JPH07503532A - FTIR remote sensor device and method - Google Patents
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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】 ＦＴＩＲリモートセンサー装置及び方法発明の背景 本発明は、特定のターゲット領域の一つ又は複数のガスに関する環境監視のため の装置及び方法に関する。特に、本発明は、プラントまたは他の地理学的に特定 された位置、例えば化学プラントあるいは排水プラントあるいは原子核設備の近 傍ににおける空気伝播する放射線の特定と量を決定するための装置及び方法に関 する。[Detailed description of the invention] FTIR remote sensor device and method Background of the invention The invention provides environmental monitoring for one or more gases in a specific target area. The present invention relates to an apparatus and method. In particular, the present invention applies to plants or other geographically specific location, for example near a chemical or wastewater plant or nuclear facility. Relating to equipment and methods for identifying and determining the amount of airborne radiation in do.
連邦、州、地方行政府の現行の環境に関する規定は、汚染物質と見なされる空気 伝播する放射線を発生ずるプラントの操作者にある種の環境監視を負荷している 。この様式の規定は、将来、より厳重な監視を要求するであろうということが推 定される。従って、空気伝播する放ｑ１線のためにプラントの環境を監視する方 法を改善することは、プラントの操作者にそのような監視の負荷を減少させるこ とになる。さらに、監視能力を改善することは、そのための取締局、最終的には 社会が実際の放射線のより良いデータを得て、適切な放射線制御装置やプログラ ムを実現する利点がある。Current federal, state, and local government environmental regulations limit air pollution to Places some kind of environmental monitoring burden on operators of plants that produce propagating radiation. . It is suggested that the provisions of this form will require closer monitoring in the future. determined. Therefore, it is important to monitor the plant environment for airborne q1 radiation. Improving the method could reduce the burden of such monitoring on plant operators. It becomes. Furthermore, improving surveillance capabilities will enable the Enforcement Agency to Society can obtain better data on actual radiation and develop appropriate radiation control devices and programs. It has the advantage of realizing the system.
ガス状の空気伝ｔ！要素を監視するための本方法は、キャニスタ−（Ｃａｎ１ｓ ｔｅｒとオーブン・ロング・パスの光路の技術を包含する。特別な地理学的な領 域における空気伝播の汚染物質の特定と濃度は、その領域から一つあるいは複数 のサンプルを取ってそのサンプルの分析を行うことによって決定される。この技 術は、ガスの特定を行うべき、すなわちターゲット領域における排出キャニスタ −の中に空気サンプルを集めることからなる。空気サンプルは、その後分析を行 う研究所にもって行く。Gaseous Airden T! The method for monitoring elements includes: ter and oven long pass optical path techniques. special geographical territory The identification and concentration of airborne contaminants in an area can be It is determined by taking a sample of and performing an analysis of that sample. This technique The procedure should be performed to identify the gas evacuation canister in the target area, i.e. - consists of collecting an air sample inside. Air samples are then analyzed I'll take it to the research institute.
分光分析は、ガス状サンプルに存在するガスの特定及びその濃度を決定するため に使用する一つの方法である。分光分析は、物質が特定波長において光を吸収す るということを測定することに基づいている。従って、ガス状サンプルの要素を 決定するために、光ビームはサンプルを通過して伝播され、該光ビームはサンプ ルを通過後染められる。吸収スペクトルはその後染められた光ビームからめる。Spectroscopic analysis is used to identify the gases present in a gaseous sample and determine their concentration. This is one method used for Spectroscopy is the study of how substances absorb light at specific wavelengths. It is based on measuring that Therefore, the elements of the gaseous sample To determine, a light beam is propagated through the sample, and the light beam It is dyed after passing through the filter. The absorption spectrum is then combined with the dyed light beam.
サンプルの吸収スペクトルを既知の参照スペクトルと比較することによって、ガ ス状サンプルの中に存在する汚染物質のような要素の特定（及び１度）を決定す ることができる。Guidance is determined by comparing the absorption spectrum of the sample with a known reference spectrum. to determine the identity (and once) of elements such as contaminants present in a sample can be done.
上述したキャニスタ一方法を適用するにあたって、分光分析は濃度とともにサン プル中に存在するガスを特定するために使用してもよい。キャニスタ一方法は信 頼できる技術であるけれども、本質的にガスの無監視であって、長距離にわたる ガスの濃度を必ずしも表示しない。この欠点を克服するために、そのターゲット 領域において複数のカニスタ一方法が行われ、ターゲット領域のガスの全組成物 を決定するために上記結果が平均化される。このことは、たとえ自動化されても 煩わしいことである。しかし、キャニスタ一方法はサンプルを取った時の時点だ けのガス状要素の特定と濃度の決定を行うだけであって、当然にリアルタイムの 測定ではない。In applying the canister method described above, spectroscopic analysis May be used to identify gases present in the pull. Canister method is reliable Although reliable, it is essentially unmonitored and cannot be used over long distances. Gas concentration is not necessarily displayed. To overcome this drawback, the target Multiple canisters are performed in the region and the entire composition of the gas in the target region is The above results are averaged to determine . Even if this is automated, It's annoying. However, the canister method is the point at which the sample was taken. It is only necessary to identify gaseous elements and determine their concentrations, which naturally requires real-time It's not a measurement.
