JPH05503359A - A method for measuring the concentration of a material, an apparatus for implementing the same, an application of the measuring method to a method for changing the concentration of a material contained in a fluid, and its configuration - Google Patents

A method for measuring the concentration of a material, an apparatus for implementing the same, an application of the measuring method to a method for changing the concentration of a material contained in a fluid, and its configuration

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JPH05503359A
JPH05503359A JP51382891A JP51382891A JPH05503359A JP H05503359 A JPH05503359 A JP H05503359A JP 51382891 A JP51382891 A JP 51382891A JP 51382891 A JP51382891 A JP 51382891A JP H05503359 A JPH05503359 A JP H05503359A
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 む 素材の濃度測定方法、その実施装置、流体内に/ 含まれる素材の濃度変化方法 への前記測定方法の適用およびその構成 本発明は、特許請求の範囲第1項の上位概念に記載の素材ゴ ) 上位概念に記載の流体に含まれる少なくとも一つの素材の濃度を変化させる ための構成、および特許請求の範囲第19重の上位概念に記載の流体に含まれる 少なくとも一つの素材の濃度を変化させる方法の利用に関わる。[Detailed description of the invention] nothing Method for measuring the concentration of materials, equipment for performing the method, and method for changing the concentration of materials contained in/in fluids Application of the above measurement method to and its configuration The present invention is directed to ) Changing the concentration of at least one material contained in the fluid described in the generic concept and included in the fluid described in the nineteenth general concept of claim 19. Involves the use of a method of varying the concentration of at least one material.

部分的に透光性のある媒体に光を通過させる場合、通過した光線の強さは媒体、 媒体に混入している素材、および光線の周波数によって決まる。こうした周波数 に依存する減衰値から、媒体に混入している未知の素材を確認すること、既知の 素材である場合には媒体内での素材の濃度を測定することができる。When passing light through a partially transparent medium, the intensity of the transmitted ray is equal to the medium, Depends on the material mixed into the medium and the frequency of the light beam. These frequencies From the attenuation value depending on In the case of a material, the concentration of the material within the medium can be measured.

このような種類の素材濃度測定方法はドイツ特許出願公開明細書第25 25  375号から周知である。この周知の方法では、同調可能な放射波長を有する半 導体ダイオードの光線が測定媒体を介して発射され、検知される。測定媒体中の 検出すべき気体成分の濃度を測定するために、吸収最大値および最小値の間で放 射波長が定期的に切り換えられる。ダイオードから発射される光線の中間周波数 が吸収直線の傾斜上に存在するかぎり、交流信号が検知器により受信され、この 信号が位相感知器に送られ、その出力信号が測定媒体中の気体成分を直接的に示 す値となる。This type of material concentration measurement method is described in German Patent Application No. 25, 25. It is well known from No. 375. This well-known method involves The light beam of the conductor diode is emitted through the measuring medium and detected. in the measuring medium To determine the concentration of the gaseous component to be detected, the emission is measured between the maximum and minimum absorption values. The emission wavelength is switched periodically. intermediate frequency of the light beam emitted by the diode lies on the slope of the absorption line, an alternating current signal is received by the detector and this A signal is sent to a phase sensor whose output signal directly indicates the gas content in the measuring medium. will be the value.

ドイツ特許出願公開明細書第37 41 026号においても、こうした素材濃 度測定方法が周知である。この方法では、二つの固有共振周波数間でレーザー光 が切り換えられるが、その共振周波数の一方は検知すべき気体の吸収最大値であ り、他方の共振周波数が吸収最小値である。両方の共振周波数の強さの減衰状況 から請求めている気体の濃度が導き出される。通過した光線各々の強さの値は、 サンプル兼ホールド回路に記憶される。サンプル兼ホールド回路に記憶された値 は各測定サイクルにおいて演算回路を用いて処理される。In German Patent Application No. 37 41 026, such material concentration is also mentioned. The method of measuring the degree of oxidation is well known. In this method, the laser beam is is switched, but one of the resonance frequencies is the maximum absorption value of the gas to be detected. and the other resonant frequency is the absorption minimum. Attenuation situation of the strength of both resonant frequencies The concentration of the gas being charged can be derived from The intensity value of each passing ray is Stored in the sample and hold circuit. Value stored in sample and hold circuit is processed using an arithmetic circuit in each measurement cycle.

また米国特許第3,804,535号においても、こうした素材濃度測定方法が 周知である。この場合、二つの異なる周波数を有する光を発射する光源が使用さ れており、濃度を測定すべき気体を含む測定媒体を通過するよう光が発射される 。通過した光を検知するための増幅器はいずれの光線周波数についても光が発射 される開のみ駆動され、これによって受信される信号の信号妨害を減少させる。U.S. Patent No. 3,804,535 also describes this method of measuring material concentration. It is well known. In this case, a light source is used that emits light with two different frequencies. light is emitted through the measuring medium containing the gas whose concentration is to be measured. . The amplifier for detecting the light that passes through it is capable of emitting light at any light frequency. Only the open signal that is received is driven open, thereby reducing signal interference in the received signal.

本発明においては、特許請求の範囲に記憶するように、新たな信号処理を取り扱 っており、この処理では測定媒体に含まれる素材の濃度測定は少なくとも二つの 異なる光線周波数を用いて実施される。前述の方法、その通用、ならびに方法の 実施に用いる装置では、信号妨害に関する信#■性が高いこなくとも一つの素材 の濃度を変化させる、とくに液体中の有害物質含有量を減少させるという問題が 解決される。In the present invention, new signal processing is handled as described in the claims. In this process, the concentration of the material contained in the measurement medium is measured using at least two methods. Performed using different light frequencies. The aforementioned method, its usage, and method The equipment used for the implementation must contain at least one material that has a high degree of reliability regarding signal interference. The problem of changing the concentration of liquids, especially reducing the content of harmful substances in liquids, is resolved.

以下に本発明の方法、本発明の装置、その通用、ならびに液体に含まれる少なく とも一つの素材の濃度を変化させるための構成についての例を、図面を参照しな がら詳しく説明する。図面は以下のとおりである。The method of the present invention, the device of the present invention, its general purpose, and the amount of water contained in the liquid are described below. See the drawing for an example of a configuration for varying the concentration of one material. I will explain in detail. The drawings are as follows.

第1図は濃度測定を実施する装置のブロック回路図である。FIG. 1 is a block circuit diagram of an apparatus for carrying out concentration measurements.

第2図は同装置の送信器から送出される、光線周波数f。FIG. 2 shows the frequency f of the light beam sent out from the transmitter of the same device.

およびr2が交互するパルス光線の時間的な連続を示す。and r2 indicate the temporal succession of alternating pulsed light beams.

第3図は測定媒体ないし装置の比較小鉢を通過した後の第3図に示された光線の 時間的な連続を概略的に示す。Figure 3 shows the light beam shown in Figure 3 after passing through a comparative bowl of the measuring medium or device. Schematically shows temporal continuity.

第4図は濃度測定装置の信号評価回路のブロック回路図で第6図は信号評価回路 のバンドパスを通過した後の第3図る信号評価回路の積分器を通過した後の時間 的連続を理想化して示す。Figure 4 is a block circuit diagram of the signal evaluation circuit of the concentration measuring device, and Figure 6 is the signal evaluation circuit. The time after passing through the integrator of the signal evaluation circuit shown in Figure 3 after passing through the bandpass of Idealize and show the continuity.

第8図は連続するパルスの周波数スペクトルの低周波数部分を示す。FIG. 8 shows the low frequency part of the frequency spectrum of successive pulses.

第9図はディーゼルエンジンの排気ガス中の有害物質含有素材の濃度測定装置は 、発光器3と、複数の測定小鉢5a。Figure 9 shows a device for measuring the concentration of materials containing harmful substances in diesel engine exhaust gas. , a light emitter 3, and a plurality of small measuring bowls 5a.

0.5zと、光線分’If器11と、検知器I3と、検知器15とを備えており 、前記複数の測定小鉢5a0.。5zの各々は発光器3から発射される光線に関 して吸収値および濃度がすでに確認されている比較媒体を収容し、また各々が部 分的に透光性のミラー7a、、、7zおよび光線検知器9a、、。0.5z, a light beam if unit 11, a detector I3, and a detector 15. , the plurality of measurement small bowls 5a0. . 5z is related to the light beam emitted from the light emitter 3. contain comparison media whose absorption values and concentrations have already been determined, and each containing Partially transparent mirrors 7a, . . . , 7z and light detectors 9a, .

