JPH08285773A - 赤外線ガス分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定側光路における光量と比較側光路におけ
る光量の調整を容易かつ精度よく行え、さらには、自動
化をも行えるようにした赤外線ガス分析装置を提供する
こと。 【構成】 測定ガスＳが供給される測定セル１と比較ガ
スが封入された比較セル２とを並列的に設け、これらの
セル１，２を赤外光源３，４によって個別に照射するよ
うに構成された赤外線ガス分析装置において、前記赤外
光源３，４としてパルス点灯光源を用いるとともに、こ
のパルス点灯光源３，４を駆動するパルスにおけるパル
ス占有率を個別に制御して、各パルス点灯光源３，４に
供給する電力を調整するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、各種の排気ガス中や
大気中に含まれるガスを分析する赤外線ガス分析装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】前記赤外線ガス分析装置は、ガスが特定
の波長域の赤外光を吸収することを利用して、特定のガ
スを測定するもので、その一つに、例えば図５に示すよ
うに、二つのセルと二つの光源を有する所謂２セル２光
源タイプのものがある。すなわち、図５において、４
１，４２はセルで、一方のセル４１は、測定ガスＳが供
給される測定セルに構成され、他方のセル４２はその内
部に測定対象ガスと同じ波長域に吸収を持たない比較ガ
ス（ゼロガス）が封入されて比較セルに構成されてい
る。

【０００３】前記セル４１，４２の一端側にはそれら４
１，４２を個別に照射するための赤外光源４３，４４が
設けられ、他端側には可動膜４５ａと、この可動膜４５
ａによって仕切られ、セル４１，４２をそれぞれ通過し
てきた赤外光が入射する受光室４５ｂ，４５ｃと、固定
極４５ｄとからなり、受光室４５ｂ，４５ｃに測定対象
ガスと同じ波長帯域の赤外光を吸収する特性を有するガ
スを封入したコンデンサマイクロホン型の検出器４５が
設けられている。４６は赤外光源４３，４４を適宜の周
波数でチョッピングする光チョッパで、図示してないモ
ータによって回転駆動される。４７，４８は干渉波長を
除外し、特定の波長の赤外光のみを通過させる干渉フィ
ルタ、４９はプリアンプである。

【０００４】このような赤外線ガス分析装置において
は、測定セル４１に測定ガスＳを供給している状態で、
赤外光源４３，４４からの赤外光を光チョッパ４６によ
って断続光としてセル４１，４２に入射し、干渉フィル
タ４７，４８を通過して検出器４５の二つの受光室４５
ｂ，４５ｃにそれぞれ入射した光のエネルギーの差によ
って可動膜４５ａが振れ、この振れの大きさを電気信号
として取り出して、これを図示してない信号処理部にお
いて処理することにより、測定ガスＳ中の特定のガスの
濃度を得ることができる。

【０００５】また、前記赤外線ガス分析装置として、例
えば図６に示すように、一つのセルと一つの光源を有す
る所謂１セル１光源タイプのものがある。すなわち、図
６において、５１はセルで、その一端側には赤外光源５
２が設けられ、他端側にはセル５１を通過してきた赤外
光が入射する例えばパイロセンサよりなる測定用検出器
５３と比較用検出器５４とが並設されるとともに、これ
ら両検出器５３，５４のそれぞれ入射側には、測定対象
ガスの特性吸収帯域の赤外線のみを通過させるバンドパ
スフィルタからなる測定用フィルタ５５、前記測定対象
ガスの特性吸収帯域に吸収特性を持たない赤外光を通過
させるバンドパスフィルタからなる比較用フィルタ５６
が設けられている。

【０００６】そして、５７は前記セル５１に対して測定
ガスＳと比較ガスＲとを一定周期で交互に供給するため
のガス切換え供給装置で、例えば、４つのガス出入り口
５７ａ〜５７ｄと図示してないモータによって矢印方向
に回転する板状の切換え部材５７ｅとを有するロータリ
バルブよりなる。

【０００７】前記図６に示した赤外線ガス分析装置にお
いても、前記図５に示した赤外線ガス分析装置と同様
に、測定ガスＳ中の特定のガスの濃度を得ることができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記図５に
示した２セル２光源タイプの赤外線ガス分析装置におい
ては、二つの光路における光量のバランス、より詳しく
は、検出器４５の二つの受光室４５ｂ，４５ｃに入射す
る光量のバランスをとる必要があるが、従来において
は、受光室４５ｂ，４５ｃの前面側に遮光板５０を検出
器４５と一体的に設け、この遮光板５０をねじなど適宜
の調節部材（図示してない）によって光の入射方向と直
交する方向（図５において矢印で示す方向）に移動させ
るようにしていた。