キャニスタ−技術に比べると、雰囲気内の成分の分析は、ターゲット領域の一部 を横切る環境内において、直接的に実行することができる（すなわち、「オーブ ン・ロング・パス」技術である）。公知のオーブン・ロング・パス技術は、本質 的に光学的システムであって、光ビームをターゲット領域を横切って伝播し、そ れを通って、ビームが、「サンプルＪとして、伝播される雰囲気の容積を処理す るものである。このシステムは、サンプリングが、キャニスタ−内、あるいは、 他の閉じたサンプリング媒体内に含まれる雰囲気の一部分でなされなす、むしろ 、環境内で開かれている点で、「オーブン」なものである。この種のシステムは 、ガス濃度を、長い距離（たとえば、数１００メートル以上、１キロメータまで さえ）にわたって、特定し、測定するために使用することができる。従って、比 較的数の少ない成分を含んだオーブン・ロング・パス・システムを用いて、分析 を実行することができ、そうでないと、数多くのキャニスタ−および独立した研 究施設が必要となるであろう。オーブン・ロング・パス技術は、キャニスタ−技 術に比べて、さらに容易に処理できる可能性を秘めている。しかしながら、公知 のオーブン・ロング・パス技術は、欠点を有していないわけではない。Compared to canister technology, analysis of components in the atmosphere requires only a portion of the target area. can be performed directly within the environment that traverses the (This is a “long pass” technique). The known oven long pass technique is essentially an optical system that propagates a beam of light across a target area and through which the beam processes the volume of atmosphere being propagated as sample J. It is something that This system allows sampling to be carried out in a canister or rather than done in a portion of the atmosphere contained within another closed sampling medium. , is an "oven" in that it is open within the environment. This kind of system , gas concentration over long distances (e.g., over several hundred meters, up to one kilometer) can be used to identify and measure across the world. Therefore, the ratio Analysis using an oven long pass system with a relatively small number of components can be run, otherwise numerous canisters and independent Research facilities will be required. Oven long pass technology is a canister technology It has the potential to be easier to process than other techniques. However, publicly known The oven long pass technique is not without its drawbacks.
あるオーブン・ロング・バス技術は、パイスタティック構成（ｂｉｓＬａＬｉｃ ｃｏｎ −ｆｉｇｕｒａＬｉｏｎ）における分光分析を用いている。パイスタ ティック構成は、ターゲット領域の両側に配置された独立した光伝播および受光 ユニットにより特徴づけられている。光伝播及び受光ユニットは、光伝播ユニッ トから伝達される光が、光エネルギーの認識可能なロスなしに、ターゲット領域 の反対側の受光ユニットに入るように、整準されなければならない。この構成は 、整準させることによって、とくに、数１００メートルの長い距離にわたって、 分析をしなければならないときに、難しい間顕を提供する。One oven long bath technique uses a piestatic configuration (bisLaLic The spectroscopic analysis in figuraLion) is used. paista Tick configuration has independent light propagation and reception placed on either side of the target area Characterized by unit. The light propagation and reception unit is a light propagation unit. The light transmitted from the target reaches the target area without appreciable loss of light energy. It must be leveled so that it enters the receiving unit on the opposite side. This configuration is , by leveling, especially over long distances of several hundred meters, Provides difficult insight when analysis is required.
たとえば、上述したようなパイスタティック・オーブン・ロング・パス・システ ムは、その中のガス成分の分析のための定量的フーリエ変換赤外分光技術（ＦＴ ＩＲ）を用いることができる。ＦＴＩＲシステムは、［移動式ＦＴＩＲシステム を使用する堆積ガス濃度の遠隔及び交差積み測定（Ｒｅｍｏｔｅ ａｎｄ Ｃｒ ｏｓｓ−ｓｔａｃｋ ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎＬ ｏｆ ５ｌａｃｋ Ｇａｓ Ｃ ｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｍｏｂｉｌｅ ＦＴＩＲＳｙｓ ｔｅ香jＪ ノゝ− ゲット（Ｈｅｒｇｅ【）著、アプライド・オプティックス（Ａｌｌｌｌｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ）、 ２１；６３５（＋９８２）に記載されている。For example, pie static oven long pass systems such as those described above. The system uses quantitative Fourier transform infrared spectroscopy technology (FT) for the analysis of gas components within it. IR) can be used. FTIR system is [Mobile FTIR system] Remote and cross-stack measurement of deposition gas concentration using Cr oss-stack Measurement L of 5lack Gas C oncentrations Using a Mobile FTIRSys te incense jJ noゝ- Written by Herge, Applied Optics 0ptics), 21; 635 (+982).
池のオーブン・ロング・パス・システムは、ベコンサール（Ｂｅｃｃｏｎｓａｌ ｌ）他に対して発行された米国特許第４．４２６，６４０号に記載されている。Ike's Oven Long Pass System is manufactured by Becconsal. l) as described in U.S. Pat. No. 4,426,640 issued to et al.