9Zを有し、この光線検知器は受光した光線をその強さに比例して電気信号に変 換し、光線分割器11は発光器3の出力する光線を測定媒体1内および測定小鉢 5a、、、5zへと分割し、検知器13は測定媒体lを通過した光線の強さを電 気信号に変換し、検知器15上では発光器3から発射され比較小鉢5a、、、5 zも測定媒体1も通過しなかった光線の一部が受光される。検知器9a、、、9 z、13および15はいずれも配線17a、、、17z、19および20を介し て信号評価回路21.22、および23に接続されている。9Z, and this light detector converts the received light beam into an electrical signal in proportion to its intensity. On the other hand, the beam splitter 11 divides the light beam output from the light emitter 3 into the measuring medium 1 and into the small measuring bowl. 5a, , 5z, and the detector 13 measures the intensity of the light beam passing through the measuring medium It is converted into a light signal and emitted from the light emitter 3 on the detector 15, and the comparative small bowls 5a,...5 A portion of the light beam that has passed through neither z nor the measuring medium 1 is received. Detector 9a, 9 z, 13 and 15 are all connected through wirings 17a, , 17z, 19 and 20. and is connected to signal evaluation circuits 21, 22, and 23.

信号評価回路21.22および23は判定回路25に接続され、この判定回路が 測定媒体1内に含まれる素材の濃度値を確認する。信号配線は第1図に実線を引 いて表しており、光線の経路は点線を引いて表している。判定装置25は出力増 幅器26に接続されており、以下の実施例に説明し第9図のブロック回路図に示 すように、内燃機関とくにディーゼルエンジン51の排気ガス中の有害物質含有 量を減少させるためデータおよび設定値を変更できる。内燃機関において、エン ジンとは化学的に合成されたエネルギーを燃焼によって機械的に利用できるエネ ルギーに変換するものである。周知の実施態様としては、ディーゼルエンジン、 オツトーエンジン、ジェット推進エンジン、ガスタービンなどがある。The signal evaluation circuits 21, 22 and 23 are connected to a judgment circuit 25, which Confirm the concentration value of the material contained in the measurement medium 1. For signal wiring, draw a solid line in Figure 1. The path of the ray is shown as a dotted line. The determination device 25 increases the output. It is connected to the width switch 26 and is explained in the embodiment below and shown in the block circuit diagram of FIG. As shown in the figure, the exhaust gas of internal combustion engines, especially diesel engines51, contains harmful substances. Data and settings can be changed to reduce the amount. In an internal combustion engine, the engine Gin is energy that can be mechanically used by burning chemically synthesized energy. Convert it to Rugi. Known embodiments include diesel engines; These include Otto engines, jet propulsion engines, and gas turbines.

発光器3は、エネルギー供給源29およびドライバー30を含む制御装置27に 接続されている。ドライバー30はタイマーであり、発光器3が周波数f1およ びf2を有する異なる光線のパルスを、同一の反復周波数17T、4および一定 のパルス間隔Trで送出するようエネルギー供給源29を制御する。パルス間隔 Trについては、一つのパルスの頭から別の光線周波数を有する光線を伴う次の パルスの頭までの時開的間隔と解釈する。さらにドライバー30は測定値処理に 同期させて判定回路25と接続されている。第2図に示すように、発光器3はパ ルス持続期間dで光線周波数f、およびf2のパルス化された光線を発射する。The light emitter 3 is connected to a control device 27 that includes an energy supply 29 and a driver 30. It is connected. The driver 30 is a timer, and the light emitter 3 controls the frequency f1 and pulses of different light beams with f2 and f2 at the same repetition frequency 17T, 4 and constant The energy supply source 29 is controlled so that the energy is delivered at a pulse interval Tr. Pulse interval For Tr, from the beginning of one pulse to the next with a ray with another ray frequency. Interpret it as the temporal interval to the beginning of the pulse. Furthermore, the driver 30 processes measured values. It is synchronously connected to the determination circuit 25. As shown in FIG. A pulsed beam of beam frequency f and f2 is fired with a pulse duration d.

光線周波数f、ないしf2が同じパルスどうしのパルス間隔はTNである。連続 して交互に現れるパルスのパルス間隔Tアは同じ長さとなるよう設定され、パル ス間隔T、の半分の長さに相当する。周波数に関して注目されるのは、あらゆる パルスの切り換え周波数が二倍されて、光線周波数鮪ないしf2のパルスの切り 換え周波数と同じになっていることである。光線周波数f1を有するパルスは光 線周波数r2のパルス二つの中間に存在する。光線周波数f2のパルスについて はアナログが適用されている。The pulse interval between pulses having the same beam frequency f or f2 is TN. continuous The pulse intervals T a of the pulses that appear alternately are set to be the same length, and the pulse This corresponds to half the length of the space interval T. What is noteworthy about frequency is that every The switching frequency of the pulse is doubled, and the switching frequency of the pulse of light beam frequency 2 or f2 is doubled. It is the same as the switching frequency. The pulse with optical frequency f1 is light A pulse of line frequency r2 exists between the two. Regarding the pulse of light frequency f2 analog is applied.

測定媒体1内および比較小鉢5a内には既知の濃度で含まれている既知の有害物 質の濃度を測定する場合、既知の物質の吸収最大値の範囲内にある光線周波数f 、の光線を有するパルスが発光器3からパルス幅dで発射される。異なる発光器 3における光線周波数f1およびf2の調整については以下に説明する。光線f 1の一部が測定媒体1を通過し、その強さが検知器13によって測定され、電気 的な測定信号が信号評価回路22に送られる。部分的に透光性のあるミラー7a に光線「1の他の部分が当たり、他の部分的に透光性のミラー、、、7zを除外 すると、ここで再び光線が分割される。Known harmful substances contained in the measurement medium 1 and in the comparison small bowl 5a at known concentrations When measuring the concentration of a substance, the light frequency f that is within the range of the known absorption maximum of the substance , is emitted from the emitter 3 with a pulse width d. different light emitters The adjustment of the beam frequencies f1 and f2 in No. 3 will be explained below. ray f 1 passes through the measuring medium 1, its intensity is measured by the detector 13, and the electrical A typical measurement signal is sent to the signal evaluation circuit 22. Partially transparent mirror 7a Other parts of the ray ``1'' fall on the other partially transparent mirrors, excluding 7z. Then, the light beam is split again here.

光線f1の一部は比較小鉢5aを通過する。透過した強さが検知器9aで測定さ れ、電気的測定信号が信号評価回路21にさらに送られる。光線f1の残りの部 分は検知器15に達し、さらに信号評価回路23へ送られる。A portion of the light ray f1 passes through the comparative small bowl 5a. The intensity of the transmitted light is measured by the detector 9a. Then, the electrical measurement signal is further sent to the signal evaluation circuit 21 . The rest of the ray f1 The signal reaches the detector 15 and is further sent to the signal evaluation circuit 23.

次に発光器3が切り換わり、光線周波数f2の光線を有するパルス幅dのパルス が、アナログ形式で上述の周波数f。The emitter 3 then switches to produce a pulse of pulse width d with a beam of beam frequency f2. is the frequency f mentioned above in analog form.

と同じ方法で発射されるが、この周波数f2の光線は既知の素材にはまったく吸 収されない。上述の工程がそのまま繰り返される。is emitted in the same way as , but this ray of frequency f2 is completely absorbed by known materials. Not collected. The above steps are repeated exactly.

第2図に示すように、発光器3から一定かつ同一のパルス連続周波数1 / T  tでパルス高が一定のパルスが発射されるが、その際に光線周波数f、のパル スと、それに続く光線周波数f2のパルスが交互に発射される。 光線周波数f 、のパルスの強さは測定媒体1ないし比較小鉢5a中の素材によって弱まり、光 線周波数f2のパルスの強さはほとんど弱まることなく検知器13aないし9a によって受光される。発光器3を離れた後のパルスの連続は、検知器15の測定 によれば、第2図に示すとおりである。測定媒体1を通過したパルスの連続は、 検知器13の測定によれば第3図に示すとおりである。比較小鉢5aおよび測定 媒体1を通過した連続パルスは互いにW44以している。検知器13により測定 される連続パルスの典型的なものを概略的に第3図に表している。これらの連続 パルスはパルス高の絶対値および相対値のみが互いに異なっている。このパルス 高の相違には、所望の素材の濃度に関する基準が潜んでいる。As shown in FIG. 2, a constant and identical pulse continuous frequency 1/T At t, a pulse with a constant pulse height is emitted, but at that time, a pulse with a beam frequency f, A pulse with a beam frequency f2, followed by a pulse with a beam frequency f2, is emitted alternately. Light ray frequency f , the intensity of the pulses is weakened by the material in the measurement medium 1 or the comparative small bowl 5a, and the light The intensity of the pulse with the linear frequency f2 hardly weakens when it is detected by the detectors 13a to 9a. The light is received by. The sequence of pulses after leaving the emitter 3 is measured by the detector 15. According to the above, it is as shown in Fig. 2. The sequence of pulses passing through the measuring medium 1 is According to the measurement by the detector 13, the results are as shown in FIG. Comparison small bowl 5a and measurements The successive pulses passing through the medium 1 are at a distance of W44 from each other. Measured by detector 13 A typical continuous pulse is schematically shown in FIG. A succession of these The pulses differ from each other only in the absolute and relative values of the pulse heights. this pulse The difference in height contains criteria regarding the desired material concentration.

