JPH054629B2

JPH054629B2 -

Info

Publication number: JPH054629B2
Application number: JP14595987A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Yamagishi; Kenji Takeda
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1987-06-10
Publication date: 1993-01-20
Also published as: US4885469A; JPS63308541A

Description

【発明の詳細な説明】｛産業上の利用分野｝本発明は、大気や排気その他に含まれたガスを
検出する赤外線ガス分析計に関するものである。

｛従来の技術｝大気や排気その他に含まれたガスを検出する赤
外線ガス分析計において、測定ガス中に、測定ガ
スの波長域と吸収波長域が一部重なるような干渉
成分ガスが含まれている場合に、その干渉成分ガ
スによる影響を防ぐものとして、例えば、第２図
に示した、干渉フイルタを使用した赤外線ガス分
析計が知られている。

このガス分析計は、比較ガスが封入された比較
セル１と測定ガスが供給される測定セル２とが並
行状に配置され、かつ測定セル２には、測定ガス
の供給口３ａとそのガスを排出する排出口３ｂと
が設けられている。４ａ，４ｂは前記比較セル１
と測定セル２との一側にそれぞれ配置された光
源、５は比較セル１と測定セル２の他側に配置さ
れたコンデンサマイクロホン等の検出器である。

６は比較セル１、測定セル２と光源４ａ，４ｂ
との間に設けられたチヨツパ、７ａ，７ｂは比較
セル１、測定セル２と検出器５との間に配置され
た干渉フイルタで、測定成分ガスの吸収波長域の
光線を透過させ、他の波長域の光線を反射する。
９は前置増幅器である。

この赤外線ガス分析計は、チヨツパ６の回転で
光源４ａ，４ｂの光を断続的に比較セル１と測定
セル２に入射する。すると、その光線の一部が比
較セル１と測定セル２のそれぞれのガスで吸収さ
れるから、比較セル１と測定セル２のそれぞれか
ら検出器５に入射される光量に差が生じる。この
光量の差に基づいてガスを分析するものである。

そして、前記比較セル１と測定セル２に入射し
た光線において、測定セル２に供給した測定ガス
中に含まれた干渉ガスの吸収波長域を干渉フイル
タ７で反射して、それが検出器５に入ることを防
いで、干渉成分ガスの影響を低減している。

また、第３図に示した赤外線ガス分析計も知ら
れている。

この赤外線ガス分析計は、第２図に示したガス
分析計における干渉フイルタ７が、干渉成分ガス
を吸収するガスフイルタ８ａ，８ｂに置き換えら
れたものである。他の構成は、前記第２図に示し
たガス分析計と同じであるから、同符号を付して
示した。

このガス分析計によるガス分析は、比較セル１
と測定セル２に入射した光線において、測定ガス
に含まれた干渉成分の吸収波長域を、ガスフイル
タ８で吸収させて、干渉成分による影響を少なく
するものである。

さらに、第４図に示された干渉補償型の赤外線
ガス分析計も知られている。

このガス分析計は、前記第２図に示したガス分
析計において、その検出器５ａが光線の通過が可
能に構成され、かつこの検出器５ａを通過した光
線を入射する干渉補償用検出器５ｂが設けられ、
かつ検出器５ａの出力から干渉補償用検出器５ｂ
の出力を減算する減算器１０が設けられたもので
ある。

他の構成は、第２図のガス分析計と同じである
から、同符号を付して示した。

｛発明が解決しようとする問題点｝前記従来の赤外線ガス分析計において、第２図
に示されたものは、干渉フイルタ７の干渉成分光
の反射率が高く、干渉成分光による影響を低減す
ることが可能である。

ここで、干渉フイルタの光の透過と反射とを、
第５図に示したように、ガスセルＳの検出器側の
窓を干渉フイルタｆに置き換えた場合についてみ
ると、次のとおりである。

光源Ｌの光Ioは、ガスセルＳの窓Ｗを透過して
ガスセルＳ内に入り、その一部がガスセルＳ内の
測定成分で吸収されてから、干渉フイルタｆを透
過し検出器（図示省略）に入る。