この特許に記載された方法は、分光分析に基づくものではない。この米国特許第 ４，４２６．６４０号は、２つのレーザービーム（検出ビームおよび基準ビーム ）が、プラントの敷地内などの特定領域内の選ばれたガスの濃度を決定するため に用いられるレーザー走査装置を開示している。検出ビームは、監視されるべき ガス特定の吸収波長に調整され、基準ビームは、ガスによってきわめて弱く吸収 される波長に調整されている。２つのビームは、結合され、プラントの敷地を見 渡す高いタワーからほぼ下方に伝達される。結合されたビームは、地面、建物、 パイプワーク、木などにより散乱される。結合されたレーザー光ビームの部分は 、散乱されて、走査装置の方向に戻される。そして、米国特許第４．４２６．６ ４０号に記載された装置により、散乱され、反射された光の部分が集められ、検 出器により、集められた光（電磁放射）の強度に対応する電気信号が生成される 。監視される領域内に存在する選ばれたガスの１度は、検出ビームと基準ビーム の電気信号の比から決定される。The method described in this patent is not based on spectroscopic analysis. This U.S. patent no. No. 4,426.640 uses two laser beams (a detection beam and a reference beam). ) to determine the concentration of a selected gas within a specific area, such as within a plant site. Discloses a laser scanning device used for. The detection beam should be monitored The reference beam is tuned to a gas-specific absorption wavelength, and the reference beam is very weakly absorbed by the gas. wavelength. The two beams are combined and view the plant site. It is transmitted almost downwards from the passing high towers. The combined beam can be attached to the ground, building, Scattered by pipework, trees, etc. The part of the combined laser light beam is , scattered and returned in the direction of the scanning device. and U.S. Patent No. 4.426.6 40, the scattered and reflected portion of the light is collected and analyzed. The output device generates an electrical signal corresponding to the intensity of the collected light (electromagnetic radiation) . The detection beam and the reference beam are is determined from the ratio of electrical signals.
米国特許第４，４２６，６４０号の装置の有用性の限界は、２つのレーザーの伝 達波長が、とくに１つの波長、まさに、選択されたガスの波長に適合されている ため、一度に、一つの選択されたガスの監視力呵能であるにすぎない点にある。The limitation of the usefulness of the device of U.S. Pat. No. 4,426,640 is that the transmission of two lasers The wavelengths reached are specifically adapted to one wavelength, just the wavelength of the selected gas. Therefore, it is only capable of monitoring one selected gas at a time.
米国特許第４，４２６，６４０号に記載された装置において、他のガスを監視す るためには、２つのレーザーの伝達波長を、再校正するか、または、追加のレー ザーを組み込まなければならない。本質的に、米国特許第４，４２６，６４０号 に記載された装置は、予め、監視すべき特定のガスを特定することを必要とし、 その後に、そのガスの濃度を決定することが可能になる。In the apparatus described in U.S. Pat. No. 4,426,640, other gases are monitored. The transmission wavelengths of the two lasers must be recalibrated or an additional laser must be installed. Essentially, U.S. Pat. No. 4,426,640 The device described in requires that the specific gas to be monitored be identified in advance; It is then possible to determine the concentration of that gas.
従って、本発明の目的は、ターゲット領域内において、−以上のガスを容易に測 定することのできる監視システムを提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to easily measure - or more gas within a target area. The objective is to provide a monitoring system that can
本発明の他の目的は、容易に整列可能で、ターゲット領域内の一以上の雰囲気成 分を監視することのできるオーブン・ロング・パス・システムを提供することに ある。Another object of the invention is to provide an easily alignable, one or more atmosphere formation within the target area. To provide an oven long pass system that can monitor minutes. be.
本発明のさらに他の目的は、ターゲット領域内において、リアル・タイムで、あ るいは、リアル・タイムに近いように、ガスを監視するシステムを提供するこ本 発明の第１の実施態様によれば、その一方の側に配置された少なくとも一つ協働 可能な反射要素を備え、ターゲット領域内の気体を分析するための装置が提供さ れる。この装置は、分析されるべき気体の特定波長において吸収され得る変調赤 外ビームを生成する赤外光源、およびターゲット領域を横切り上記赤外光源から の赤外光ビームを伝播しさらにターゲット領域を横切って上記協働反射要素によ って反射された赤外光ビームを受光する光学装置を備えている。受は入れられた ビームの吸収されたスペクトルに基づいて、ターゲット領域内に存在している気 体の決定およびその濃度の測定をなすことが可能である。Yet another object of the present invention is to detect any This book provides a system to monitor gas in near real time. According to a first embodiment of the invention, at least one cooperating A device is provided for analyzing the gas within the target area, with a possible reflective element. It will be done. This device uses modulated red light that can be absorbed at specific wavelengths of the gas to be analyzed. an infrared light source that produces an external beam, and from said infrared light source across the target area; A beam of infrared light is propagated further across the target area by the cooperating reflective elements. The optical device is equipped with an optical device that receives the infrared light beam reflected by the infrared light beam. The acceptance was accepted Based on the absorbed spectrum of the beam, the presence of air within the target area is determined. It is possible to make a determination of the body and a measurement of its concentration.