【０００９】しかしながら、上記調節部材による調整は
かなり微妙な範囲で行う必要があるところから面倒であ
るとともに、手動によるものであるため自動化が困難で
あるといった問題点もあった。

【００１０】また、前記図６に示した１セル１光源タイ
プの赤外線ガス分析装置においては、上述のような問題
はないものの、次のような問題がある。すなわち、赤外
光源５２の周囲温度が例えば低下した場合、光源ブロッ
クが温調されていないと温度低下が生じ、フィラメント
から発せられる赤外光の光量が減少し、その結果、検出
器５３，５４における検出感度が低下してしまい、逆
に、前記温度が上昇した場合には検出感度が上昇し、い
ずれにしても周囲温度の変動など外乱の影響を受けて検
出感度が変化し、特に低濃度領域の測定を行う場合、前
記影響が顕著に表れるといった問題点があった。

【００１１】これに対して、図６に示すように、セル５
１を温調するためヒータ５８ａ、温度センサ５８ｂ、温
調回路５８ｃなどからなるセル温調機構５８を設けた
り、検出器５３，５４を温調するためヒータ５９ａ、温
度センサ５９ｂ、温調回路５９ｃなどからなる検出器温
調機構５９を設けることも試みられているが、必ずしも
十分な結果がえられていない。また、前記光源ブロック
を温調することも試みられているが、温度センサやヒー
タを設ける必要があり、それだけ光源ブロックが物理的
に大型になり、この種の赤外線ガス分析装置全体が大型
化するといった欠点がある。

【００１２】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、第１の目的は、２セル２光源タイプの赤外線
ガス分析装置において、測定側光路における光量と比較
側光路における光量の調整を、従来のようにメカニカル
な構成によって行うのではなく、電気的に行うことによ
り、容易かつ精度よく行え、さらには、自動化をも行え
るようにした赤外線ガス分析装置を提供することであ
る。また、第２の目的は、１セル１光源タイプの赤外線
ガス分析装置において、赤外光源に対する温度影響を可
及的に小さくし、検出感度を常に一定に維持することが
できる赤外線ガス分析装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、第１の発明では、測定ガスが供給される測定セ
ルと比較ガスが封入された比較セルとを並列的に設け、
これらのセルを赤外光源によって個別に照射するように
構成された赤外線ガス分析装置において、前記赤外光源
としてパルス点灯光源を用いるとともに、このパルス点
灯光源を駆動するパルスにおけるパルス占有率を個別に
制御して、各パルス点灯光源に供給する電力を調整する
ようにしたことを特徴としている。

【００１４】また、上記第２の目的を達成するため、第
２の発明では、測定ガスが供給されるセルを赤外光源に
よって照射するように構成された赤外線ガス分析装置に
おいて、前記赤外光源としてパルス点灯光源を用いると
ともに、分析装置の周囲温度を検出し、この検出結果に
基づいて、前記パルス点灯光源を駆動するパルスにおけ
るパルス占有率を制御して、パルス点灯光源に供給する
電力を調整するようにしたことを特徴としている。

【００１５】

【作用】前記第１の発明においては、赤外光源としてパ
ルス点灯光源を用い、このパルス点灯光源をパルス点灯
回路などの光源ドライバによって駆動するのである。そ
して、パルス点灯光源を駆動する電力パルスにおけるパ
ルス占有率Ｕ（図２（Ａ），（Ｂ）におけるＴ_D とＴ_P
との比）を測定側と比較側とにおいてそれぞれ個別に制
御して、各パルス点灯光源に供給する電力を調整し、み
かけの電力の大きさ（図中、仮想線で示す）を調整する
のである。これによって、測定側光路における光量と比
較側光路における光量の調整を、容易かつ精度よく行う
ことができ、さらには、自動化をも行うことができる。

【００１６】前記第２の発明においては、赤外線ガス分
析装置の周囲温度、例えば光源近傍の温度を測定し、こ
の温度が低下した場合は、図４に示すところのパルス占
有率Ｕ（Ｔ_D ／Ｔ_P ）を大きくしてフィラメントに供給
する電力を大きくし、前記温度が上昇した場合は、パル
ス占有率Ｕを小さくしてフィラメントに供給する電力を
小さくして、検出感度を常に一定に調整するのである。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の詳細を、図を参照しながら
説明する。図１は、第１の発明に係る赤外線ガス分析装
置の一例を示し、この図において、１，２はセルで、一
方のセル１は、測定ガスＳが供給される測定セルに構成
され、他方のセル２はその内部に比較ガスが封入されて
比較セルに構成されている。