このときの干渉フイルタｆを透過することが可
能な波長域の光の透過光量T₁は、 T₁＝Iotf・tw exp（−εcl）／１−rw・rf［exp（−
εcl）］²……(1) で表され、tfとtwならびにrfとrwを入替えても
同じであるから、透過可能な光の透過量は、その
入射面方向には関係しない。すなわち、光線を干
渉フイルタｆ側から入射した場合でも同じであ
る。

一方、干渉フイルタｆの反射波長域の反射光量
Ｒは、Ｒ＝Io｛rf−rw rf²［exp（−εcl）］²／１−rw・rf
［exp（−εcl）］²……(2) で表され、tfとtwならびにrfとrwとを入れ替え
た場合の反射光量は異なる。すなわち、光線が干
渉フイルタｆ側から入射した場合とガスセルＳの
窓側から入射した場合とでは同じではない。

このことは、測定成分光については、ガスセル
ＳのdW及び干渉フイルタｆのどちらも同様の高
い透過率、低い反射率をもつから、光の入射面の
方向によらず反射光量は変わりないとみなせる
が、干渉成分光については、フイルタの透過率は
低く、反射率は高いので、光をフイルタ側から入
射させた方が、ガスセルＳの窓Ｗ側から入射させ
るよりも、光源側への反射光量は多くなることが
わかる。

光源側へ反射された光が、再び光源ミラーなど
で反射して戻ることがなければ、以上のどちらの
入射面方向から入射しても、透過光量には差異は
ない。

ところが、実際には光量を多くするため、光源
にはミラーを用いているので、入射方向の違いに
よる透過光量の差は必ず生ずる。

なお、Ioは入射光量、twは窓Ｗの透過光量、
rwは窓Ｗの反射光量、tfは干渉フイルタｆの透
過光量、rfは干渉フイルタｆの反射光量、ｃはセ
ルＳ内のガスの濃度、ｌはセルＳの長さ、εはガ
スによつて定まる定数である。

したがつて、第２図、第４図において、干渉フ
イルタ７ａ，７ｂで反射された比較的多量の干渉
成分光は、比較セル１または測定セル２の内面や
それらの窓、さらには光源４ａ，４ｂの反射ミラ
ーなどで反射されて、干渉フイルタ７ａ，７ｂに
再度達することを反復する。

しかも、干渉フイルタ７ａ，７ｂが比較セル
１、測定セル２と検出器５との間に配置されてい
るから、大量の干渉成分光が、比較セル１、測定
セル２の内面で反射されることによつて、干渉フ
イルタ７ａ，７ｂへ入射する斜め成分が多くな
る。一般に、干渉フイルタの透過スペクトルは、
斜め入射の場合には、短波長へシフトするという
物理的特性がある。したがつて、結果的に、干渉
フイルタ７ａ，７ｂを透過して検出器５に入る干
渉成分光量が増加し、分析の精度を低下させる問
題がある。

次に、第３図に示した赤外線ガス分析計は、干
渉成分ガスの吸収波長域の光線をガスフイルタ８
が吸収するから、干渉フイルタにおける干渉成分
光の反射の問題はない。

しかし、干渉成分光の吸収精度がやや低く、か
つ測定ガスに複数種の干渉成分ガスが含まれてい
る場合に、そのすべての干渉成分光を吸収するこ
とが困難であるから、検出器５に入る干渉成分光
の量が比較的多くなり、分析精度を低下させる問
題がある。

第４図に示した干渉補償型のガス分析計は、干
渉成分光による影響を減算器１０で補正するか
ら、分析の精度を向上させることが可能である。

しかし、干渉補償用検出器５ｂと補正用信号処
理回路が余分に必要になるから、コストが上昇す
る問題がある。

本発明は、上記のような問題を解決するもので
あつて、干渉成分ガスによる影響を低コストで除
いて、精度の高い分析ができる赤外線ガス分析計
をうることを目的とするものである。

｛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は、ガスセルの一側
に光源が、他側に検出器が配置された赤外線ガス
分析計において、測定成分ガスの吸収波長域の光
線を透過し、他の波長域の光線を反射する干渉フ
イルタと干渉成分ガスの吸収波長域の光線を少な
くとも吸収するガスフイルタとが、ガスフイルタ
を前記光源側として、光源とガスセルとの間に配
置されたことを特徴とするものである。