本発明の第２の実施態様によれば、ターゲット領域内の気体を分析する単安定オ ープン・ロング・パス・システムが提供される。このシステムは、タープ・ノド 領域の一方の側に配置された、分析されるべき気体の特定波長において吸収され る変調赤外ビームを生成する赤外光源、およびターゲット領域を横切って上記光 源から赤外ビームを伝送する光学装置を備えている。さらに、このシステムは、 ターゲット領域の他方の側に配置され、上記光学装置から伝送された赤外ビーム を受け入れるとともに該赤外ビームを入射光路に沿って戻すための少なくとも一 つの協働反射要素を有している。この光学装置は、ターゲット領域を横切って上 記協働反射要素によって戻された赤外ビームを受け入れることが可能である。タ ーゲット領域における一以上の気体および濃度が、戻りビームの吸収スペクトル によりて決定される。According to a second embodiment of the invention, a monostable optical analyzer for analyzing gas within a target region is provided. An open long pass system is provided. This system is a tarp throat Absorbed at a specific wavelength of the gas to be analyzed, placed on one side of the region an infrared light source that generates a modulated infrared beam, and directs said light across a target area; an optical device for transmitting an infrared beam from a source; Furthermore, this system an infrared beam placed on the other side of the target area and transmitted from said optical device; at least one for receiving the infrared beam and returning the infrared beam along the incident optical path. It has two cooperating reflective elements. This optical device is moved up and across the target area. It is possible to receive an infrared beam returned by the cooperating reflective element. Ta The absorption spectrum of the returned beam is determined by the concentration of one or more gases in the target region. Determined by
本発明の第３の実施態様によれば、ターゲット領域内の気体を分析する方法が提 供され、この方法は、気体によって異なる波長で吸収される変調赤外ビームを生 成する工程と、ターゲット領域を横断する第１光路内に赤外ビームを伝送する工 程と、ターゲット領域を横切る位置で、伝送された赤外ビームを反射する工程と 、反射させられた赤外ビームを受け入れる工程と、受は入れられた光の吸収スペ クトルと、記憶ライブラリーメモリ内の分析すべき気体の吸収スペクトル特性の ライブラリとを比較することによってターゲット領域内に存在している一以上の 気体を特定する工程とを備えている。According to a third embodiment of the invention, a method for analyzing gas within a target region is provided. The method produces a modulated infrared beam that is absorbed at different wavelengths by the gas. a process of forming an infrared beam and a process of transmitting an infrared beam in a first optical path across a target area. and reflecting the transmitted infrared beam at a location across the target area. , the process of receiving the reflected infrared beam, and the process of receiving the reflected infrared beam, and the process of receiving the reflected infrared beam; of the absorption spectral properties of the gas to be analyzed in the storage library memory. One or more existing in the target area by comparing with the library and a step of identifying the gas.
図面の簡単な説明 本発明は、いくつかの実施例および好ましい実施例の詳細な説明を引用すること によって例示される。ここに、 第１図は、本発明の第１の好ましい実施例を概略的に示す図である。Brief description of the drawing The present invention is described by reference to some embodiments and detailed descriptions of preferred embodiments. exemplified by. Here, FIG. 1 schematically depicts a first preferred embodiment of the invention.
第２図は、第１図の実施例にかかるリモートセンサ部を詳細に示す図である。FIG. 2 is a diagram showing details of the remote sensor section according to the embodiment of FIG. 1.
第３図は、本発明の第２の好ましい実施例を詳細に示す図である。FIG. 3 is a detailed diagram of a second preferred embodiment of the invention.
第４図は、本発明の他の好ましい実施例を詳細に示す図である。FIG. 4 is a detailed diagram of another preferred embodiment of the invention.
本発明の現時点で好ましい実施例の詳細な説明第１図は、本発明の好ましい実施 例を用いた配置を概略的に示す図である。第１図に示されるように、本発明の好 ましい実施例は、単安定な構成を有するオーブン・ロング・パス分光走査システ ムである。ターゲット領域ｌＯは、いかなる形状を有していてもよいし、不規則 であってもよいが、はぼ地理的に連続である。ターゲット領域ＩＯは、大気中に 、構成要素を発し、或いは、構成要素を発するポテンシャルを有する設備の上に 位置させられた可能性があり、その特定および１度を決定することが、本発明の 目的である。この装置は、化学プラント、工業プラント、廃水処理地、危険廃棄 物用地或いは発電プラントであってもよい。DETAILED DESCRIPTION OF THE CURRENTLY PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION FIG. FIG. 3 schematically shows an arrangement using an example; As shown in FIG. A preferred embodiment is an oven long pass spectroscopic scanning system with a monostable configuration. It is mu. The target area IO may have any shape and may be irregular However, they are geographically continuous. Target area IO is in the atmosphere , on equipment that emits the constituent elements or has the potential to emit the constituent elements. It is an object of the present invention to identify and determine the location of the It is a purpose. This equipment is suitable for chemical plants, industrial plants, wastewater treatment sites, hazardous waste It may be a property or a power plant.
しかしながら、本発明は、これらの応用に限定されるものではなく、他のタイプ の設備を配置された領域に存在するガス成分の監視に利用することができる。タ ーゲット領域１０が上述したタイプのプラントであるときは、伝播光路と同一の 長さの１キロメ一ター以上の監視されるべき距離がターゲット領域を横切って存 在するけれども、ターゲット領域ＩＯを横切る距離は１キロメーターまでの距離 である。さらに、ターゲット領域が、プラントの地所全体に関して連続的である 必要はなく、プラントからの典型的な放出物が監視され得る場所に関して、プラ ントの地所の一部分をなすターゲット領域を画定すること、或いは、測定に依存 するプラントの地所の外側に延びることが好ましい場合があることが理解される 図１はターゲット領域１０の一方側１８で設置されたリモートセンサー１６を示 す。リモートセンサー１６はターゲット領域ｌＯを横切って進む赤外光ビーム２ ０を第１光路２２に伝送する。反射要素２６がターゲット領域の他方側２４で設 置される。反射要素２６は、伝送された赤外線ビーム２０を第１光路２２に沿っ てリモートセンサー１６に直接後ろに戻すように位置決めされ、反射ビーム２８ かリモートセンサ１６に戻るように、なっている。反射要素２６は共同反射体、 すなわち、光源に戻す高反射率を育する要素であるのが好ましい。好ましい実施 例では、反射要素は、キュラブコーナー反射体配列（ｃｕｂｅ ｃｏｒｎｅｒ ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃＬｏｒ ａｒｒａｙ）である。キュラブコーナー反射体 配列に衝突する光ビームは、逆反射体のビームの受入角度内で衝突すれば（代表 的には４５°まで）、入射の光路に沿って後方に反射される。かくして、立方用 逆反射配列を用いることによって、リモートセンサに対する反射要素の整準を容 易にする。