所望の濃度を測定するため、検知器9a、13および15で受信された信号が信 号評価回路21.22ないし23に送られる。次に説明するように二つ以上の比 較小鉢5a0.。To measure the desired concentration, the signals received by detectors 9a, 13 and 15 are signal evaluation circuits 21, 22 and 23. Ratio of two or more as described below Small bowl 5a0. .

5Zが使用される場合、信号評価回路21の前に図示しないスイッチを設け、直 接使用した比較小鉢5a、、、5zの検知器9a、、、9zの信号がこのスイッ チにより選択される。When 5Z is used, a switch (not shown) is provided in front of the signal evaluation circuit 21, and the The signals from the detectors 9a, . . . , 9z of the comparative small bowls 5a, . . . , 5z used selected by the team.

信号評価回路21.22ないし23は、第4図に示すように検知器9a、13な いし15から送られる電気信号用の直列回路として、前置増幅器33、フィルタ ー35、時間および周波数選択ゲート回路37および39、ならびに復調器41 を有している。時間選択ゲート回路37は、発光器3からパルスが出力される時 点で発生され、出力されたパルスと同じパルス形状を有する信号のみを通過させ るよう、ドライバー30によって制御される。フィルター35は、光線f、およ びf2のパルスにおけるパルス間隔Tアの逆数1/Tアに相当する中間周波数を 有するバンドパスとして構成されている。The signal evaluation circuits 21, 22 to 23 are connected to the detectors 9a, 13, etc. as shown in FIG. A preamplifier 33 and a filter are used as a series circuit for the electrical signal sent from the switch 15. -35, time and frequency selection gate circuits 37 and 39, and demodulator 41 have. The time selection gate circuit 37 selects when a pulse is output from the light emitter 3. Passes only signals that are generated at a point and have the same pulse shape as the output pulse. It is controlled by the driver 30 so that the The filter 35 filters the light rays f and and the intermediate frequency corresponding to the reciprocal 1/Ta of the pulse interval Ta in the pulses of f2 and f2. It is configured as a bandpass with

すなわちバンドパス35の中間周波数は、光線周波数f、ないしf2を有するパ ルスのパルス連続周波数を二倍にした周波数である。その出力信号は振幅調整信 号の復調器41に送られる。周波数選択ゲート回路はバンドパス39として中間 周波数を有しており、この中間周波数は光線「、ないしf2のパルスにおけるパ ルス間隔T8の逆数1/T、lに相当する。That is, the intermediate frequency of the bandpass 35 is the frequency of the bandpass 35 having a light frequency f or f2. This frequency is twice the pulse continuous frequency of the pulse. Its output signal is an amplitude adjustment signal. The signal is sent to a demodulator 41. The frequency selection gate circuit is located in the middle as a bandpass 39. This intermediate frequency is equal to the frequency in the pulse of the light beam ``, or f2. This corresponds to the inverse number 1/T, l of the pulse interval T8.

バンドパス39の出力信号は判定回路25に送られる。バンドパス35のハンド 幅は、周波数1/Tアの搬送信号が周波数1/T−の使用信号とともに妨害を生 じないように通過できるよう設定されている。中間周波数1/T−を有するバン ドパス39のハンド幅は、信号の変化が濃度変化による妨害を受けることなく通 過でき、また他方では例えば測定媒体I内の温度ノイズ、光線内のほこり等によ る瞬間的な断絶を原因とする信号劣化、あるいは測定媒体I内の光線に依存した 温度勾配の結果として測定信号の変化によって、測定信号が影響を受けることの ないよう設定されている。The output signal of the band pass 39 is sent to the determination circuit 25. bandpass 35 hand The width is the frequency at which the carrier signal at frequency 1/T-a creates interference along with the used signal at frequency 1/T-. It is set so that it can pass through without causing any damage. A band with intermediate frequency 1/T- The hand width of the path 39 is such that signal changes can pass through without interference due to concentration changes. On the other hand, due to temperature noise in the measuring medium I, dust in the light beam, etc. signal degradation due to momentary interruptions in the measurement medium I, or The measurement signal is influenced by changes in the measurement signal as a result of temperature gradients. It is set not to.

検知器9aにより検知された信号は、アナログ形式で上述のように処理され、同 じようにその復調器(アナログ形式の復調器41として構成されたもの)から判 定回路25に送られる。配線を介して送られた信号の差が、比較小鉢5a内の既 知濃度から決定され、所望の測定媒体l内の濃度が得られる。The signal detected by the detector 9a is processed as described above in analog form and Similarly, the demodulator (configured as an analog demodulator 41) It is sent to the constant circuit 25. The difference in the signals sent via the wiring is From the known concentration, the desired concentration in the measuring medium l is obtained.

直接検知器15に送られる電気信号はアナログ形式で処理される。復調器(アナ ログ形式の復調器41として構成されたもの)によって復調された信号は、同し 高さの直流電圧信号であるのが理想的である。しかし、光線周波数f1およびf 2を有するパルスのパルス高が同一のパルス高で発生されないことが頻繁にある ため、これらの復調された信号を双方具なる復調信号を用いて折り重ねることに より、異なった光線周波数f、とf2を有するパルスの異なったパルス高を再形 成することができる。また検知器15の信号も、発光器3の出力監視に用いられ る。The electrical signals sent directly to the detector 15 are processed in analog form. Demodulator (ana The signal demodulated by the log-format demodulator 41) is Ideally, it is a DC voltage signal of height. However, the ray frequencies f1 and f Frequently the pulse heights of pulses with 2 are not generated with the same pulse height Therefore, we decided to fold these demodulated signals using two demodulated signals. By reshaping different pulse heights of pulses with different beam frequencies f, and f2, can be achieved. The signal from the detector 15 is also used to monitor the output of the light emitter 3. Ru.

検知器9aおよび13により受信されたパルスは例えばオシロスコープにより観 察でき、画像の移り変わりは激しい。The pulses received by the detectors 9a and 13 can be viewed with an oscilloscope, for example. As you can see, the image changes rapidly.

電気信号における、光線周波数flおよびf2の役割はここまでである。これら の周波数は、以下に記述するが、送信された異なるパルスの確認に再び用いられ る。オシロスコープの代わりに周波数分析器を接続すれば、高い周波数が連続す る隣に、パルス形状に基づいて切り換え周波数1/T7が現れるが、この周波数 は交互に連続する第一と第二光線flおよびf2のパルスどうしの時間的な間隔 Tアの逆数に相当し、また同様に第8図に示すように、この切り換え周波数値1 /TTの左右にある二つの周波数値に相当し、これらは切り換え周波数値1/T アと、交互に連続する光線f、およびf2の時間的な間隔TNの逆数との和およ び差に相当する。ここで測定媒体1ないし比較小鉢内の素材濃度が変化していれ ば、瞬間的な濃度に応して、周波数値1/TT+1/TNおよび1 / T T  l / T Nの振幅高も変化する。このとき発光器3からのパルスは、上述 のように、パルスどうしの間隔が同一になるよう発光すれば、周波数値1/Ty  1/TNの大きさは半分となり、周波数値1/T7も同様であり、つまりこの 値は1/T8となる。バンドパス35および復調器41の後のバンドパス39の 使用により、ノイズおよび妨害がほとんどない測定が実施される。This ends the role of the optical frequencies fl and f2 in the electrical signal. these The frequency of , described below, is again used to confirm the different pulses transmitted. Ru. If you connect a frequency analyzer instead of an oscilloscope, high frequencies can be detected continuously. Next to this, a switching frequency 1/T7 appears based on the pulse shape, but this frequency is the time interval between pulses of the first and second rays fl and f2 that are alternately successive. This switching frequency value 1 corresponds to the reciprocal of Ta, and as shown in FIG. /TT corresponds to two frequency values on the left and right side, and these correspond to the switching frequency value 1/T A, the sum of the alternating successive rays f and the reciprocal of the temporal interval TN of f2, and Corresponds to the difference between Here, if the material concentration in the measurement medium 1 or the comparative small bowl changes, For example, depending on the instantaneous concentration, the frequency values 1/TT+1/TN and 1/TT The amplitude height of l/TN also changes. At this time, the pulse from the light emitter 3 is as described above. If the pulses are emitted with the same interval as shown in the figure, the frequency value 1/Ty The magnitude of 1/TN is halved, and the frequency value 1/T7 is also the same, that is, this The value is 1/T8. of the bandpass 35 and the bandpass 39 after the demodulator 41. The use results in measurements with little noise and interference.

