JPH0616012B2 - ガス濃度測定方式 - Google Patents
ガス濃度測定方式Info
- Publication number
- JPH0616012B2 JPH0616012B2 JP59111808A JP11180884A JPH0616012B2 JP H0616012 B2 JPH0616012 B2 JP H0616012B2 JP 59111808 A JP59111808 A JP 59111808A JP 11180884 A JP11180884 A JP 11180884A JP H0616012 B2 JPH0616012 B2 JP H0616012B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas concentration
- measurement
- baseline
- value
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は赤外線吸収を利用したガスセンサに係り、特に
２次導関数計測法を用いて低濃度のガスを高感度で検出
することができる信号処理方式に特徴を有するガス濃度
測定方式に関する。
２次導関数計測法を用いて低濃度のガスを高感度で検出
することができる信号処理方式に特徴を有するガス濃度
測定方式に関する。
従来のガス濃度計測法としては、第３図に示すごとく、
レーザ波長に対する透過光強度Ｉの減り具合ｄを計測し
てガス濃度を検出する方法がある。即ち、第３図はレー
ザ波長λと透過光強度の関係を示す図である。更に別の
方法としては、計測をより高感度にするため、第３図中
１に示すごとく入射光のレーザ波長λをsin 変調して透
過光強度Ｉの変化分２を検出し、これからガス濃度を測
定する方法がある。このための入射波長を変調するため
にレーザダイオードが用いられる。レーザダイオードは
電流を変化させることにより、発振波長を変えることが
できる。計測には、気体の吸収スペクトルの勾配を検出
する１次微分による計測法及び２次微分により、スペク
トルの曲率を検出する計測法がある。実際には、レーザ
ダイオードへ加える微小な変調の周波数ｆに同期した信
号を検出することで１次微分信号を得、あるいは２ｆに
同期した信号を検出して２次微分信号を得る。第４図は
レーザ波長λとガス吸収ラインの２次微分値の関係を示
す図である。２次微分信号値は、第４図に示すごとく、
吸収ラインの中心波長λａで最大ａ、その前後波長
λｂ，λｃで最小ｂ，ｃとなる特性となり、山の高さｈ
がガス濃度に比例する。前後のガスのないところでも出
力が出ているのは色々な原因があり、光学的な変動要因
（エタロンフリンジ等）で信号強度が変動することによ
る。その結果としてオフセットｈＢがかかり、その上に
ガス濃度に対応した信号が出るので、その補正を要す
る。
レーザ波長に対する透過光強度Ｉの減り具合ｄを計測し
てガス濃度を検出する方法がある。即ち、第３図はレー
ザ波長λと透過光強度の関係を示す図である。更に別の
方法としては、計測をより高感度にするため、第３図中
１に示すごとく入射光のレーザ波長λをsin 変調して透
過光強度Ｉの変化分２を検出し、これからガス濃度を測
定する方法がある。このための入射波長を変調するため
にレーザダイオードが用いられる。レーザダイオードは
電流を変化させることにより、発振波長を変えることが
できる。計測には、気体の吸収スペクトルの勾配を検出
する１次微分による計測法及び２次微分により、スペク
トルの曲率を検出する計測法がある。実際には、レーザ
ダイオードへ加える微小な変調の周波数ｆに同期した信
号を検出することで１次微分信号を得、あるいは２ｆに
同期した信号を検出して２次微分信号を得る。第４図は
レーザ波長λとガス吸収ラインの２次微分値の関係を示
す図である。２次微分信号値は、第４図に示すごとく、
吸収ラインの中心波長λａで最大ａ、その前後波長
λｂ，λｃで最小ｂ，ｃとなる特性となり、山の高さｈ
がガス濃度に比例する。前後のガスのないところでも出
力が出ているのは色々な原因があり、光学的な変動要因
（エタロンフリンジ等）で信号強度が変動することによ
る。その結果としてオフセットｈＢがかかり、その上に
ガス濃度に対応した信号が出るので、その補正を要す
る。
上記におけるオフセットは、環境温度の変化等の要因に
よって変動し、ベースラインがドリフトするために、正
確な補正が困難であるという問題がある。
よって変動し、ベースラインがドリフトするために、正
確な補正が困難であるという問題がある。
本発明は、ベースラインの測定を短時間で行うことによ
り、ベースラインのドリフト影響なしにオフセットを補
正して、ガス濃度測定を行い、さらに上記測定をベース
ラインの測定を含めて繰返して行い、ガス濃度測定の平
均を求めることにより、測定値のゆらぎを減じ、より高