平らなミラー又は焦点面で平らなミラーを備えたカセグレン式望遠鏡 のように、逆反射配列の代わりに他の要素を反射要素に用いてもよい。However, the present invention is not limited to these applications and may be applied to other types of The equipment can be used to monitor the gas components present in the area where it is located. Ta When the target region 10 is a plant of the type described above, the same A distance to be monitored of 1 kilometer or more in length exists across the target area. However, the distance across the target area IO is up to 1 kilometer. It is. Additionally, the target area is continuous with respect to the entire plant estate. There is no need to specify where typical emissions from the plant can be monitored. Define or rely on measurements to define a target area that forms part of the client's property. It is understood that it may be preferable to extend outside the premises of the plant FIG. 1 shows a remote sensor 16 installed on one side 18 of a target area 10. vinegar. The remote sensor 16 transmits an infrared light beam 2 that travels across the target area lO. 0 is transmitted to the first optical path 22. A reflective element 26 is configured on the other side 24 of the target area. be placed. Reflective element 26 directs the transmitted infrared beam 20 along first optical path 22. the reflected beam 28. or return to the remote sensor 16. The reflective element 26 is a co-reflector; That is, it is preferable that it is an element that fosters high reflectance back to the light source. preferred practice In the example, the reflective elements are cube corner reflector arrays. retroreflectLor array). culab corner reflector A light beam impinging on the array will be able to strike the retroreflector within the angle of acceptance of the beam (typically (up to 45°) is reflected back along the incident optical path. Thus, for cubic The use of a retroreflective array allows for the leveling of reflective elements to remote sensors. make it easier Cassegrain telescope with a flat mirror or a mirror that is flat in the focal plane Other elements may be used as reflective elements instead of retroreflective arrays, such as.
図２を参照して、図１のリモートセンサー１６の概略を示す。リモートセンサー １６は、光学装置部３０とＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光器）部３２を有する 。光学装置部３０は、広帯反射光ビーム４２を作ることができる赤外光源４０を 有する。好ましい実施例では、赤外光源４０は、６００ ｃｍ−’乃至６０００ ｃｍ−’の波長を含む赤外ビームを作る白熱フィラメントである。赤外光源４０ は、赤外ビーム４２を、光＃Ｉ４０からの赤外ビーム４２を光路５０に沿って、 開口部５４を通り、光学装置部３０の望遠系部分５６に反射するビームスプリッ タ−４４に差し向ける。望遠鏡は、ニュートン式、カセグレン式、グレゴリアン 式のような焦点システム設計、又は、軸外しドールカークハム式、軸外しニュー トン式、軸外し焦点ドールカークハム式のような軸外し設計にすることができる 。（好ましい実施例では、望遠鏡は、３６．８ｃｍ（１４，５インチ）のカセグ レン式望遠鏡である。）５６に示すカセグレン式焦点システム望遠鏡では、光路 ５０の赤外ビームはミラー装置５８（好ましくは放物ミラー装置）によって反射 される。ミラー装置１５８は、ミラー６０．６２を有する。光路５０の赤外ビー ムは、ミラー６０によってミラー６２まで反射され、次いで、（ビーム２０とし て）望遠系開口部６４を通り、ターゲット領域２０に伝送される（図１に示す） 。Referring to FIG. 2, a schematic diagram of the remote sensor 16 of FIG. 1 is shown. remote sensor 16 has an optical device section 30 and an FTIR (Fourier transform infrared spectrometer) section 32 . The optical device section 30 includes an infrared light source 40 capable of producing a broadband reflected light beam 42. have In a preferred embodiment, the infrared light source 40 has an infrared light source of 600 cm-' to 6000 cm-'. It is an incandescent filament that produces an infrared beam containing a wavelength of cm-'. Infrared light source 40 passes the infrared beam 42 from light #I 40 along the optical path 50, The beam splitter passes through the aperture 54 and is reflected onto the telephoto section 56 of the optical device section 30. Send it to Tar-44. Telescopes are Newtonian, Cassegrain, and Gregorian. Focus system designs such as the equation or off-axis Doll-Kirkham, It can be an off-axis design, such as the Ton style, off-axis focal Doll-Kirkham style. . (In the preferred embodiment, the telescope has a 14.5 inch (36.8 cm) casseg It is a Wren type telescope. ) In the Cassegrain focusing system telescope shown in 56, the optical path The infrared beam at 50 is reflected by a mirror device 58 (preferably a parabolic mirror device). be done. Mirror device 158 has mirrors 60.62. Infrared beam with optical path 50 The beam is reflected by mirror 60 to mirror 62, and then (beam 20) ) is transmitted to the target area 20 through the telephoto aperture 64 (as shown in FIG. 1). .
上に説明するように、反射要素９例えば２６によって反射された後、赤外ビーム ２８は、第１光路２２に沿って望遠系部分５６の開口部６４に戻される。好まし い実施例では、望遠系部分５６は、赤外ビーム２０．２８をそれぞれ、伝送及び 反射の両方をするために用いられる。このことは、反射要素１例えば２６が入射 光路に沿ってビームを戻すために位置決めされかつ整列されるために可能となる 。望遠系部分５６の内側で、戻りビーム２８は伝送ビームと同じであるが逆方向 の光路に沿って、開口部５４を通ってビームスプリッタ−４４まで進む。As explained above, after being reflected by the reflective element 9, e.g. 26, the infrared beam 28 is returned along the first optical path 22 to the aperture 64 of the telephoto section 56 . preferred In a preferred embodiment, telescopic section 56 transmits and transmits infrared beams 20,28, respectively. Used for both reflection and reflection. This means that the reflective element 1, e.g. enabled to be positioned and aligned to return the beam along the optical path . Inside the telescope section 56, the return beam 28 is the same as the transmitted beam but in the opposite direction. passes through the aperture 54 to the beam splitter 44.