得られた濃度値は判定回路25内で調整可能な時間幅にわたって記憶されるが、 測定信号が上述のように短時間だけ消失している場合でも、以下に説明する制御 装置71を介して値を算出することもできる。The obtained concentration value is stored within the determination circuit 25 over an adjustable time width. Even if the measurement signal disappears for a short time as described above, the control described below It is also possible to calculate the values via the device 71.

小鉢5a、、、5zおよび検知器9a、、、9z、13および15からなる構成 ユニットは、独立した構造部分から構成すればよく、あるいは一つのブロックと して鋳造してもよい。とくに小鉢5a、、、5zの前後で光線の進路を光ガイド によって確保できる場合には、部分的に透光性のあるミラー7a、、、7zを構 成ユニットに一体形成することもできる。Configuration consisting of small bowls 5a, 5z and detectors 9a, 9z, 13 and 15 A unit may consist of independent structural parts or may be integrated into a single block. It may also be cast. In particular, light guides the path of the light beam before and after the small bowls 5a, 5z. If it can be ensured by It can also be integrally formed into a composite unit.

光線パルスの連続発光時間は変化できるが、判定回路(25)には設定しておか ねばならない。The continuous emission time of the light pulse can be changed, but it must be set in the judgment circuit (25). Must be.

濃度値のみを記憶する場合、将来的に望まれる測定値の推定算出を行うために、 以下に記す構成の駆動条件たとえばエンジン温度、燃料噴射量などを、測定され た濃度値などとともに入力記憶させてもよい。When storing only the concentration value, in order to estimate the desired measurement value in the future, The driving conditions for the configuration described below, such as engine temperature and fuel injection amount, were measured. The information may also be input and stored together with the density value and the like.

パルス反復周波数1 / T tに対してパルス幅dが極端に短い場合、バンド パス35の中間周波数が反復周波数1/’rtを整数倍した値に調整される。パ ルス幅が短い場合、バンドパス35を取り外し、復調器41としてパルス振幅復 調器を使用してもよい。If the pulse width d is extremely short with respect to the pulse repetition frequency 1/Tt, the band The intermediate frequency of path 35 is adjusted to an integral multiple of the repetition frequency 1/'rt. pa When the pulse width is short, the bandpass 35 is removed and the demodulator 41 is used to recover the pulse amplitude. You may also use a cooking device.

ゲート回路37を単につねに開かれた「ウィンドウ」として使用する場合、パル スが必要なときには、測定媒体工ないし比較小鉢5aでの吸収によって変化する ことのない、受信すべきパルスの曲線形状に合わせて、あらかじめゲート回路3 7内で識別を行うこともできる。If the gate circuit 37 is simply used as a "window" that is always open, the pulse When the water is required, it is changed by absorption in the measurement medium or comparison small bowl 5a. The gate circuit 3 is configured in advance according to the curve shape of the pulse to be received. Identification can also be made within 7.

決定された測定媒体1の濃度が僅少である場合、検知器13で捕捉される信号が かなりノイズの影響を受ける場合がある。この場合、第5図に示す変形回路にお いては、最適な信号判定を行うため、パルス持続期間がパルス間の休止期間に合 致される。検知器9a(、、,9z)および13の信号は、増幅器33およびフ ィルター35を用いて評価が行われた後、回路′!A44に送られるが、この回 路網はドライバー30の制御情報にしたがって連続接続された四つの積分器47 aから47dに信号を送る。積分は同時に固定的に行ってはならず、すべて測定 期間の最後の所定時点で任意に行わねばならないが、積分は一つの積分器とそれ に接続された発生回路を用いて行えばよく、四つの積分器を用いて行うのでもよ い。If the determined concentration of the measuring medium 1 is small, the signal picked up by the detector 13 is It may be significantly affected by noise. In this case, the modified circuit shown in Fig. For optimal signal determination, the pulse duration should match the rest period between pulses. will be carried out. The signals from the detectors 9a (, , 9z) and 13 are sent to the amplifier 33 and the amplifier 33. After the evaluation is performed using the filter 35, the circuit'! Sent to A44, but this time The road network consists of four integrators 47 connected in series according to the control information of the driver 30. Send a signal from a to 47d. Integration must not be performed fixedly at the same time; all measurements must be performed. The integration must be done arbitrarily at a given point at the end of the period, but the integration is performed using one integrator and its This can be done using a generator circuit connected to the stomach.

積分I、ないし■2が、光線f1ないしf2を有する一つのパルスが出力されて いる間に行われる。次の積分I3および■4は、光線f、およびf2を有するパ ルスどうしの間の無パルス期間と、光線f2およびf、を有するパルスどうしの 間の無パルス期間に行われる。積分値を判定する際、判定回路25では積分I、 の値から積分I、の値が引かれ、こうしてめられた電気信号は光線f2を有する パルスを発光する前にゼロ設定される。続いて、積分I2の値から積分I4の値 が引かれ、その信号は同じように光線f、を有するバルスを発光する前にゼロに 設定される。期間りのあいだこのようにして判定された連続するパルスは第8図 の横座標に示さ検知器9aの信号に対する差Aの差から導き出される。信号が存 在しない期間に生じる測定妨害は、第7図に示すように負の頂点Bとして、ある いは(図示しない)正の段差として現れる。When the integral I or ■2 is outputted, one pulse with rays f1 or f2 is output. It is done while you are there. The following integrals I3 and ■4 are the parameters with rays f and f2. pulse-free periods between pulses and pulses with rays f2 and f. This is done during the non-pulse period in between. When determining the integral value, the determination circuit 25 determines the integral I, The value of the integral I is subtracted from the value of , and the electrical signal thus determined has a ray f2. Zeroed before firing the pulse. Next, from the value of integral I2, the value of integral I4 is drawn, and its signal similarly goes to zero before emitting a pulse with ray f, Set. The continuous pulses determined in this way during the period are shown in Figure 8. is derived from the difference A to the signal of the detector 9a, shown on the abscissa. signal exists The measurement disturbance that occurs during the period when the This appears as a positive step (not shown).

各パルスについて積分が行われ、続く休止期間においては放電時間定数を用いて 放電が行われるが、この放電時間定数は、光線f、を有する集中パルスが比較小 鉢5aを通過して再びゼロとなるように放電を行うものであり、したがって電気 的な値によってゼロ設定される前に濃度に関する基準が発生するよう設定されて いる。Integration is performed for each pulse, and during the subsequent rest period, the discharge time constant is used to A discharge takes place, the time constant of which is The discharge is carried out so that it passes through the pot 5a and becomes zero again, so that the electricity The reference for concentration is set to occur before being zeroed by the There is.

上述の説明においては、既知の素材を既知の濃度で有する比較小鉢5aのみが使 用されている。一つの小鉢5aではなく、各々が異なる素材を既知の濃度で有す る2個の小鉢を使用してもよい。測定すべき素材濃度に応じて、発光器3の光線 が部分的に、対応する部分的に透光性のあるミラー1.。In the above explanation, only the comparative small bowl 5a containing a known material at a known concentration is used. It is used. Instead of one small bowl 5a, each one has a different material in a known concentration. You may also use two small bowls. Depending on the material concentration to be measured, the light beam of the emitter 3 partially, a corresponding partially translucent mirror 1. .

7Zを用いて、対応する小鉢、、、5zを通過するよう発光される。7Z is used to emit light to pass through the corresponding small bowls, . . . , 5z.

少なくとも二本の狭い幅の光線を一つの反復周波数でキロヘルツ帯域内で発光す る発光器3としては、ダイオードレーザ−1色素素材レーザー、CO□レーザー 、回転する羽根車で覆ったスペクトルランプ二律などのレーザー装置が適してい る。これらのレーザー装置は二つの異なる周波数に調整されており、その活性状 態では例えば電流によってパルス化され、さらにあらゆる所望の共振周波数で発 振が行われるよう、例えばグリンドあるいは共振ミラーがパルス間に調整配室さ れている。またランプを使用し、不透明の帯域をもって相互に分割されたフィル ターを有する羽根車を回転させてもよい。Emits at least two narrow beams of light with one repetition frequency in the kilohertz band. The light emitting device 3 includes a diode laser 1, a dye material laser, and a CO□ laser. A laser device such as a spectral lamp binary covered by a rotating impeller is suitable. Ru. These laser devices are tuned to two different frequencies and their activation state pulsed by a current, and then emitted at any desired resonant frequency. For example, a grind or a resonant mirror may be adjusted between the pulses to It is. It also uses lamps to create filters that are separated from each other by bands of opacity. An impeller having a rotor may be rotated.

フィルターの透光曲線は上述したものと同様に設定される。The transmission curve of the filter is set similarly to that described above.

フィルター羽根車の回転数およびフィルターセグメントの数は、発生される切り 換え周波数がバンドパスフィルター35の中間周波数に対応するよう設定する。The rotation speed of the filter impeller and the number of filter segments are determined by The switching frequency is set to correspond to the intermediate frequency of the bandpass filter 35.

