光導入量を増加させること
により、光量バランスをとるようにする。

両セルに関する光チヨツパ手段の開口時間を長
くすれば感度が高くなり、逆に開口時間を短かく
すれば感度が低くなる。

測定信号と比較信号の差が出力信号として用い
られる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の光学系を表わす。

なお、各図において同一又は同等な部分には同
一の記号を使用する。

光源１から放射された赤外線は光チヨツパ２０
により試料セル２と比較セル３にそれぞれ固有の
時間間隔で断続されて、試料セル２と比較セル３
に交互に導入される。２１は試料セル２又は比較
セル３を透過した光を単一の検出器２２に入射さ
せる集光器である。検出器２２は前後室形検出器
であり、光の入射に対して前後に配置された２個
の室２２−１，２２−２を有し、各室２２−１，
２２−２には測定成分ガスが充填されて密閉され
ており、入射光はまず前室２２−１に入り、その
透過光が後室２２−２に入る。両室２２−１，２
２−２における光吸収の差に応じた圧力差は両室
間に設けられた圧力差検出素子２３により検出さ
れる。圧力差検出素子２３としては、コンデンサ
マイクロホン又はマイクロフローセンサが使用さ
れる。

光チヨツパ２０はパルス発生器５０からの駆動
パルス信号により駆動されるステツピングモータ
５１により回転させられ、光源１からの光を試料
セル２と比較セル３に交互に入射させるように光
束を断続する。パルス発生器５０の出力信号は、
スイツチ５２を経て入力される後述の信号に基い
て調整されるようになつている。このとき、試料
セル２用の開口２４の開口時間と、比較セル３用
の開口２５の開口時間はそれぞれ駆動パルス信号
により個別に制御されている。

そのような光チヨツパ２０は例えば第２図に示
されるようなものであり、試料セル２用の開口２
４と比較セル３用の開口２５が互いに離れた位置
に設けられている。２６，２７はこの光チヨツパ
２０が光束を断続するタイミングを検出するため
のホトカプラ如き光検出器で、そのための開口２
８，２９からの光を受光して第３図に示されるパ
ルス信号３０，３１を発生する。

この光チヨツパ２０が試料セル２と比較セル３
に交互に光を入射させる回転速度は検出器２２の
応答時間より遅くなるように設定されている。そ
の結果、検出器２２の検出信号は、第３図に示さ
れるように比較信号３２と測定信号３３とが相互
に干渉しない孤立波となる。

次に第３図のように得られる本実施例の検出信
号の処理系統を再び第１図により説明する。

検出器２２で検出された比較信号３２及び測定
信号３３は増幅器４０で増幅された後、光検出器
２６，２７により光チヨツパ２０のタイミングで
比較信号Ｒと測定信号Ｍに分離される。両信号は
引き算器４１に入力されて面積値が算出された
後、その差が求められる。引き算器４１の出力は
試料セル中の成分ガスの濃度に対応した出力信号
となる。スイツチ５２は、試料セル２にゼロガス
が流されたときにオンとなるスイツチであり、そ
のときの引算器４１の出力信号がゼロになるよう
にパルス発生器５０によリステツピングモータ５
１の回転を制御して、試料セル２用の開口２４の
開口時間を調整するためのものである。

本実施例において、まず、パルス発生器５０に
より比較セル３用の開口２５の開口時間が所定値
になるように設定しておく。試料セル２にまず測
定成分を含まないゼロガスを流す。それにより、
スイツチ５２がオンとなり、引算器４１の出力信
号がゼロになるようにパルス発生器５０、ステツ
ピングモータ５１を介して光チヨツパ２０の回転
が制御され、試料セル２と比較セル３のそれぞれ
の透過光量の積分値が等しくなり、ゼロ点の出力
レベルも０レベルになる。ゼロガスの導入を停止
すればスイツチ５２がオフとなり、パルス発生器
５０の出力信号はそのときの値で固定される。

そして、その後、仮に光源の光量が変化したり
検出器の感度が変化したりしたとしても、測定信
号と比較信号に全く同じ割合で影響が表われるの
で、ゼロ点のレベルは変化しない。

次に、試料セル２に測定成分を一定濃度含有す
るスパンガスを流し、そのときの出力信号をスパ
ン点とする。

次に、試料セル２に測定しようとする試料ガス
を流して得られる出力信号を、既に測定したスパ
ン点とゼロ点の間で比例配分してその試料ガスの
濃度が求められる。

長時間の測定により試料セル２が汚れ、測定信
号が変化することがある。そこで、一定時間測定
した後に再び試料セルにゼロガスを流す。

この場合の動作を第４図〜第６図により説明す
る。各図において、Ａは比較信号と測定信号、Ｂ
はパルス発生器５０の出力信号すわなちステツピ
ングモータ５１への駆動パルス信号である。

