JPH0624765Y2 - ガス濃度測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はダクト中又は平面上のガス濃度を光吸収スペク
トル方式により測定するガス濃度測定装置に関するもの
である。

［従来の技術］ ガス濃度を非接触で分析して測定する方式としては、従
来より種々のものが提案されているが、これらはいずれ
もランベルト−ベール（Lambert-Beer）の法則を利用し
た赤外線吸収スペクトル方式がほとんどである。このラ
ンベルト−ベールの法則は、「溶液層の長さが一定のと
きは、溶液の吸光度はその溶液層の濃度とともに増大す
る」ないし、「濃度の一定な溶液では溶液の吸光度は溶
液層の長さとともに増大する」というものである。上記
のように非接触でガス濃度を分析する方法は、上記ラン
ベルト−ベールの法則を利用して、ガス中に流された光
の強さを測定することによりガス濃度を知ろうとする方
式であり、 Ｉ＝Ｉ_０10^-α_CL の式において、Ｉ_０、α、Ｌを予め測定しておき、Ｉを
測定することによりガス濃度Ｃを求めようとするもので
ある。一般には、 Ｉ＝Ｉ_０10^-α_CLはlog Ｉ_０／Ｉ＝α・Ｃ・Ｌと変形し
た第８図に示される斜線部分の面積 （∫log Ｉ_０／Ｉαｖ）を求めることにより濃度Ｃは
求められている。

但し、Ｉ ：測定ガスに吸収された後の光強度 Ｉ_０ ：標準ガス基準光強度 Ｉ_０′：標準ガス基準光強度 α ：吸収係数 Ｌ ：測定長さ Ｃ ：ガス濃度 ｖ ：波長 である。

ところが、被測定ガス中にダストが含まれている場合、
測定ガスの基準光強度Ｉ_０′は、第９図に示す如くであ
り、第10図に示す標準ガスの基準光強度Ｉ_０に比して小
さくなるので、∫log Ｉ_０／Ｉαｖ として第８図の
斜線部分の面積を求めるという従来の方式では、正確な
ガス濃度を測定することはできない。

そこで、最近、ダクト中のガス濃度を光吸収スペクトル
方式で測定する場合に、第11図に示す如く、発光源ａか
ら発振されたレーザ光を分光器ｂで調整した後、測定し
ようとするダクトｃの中のガスに通す光と標準ガスダク
トｄ中の標準ガスに通す光とにビームスプリッタｅにて
分け、該ビームスプリッタｅで反射された光を標準ガス
に通した後、第１検出器ｆに導いて標準ガスの基準光強
度を求め、一方、ビームスプリッタｅを通過させた光を
測定しようとするガスに通した後、コーナキューブｇで
反射させてダクトｃ内を戻し、第２検出器ｈに導いて測
定ガスの基準光強度を求めるようにし、上記求められた
標準ガスの基準光強度Ｉ_０と測定ガスの基準光強度
Ｉ_０′とからlog Ｉ_０／Ｉを として計算し、測定ガス中にダストが含まれている場合
の正確なガス濃度を測定しようとするようにしたものが
考えられ、本出願人により出願されている。ｉはシャッ
タ、j,kはミラーである（実願昭63-47723号）。

又、ダクトｃ中のガスの濃度を測定する場合、ダクトｃ
中に多数の光が通されるが、この場合にダクトの一側に
複数個の発光源を配設して各パスごとにガス濃度を測定
できるようにすることは、高価な発光源を多数用いるこ
とになって実際的ではなく、そのため、第12図に示す如
く、ダクトｃの一側に、複数個のビームスプリッタｅと
発光側ミラーｌを設置すると共に、該各ビームスプリッ
タｅと発光側ミラーｌの設置位置の近くにそれぞれ受光
側ミラーｍを回動自在に設置し、又、ダクトｃの反対側
には、上記ビームスプリッタｅ及びミラーｌに対応させ
て複数個のコーナキューブｇを設置し、１つの発光源ａ
から出された光を各ビームスプリッタｅと発光側ミラー
ｌで反射させてダクトｃ内を通過させた後、コーナキュ
ーブｇで反射させてダクトｃ内を平行に戻し、任意の受
光側ミラーｍで反射させて検出器ｈ′に導くようにする
構成のものが考えられている。

［考案が解決しようとする課題］ ところが、第12図に示す如く多数のパスでダクトｃ内の
任意の個所でのガス濃度を測定できるようにしたもので
は、光がダクトｃ内を往復させられるので、光路が長く
なり、光が送られている間にダスト、水滴等で光が消耗
してしまい、正確なガス濃度測定に支障を来たすことが
考えられ、又、各パスごとにビームスプリッタｅと発光
側ミラーｌ、コーナキューブｇ、受光側ミラーｍを必要
とするため、複雑になると共に、コスト高になる、とい
う問題もある。