測定媒体1内の濃度を測定すべき素材の吸収波長どうしが接近していることば頻 繁にあり、吸収帯域幅が狭いことも頻繁にある。光線f、およびf2の細かい調 整は、発光器3の光線が該当素材で満たされた対応する比較小鉢を通過するよう 発光を行い、かつ吸収される帯域幅内ないし外に光線が存在するまで発光器3の 周波数f、ないしf2を変化させることによって達成される。また設定すべき周 波数f、およびf2が自動的に観察されるよう構成することもできる。Frequently used words in which the absorption wavelengths of the material whose concentration in the measurement medium 1 is to be measured are close to each other. The absorption bandwidth is often narrow. Fine tuning of rays f and f2 The setting is such that the light beam of emitter 3 passes through the corresponding comparison bowl filled with the corresponding material. of the emitter 3 until there is a ray within or outside the bandwidth that emits light and is absorbed. This is achieved by varying the frequency f, to f2. Also, the frequency that should be set is It is also possible to configure the wave numbers f and f2 to be automatically observed.

発光器3として、レーザー装置とくに固体レーザー、色素素材レーザー、CO2 レーザーを使用する場合、光線分割ミラー11を使用せず、代わりに共振ミラー によって測定媒体l内に進むレーザー光線と、別の共振ミラーによって比較小鉢 5に進む別のレーザー光線とを発光させてもよい。As the light emitter 3, a laser device, especially a solid state laser, a dye material laser, a CO2 When using a laser, the beam splitting mirror 11 is not used, but a resonant mirror is used instead. The laser beam advances into the measuring medium l by a small bowl compared by another resonant mirror. Another laser beam may be emitted as shown in step 5.

選択するパルス幅dが狭いほど、ゲート回路37が後の処理を行うために信号を 送り出す「受信窓」も小さく設定できる。これによって妨害パルスおよび誤った 情報が減少する。The narrower the pulse width d you select, the more the gate circuit 37 can transmit the signal for later processing. The "receiving window" for sending out data can also be set smaller. This causes jamming pulses and erroneous Information is reduced.

測定媒体1および比較小鉢内の光線吸収を用いて濃度測定を行う代わりに、光線 の拡散を考慮してもよい。この場合、測定媒体ないし当該比較小鉢から元の方へ 拡散される光線の強さを測定するため、検知器13は発光器3の隣に、検知器9 a、、、9zは比較小鉢5a、、、5zの前に構成される。Instead of performing concentration measurements using light absorption in measurement medium 1 and comparison bowl, light The diffusion of In this case, from the measurement medium or the comparative small bowl to the original To measure the intensity of the diffused light beam, the detector 13 is placed next to the emitter 3 and the detector 9 a, . . . , 9z are constructed before the comparison small bowls 5a, . . . , 5z.

元の方へ拡散されるパルスのパルス形状は発光されたパルス形状に比べて「汚れ 」でおり、測定媒体lおよび比較小鉢5a、、、5zを通過するパルス進行時間 が発光されたパルスのパルス幅dにくらべて短い限り、上述の測定方法において はこの汚染を考慮する必要がある。元の方へ拡散する光線の判定により、流動媒 体内の粒子濃度を決定することができる。Compared to the emitted pulse shape, the pulse shape of the pulse diffused toward the source is "dirty". '', and the pulse travel time passing through the measurement medium l and comparison small bowls 5a, 5z. In the above measurement method, as long as d is shorter than the pulse width d of the emitted pulse. must take this contamination into account. By determining the light rays that diffuse towards the source, the flow medium The concentration of particles in the body can be determined.

フィルターの通過帯域が対応するパルス反復周波数に合わせて調整されたフィル ターの使用により、また変調信号として測定信号を解釈することによって、妨害 信号にかかわらず高い信顧性が得られる。A filter whose passband is tuned to the corresponding pulse repetition frequency. interference by using a detector and by interpreting the measurement signal as a modulated signal. High reliability can be obtained regardless of the signal.

素材を化学的に変化させる場合、とくに環境を悪化する有害物質を環境に障らな い結合あるいは成分に変化させる場合、その結合ないし成分の濃度が短時間で交 互に現れる場合、化学変化には試薬が用いられていることが多くあり、試薬自体 も環境に有害である。したがってこうした素材が変化するのを防ぐ必要がある。When changing materials chemically, especially harmful substances that degrade the environment, When changing into a new bond or component, the concentration of that bond or component changes in a short time. When they appear together, a reagent is often used for the chemical change, and the reagent itself is is also harmful to the environment. Therefore, it is necessary to prevent these materials from changing.

瞬間的に変化すべき素材の正確な量を継続的に測定することにより、正確で時間 的に配量された量の試薬を混合することができるが、このような試薬は反応ゾー ンを経過した後には投入されないか、あるいは所定の濃度でのみ投入されるもの である。Accurate and timely measurement by continuously measuring the exact amount of material to be changed instantaneously Reagents can be mixed in precisely metered amounts; however, such reagents may Those that are not added after a period of time or are added only at a specified concentration It is.

変化させるべき素材の正確な量を測定することにより、素材の量あるいは試薬の 量が、反応ゾーンを経過した後で、濃度測定の有無に関わりなく次の処理を次の 反応ゾーンで実施できるような量だけ、素材ないし試薬が投入されるよう試薬の 量が設定される。Determine the amount of material or reagent by measuring the exact amount of material to be changed. After the amount has passed through the reaction zone, it can be subjected to subsequent processing with or without concentration measurements. Reagents are loaded so that only the amount of material or reagent is introduced into the reaction zone. amount is set.

この方法は、環境に有害な素材の測定に適するばかりでなく、精密に配量した素 材および試薬を用いねばならない化学産業における高感度製品の製造ならびに化 学的処理の実施にも通している。This method is not only suitable for measuring materials that are harmful to the environment, but also allows for precise dosing of materials. Manufacturing and processing of highly sensitive products in the chemical industry that require the use of materials and reagents It has also been passed through scientific processing.

すでに説明を行った方法が、この化学的方法の実施に適している。The methods already described are suitable for carrying out this chemical method.

上述した少なくとも一つの流体に含まれる素材の濃度を測定する装置を一体形成 で組み込んだ構成について、内燃機関としてのディーゼルエンジン51の窒素系 排気ガスを例に挙げながら以下に説明を行う。この例においては、酸化窒素NO および二酸化窒素NO,がディーゼルエンジン51の排気ガス中の有害物質とし て減少される。第9図のブロック回路図にこの構成を示す。排気ガスはエンジン 51を出た後、粒子フィルター53(必ずしも必要ではない)を流れ過ぎる。Integrally forms a device for measuring the concentration of a material contained in at least one of the fluids mentioned above. Regarding the configuration incorporated in the nitrogen system of the diesel engine 51 as an internal combustion engine, The explanation will be given below using exhaust gas as an example. In this example, nitrogen oxide NO and nitrogen dioxide NO, are harmful substances in the exhaust gas of diesel engines51. will be reduced. This configuration is shown in the block circuit diagram of FIG. exhaust gas is engine After exiting 51, it flows past a particle filter 53 (not required).

続いて排気ガスは排気ガス管55内に設けられたエンジン制御回路59の感知器 57を通過するが、感知器は例えば排気ガス管55内の圧力を決定するものであ り、測定した圧力に応じてターボ加給器を制御するためのものである。感知器5 7の下流側には反応帯域61が設けられており、反応帯域は第9図に破線で囲ん で示している。反応帯域61内に新鮮な空気の供給装置63およびアンモニアの 供給装置63が挿入されている。反応帯域61には触媒67が接続されており、 濃度測定部69に続いている。排気ガス温度が1000″Cを越えるエンジンの 場合、触媒は用いなくてもよい。濃度測定部69と、新鮮な空気およびアンモニ アの供給ユニット63および65と、エンジン制御回路59とは、一つの制御装 置71を介して接続されている。制御装置71には、すでに上述した数値記憶装 置73が組み込まれ、記憶装置内ではエンジンデータに応して供給ユニット63 および65を設定するためのデータが整理されており、エンジンデータには例え ば、温度、回転数、エンジン制御回路59に接続された新鮮空気量測定器75に より測定される新鮮な空気の吸入量、エンジン制御回路59により噴射ノズル7 7で制御される燃料の噴射量などがある。制御装置71は出力増幅器26に接続 されている。数値記憶装置73には、濃度測定部69において測定する値が、一 つあるいは複数のエンジンデータに加えて入力される。Subsequently, the exhaust gas is detected by a sensor in the engine control circuit 59 provided in the exhaust gas pipe 55. 57, the sensor determines the pressure in the exhaust gas pipe 55, for example. This is to control the turbocharger according to the measured pressure. Sensor 5 A reaction zone 61 is provided downstream of 7, and the reaction zone is surrounded by a broken line in FIG. It is shown in A fresh air supply 63 and ammonia supply are provided in the reaction zone 61. A feeding device 63 is inserted. A catalyst 67 is connected to the reaction zone 61, It continues to the concentration measuring section 69. For engines whose exhaust gas temperature exceeds 1000"C In this case, no catalyst may be used. Concentration measuring section 69, fresh air and ammonia The supply units 63 and 65 of A and the engine control circuit 59 are one control system. 71. The control device 71 includes the numerical storage device described above. A supply unit 63 is installed in the storage device according to the engine data. The data for setting 65 and 65 are organized, and the engine data is For example, the temperature, rotation speed, and fresh air amount measuring device 75 connected to the engine control circuit 59 The intake of fresh air is determined by the engine control circuit 59 at the injection nozzle 7. The amount of fuel to be injected is controlled by 7. Control device 71 is connected to output amplifier 26 has been done. The value measured by the concentration measuring section 69 is stored in the numerical storage device 73. input in addition to one or more engine data.