【００１８】前記セル１，２の一端側にはそれら１，２
を個別に照射するための赤外光源３，４が設けられてい
る。これらの赤外光源３，４は、パルス点灯光源からな
る。そして、５，６はこれらの光源３，４を個別に制御
する例えばパルス点灯回路などの光源ドライバであり、
図２（Ａ），（Ｂ）に示すような駆動電圧を赤外光源
３，４に供給するように構成されている。すなわち、こ
の図２（Ａ），（Ｂ）におけるＴ_P はパルスの繰り返し
周期、Ｔ_D はパルス幅であり、したがって、パルス占有
率ＵはＴ_D ／Ｔ_P となるが、このパルス占有率Ｕを変化
させることにより、前記駆動電圧のみかけの大きさが変
わり、パルス占有率Ｕを大きくすると、みかけの大きさ
が大きくなり、パルス占有率Ｕを小さくすると、みかけ
の大きさが小さくなる。

【００１９】７は前記セル１，２の他端側に設けられる
コンデンサマイクロホン型の検出器、８は光チョッパ、
９，１０は干渉フィルタ、１１はプリアンプである。な
お、これらの部材７〜１１は、前記図５において符号４
５〜４９で示される部材と同じであるので、その詳細な
説明は省略する。

【００２０】上記構成の赤外線ガス分析装置において
は、例えば、定期的に行われる校正時に、図示してない
制御部（例えば、検出器７からの出力信号を演算処理す
るコンピュータ）からの指令によって光源ドライバ５，
６を制御し、パルス点灯光源３，４を駆動するパルス電
圧におけるパルス占有率Ｕを個別に制御して、各パルス
点灯光源３，４に供給する電力を調整することにより、
測定側と比較側とにおける光量の調整を行うことがで
き、両光量のバランス調整を行うことができる。

【００２１】このように、上記赤外線ガス分析装置にお
いては、測定側光路における光量と比較側光路における
光量の調整を、従来のようにメカニカルな構成によって
行うのではなく、電気的に行うので、より簡単にしかも
精度よく調整することができ、さらには、自動化をも行
うことができる。そして、遮光板なども不要になり、そ
れだけ機械的構成が簡略化され、この種の赤外線ガス分
析装置を小型化することもできる。

【００２２】なお、上述の実施例においては、検出器７
としてコンデンサマイクロホンタイプのものを用いてい
たが、これに限られるものではなく、他のニューマティ
ックタイプの検出器を用いてもよく、さらに、図６に示
したようなパイロセンサや、半導体センサなど固体検出
器を用いてもよい。

【００２３】次に、図３は、第２の発明に係る赤外線ガ
ス分析装置の一例を示し、この図において、２１はセル
で、その一端側には赤外光源２２が設けられている。こ
の赤外光源２２は、パルス点灯光源からなる。２３はパ
ルス点灯光源２２を駆動するパルス点灯回路などの光源
ドライバである。

【００２４】前記セル２１の他端側にはセル２１を通過
してきた赤外光が入射する例えばパイロセンサよりなる
測定用検出器２４と比較用検出器２５とが並設されると
ともに、これら両検出器２４，２５のそれぞれ入射側に
は、測定対象ガスの特性吸収帯域の赤外線のみを通過さ
せるバンドパスフィルタからなる測定用フィルタ２６、
前記測定対象ガスの特性吸収帯域に吸収特性を持たない
赤外光を通過させるバンドパスフィルタからなる比較用
フィルタ２７が設けられている。そして、２８は前記セ
ル２１に対して測定ガスＳと比較ガスＲとを一定周期で
交互に供給するためのガス切換え供給装置で、例えばロ
ータリバルブよりなる。なお、これらの部材２４〜２８
は、前記図６において符号５３〜５７で示される部材と
同じであるので、その詳細な説明は省略する。

【００２５】そして、前記パルス点灯光源よりなる赤外
光源２２の電圧制御のために、この実施例においては、
赤外光源２２の近傍に赤外光源２２の温度を検出するた
めの温度センサ２９を設け、その検出出力が温度センサ
アンプ３０を介して温度係数発生回路３１に入力され
る。この温度係数発生回路３１は、例えば、赤外光源２
２の温度が１０℃上昇すると、濃度測定結果がフルスケ
ールにおいて３％変化するような場合、これに見合った
温度係数信号を出力するものである。３２はＰＷＭ（パ
ルス幅変調）カウンタで、前記温度係数発生回路３１か
らの温度係数信号に基づいて所定の指令を光源ドライバ
２３に送る。これによって、赤外光源２２に供給される
パルス電圧のパルス占有率Ｕが設定される。