そこで、本考案は、光が消耗する問題を解消すると共
に、多数のパスでガス濃度を測定する場合にも１つの光
学系で処理できるようにしようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本考案は、上記課題を解決するために、発光源からの光
を測定ガスの波長のものに調整する分光器と、該分光器
を通過した光を反射させたり通過させたりするビームス
プリッタと、該ビームスプリッタで反射されて標準ガス
ダクト中の標準ガスに流された光を受光して標準ガスの
基準光強度を求める第１検出器と、測定しようとするガ
スの測定部を挟んで相対して配した複数本ずつの光ファ
イバと、上記ビームスプリッタを通過した光を上記測定
部入側のいずれかの光ファイバに投入させる集光レンズ
の如き１つの光投入器と、上記測定部を挟んで入側に、
該入側の光ファイバで伝達される光を平行光線として測
定部内に通すように複数個配置してある測定部入側レン
ズと、測定部内を通された光を測定部出側の光ファイバ
に集光させるよう測定部の出側に上記測定部入側レンズ
に対応させて複数個配置してある測定部出側レンズと、
上記測定部出側レンズにより出側の光ファイバに集光さ
れた光を１つの検出器伝達用レンズを介し受光して測定
ガスの基準光強度を求めるようにしてある第２検出器
と、上記両検出器からの信号により測定ガスのガス濃度
を計算する計算機とを備えた構成としてある。

［作用］ ビームスプリッタで反射した光は標準ガスを通過させら
れた後に第１検出器で受光されて標準ガスの光強度が求
められる。一方、ビームスプリッタを通過した光は、１
つの光投入器によりいずれか１本の測定部入側ファイバ
に集光され、１本の測定部入側光ファイバにより測定個
所まで伝送されると、測定部入側レンズにより平行光線
とされて測定部内の測定ガスに通され、該測定ガスに通
された光は、測定部出側に上記光を伝達した測定部入側
光ファイバに対応するよう配置してある測定部出側光フ
ァイバに測定部出側レンズにより集光されて伝送された
後、１つの検出器伝達用レンズを介して第２検出器で受
光されることにより、測定ガスの光強度が求められる。
上記標準ガスと測定ガスの各光強度が求められると、こ
れらから計算して測定ガスのガス濃度を求めるようにす
る。この際、測定部に光ファイバを設置して光の伝達を
行わせるので、光が消耗する問題は少なく、且つ多数の
パスのガス濃度測定を１つの光学系で処理できるので、
システムを簡素化できる。

［実施例］ 以下、図面に基づき本考案の実施例を説明する。

第１図乃至第４図は本考案の一実施例を示すもので、１
は発光源、２は発光源１からの光を平行光線とする発光
側レンズ、３は光を測定しようとするガスに応じた波長
のものに調整する分光器、４は分光器３を通過した光を
通過させたり反射させたりするビームスプリッタ、５は
ビームスプリッタ４を通過した光を集光させる光投入器
としての集光レンズ、６はダクトの如き測定しようとす
るガスの測定部、7a及び7bは本考案の特徴をなすもの
で、測定部６の光入側及び出側に相対して複数本配して
光の伝送を行わせる入側及び出側光ファイバであり、測
定部入側光ファイバ7aのいずれか一本に集光レンズ５に
より光を集光させられるようにしてある。８は光ファイ
バ7aで伝達される光を平行光線とし測定部６の測定ガス
中に通すようにする測定部入側レンズ、９は測定部６内
を通された光を対応する測定部出側光ファイバ7bに集光
させる測定部出側レンズ、10はビームスプリッタ４で反
射された光を反射させるミラー、11は標準ガスダクト、
12はミラー10で反射され標準ガスダクト11中の標準ガス
に通された光を第１検出器13に集光させる第１検出器伝
達用レンズである。14は上記光ファイバ7bで伝達される
光を第２検出器15に集光させる第２検出器伝達用レン
ズ、16は第１検出器13で求められる標準ガスの光強度と
第２検出器15で求められる測定ガスの光強度とから測定
ガスのガス濃度を求める計算を行う計算機である。

本考案においては、上記集光レンズ５と第２検出器伝達
用レンズ14は連動させ、第２図に概略を示す如く両レン
ズ５，14を動かすことによって複数本の光ファイバ7a,7
bの１本１本に対応させられるようにしてあり、集光レ
ンズ５の動きとそのときに対応する光ファイバ7aとの関
係を予め定めておくことにより第２検出器15ではどの位
置の光ファイバからの光が受光されたかがわかるように
してある。