ディーゼルエンジン51を駆動する場合、すでに述べたように供給ユニット63 および65を介し、記憶装置73に入力されているデータおよび濃度測定部69 にて測定されたデータに応して、アンモニアおよび新鮮な空気が反応帯域61に 供給される。以下の化学方程式に応して、排気ガスに含まれる酸化窒素NOおよ び二酸化窒素N Oxは触媒67内で4NO+4NH,+O□ −−−→4Nz  +6Hz 06NO□±8NH,−−一→7N2 +12H,。When driving the diesel engine 51, as already mentioned, the supply unit 63 and 65, the data input to the storage device 73 and the concentration measurement unit 69 Ammonia and fresh air are introduced into the reaction zone 61 according to the data measured at Supplied. According to the chemical equation below, the nitrogen oxide NO and NO contained in the exhaust gas are and nitrogen dioxide N Ox in the catalyst 67 as 4NO+4NH, +O□ --- → 4Nz +6Hz 06NO□±8NH, --1 → 7N2 +12H,.

水H,Oと窒素N2に変化される。排気ガス温度が1000′Cを越える場合、 上述の化学反応は触媒がなくても進行する。It is converted into water H, O and nitrogen N2. If the exhaust gas temperature exceeds 1000'C, The chemical reactions described above proceed without a catalyst.

測定部69は、すなわち500Hzの測定周波数を用いて触媒67の後ろで排気 ガス中のアンモニア含有量を測定する。The measuring section 69 measures the exhaust gas after the catalyst 67 using a measuring frequency of 500 Hz. Measure the ammonia content in the gas.

測定に基づいて、アンモニアが排気ガスから周囲にほとんど放出されないよう、 またNOおよびNO□含有量ができる限り低くなるよう、あらかじめ記憶装置7 3に設定されていたデータが書き換えられる。窒素酸化物を減少させた後、内燃 機関におけるダイオキシン放出物の大幅な減少が行われる。Based on measurements, very little ammonia is released from the exhaust gas into the surrounding environment. In addition, in order to keep the NO and NO□ contents as low as possible, The data set to 3 will be rewritten. Internal combustion after reducing nitrogen oxides Significant reductions in dioxin emissions in institutions will be made.

記憶装置73のデータ入力により、すでに説明したように短時間だけ測定値が欠 落している場合に測定値推定を行うこともできる。Data entry into the storage device 73 allows measurement values to be missing for a short period of time, as already explained. It is also possible to estimate the measured value when the object is dropped.

本発明による高速測定は数秒間のうちに行われており、ディーゼルエンジンの負 荷が即座に変化すれば、有害物質含有量は大幅に減少される。The high-speed measurements made by the present invention are made within seconds and are If the load is changed immediately, the hazardous substance content will be significantly reduced.

アンモニア含有量を測定するかわりに、NoおよびN Ox含有量あるいは両方 の含有量、あるいは他の物質の含有量を、使用する光線周波数に合わせて測定で きる。排気ガス中の二酸化硫黄の含有量、ならびに他の望まれない物質の含有量 も測定することができる。異なる素材を有する比較小鉢9aから92の数を増せ ば、たとえ個々の素材の吸収曲線が部分的に重なっていたとしても、測定媒体1 内におけるこれら物質の濃度は測定できる。この場合、異なる周波数で測定した 濃度を識別することにより、濃度が決定される。Instead of measuring ammonia content, No and/or NOx content can be measured. or other substances depending on the light frequency used. Wear. The content of sulfur dioxide in the exhaust gas, as well as the content of other unwanted substances can also be measured. Increase the number of comparative small bowls 9a to 92 with different materials. For example, even if the absorption curves of individual materials partially overlap, the measurement medium 1 The concentration of these substances within the body can be measured. In this case, measured at different frequencies By identifying the concentration, the concentration is determined.

比較小鉢に異なる素材を満たすかわりに、比較小鉢9aから92のいくつかに同 し素材を濃度を変えて満たすこともできる。大きな濃度幅に関して測定を行わね ばならない場合この方法が勧められる。Instead of filling the comparison bowls with different materials, fill some of the comparison bowls 9a to 92 with the same material. It can also be filled with different concentrations of materials. Do not perform measurements over a large concentration range. This method is recommended if necessary.

測定した濃度値に応じて、有害物質濃度が最小になるよう、試薬の混合量ならび に処理パラメーターすなわち温度、圧力、流速などを変化させる。本発明の方法 は気体ばかりでなく液体についても実施できる。Depending on the measured concentration value, adjust the amount of reagent mixed and changing the processing parameters i.e. temperature, pressure, flow rate, etc. Method of the invention can be carried out not only for gases but also for liquids.

燃焼気体においては、NOX含有量が燃焼温度によって変化スる。ディーゼルエ ンジンの場合、例えば発生出力の上昇とともに燃焼温度が上がり、そのためにN  Ox含有量も上がる。新鮮な空気ならびにアンモニア用の供給ユニット63お よび65による試薬流入の設定時間と、両方の試薬が反応帯域61上に現れるま での経過時間とに基づく不動時間をさらに短縮した上で、制御装置71を用いて 処理を行うためには、測定され記憶装置73に入力された濃度測定値を上述の不 動時間を考慮したうえで時間的に推定し、そこからエンジン制御装置59を介し て設定されたディーゼルエンジンの駆動データを使用して、不動時間終了後に供 給ユニット63および65によって反応帯域に供給すべき試薬の供給量を算出す る。In the combustion gas, the NOX content changes depending on the combustion temperature. Diesel In the case of engines, for example, as the output increases, the combustion temperature rises, and as a result, the N The Ox content also increases. Supply unit 63 for fresh air and ammonia and 65 and the time until both reagents appear on the reaction zone 61. After further shortening the immobility time based on the elapsed time in In order to perform the processing, the concentration measurement values that have been measured and entered into the storage device 73 are It is estimated in terms of time taking into consideration the operating time, and from there, the Using the diesel engine drive data configured in Calculate the amount of reagent to be supplied to the reaction zone by the supply units 63 and 65. Ru.

周波数 要 約 書 素材の濃度を測定する本方法では、素材の光線吸収帯域で光線の一方が吸収され 、他方の光線は吸収されず、また本方法はパルス反復周波数が同一でパルス間隔 も同一のパルスを用いて実施される。パルス間隔の逆数に等しい中間周波数を有 する検知された信号がフィルターを用いて濾波される。光線を吸収する素材の濃 度が濾波された信号の振幅変化から測定される。frequency Summary book In this method of measuring the concentration of a material, one side of the light is absorbed in the light absorption band of the material. , the other ray is not absorbed, and the method uses the same pulse repetition frequency and pulse spacing. is also performed using the same pulses. has an intermediate frequency equal to the reciprocal of the pulse interval. The detected signal is filtered using a filter. The density of the material that absorbs light rays The intensity is measured from the amplitude change of the filtered signal.

上述の方法を実施するための装置においてフィルターを使用するが、フィルター の濾波帯域は発生されるパルス反復周波数にしたがって各々調整される。変調信 号として測定信号を解釈することにより、妨害信号にもかかわらず高い信顛性が 得られる。A filter is used in the apparatus for carrying out the method described above, but the filter The filter bands of are each adjusted according to the pulse repetition frequency generated. Modulation signal By interpreting the measured signal as a signal, high reliability is achieved despite interfering signals. can get.

本装置は化学反応により変化する試薬を上述の素材に混入するための供給装置を 備えた構成を有しており、数秒間にわたって測定された濃度値に応じて流体内の 素材の濃度を正確に変化させること、と(に減少させることができる。この構成 は例えば内燃機関の排気ガスの窒素除去に適用される。This device is equipped with a supply device for mixing the above-mentioned materials with reagents that change due to chemical reactions. It has a configuration with The concentration of the material can be varied precisely and reduced to (this configuration This is applied, for example, to the removal of nitrogen from the exhaust gas of internal combustion engines.