｛作用｝この赤外線ガス分析計は、光源からの光線をガ
スフイルタと干渉フイルタを介してガスセルに入
射させることによつて、ガスセルに入射される光
線の波長域を、ほぼ測定成分ガスの吸収波長域の
みとして、ガスセル内の測定ガスに含まれた干渉
成分ガスによる影響を除くものである。

すなわち、光源からの光線をまずガスフイルタ
を通過させることによつて、干渉成分光を吸収さ
せる。

そして、ガスフイルタで吸収されないで干渉フ
イルタに達した干渉成分光を、干渉フイルタで反
射させる。この干渉フイルタで反射された干渉成
分光は、再度前記ガスフイルタに入つて吸収され
るが、ガスフイルタで吸収されなかつた干渉成分
光は、ガスセルの窓や光源の反射ミラーで反射さ
れ、ガスフイルタを通過して再度干渉フイルタで
反射されることなどを反復させて、この間に干渉
成分光を減衰させて、検出器に入射される干渉成
分光の量を最小限にするものである。

｛実施例｝本発明の赤外線ガス分析計の実施例を第１図に
ついて説明する。

第１図において、１は比較ガスが封入された比
較セルで、これと並行状に測定ガスが供給される
測定セル２が配置され、かつ測定セル２には、測
定ガスの供給口３ａとそのガスを排出する排出口
３ｂとが設けられている。４ａ，４ｂは前記比較
セル１と測定セル２との一側にそれぞれ配置され
た光源である。５は比較セル１と測定セル２の他
側に配置されたコンデンサマイクロホンなどの検
出器である。

６は光源４ａ，４ｂの前に配置されたチヨツ
パ、７ａ，７ｂは比較セル１、測定セル２と光源
４ａ，４ｂとの間に配置された干渉フイルタで、
この干渉フイルタ７ａ，７ｂとチヨツパ６との間
にガスフイルタ８ａ，８ｂが設けられている。９
は前置増幅器である。

そして、前記干渉フイルタ７ａ，７ｂは、測定
成分ガスの吸収波長域の光線を透過し、他の波長
域の光線を反射するものが、ガスフイルタ８ａ，
８ｂは、干渉成分ガスの吸収波長域の光線を吸収
するものがそれぞれ使用されている。

この赤外線ガス分析計は、光源４ａ，４ｂの光
線をチヨツパ６によつて、ガスフイルタ８ａ，８
ｂと干渉フイルタ７ａ，７ｂを介して比較セル１
と測定セル２とに断続光として入射する。この比
較セル１と測定セル２とを通過して検出器５に入
る光量の差によつて、ガスを分析するものであ
る。

そして、光源４ａ，４ｂの光線において、測定
成分ガスの吸収波長域の光は、ガスフイルタ８
ａ，８ｂと干渉フイルタ７ａ，７ｂを透過して検
出器５に入る。一方、干渉成分光は、まずガスフ
イルタ８ａ，８ｂで吸収されるが、それを通過し
た干渉成分光は、干渉フイルタ７ａ，７ｂで反射
されて、再度ガスフイルタ８ａ，８ｂに入つて吸
収される。また、干渉フイルタ７ａ，７ｂで反射
された干渉成分光において、比較セル１、測定セ
ル２を通過して光源４ａ，４ｂの反射ミラーで反
射されたものも再度ガスフイルタ８ａ，８ｂで吸
収することを反復する間に減衰させるものであ
る。

すなわち、干渉成分光はまずガスフイルタ８
ａ，８ｂの通過時に吸収されて減少しているか
ら、干渉フイルタ７ａ，７ｂで反復される干渉成
分光の量は少なく、かつ干渉フイルタ７ａ，７ｂ
で反射されて再度ガスフイルタ８ａ，８ｂで吸収
されるから、干渉成分光の量は更に少なくなる。
したがつて、前記(2)式で示したように、干渉フイ
ルタ７ａ，７ｂに対する入射角に起因して、干渉
フイルタ８ａ，８ｂを透過する干渉成分光が生じ
たとしても、その量は極めて少なくなるから、高
精度でガスを分析することができる。