ビームスプリンター４４は、反射ビーム２８の部分６６を移送光学グループ（ｔ ｒａｎｓｆｅｒ ０ｐｔｉｃｓ ｇｒｏｕｐ） ６８に伝送する。移送光学グル ープ６８は、番号８０によって示す反射ビームをＦＴＩＲ部分３２に伝送するよ うに位置決めされたミラー７０．７２を育する。ＦＴＩＲ部分３２は、ビーム８ ０を光学装置部３８から受け入れるミラー８２を有する。ミラー８２はビーム８ ０をマイケルソン（ＭｉｃｈｅＩｓｏｎ）式の干渉計９０に反射する。好ましい 実施例では、干渉計は高速連続スキャンマイケルソン式の干渉計である。干渉計 ９０は、ビーム８０かう干渉出力。Beam splinter 44 transports a portion 66 of reflected beam 28 to a transport optical group (t transfers group) 68. transfer optical guru Loop 68 is adapted to transmit a reflected beam, designated by numeral 80, to FTIR section 32. The mirror 70.72 is positioned in the direction shown in FIG. The FTIR section 32 has a beam 8 It has a mirror 82 that receives 0 from the optical device section 38. Mirror 82 is beam 8 0 is reflected to a Michelson interferometer 90. preferable In an embodiment, the interferometer is a fast continuous scan Michelson type interferometer. interferometer 90 is the interference output of beam 80.
例えば干渉信号９２を生じる。干渉信号９２は、干渉計９０から検出器１００に 信号９２をフォーカスするミラー９４．９６．９８の他方の群に伝送する。検出 ］００は信号９２の出力又は強さを測定する。好ましい実施例では、液体窒素冷 却光伝動検出器又はテルル化水銀カドミウム、アンチモン化インジウム、又は焦 電気検出器である。検出器１００とマイケルソン干渉器９０は出力１０２゜１０ ４をコンピュータ１０６に設ける。コンピュータ１０６はこれらの出力に基づい た吸収スペクトルを識別する。コンピュータ１０６は、公知の集束で特定のガス のための制御された条件の下に開発された吸収スペクトラのライブラリーを存す るメモリ１０８を有する。コンピュータ＋０６は、リモートセンサ１６から得ら れる吸収スペクトラをメモリーライブラリーの公知のスペクトラに比較する。好 ましい実施例では、ピーク識別（ｐｅａｋ １ｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）又 は直線的な少なくとも正方形フィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）技術又は他の定 量データ分析技術を用いてもよい。この比較によって、ターゲット領域ＩＯにあ るガスの同一性を決めることができる。好ましい実施例では、メモリライブラリ は２００を越えるガスに識別されるスペクトラを有するが、本発明は、使用者の 要求に応じて２００以下又は２００以上のガスを分析するようにしてもよい。本 発明によって監視される代表的なガスは、塩化メチレン、メタノール、アンモニ 乙メタン、クロロベンゼン Ｐジクロロベンゼン、ｃｏ、ｈルエン、塩化物を有 する。コンピュータは、連続的に、かつコンピュータの速度に応じて作動するの が好ましく、ガス分析は、同時又は殆ど同時に処理し、それによって、リアルタ イム又はリアルタイムに近い監視を行う。For example, an interference signal 92 is generated. The interference signal 92 is transmitted from the interferometer 90 to the detector 100. The signal 92 is transmitted to the other group of focusing mirrors 94, 96, 98. detection ]00 measures the power or strength of signal 92. In a preferred embodiment, liquid nitrogen cooling is used. Optical transmission detector or mercury cadmium telluride, indium antimonide, or It is an electric detector. The detector 100 and the Michelson interferometer 90 have an output of 102°10 4 is provided in the computer 106. Based on these outputs, computer 106 identify the absorption spectrum. The computer 106 focuses a specific gas in a known manner. Contains a library of absorption spectra developed under controlled conditions for It has a memory 108. Computer +06 receives information from remote sensor 16. The resulting absorption spectra are compared to known spectra in the memory library. good In a preferred embodiment, peak identification or is a linear at least square fitting technique or other defined Quantitative data analysis techniques may also be used. This comparison shows that the target area IO The identity of the gas can be determined. In the preferred embodiment, the memory library has a spectrum that distinguishes over 200 gases, but the present invention Depending on demand, less than 200 gases or more than 200 gases may be analyzed. Book Typical gases monitored by the invention are methylene chloride, methanol, and ammonia. Contains methane, chlorobenzene, dichlorobenzene, co, luene, and chloride. do. Computers work continuously and at the speed of the computer. Preferably, the gas analyzes are processed simultaneously or nearly simultaneously, thereby allowing real-time monitoring in real-time or near real-time.