感度なガス濃度測定方式を提供することを目的とする。
り、ベースラインのドリフト影響なしにオフセットを補
正して、ガス濃度測定を行い、さらに上記測定をベース
ラインの測定を含めて繰返して行い、ガス濃度測定の平
均を求めることにより、測定値のゆらぎを減じ、より高
感度なガス濃度測定方式を提供することを目的とする。
本発明は、光学系の温度変化によってベースラインのド
リフトがおきるため、短時間での測定ではドリカムしな
いとみなせること、および、先に述べた２次導関数法の
極小値の２点ｂ，ｃを結ぶ直線はベースラインに平行に
なることを利用し、より正確なオフセット補正を行う手
段として、２次導関数法の極小値の２点ｂ，ｃのみを短
時間で測定してベースラインを直線近似で求めるように
したものである。これによって、ベースラインのドリフ
トの影響なしにオフセツトを補正してガス濃度の測定を
行うことができる。また、この測定をベースラインの測
定（ｂ，ｃ点の測定）を含めて繰返し行い、ガス濃度測
定値の平均を求めることにより、測定値のゆらぎを減じ
て、より高感度なガスセンサを提供することができる。
リフトがおきるため、短時間での測定ではドリカムしな
いとみなせること、および、先に述べた２次導関数法の
極小値の２点ｂ，ｃを結ぶ直線はベースラインに平行に
なることを利用し、より正確なオフセット補正を行う手
段として、２次導関数法の極小値の２点ｂ，ｃのみを短
時間で測定してベースラインを直線近似で求めるように
したものである。これによって、ベースラインのドリフ
トの影響なしにオフセツトを補正してガス濃度の測定を
行うことができる。また、この測定をベースラインの測
定（ｂ，ｃ点の測定）を含めて繰返し行い、ガス濃度測
定値の平均を求めることにより、測定値のゆらぎを減じ
て、より高感度なガスセンサを提供することができる。
従って、本発明の構成は以下に示す通りである。即ち、
試料となるガスにレーザ光を照射し、前記レーザ光の波
長を変化して、各波長における前記レーザ光の吸光量を
取得して、２次導関数計測法によりガス濃度を測定する
に際し、該２次導関数計測法により導出された２点の極
小値および前記２点の極小値の間に生じるピーク値を測
定する工程と、前記２点の極小値を結ぶことで、ベース
ラインを近似化する工程と、前記近似化されたベースラ
イン上の前記ピーク値が得られるレーザ波長における値
を算出する工程と、前記ベースライン上の値と前記ピー
ク値との差が試料ガス濃度として得る工程とを含むこと
を特徴とするガス濃度測定方式としての構成を有するも
のである。
試料となるガスにレーザ光を照射し、前記レーザ光の波
長を変化して、各波長における前記レーザ光の吸光量を
取得して、２次導関数計測法によりガス濃度を測定する
に際し、該２次導関数計測法により導出された２点の極
小値および前記２点の極小値の間に生じるピーク値を測
定する工程と、前記２点の極小値を結ぶことで、ベース
ラインを近似化する工程と、前記近似化されたベースラ
イン上の前記ピーク値が得られるレーザ波長における値
を算出する工程と、前記ベースライン上の値と前記ピー
ク値との差が試料ガス濃度として得る工程とを含むこと
を特徴とするガス濃度測定方式としての構成を有するも
のである。
或いはまた、前記ガス濃度測定が前記ベースラインの直
線近似のための極小値の２点の測定を含んで繰返し行わ
れ、ガス濃度測定値が平均されることを特徴とするガス
濃度測定方式としての構成を有するものである。
線近似のための極小値の２点の測定を含んで繰返し行わ
れ、ガス濃度測定値が平均されることを特徴とするガス
濃度測定方式としての構成を有するものである。
第２図は本発明の一実施例としてのガス濃度測定方式の
構成図を示す。第２図において、レーザ電源５は、レー
ザダイオード６にＤ／Ａ変換器３からの直流電圧と、オ
シレータ４からの交流電圧の和に比例した電流を供給す
る。６のレーザダイオードの発光をレンズ７によって平
行光にして、試料セル８を通し、レンズ９によって検知
器１０に集光する。検知器１０の出力をロツクインアン
プ１１によって検波する。ロツクインアンプ１１の参照
信号にはオシレータ４の出力の２倍の周波数を用い、同
期検波をする。次に、１１のロツクインアンプの出力を
Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル量にして、計算器１３に入
力する。計算器１３は試料セル８内の試料ガスの濃度を
計算してプリンタ１４に出力する。１５は試料ガス流方
向を示す。
構成図を示す。第２図において、レーザ電源５は、レー
ザダイオード６にＤ／Ａ変換器３からの直流電圧と、オ
シレータ４からの交流電圧の和に比例した電流を供給す
る。６のレーザダイオードの発光をレンズ７によって平
行光にして、試料セル８を通し、レンズ９によって検知
器１０に集光する。検知器１０の出力をロツクインアン
プ１１によって検波する。ロツクインアンプ１１の参照