そして、比較セル１と測定セル２よりも光源４
ａ，４ｂ側に干渉フイルタ７ａ，７ｂが配置され
ており、これらでガスフイルタ８ａ，８ｂを通過
した干渉成分光をただちに反射するから、第２図
に示した従来例のように、干渉フイルタをガスセ
ルよりも検出器側に設けた場合に比して、比較セ
ル１と測定セル２の内面による反射に伴い斜め方
向成分の発生がなく、検出器５に入る干渉成分光
をより確実に低減することができる。

なお、第６図に示したように、光源４ａの反射
ミラーの反射光量Rmも考慮した場合の検出器５
に対する入射光量T₂は、前記(1)、(2)式から、 T₂＝T₁／（１−RRm）となる。

このような条件において、前記ガスフイルタ８
ａ，８ｂを、光源４ａ，４ｂと干渉フイルタ７
ａ，７ｂとの間に設けているから、反射率が99，
99％以上と高い干渉フイルタ７ａ，７ｂと反射率
98，５％程度を有する光源４ａ，４ｂの反射ミラ
ーとで、干渉成分光をそれぞれガスフイルタ８
ａ，８ｂの方に反射して、ガスフイルタ８ａ，８
ｂで吸収し減衰させることができるすなわち、干渉フイルタ７ａ，７ｂとガスフイ
ルタ８ａ，８ｂのそれぞれが備えた作用を相乗的
に活用して、検出器５に入射される干渉成分光の
量を極めて少なくして、ガスの分析精度を大きく
向上させることができる。

第１図に示した赤外線ガス分析計(A)と第２図に
示した従来例の赤外線ガス分析計(B)のそれぞれで
COを測定し、その測定ガスに干渉成分ガスとし
てCO₂14vol％が含まれている場合に、CO₂の影
響値は、次のとおりであつた。

CO₂影響値影響値比率Ｓ／Ｎ比 (A) 35ppm ０，16 ０，69 (B) 225ppm １１上記の実検結果からも、第１図に示した実施例
の赤外線ガス分析計は、従来の赤外線ガス分析計
よりも干渉成分光による影響が大巾に低下するこ
とが明らかである。

｛発明の効果｝本発明の赤外線ガス分析計は上記のように、干
渉成分光を反射する干渉フイルタと干渉成分光を
吸収するガスフイルタとを、ガスフイルタを光源
側として光源とガスセル間に配置しているから、
光源からガスセルに入射される光線において、干
渉成分光はまずガスフイルタで吸収される。そし
て、ガスフイルタで吸収されなかつた干渉成分光
は、干渉フイルタで反射されて、再度ガスフイル
タに入つて吸収されるが、再度ガスフイルタを通
過した干渉成分光は、光源の反射ミラーなどで反
射されて、更にガスフイルタに入つて吸収される
ことを反復して減衰させる。

したがつて、ガスフイルタと干渉フイルタとを
透過してガスセルから検出器に入射される干渉成
分光を最小限にすることができる。

そして、前記ガスフイルタと干渉フイルタは光
源とガスセルとの間に配置しているから、大量の
干渉成分光がガスセルに入つて、その内面で反射
されることがない。

したがつて、赤外線ガス分析計のように、干渉
フイルタをガスセルと検出器との間に配置した場
合のように、大量の干渉成分光がガスセルの内面
で反射されることによつて、干渉フイルタの透過
が可能な斜め成分が多くなり、これが干渉フイル
タを透過して検出器に入る問題もなく、干渉フイ
ルタを透過する干渉成分光の量を極めて少なくす
ることができ、一層ガス分析の精度を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２
図、第３図、第４図はそれぞれ異なつた従来例の
断面図、第５図は従来例の問題点を説明するため
の図、第６図は本発明における検出器への入射光
量を説明するための図である。１……比較セル、２……測定セル、４ａ，４ｂ
……光源、５……検出器、７ａ，７ｂ……干渉フ
イルタ、８ａ，８ｂ……ガスフイルタ。

Claims

【特許請求の範囲】

１ガスセルの一側に光源が、他側に検出器が配
置された赤外線ガス分析計において、測定成分ガ
スの吸収波長域の光線を透過し、他の波長域の光
線を反射する干渉フイルタと干渉成分ガスの吸収
波長域の光線を少なくとも吸収するガスフイルタ
とが、ガスフイルタを前記光源側として、光源と
ガスセルとの間に配置されたことを特徴とする赤
外線ガス分析計。