コンピュータ１０６は、またターゲット領域にあるとして同定されたあらゆるガ スの濃度の分析を決定するのに用いられる。コンピュータのメモリ１０８に蓄積 された各ガスに関するスペクトルデータは、既知の濃度での各ガスのサンプルに 基づく。観察されたスペクトルを貯蔵のスペクトルと比較することにより、ター ゲット領域における特有のガスの濃度の決定は、当該技術で周知のＢｅｅｒ Ｌ ａｍｂｅｒＬの法則から得られる。本発明の光源は、ＩＫ−以上の距離までター ゲット領域に渡って赤外ビームを正確に伝えることが難なくできる。ＩＫ■の光 路で本発明の名目上の感度がほぼｌＯ億分の１であるので、同定ガスを正確に定 量できる。Computer 106 also stores any insects identified as being in the target area. used to determine the concentration of gas. Stored in computer memory 108 The spectral data for each gas is analyzed for samples of each gas at known concentrations. Based on. By comparing the observed spectrum with the stored spectrum, the target can be determined. Determination of the concentration of the characteristic gas in the target region is performed using Beer L, which is well known in the art. It is obtained from amberL's law. The light source of the present invention can target up to a distance of IK- or more. The infrared beam can be transmitted accurately over the target area without difficulty. The light of IK■ Since the nominal sensitivity of the present invention is approximately 10 billionths of a billionth, it is possible to accurately determine the identified gas. I can measure it.
図２を再び参照して、本発明の好ましい実施例では、例えばヘリウムネオンレー ザのような光源１１０がＦＴＩＲ部３２部内２に配置される。光源１１０は、そ の反対方向ではなく干渉コ１出力ビーム９２の光路で光源１１０からの光ビーム を反ｑ（するミラー１１２と協働する。光源１１０は、干渉計の波長測定と同様 に内部光学系を整列するために用いられる。Referring again to FIG. 2, in a preferred embodiment of the invention, a helium neon laser, for example, A light source 110 such as a mirror is disposed within the FTIR section 32 . The light source 110 The light beam from the light source 110 in the optical path of the interference co1 output beam 92 rather than in the opposite direction. The light source 110 cooperates with a mirror 112 to reflect q(. Used to align the internal optical system.
図３を参照して、本発明の好ましい実施例では、走査装置１１１６は、リモート センサ１６と組み合される。走査装置１１６は、反射要素２６から離れたターゲ ット領域の側で、夫々、別の位置に配置された１以上の付加的な反射要素２６′ 、２６′に、リモートセンサ１６から１以上の光路２２’、２２”に沿って伝達 ビーム２０を差し向けるようになっている。走査装置１１１６は、異なる光路に 沿ってリモートセンサ１６からの光を実質的に差し向けるミラーの配列を有して もよい。変形例として、走査装置は、その望遠部がその反射要素の各々と本質的 に整列するように、リモートセンサの向きを変えるために該リモートセンサに取 付けられたモータあるいは他の駆動装置を有していてもよい。反射要素がコーナ ーキュウーブ反射体要素であるこの好ましい実施例では、入射角が垂直から４５ 度以内である限り、この逆反射要素に伝えられた光ビームを反射してリモートセ ンサに戻す。このことは、逆反射要素の配設に４５度の公差を許容し、これによ り、従来の“オープン・ロング・バス”システムにおける備品を整列させるため の時間及び努力を大幅に減少する。したがって、走査装置１１６により、単一の リモートセンサ１６及び多数の反射要素２６．２６’、２６”を用いながら、タ ーゲット領域１０の異なる部分を横切る異なる光路を横断する大気をサンプリン グできる。Referring to FIG. 3, in a preferred embodiment of the invention, scanning device 1116 is a remote Combined with sensor 16. The scanning device 116 scans a target remote from the reflective element 26. one or more additional reflective elements 26', each located at a different position on the side of the cut area; , 26' along one or more optical paths 22', 22'' from the remote sensor 16. It is designed to direct beam 20. The scanning device 1116 has different optical paths. an array of mirrors for substantially directing light from the remote sensor 16 along the Good too. Alternatively, the scanning device may have a telephoto section that is essentially connected to each of its reflective elements. attach to the remote sensor to orient it so that it is aligned with the It may also have an attached motor or other drive device. reflective elements at the corners In this preferred embodiment, which is a cube reflector element, the angle of incidence is 45° from normal. This retroreflective element reflects the light beam transmitted to the remote sensor as long as the Return to Nsa. This allows for a 45 degree tolerance in the placement of the retroreflective elements, which and to align fixtures in traditional “open long bath” systems. significantly reduces time and effort. Therefore, scanning device 116 allows a single Using a remote sensor 16 and a number of reflective elements 26, 26', 26'', Sample the atmosphere across different optical paths across different parts of the target area 10 You can
本発明の他の好ましい実施例では、リモートセンサが、ターゲット領域を横切る 変調赤外ビームを伝えるようになっている。図４には、リモートセンサが示され ている。リモートセンサは、結合された光学装置及びＦＴＩＲ部１２０を有する 。この光学装置は、先の実施例で開示したものと同様あるいは同一の光源１２２ を有する。この光学装置は、光源からのビーム１２４を干渉計モジュール１２６ へ差し向ける。干渉計モジュール１２６では、ビームが変調される。変調ビーム ＋２８が望遠部１３０に差し向けられ且つ上述したようにターゲット領域を横断 して配置された１以上の反射要素に差し向けられる（例えば、１３２）。反射変 調ビーム１３４は、望遠部１３０に戻され、また反射変調ビーム１３２の一部１ ３ｇを検出モジュール＋４０に差し向けるビームスプリッタ１３６を通って戻さ れる。検出モジュール１４０は、一連の合焦ミラーと、ビームのパワーあるいは 強度を測定する検出器とからなる。先の実施例のように、検出器は、ターゲット 領域での１以上のガスの存在及び／又は量（１１度）を決定するコンピュータに 出力（図示せず）を与える。同様に、先の実施例のように、整列の目的でレーザ １４２が設けられている（レーザ１１０と比較可能に）。この好ましい実施例で は、変調赤外ビームを伝えることにより、上記信号におけるノイズ割合の実質的 な改善を得ることができる。In another preferred embodiment of the invention, the remote sensor traverses the target area. It is adapted to transmit a modulated infrared beam. In Figure 4 a remote sensor is shown. ing. The remote sensor has a coupled optics and FTIR section 120 . This optical device includes a light source 122 similar or identical to that disclosed in the previous embodiment. has. This optical device directs a beam 124 from a light source to an interferometer module 126. send to. In interferometer module 126, the beam is modulated. modulated beam +28 is directed at telephoto section 130 and traverses the target area as described above. (e.g., 132). reflex change The modulated beam 134 is returned to the telephoto section 130 and a portion 1 of the reflected modulated beam 132. 3g back through the beam splitter 136 which directs it to the detection module +40. It will be done. Detection module 140 includes a series of focusing mirrors and a beam power or It consists of a detector that measures the intensity. As in the previous example, the detector to a computer for determining the presence and/or amount (11 degrees) of one or more gases in the region; provides an output (not shown). Similarly, as in the previous example, a laser is used for alignment purposes. 142 (comparable to laser 110). In this preferred embodiment By transmitting a modulated infrared beam, the noise percentage in the signal is substantially reduced. You can get significant improvements.