国際調査報告 国際調査報告international search report international search report

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1. 少なくとも吸収最大値の範囲内にある第一周波数(f1)を有する第一光 線と、測定すべき素材の前記吸収最大値から外れた周波数(f2)を有する第二 光線とが前記素材を収容する測定媒体(1)を通過するよう発光され、前記測定 媒体(1)を通過した後の前記第一および第二光線の強さが検知器(13)によ って比例した電気信号に変換される、素材の濃度測定方法において、前記第一お よび第二光線かパルスとして同じ反復周波数で交互に発光されること、光線周波 数(f1,f2)の異なるパルスどうしのパルス間隔が一定に保たれること、前 記電気信号が復調され、前記素材の濃度が復調された信号の振幅高から算出され ることを特徴とする、素材の濃度測定方法。 2. 前記第一および第二光線の一部が分割されること、分割された部分は少な くとも一つの比較媒体(5a,...,52)を通過するよう進行すること、前 記比較媒体の各々には、前記測定媒体(1)内で濃度を測定すべき素材が既知量 だけ混入されていること、前記測定媒体(1)内の前記素材の濃度を決定するた め、前記測定媒体および各比較媒体(1,5a,...,52)を通過した光線 の強さを示す電気信号が比較されることを特徴とする、前記請求の範囲第1項に 記載の濃度測定方法。 3. 前記電気信号を妨害から隔離するために、時間的に復調される前ないし後 で周波数に基づいて前記電気信号の選択が行われることを特徴とする、前記請求 の範囲第1項または第2項に記載の濃度測定方法。 4.ある周波数帯域において前記周波数に基づく選択が行われ、測定の妨害を減 少させるため、この周波数帯域の中間周波数が交互に連続する第一ないし第二光 線のパルスの時間間隔(TN)の値、あるいはその整数倍の値、その逆数値に相 当していることを特徴とする、前記請求の範囲第3項に記載の方法。 5. 少なくとも吸収最大値の範囲内にある第一周波数(f1)を有する第一光 線と、測定すべき素材の前記吸収最大値から外れた周波数(f2)を有する第二 光線とが前記素材を収容する測定媒体(1)を通過するよう発光され、前記測定 媒体(1)を通過した後の前記第一および第二光線の強さが検知器(13)によ って比例した電気信号に変換される、素材の濃度測定方法において、前記第一お よび第二光線がパルスとして同じ反復周波数で交互に発光されること、光線周波 数(f1,f2)の異なるパルスどうしのパルス間隔が一定に保たれること、前 記第一および第二光線の一部が分割されること、分割された部分は少なくとも一 つの比較媒体(5a,...,5z)を通過するよう進行すること、前記比較媒 体の各たには、前記測定媒体(1)内で温度を測定すべき素材が既知量だけ混入 されていること、前記測定媒体および各比較媒体(1,5a,...,5z)を 通過した前記第一および第二光線の強さが任意の期間にわたって積分されること 、前記測定媒体内の素材の濃度を決定するため、積分値どうしが比較されること を特徴とする、素材の濃度測定方法。 6. 前記通過した後の第一および第二光線の電気信号から、狭いバンド幅の周 波数帯域がさらに処理されること、その周波数帯域の中間周波数が交互に連続す る前記第一ないし第二光線のパルスの時間間隔(TT)の値、あるいはその整数 倍の値、その逆数値に相当していることを特徴とする、前記請求の範囲第1項か ら第5項のいずれかに記載の方法。 7. 所定の期間のあいだ前記算出された濃度値が記憶されることを特徴とする 、前記請求の範囲第1項から第6項のいずれかに記載の方法。 8. 前記素材の濃度は続く数秒間の時間間隔のあいだに決定されることを特徴 とする、前記請求の範囲第1項から第7項のいずれかに記載の濃度測定方法。 9. 異なる周波数を有する少なくとも二本の光線(f1,f2)を発光するた めの発光器(3)と、前記発光器(3)を制御するための制御装置(27)と、 前記測定媒体(1)を通過したあるいは測定媒体(1)によって拡散された光線 の強さを検知するための検知器ユニット(13)とを備えた、前記請求の範囲第 1項から第4項または第6項から第8項までの一つに記載の方法を実施するため の装置において、前記制御装置(27)がドライバー(30)を有し、このドラ イバーは前記発光器(3)が周波数異なる光線(f1,f2)を許容差範囲内で 一定かつ同一の反復周波数(1/TT)で交互に発光するよう制御を行うこと、 前記検知器ユニット(9a,...,9z,13)に復調器(41)および判定 ユニット(25)が接続されていることを特徴とする装置。 10. 前記発光器(3)の光線(f1,f2)の一部が通過される、濃度を測 定すべき素材を既知の濃度で含んでいる少なくとも一つの比較媒体(5a,.. .,5z)を備えることを特徴とする、前記請求の範囲第9項に記載の装置。 11.前記検知器ユニット(9a,...,9z,13)の後側かつ前記復調器 (41)の前側または後側に接続された、前記電気信号用の時間選択ないし周波 数を選択できるゲート回路(37,39)を備えることを特徴とする、前記請求 の範囲9ないし10に記載の装置。 12. 前記周波数選択ゲート回路(39)がバンドパスであり、その中間周波 数は交互に連続する第一および第二光線のパルス間の前記時間間隔(TB)の逆 数に相当することを特徴とする、前記請求の範囲第11項に記載の装置。 13. 異なる周波数を有する少なくとも二本の光線(f1,f2)を発光する ための発光器(3)と、前記発光器(3)を制御するための制御装置(27)と 、前記測定媒体(1)を通過したあるいは測定媒体(1)によって拡散された光 線の強さを検知するための検知器ユニット(13)とを備えた、前記請求の範囲 第5項から第8項までの一つに記載の方法を実施するための装置において、前記 発光器(3)が異なる光線(f1,f2)からなるパルスを許容差の範囲内の同 じ反復周波数で交互に発光するように、制御装置(27)が制御を行う際に用い るドライバー(30)と、濃度を測定すべき素材を収容し、前記発光器(3)の 前記光線(f1,f2)の一部が通過する少なくとも一つの比較媒体(5a,. ..,5z)と、前記検知器ユニット(9a,...,9z,13)の後方に接 続され、前記ドライバー(30)によって切り換え接続される少なくとも一つの 積分器(47a,47b,47c,47d)と、同様に接続された判定装置(2 5)とを設けることを特徴とする装置。 14.前記検知器ユニット(9a,...,9z,13)の後側に接続され、前 記積分器(47a,47b,47c,47d)または前記復調器(41)の前に 接続され、交互に連続する前記第一および第二光線(f1,f2)のパルス間の 時間間隔(TT)の値、あるいはその整数倍の数値、あるいは逆数の値に等しい 中間周波数を有する、バンドパスフィルター(35)を備えることを特徴とする 、前記請求の範囲第9項から第13項のいずれかに記載の装置。 15. 前記算出された濃度値を所定の期間にわたって記憶する記憶装置(73 )を備えることを特徴とする、前記請求の範囲第9項から第14項のいずれかに 記載の装置。 16.前記請求の範囲第9項から第15項のいずれかに記載の装置を用いて、流 体に含まれる少なくとも一つの素材、とくに有害物質の濃度を変化させるための 構成において、前記素材を化学反応により変化させる少なくとも一つの試薬を、 流体流の反応帯域に混入させるための供給装置(63,65)を備えた構成。 17. 前記装置の前記測定媒体(69)が前記流体の流動方向に向かって前記 反応帯域(61)の後面に設けられていること、前記供給装置(63,65)の 各々による前記試薬の供給を前記測定媒体(69)で測定された素材濃度に応じ て制御する制御装置(71)が前記装置に接続されていることを特徴とする、前 記請求の範囲第16項に記載の構成。 18.前記供給装置(63,65)は、内燃機関(51)の排気ガス導管(55 )内に二度引き込まれ、各々が前記制御装置(71)によって制御される供給ユ ニット(63,65)を備えており、一方ではアンモニアを他方では新鮮な空気 が内燃機関(51)の燃焼ガスに供給されること、流動する燃焼ガスにおけるア ンモニアないし窒素酸化物濃度が数秒間のあいだ連続して測定されるよう、前記 装置が形成されていることを特徴とする、前記請求の範囲第16項または第17 項に記載の装置。 19.前記請求の範囲第1項から第8項のいずれかに記載の方法の、流体に含ま れる少なくとも一つの素材の濃度変化への適用。 20.少なくとも一つの反応パラメーターないし少なくとも一つの試薬の混入量 を、前記測定媒体(1)内で算出された濃度に基づいて変化させることを特徴と する、前記請求の範囲第19項に記載の適用。 21. 流動する媒体内で濃度測定が行われることを特徴とする、前記請求の範 囲第19項または第20項に記載の適用。 22. 燃焼ガスの一つあるいは複数の素材の濃度を測定すること、測定された 濃度に応じて前記測定媒体(69)の上流側に接続された反応帯域において少な くとも一つの試薬素材量を配置して追加することを特徴とする、前記請求の範囲 第19項から第21項のいずれかに記載の適用。 23. 前記反応帯域において内燃機関の燃焼ガスにアンモニアを配量して追加 すること、前記測定媒体(69)内での窒素酸化物ないし追加されたアンモニア の濃度を測定すること、窒素酸化物の放出が防止または少なくとも減少され、か つアンモニアの放出がほとんど完全に防止されるよう、測定された濃度に基づい てアンモニアの配量を最適化することを特徴とする、前記請求の範囲第19項か ら22項に記載の適用。[Claims] 1. A first light having a first frequency (f1) that is at least within the range of the maximum absorption value line and a second line with a frequency (f2) that deviates from said absorption maximum of the material to be measured. A light beam is emitted so as to pass through the measurement medium (1) containing said material, and said measurement The intensities of said first and second rays after passing through the medium (1) are measured by a detector (13). In the method for measuring the concentration of a material, in which the concentration of the material is converted into a proportional electrical signal, ray frequency The pulse interval between pulses with different numbers (f1, f2) is kept constant. The electrical signal is demodulated, and the concentration of the material is calculated from the amplitude height of the demodulated signal. A method for measuring the concentration of a material. 2. Part of the first and second rays is split, and the split part is small. proceeding through at least one comparative medium (5a,...,52), Each of the comparison media contains a known amount of the material whose concentration is to be measured in the measurement medium (1). to determine the concentration of said material in said measuring medium (1). Therefore, the light rays that passed through the measurement medium and each comparison medium (1, 5a, ..., 52) Claim 1, characterized in that the electrical signals indicating the strength of the Concentration measurement method described. 3. Before or after the electrical signal is temporally demodulated in order to isolate it from interference. Said claim, characterized in that the selection of said electrical signal is carried out on the basis of frequency at The concentration measuring method according to item 1 or 2. 4. A frequency-based selection is made in a frequency band to reduce disturbances in the measurement. In order to reduce the frequency, the intermediate frequencies in this frequency band are Comparable to the line pulse time interval (TN) value, its integral multiple, or its inverse value. 4. A method according to claim 3, characterized in that: 5. A first light having a first frequency (f1) that is at least within the range of the maximum absorption value line and a second line with a frequency (f2) that deviates from said absorption maximum of the material to be measured. A light beam is emitted so as to pass through the measurement medium (1) containing said material, and said measurement The intensities of said first and second rays after passing through the medium (1) are measured by a detector (13). In the method for measuring the concentration of a material, in which the concentration of the material is converted into a proportional electrical signal, and the second ray is emitted alternately as pulses with the same repetition frequency, ray frequency The pulse interval between pulses with different numbers (f1, f2) is kept constant. Part of the first and second rays are split, and the split part is at least one proceeding through two comparative media (5a,...,5z), said comparative media; Each body is mixed with a known amount of the material whose temperature is to be measured in the measurement medium (1). that the measurement medium and each comparative medium (1, 5a, ..., 5z) are that the intensities of the first and second rays passed are integrated over an arbitrary period of time; , the integral values are compared to determine the concentration of the material in the measuring medium. A method for measuring the concentration of a material, characterized by: 6. From the electrical signals of the first and second rays after passing through the narrow band width, The wavenumber band is further processed so that the intermediate frequencies of that frequency band are alternately consecutive. the time interval (TT) value of the pulses of the first and second light beams, or an integer thereof; Claim 1, characterized in that it corresponds to a double value or its reciprocal value. The method according to any one of Item 5. 