信号にはオシレータ４の出力の２倍の周波数を用い、同
期検波をする。次に、１１のロツクインアンプの出力を
Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル量にして、計算器１３に入
力する。計算器１３は試料セル８内の試料ガスの濃度を
計算してプリンタ１４に出力する。１５は試料ガス流方
向を示す。
第１図は本発明のガス濃度測定方式の実施例における原
理及び効果を説明する図であって、上記構成におけるレ
ーザ駆動電流ｉとロツクインアンプ出力電圧ｖとの関係
を示している。先ずレーザ駆動電流ｉをｉａに設定して
ｈを得る。次にｉｃに設定してｆを得る。そして、点
（ｉａ，ｈ）と点（ｉｃ，ｆ）の間を補間してｇを得
る、この計算は、計算器１３で行われる。次に、レーザ
駆動電流ｉをｉｂに設定してｅを得る。ｇはオフセツト
より小さいが、点（ｉａ，ｈ）と点（ｉＣ，ｆ）を結ぶ
直線とオフセツトのベースラインは平行で、しかも距離
はガスによる吸収量に比例するので、ｅ−ｇは試料ガス
の吸収量に比例している。したがって、ｅ−ｇの値から
試料ガスの濃度を測定することができる。そして、上記
測定を繰返して行い、得られたｅ−ｇ値の平均を濃度に
直して出力する。
理及び効果を説明する図であって、上記構成におけるレ
ーザ駆動電流ｉとロツクインアンプ出力電圧ｖとの関係
を示している。先ずレーザ駆動電流ｉをｉａに設定して
ｈを得る。次にｉｃに設定してｆを得る。そして、点
（ｉａ，ｈ）と点（ｉｃ，ｆ）の間を補間してｇを得
る、この計算は、計算器１３で行われる。次に、レーザ
駆動電流ｉをｉｂに設定してｅを得る。ｇはオフセツト
より小さいが、点（ｉａ，ｈ）と点（ｉＣ，ｆ）を結ぶ
直線とオフセツトのベースラインは平行で、しかも距離
はガスによる吸収量に比例するので、ｅ−ｇは試料ガス
の吸収量に比例している。したがって、ｅ−ｇの値から
試料ガスの濃度を測定することができる。そして、上記
測定を繰返して行い、得られたｅ−ｇ値の平均を濃度に
直して出力する。
本発明によれば、光学系のオフセツトが補正できるた
め、試料セルやレンズ等の光学部品間の干渉効果による
オフセットを、環境温度変化によるベースラインのドリ
フトの影響なしに補正することができるる。従って、高
感度のガス濃度測定が可能になる。
め、試料セルやレンズ等の光学部品間の干渉効果による
オフセットを、環境温度変化によるベースラインのドリ
フトの影響なしに補正することができるる。従って、高
感度のガス濃度測定が可能になる。
第１図は本発明のガス濃度測定方式の実施例の原理およ
び効果を説明する図、 第２図は本発明の実施例としてのガス濃度測定方式の構
成図、 第３図はレーザ波長と透過光強度の関係（ガス吸収ライ
ン）を示す図、 第４図はレーザ波長とガス吸収ラインの２次微分値の関
係を示す図。 １……sin 変調したレーザ波長 ２……透過光強度Ｉの変化分 ３……Ｄ／Ａ変換器 ４……オシレータ ５……レーザ電源 ６……レーザダイオード ７，９……レンズ ８……試料セル １０……検知器 １１……ロツクインアンプ １２……Ａ／Ｄ変換器 １３……計算器 １４……プリンタ １５……試料ガス流方向
び効果を説明する図、 第２図は本発明の実施例としてのガス濃度測定方式の構
成図、 第３図はレーザ波長と透過光強度の関係（ガス吸収ライ
ン）を示す図、 第４図はレーザ波長とガス吸収ラインの２次微分値の関
係を示す図。 １……sin 変調したレーザ波長 ２……透過光強度Ｉの変化分 ３……Ｄ／Ａ変換器 ４……オシレータ ５……レーザ電源 ６……レーザダイオード ７，９……レンズ ８……試料セル １０……検知器 １１……ロツクインアンプ １２……Ａ／Ｄ変換器 １３……計算器 １４……プリンタ １５……試料ガス流方向
Claims (2)
- 【請求項１】試料となるガスにレーザ光を照射し、前記
レーザ光の波長を変化して、各波長における前記レーザ
光の吸光量を取得して、２次導関数計測法によりガス濃
度を測定するに際し、該２次導関数計測法により導出さ
れた２点の極小値および前記２点の極小値の間に生じる
ピーク値を測定する工程と、前記２点の極小値を結ぶこ
とで、ベースラインを近似化する工程と、前記近似化さ
れたベースライン上の前記ピーク値が得られるレーザ波
長における値を算出する工程と、前記ベースライン上の
値と前記ピーク値との差を試料ガス濃度として得る工程
とを含むことを特徴とするガス濃度測定方式。 - 【請求項２】前記ガス濃度測定が前記ベースラインの直
線近似のための極小値の２点の測定を含んで繰返し行わ
れ、ガス濃度測定値が平均されることを特徴とする前記