【００２６】上記構成の赤外線ガス分析装置において
は、光源近傍の温度を測定し、この検出された温度によ
って温度係数信号が出力され、この温度係数信号に応じ
て赤外光源２２に供給されるパルス電圧のパルス占有率
Ｕが設定される。例えば、前記温度が低下した場合は、
図４に示すところのパルス占有率Ｕ（Ｔ_D ／Ｔ_P ）を大
きくしてフィラメントに供給する電力を大きくし、前記
温度が上昇した場合は、パルス占有率Ｕを小さくしてフ
ィラメントに供給する電力を小さくして、検出感度を常
に一定に調整するのである。

【００２７】上記赤外線ガス分析装置においては、赤外
光源２２の周囲温度による光量変化を巧みに補正するこ
とができ、光源光量を温度に応じて一定に維持すること
ができ、この種の赤外線ガス分析装置の温度特性が改善
される。そして、光源ブロックを温調する必要がなく、
それだけ機械的構成が簡略化され、この種の赤外線ガス
分析装置を小型化することもできる。

【００２８】なお、上述の実施例においては、赤外線ガ
ス分析装置の周囲温度として光源近傍の温度を検出する
ようにしていたが、これに限られるものではなく、温度
センサ２９をセル２１や検出器２４，２５の近傍に設け
るようにしてもよく、このようにした場合、赤外線ガス
分析装置全体としての温度特性を改善することもでき
る。

【００２９】また、上述の実施例においては、検出器２
４，２５としてパイロセンサを用いていたが、これに限
られるものではなく、半導体センサなど他の固体検出器
や、コンデンサマイクロホン型検出器などニューマティ
ック検出器を用いてもよい。さらに、上述の実施例にお
いては、測定ガスＳと比較ガスＲとを一定周期で交互に
セル２１に供給する所謂流体変調を行うようにしている
が、これに代えて、測定ガスＳのみを供給するととも
に、図１に示すような光チョッパ８を設けるように構成
してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明によれ
ば、比較ガスが封入された比較セルと測定ガスが供給さ
れる測定セルとを並列的に設け、これらのセルを赤外光
源によって個別に照射するように構成された２セル２光
源タイプの赤外線ガス分析装置における測定側光路にお
ける光量と比較側光路における光量の調整を、容易かつ
精度よく行うことができ、さらには、自動化をも行うこ
とができる。また、この種の赤外線ガス分析装置を小型
コンパクトなものとすることができる。

【００３１】また、第２の発明によれば、測定ガスが供
給される一つのセルとこのセルを照射する一つの赤外光
源を有する１セル１光源タイプの赤外線ガス分析装置に
おける光源や、装置全体の温度特性を簡単にしかも精度
よく改善することができる。また、この種の赤外線ガス
分析装置を小型コンパクトなものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明に係る赤外線ガス分析装置の一例を
概略的に示す図である。

【図２】同上赤外線ガス分析装置におけるパルス点灯光
源を駆動するパルス電圧の一例を示す波形図である。

【図３】第２の発明に係る赤外線ガス分析装置の一例を
概略的に示す図である。

【図４】同上赤外線ガス分析装置におけるパルス点灯光
源を駆動するパルス電圧の一例を示す波形図である。

【図５】従来の２セル２光源の赤外線ガス分析装置を概
略的に示す図である。

【図６】従来の１セル１光源の赤外線ガス分析装置を概
略的に示す図である。

【符号の説明】

１…測定セル、２…比較セル、３，４…赤外光源（パル
ス点灯光源）、２１…セル、２２…赤外光源（パルス点
灯光源）、Ｓ…測定ガス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定ガスが供給される測定セルと比較ガ
   スが封入された比較セルとを並列的に設け、これらのセ
   ルを赤外光源によって個別に照射するように構成された
   赤外線ガス分析装置において、前記赤外光源としてパル
   ス点灯光源を用いるとともに、このパルス点灯光源を駆
   動するパルス電圧におけるパルス占有率を個別に制御し
   て、各パルス点灯光源に供給する電力を調整するように
   したことを特徴とする赤外線ガス分析装置。
2. 【請求項２】 測定ガスが供給されるセルを赤外光源に
   よって照射するように構成された赤外線ガス分析装置に
   おいて、前記赤外光源としてパルス点灯光源を用いると
   ともに、分析装置の周囲温度を検出し、この検出結果に
   基づいて、前記パルス点灯光源を駆動するパルス電圧に
   おけるパルス占有率を制御して、パルス点灯光源に供給
   する電力を調整するようにしたことを特徴とする赤外線
   ガス分析装置。