今、発光源１からの光は、レンズ２、分光器３を通過し
てビームスプリッタ４にて反射させられるものと、通過
させられるものとに分けられる。ビームスプリッタ４で
反射された光は、ミラー10で反射された後、標準ガスダ
クト11内の標準ガスに通されてレンズ12を介し第１検出
器13に集光され、ここで標準ガスの基準光強度が求めら
れる。一方、ビームスプリッタ４を通過した光は、集光
レンズ５により測定部入側のいずれか１本の光ファイバ
7aに集光させられる。光ファイバ7aは、測定部６で多数
のパスのガス濃度測定ができるように複数本用いられ
て、一端が集光レンズ５に対応させられていると共に他
端が測定部６の一側に所要間隔に配置されており、又、
測定部６の反対側（光出側）には、上記光ファイバ7aに
対向させて複数本の光ファイバ7bが配置されて、その各
他端が第２検出器伝達用レンズ14に対応させられてお
り、しかも上記測定部６に臨む光ファイバ7aからの光は
第３図に示す如くレンズ８により測定部６内に伝達さ
れ、測定部６内から光ファイバ7bへは第４図に示す如く
レンズ９により集光させられるようにしてある。したが
って、測定部６でガス濃度を測定しようとする個所に対
応する光ファイバ7aが選ばれると、該選ばれた光ファイ
バ7aに発光源１からの光を集光レンズ５により集光さ
せ、当該光ファイバ7aに集光させられた光をレンズ８を
通して測定部６内の測定ガス中に通す。測定ガスに通さ
れた光は、対応する光ファイバ7bにレンズ９を介して集
光させられ、更に、光ファイバ7bからレンズ14により第
２検出器15に伝達される。これにより測定部６の測定し
ようとする個所の測定ガスの光強度が第２検出器15で求
められる。測定部６で測定しようとする個所を変更しよ
うとするときは、所定個所の光ファイバ7aに発光源１か
らの光を集光させるよう集光レンズ５を動かして所定の
光ファイバ7aに集光させるようにする。集光レンズ５と
第２検出器伝達用レンズ14は前記のように連動できるの
で、集光レンズ５により或る光ファイバ7aに集光させら
れると、これに対応する光ファイバ7bに伝えられた光を
第２検出器15に伝達できるように第２検出器伝達用レン
ズ14の向きが変えられる。

上記のようにして測定部６の測定ガスの光強度が求めら
れると、前記したと同様に∫log Ｉ_０／Ｉαｖにする
が、ガス中のダストにより影響される光量を考慮して、 として計算し、測定ガスのガス濃度を求めるようにす
る。

上記において、本考案では、複数本の光ファイバ7a,7b
に順次光を流すことにより測定部６の任意の個所でのガ
ス濃度を測定でき、又、かかる多数のパスでのガス濃度
測定において、各光ファイバ7aへの光の伝達は集光レン
ズ５を介して行い、各光ファイバ7bからの光は１つの第
２検出器伝達用レンズ14を介して第２検出器15に導くの
で、多数パスの測定において光学系を１つで処理できる
ことになる。

次に、第５図及び第６図は本考案の他の例を示すもの
で、発光源１からの光を光ファイバ7aに伝達させるよう
にした集光レンズ５に代えて、ビームスプリッタ４を通
過した平行光を、光投入器としての孔あき円盤17を用
い、該孔あき円盤17を回転用ギヤ19により回転させるこ
とにより孔18に対応する位置の光ファイバ7aに光が伝達
されるようにしたものである。

この実施例では、孔あき円盤17が回転するときの孔18の
軌跡に合わせて複数本の光ファイバ7aを所定間隔で配置
させ、孔あき円盤17を回転させて孔18の位置を測定する
ことによりどの個所のガス濃度を測定しているかを知る
ことができる。なお、測定ガスを通過させた光を光ファ
イバ7bから第２検出器15に伝達させるレンズ14は、各光
ファイバ7bに対応させて動くようにしてあるが、該レン
ズ１４を動かさないで測定することも可能であるが、精
度が低下するので、精度を上げる場合は上述の如く測定
ガスを通過させた光ファイバに対応させてレンズ14を連
動させる。

又、第７図は本考案の他の例を示すもので、光ファイバ
7aへの光入口となるレンズ５、光ファイバ7aからの光出
口となるレンズ８、光ファイバ7bへの光入口となるしレ
ンズ９、光ファイバ7bからの光出口となるレンズ14の各
部分の構成例を示すもので、レンズはボックス20内の周
方向に配した適数の支持材21を介して支持し、該ボック
ス20にパージ用エア入口22を設けて、ボックス20内にパ
ージ用エア（冷凍機用圧縮機等の排ガス利用）を吹き込
むようにすると共に、ボックス20の一端側に平行光に入
出できる窓23を設けると共に、他端側に光ファイバ7a又
は7bを通す孔を設けてシール用パッキン24を配した構成
のものを用い、レンズが汚れたり、結露することを防止
するようにしたものである。