特許請求の範囲第１項記載のガス濃度測定方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59111808A JPH0616012B2 (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | ガス濃度測定方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59111808A JPH0616012B2 (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | ガス濃度測定方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60253952A JPS60253952A (ja) | 1985-12-14 |
| JPH0616012B2 true JPH0616012B2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=14570672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59111808A Expired - Lifetime JPH0616012B2 (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | ガス濃度測定方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0616012B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008096524A1 (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-14 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | レーザ式ガス分析計 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4818248A (en) * | 1986-10-10 | 1989-04-04 | Ciba-Geigy Corporation | Process for dyeing natural or synthetic polyamide fibre materials with 1:1 metal complex dyes in presence of alkali metal fluordsilicate or amindnlum silicate |
| FR2719903B1 (fr) * | 1994-05-11 | 1996-07-19 | Secomam Sa | Procédé et dispositif d'analyse de la composition d'un liquide à l'aide d'un spectrophotomètre à plages de détection multiples. |
| JP2007218783A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Hitachi Cable Ltd | 光ファイバ式ガス濃度検出方法及び装置 |
| EP1850116B1 (en) * | 2006-04-27 | 2013-09-18 | Axetris AG | Gas detection method |
| JP7192602B2 (ja) * | 2019-03-22 | 2022-12-20 | 株式会社島津製作所 | ガス濃度測定装置の較正方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56163442A (en) * | 1980-05-22 | 1981-12-16 | Fujitsu Ltd | Method for detecting gas concentration |
-
1984
- 1984-05-31 JP JP59111808A patent/JPH0616012B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008096524A1 (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-14 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | レーザ式ガス分析計 |
| JP2009047677A (ja) * | 2007-02-02 | 2009-03-05 | Fuji Electric Systems Co Ltd | レーザ式ガス分析計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60253952A (ja) | 1985-12-14 |
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