従来技術のパイスタティックオーブン長距離システムと比較すると、本発明は、 このようなシステムに固有の整準の問題を克服している。再反射体の使用によっ て提供された整準の容易さが、走査すべきターゲット領域の走査を可能にする。Compared to prior art pie static oven long distance systems, the present invention: It overcomes the leveling problems inherent in such systems. By using a re-reflector The ease of leveling provided by the method allows scanning of the target area to be scanned.
ターゲット領域の部分を分析し、次いで、装置を異なった場所で再び位置決めす る代わりに、好ましい実施例は、ターゲット領域部分を繰り返し、モして／又は 、連続して発信／受信ユニットを再び配置することなく、分析することを可能に する。このことは、主に、単一の発信／受信ユニット及び複数の反射器列の使用 によって可能となる。好ましい実施例は、単一の発信／受信ユニットを使用する ので、ターゲット領域を横切って発信された光ビームを、その入射経路に沿って 反射して戻し、そして、集め、分析しさえすればよい。好ましい実施例において 、反射器列の使用は、整準を容易にする。Analyze a portion of the target area and then reposition the device at a different location. Instead of repeating and/or repeating the target area portion, the preferred embodiment , allowing continuous analysis without repositioning the transmitting/receiving unit do. This is mainly due to the use of a single transmitter/receiver unit and multiple reflector arrays. This is made possible by The preferred embodiment uses a single transmitting/receiving unit so that the emitted light beam across the target area follows its incident path All you have to do is reflect it back, collect it, and analyze it. In a preferred embodiment , the use of reflector arrays facilitates leveling.
本発明は、いくつかの米国特許４．４２６．６４０号の装置に優る利点を有する 。本発明は、米国特許４．４２６．６４０号の装置と異なり、赤外光領域に吸収 波長を有する数百又はこれに近いガスを同時に検知できる。また、本発明はそれ ぞれのガスに対する吸収スペクトルにたよるので、本発明は米国特許４．４２６ ．６４０号の方法において必要とされる分かれた参照ビームの発信の必要性を排 除する。The present invention has advantages over the devices of several U.S. Pat. No. 4,426,640 patents. . The present invention differs from the device of U.S. Pat. No. 4,426,640 in that it absorbs light in the infrared region. Gases with hundreds of wavelengths or close to this can be detected simultaneously. In addition, the present invention Since it depends on the absorption spectrum of each gas, the present invention is disclosed in U.S. Pat. ．． Eliminates the need for separate reference beam transmission as required in the method of No. 640. remove.
上記の詳細な説明は、制限ではなく例示と見なされるべきであり、以下、本発明 の範囲を定義する以下の請求の範囲は、全ての均等物を含むことが理解されるべ きである。The above detailed description is to be considered illustrative rather than restrictive, and the following description of the present invention It should be understood that the following claims defining the scope of It is possible.
フロントベージの続き （８１）指定回 ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。Continuation of front page (81) Specified times EP (AT, BE, CH, DE.
ＤＫ、 ＥＳ、 ＦＲ，ＧＢ、 ＧＲ，ＩＴ、 ＬＵ、 ＮＬ、 ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ 、ＴＧ）、ＡＴ、ＡＵ、 ＢＢ、 ＢＧ、 ＢＲ，ＣＡ、 ＣＨ，ＤＥ、 ＤＫ 、 ＥＳ。DK, ES, FR, GB, GR, IT, LU, NL, SE), 0A (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, SN, TD , TG), AT, AU, BB, BG, BR, CA, CH, DE, DK , E.S.
ＦＩ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、ＭＣ，ＭＧ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、 ＲＯ，ＳＤ、ＳＥ、５Ｕ（７２）発明者 力ガン ロバート エイチアメリカ合 衆国 ジョーシア州 ３０１３０カミング ボルドー ヴ−ルヴアードFI, HU, JP, KP, KR, LK, LU, MC, MG, MW, NL, No. RO, SD, SE, 5U (72) Inventor Chikara Gun Robert H.A. Georgia State 30130 Cumming Bordeaux Vouard
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