なお、本考案は上述した実施例のみに限定されるもので
はなく、たとえば、第１図及び第２図において、集光レ
ンズ５と第２検出器伝達用レンズ14とを連動させる場合
を示したが、上記レンズ14は稼動させないで各光ファイ
バ7bからの光を第２検出器15に伝達させるようにしても
よく、その他本考案の要旨を逸脱しない範囲内で種々変
更を加え得ることは勿論である。

［考案の効果］ 以上述べた如く、本考案のガス濃度測定装置によれば、
発光源からの光を分光器を経てビームスプリッタで反射
させたり通過させるようにし、ビームスプリッタを通過
した光を、測定部を挟んで入側に配した複数本の入側光
ファイバのいずれかに１つの光投入器により投入させる
ようにし、又、測定部の出側に、入側光ファイバに対応
する位置に配した複数本の出側光ファイバのいずれかに
集光された光を１つの検出器伝達用レンズを介して第２
検出器に受光させるようにし、且つ上記測定部の入側
に、入側光ファイバで伝達される光を平行光線として測
定部内に通すように配置した複数個の測定部入側レンズ
と、測定部内の測定ガスに通された光を出側光ファイバ
に集光させるよう測定部出側に配置した複数個の測定部
出側レンズとを備えて、１つの光投入器により或る入側
光ファイバに集光された光が、測定部入側レンズで平行
光線とされて測定ガスに通され、測定部出側レンズで対
応する出側光ファイバに集光させられた後、１つの検出
器伝達用レンズを介し第２検出器に受光されるようにし
てあるので、光が送られている間に消耗するという問題
がなくなると共に、多数のパスのガス濃度測定を１つの
光学系で処理できてシステムを簡単にすることができ、
且つコストダウンが図れる、等の優れた効果を奏し得
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す概略図、第２図は第１
図に示す光学系と光ファイバとの間で光の伝達を行わせ
るレンズを連動される状態の一例を示す概略図、第３図
は第１図のIII部の拡大図、第４図は第１図のIV部の拡
大図、第５図は本考案の他の実施例として光の伝達に用
いるレンズに代えて孔あき円盤を用いる例を示す側面
図、第６図は第５図の正面図、第７図は本考案の他の例
として光ファイバへの光入口及び光ファイバからの光出
口となるレンズの部分の構成例を示す概略図、第８図は
ガス濃度を求める式を変形して示した図、第９図はガス
中にダストが含まれているときの光強度をダストを含ま
ない標準ガスの場合の光強度と比較して示す図、第10図
はダストを含まない標準ガスの場合の光強度を示す図、
第11図は最近考えられているダクト内のガス濃度測定方
式の概略図、第12図は多数パスの例図である。 １……発光源、２……発光側レンズ、３……分光器、４
……ビームスプリッタ、５……集光レンズ（光投入
器）、６……測定部、7a……測定部入側光ファイバ、7b
……測定部出側光ファイバ、８……測定部入側レンズ、
９……測定部出側レンズ、11……標準ガスダクト、12…
…第１検出器伝達用レンズ、13……第１検出器、14……
第２検出器伝達用レンズ、15……第２検出器、16……計
算機、17……孔あき円盤（光投入器）、18……孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−263447（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−39533（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−126200（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−64645（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】発光源からの光を測定ガスの波長のものに
   調整する分光器と、該分光器を通過した光を反射させた
   り通過させたりするビームスプリッタと、該ビームスプ
   リッタで反射されて標準ガスダクト中に流された光を受
   光して標準ガスの基準光強度を求める第１検出器と、測
   定しようとするガスの測定部を挟んで相対して配した複
   数本ずつの測定部入側及び出側光ファイバと、上記ビー
   ムスプリッタを通過した光を上記測定部入側のいずれか
   の光ファイバに投入させる集光レンズの如き１つの光投
   入器と、上記測定部を挟んで入側に、該入側の光ファイ
   バで伝達される光を平行光線として測定部内に通すよう
   に複数個配置してある測定部入側レンズと、測定部内を
   通された光を測定部出側の光ファイバに集光させるよう
   測定部の出側に上記測定部入側レンズに対応させて複数
   個配置してある測定部出側レンズと、上記測定部出側レ
   ンズにより出側の光ファイバに集光された光を１つの検
   出器伝達用レンズを介し受光して測定ガスの基準光強度
   を求めるようにしてある第２検出器と、上記両検出器か
   らの信号により測定ガスのガス濃度を計算する計算機
   と、を備えてなることを特徴とするガス濃度測定装置。