7. The calculated concentration value is stored for a predetermined period of time. , a method according to any one of claims 1 to 6. 8. characterized in that the concentration of said material is determined during a subsequent time interval of several seconds. The concentration measuring method according to any one of claims 1 to 7. 9. To emit at least two light beams (f1, f2) with different frequencies a second light emitter (3); a control device (27) for controlling the light emitter (3); A light beam that has passed through the measurement medium (1) or been diffused by the measurement medium (1) a detector unit (13) for detecting the intensity of the To carry out the method described in one of paragraphs 1 to 4 or 6 to 8. In the device, the control device (27) has a driver (30), and the control device (27) has a driver (30). The light emitter (3) transmits light beams (f1, f2) with different frequencies within a tolerance range. controlling to emit light alternately at a constant and same repetition frequency (1/TT); The detector unit (9a,..., 9z, 13) includes a demodulator (41) and a determination unit. A device characterized in that a unit (25) is connected. 10. A part of the light beams (f1, f2) of the light emitter (3) is passed through, and the concentration is measured. at least one comparison medium (5a, . . . ) containing a known concentration of the material to be determined; .. , 5z). 11. The rear side of the detector unit (9a,..., 9z, 13) and the demodulator (41) connected to the front or rear side of the time selection or frequency for said electrical signal; Said claim, characterized in that it comprises gate circuits (37, 39) whose number can be selected. The device according to ranges 9 to 10. 12. The frequency selection gate circuit (39) is a bandpass, and its intermediate frequency The number is the inverse of said time interval (TB) between pulses of the first and second rays in alternating succession. 12. Device according to claim 11, characterized in that it corresponds to a number. 13. Emit at least two light beams (f1, f2) with different frequencies a light emitter (3) for controlling the light emitter (3); and a control device (27) for controlling the light emitter (3). , light passed through the measurement medium (1) or diffused by the measurement medium (1) a detector unit (13) for detecting the intensity of the line. An apparatus for carrying out the method according to one of paragraphs 5 to 8, comprising: The emitter (3) divides the pulses consisting of different light beams (f1, f2) into the same pulses within a tolerance. The control device (27) is used to perform control so that the light is emitted alternately at the same repetition frequency. A driver (30) containing a material whose concentration is to be measured and a light emitting device (3). At least one comparative medium (5a, . . . .. .. , 5z) and connected to the rear of the detector unit (9a,..., 9z, 13). at least one connected to each other and switched and connected by said driver (30). The integrator (47a, 47b, 47c, 47d) and the similarly connected determination device (2 5). 14. Connected to the rear side of the detector unit (9a,..., 9z, 13), Before the recording integrator (47a, 47b, 47c, 47d) or the demodulator (41) between the pulses of the first and second light beams (f1, f2) that are connected and successive alternately; Equal to the time interval (TT) value, or its integer multiple, or its reciprocal value characterized by comprising a bandpass filter (35) having an intermediate frequency , an apparatus according to any one of claims 9 to 13. 15. A storage device (73) that stores the calculated concentration value for a predetermined period of time. ), according to any one of claims 9 to 14, characterized in that: The device described. 16. Using the apparatus according to any one of claims 9 to 15, To change the concentration of at least one material in the body, especially a harmful substance. In the configuration, at least one reagent that changes the material by a chemical reaction, Arrangement with a feeding device (63, 65) for mixing the fluid stream into the reaction zone. 17. The measuring medium (69) of the device is directed toward the flow direction of the fluid. be provided at the rear of the reaction zone (61), and that the supply device (63, 65) Supply of the reagent by each according to the concentration of the material measured in the measurement medium (69). a control device (71) connected to said device; The configuration according to claim 16. 18. The supply device (63, 65) is connected to the exhaust gas conduit (55) of the internal combustion engine (51). ) twice, each controlled by said control device (71). (63,65) with ammonia on the one hand and fresh air on the other. is supplied to the combustion gas of the internal combustion engine (51); such that the ammonia or nitrogen oxide concentration is measured continuously over a period of several seconds. Claim 16 or 17, characterized in that the device is formed Equipment described in Section. 19. In the method according to any one of claims 1 to 8, contained in the fluid. application to changes in the concentration of at least one material. 20. At least one reaction parameter or the amount of at least one reagent added is changed based on the concentration calculated in the measurement medium (1). The application according to claim 19, wherein: 21. Claims characterized in that the concentration measurement is carried out in a flowing medium. Applications according to paragraphs 19 or 20. 22. measuring the concentration of one or more substances in the combustion gas; Depending on the concentration, the reaction zone connected upstream of the measurement medium (69) Claims characterized in that at least one amount of reagent material is arranged and added. Application of any of paragraphs 19 to 21. 23. Ammonia is metered and added to the combustion gas of the internal combustion engine in the reaction zone. nitrogen oxides or added ammonia in the measuring medium (69); by measuring the concentration of nitrogen oxides, whether nitrogen oxide emissions are prevented or at least reduced; based on the measured concentration so that the release of ammonia is almost completely prevented. Claim 19, characterized in that the amount of ammonia is optimized by 22.
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