いま、第４図に示されるように、比較信号３２
と測定信号３３−１の面積値が等しくなるよう
に、光チヨツパ２０の各セル用の開口に対する駆
動パルス信号が３４，３５−１と設定されている
とする。

次に試料セル２が汚れてくると、測定セル側の
光量が減少して第５図に示されるように、測定信
号が３３−２で示されるように減少してくる。そ
のため、第１図における引算器４１に出力信号が
現れ、パルス発生器５０にその信号が入力され
て、駆動パルス信号が第６図に記号３５−２で示
されるようにその送出速度が遅くなり、試料セル
２用の開口２４の開口時間が長くなるようにさ
れ、比側信号３２の面積値と測定信号３３−３の
面積値が等しくなるように調整される。

本実施例で感度を変えたい場合には、パルス発
生器５０における比較セル用の光チヨツパ開口の
開口時間に対応する駆動パルス信号の設定値を変
更すればよい。それにより、試料セル用の光チヨ
ツパ開口の開口時間に対応する駆動パルス信号も
上述の如くゼロガスを流したときに調整される。

以上の実施例は本発明の一例であり、本発明の
範囲内で種々の変更が可能である。例えば光チヨ
ツパ２０は測定セル２と比較セル３とに交互に、
望ましくは測定信号と比較信号とが相互に干渉し
ない程度の低速で光源１の光を導入できるもので
あればよく、開口の位置や形状は種々変形するこ
とができる。また、ホトカプラなどの光検出器２
６，２７の位置も、検出信号が識別できる位置で
あれば任意に変更することができる。

検出器２２は光の入射に対し前後２室に分離さ
れた方式のものを使用したが、測定成分ガスが充
填されたガス室が単一のコンデンサマイクロホン
方式又はマイクロフローセンサ方式の検出器を使
用してもよい。また、半導体検出器を使用しても
よい。

さらには、マイクロコンピユータを使用して定
期的にゼロガスを流し、自動的に駆動パルス信号
を調整してステツピングモータ５１の回転を調整
すれば、自動校正機構を備えた赤外線ガス分析計
とすることができる。

ステツピングモータ５１の回転はまた、マイク
ロコンピユータにより制御するようにしてもよ
い。

上記の実施例では、比較信号と測定信号の面積
比を用いているが、それに代えてピーク値を用い
るようにしてもよい。

(ハ) 発明の効果 本発明の効果を列挙すれば以下の如くである。

(1) 試料セルと比較セルの光量調整に従来のよう
な高価の光量調整機構を用いる必要がなく、ま
た複雑な調整工程も不要になる。

(2) 光量調整機構を組み込むための無駄なスペー
スがなくなり、一層高感度になる。

(3) 試料セルが汚れた場合でも比較側の光量に試
料側の光量を合わせるため、感度の低下なしに
調整をすることができる。

(4) 従来のように商用電源で一定速度のモータで
光チヨツパを駆動した場合、電源がふらつくと
指示もふらつくという問題があつたが、本発明
ではステツピングモータを使用しているので、
ふらつきは全く生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２
図は同実施例で使用されている光チヨツパを示す
平面図、第３図は同実施例の検出信号を示す波形
図、第４図ないし第６図は同実施例の動作を説明
するための図で、それぞれＡは検出信号の波形
図、Ｂは駆動パルス信号である。第７図は従来の
赤外線式ガス分析計を示す概略図、第８図は第７
図の装置の検出信号を示す波形図である。 １……光源、２……試料セル、３……比較セ
ル、２０……光チヨツパ、２２……検出器、２３
……圧力差検出素子、５０……パルス発生器、５
１……ステツピングモータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単一光源からの赤外線光をそれぞれ試料セル
   と比較セルに導入し、両セルの透過光をセルの入
   射側又は透過側に設けられた光チヨツパ手段によ
   り断続して検出器に導入するガス分析計におい
   て、 前記検出器は単一の受光部をもつ検出器であ
   り、 前記光チヨツパ手段はステツピングモータによ
   り駆動され、試料セルの透過光と比較セルの透過
   光を交互に検出器に導入させ、かつ両セルから検
   出器への光の断続時間を前記ステツピングモータ
   の駆動パルスの制御により個別に調整する構造を
   有し、 測定セルの透過光の検出信号と比較セルの透過
   光の検出信号との差から測定セルのガス濃度を測
   定することを特徴とする赤外線ガス分析計。