JPH09196847A - 赤外線ガス分析計 - Google Patents
赤外線ガス分析計Info
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- JPH09196847A JPH09196847A JP958996A JP958996A JPH09196847A JP H09196847 A JPH09196847 A JP H09196847A JP 958996 A JP958996 A JP 958996A JP 958996 A JP958996 A JP 958996A JP H09196847 A JPH09196847 A JP H09196847A
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- gas
- infrared
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 経時変化の影響や光学系の汚れの影響によ
り、長期間の安定動作ができず、また、構成が大型化す
ると共に消費電力が大きくなる等の課題があった。 【解決手段】 ２つの赤外ランプ２ａ，２ｂと、２つの
受光素子４ａ，４ｂと、赤外ランプ２ａ，２ｂから受光
素子４ａまでの距離、および赤外ランプ２ａ，２ｂから
受光素子４ｂまでの距離と、それら赤外ランプ２ａ，２
ｂの点灯時の受光素子４ａ，４ｂにより検出された検出
信号に基づいて被測定ガスの濃度を演算する演算回路と
を備えた。
り、長期間の安定動作ができず、また、構成が大型化す
ると共に消費電力が大きくなる等の課題があった。 【解決手段】 ２つの赤外ランプ２ａ，２ｂと、２つの
受光素子４ａ，４ｂと、赤外ランプ２ａ，２ｂから受光
素子４ａまでの距離、および赤外ランプ２ａ，２ｂから
受光素子４ｂまでの距離と、それら赤外ランプ２ａ，２
ｂの点灯時の受光素子４ａ，４ｂにより検出された検出
信号に基づいて被測定ガスの濃度を演算する演算回路と
を備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、被測定ガスの赤
外線吸収特性を利用してその被測定ガスの濃度を分析す
る赤外線ガス分析計に関するものである。
外線吸収特性を利用してその被測定ガスの濃度を分析す
る赤外線ガス分析計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来の赤外線ガス分析計を示すブ
ロック構成図であり、図において、１は測定セル、２は
赤外光を発光する赤外ランプ、３はその赤外ランプ２か
ら発光された光線のうち、被測定ガスの固有の吸収波長
帯域のみ透過させる光学フィルタである。４はその光学
フィルタ３を透過した波長帯域の受光量を電気信号に変
換する受光素子、５は温度調節器６によって受光素子４
の温度を一定にする定温ブロックである。８は矩形波発
生器７からの制御信号により赤外ランプ２に間欠的に電
力を供給し、その赤外ランプ２を点滅させる電力制御器
である。
ロック構成図であり、図において、１は測定セル、２は
赤外光を発光する赤外ランプ、３はその赤外ランプ２か
ら発光された光線のうち、被測定ガスの固有の吸収波長
帯域のみ透過させる光学フィルタである。４はその光学
フィルタ３を透過した波長帯域の受光量を電気信号に変
換する受光素子、５は温度調節器６によって受光素子４
の温度を一定にする定温ブロックである。８は矩形波発
生器７からの制御信号により赤外ランプ２に間欠的に電
力を供給し、その赤外ランプ２を点滅させる電力制御器
である。
【０００３】９は受光素子４によって検出された微小な
電気信号を増幅する増幅回路、１０，１１は矩形波発生
器７からの制御信号に基づいて赤外ランプ２の点灯およ
び消灯に応じた増幅回路９から電気信号を保持する第
１，第２のホールド回路である。１２は第１，第２のホ
ールド回路１０，１１に保持された電気信号の差を算出
する減算器、１３は減算器１２から出力された電気信号
を線形に補正して上記被測定ガスのガス濃度に比例した
出力信号に変換する線形化回路である。なお、上記矩形
波発生器７，第１，第２のホールド回路１０，１１，減
算器１２および線形化回路１３はマイクロコンピュータ
によって構成されている。
電気信号を増幅する増幅回路、１０，１１は矩形波発生
器７からの制御信号に基づいて赤外ランプ２の点灯およ
び消灯に応じた増幅回路９から電気信号を保持する第
１，第２のホールド回路である。１２は第１，第２のホ
ールド回路１０，１１に保持された電気信号の差を算出
する減算器、１３は減算器１２から出力された電気信号
を線形に補正して上記被測定ガスのガス濃度に比例した
出力信号に変換する線形化回路である。なお、上記矩形
波発生器７，第１，第２のホールド回路１０，１１，減
算器１２および線形化回路１３はマイクロコンピュータ
によって構成されている。
【０００４】次に動作について説明する。図５に示され
た赤外線ガス分析計は、工業炉内のガス分析，大気汚染
物質の各種発生源からの排出濃度監視測定および一般居
住空間や農業用ハウス内での一酸化炭素または二酸化炭
素の環境測定等に用いられるものである。一酸化炭素
（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ2 ）等の異種原子からなる
分子は赤外線領域（実用的には２〜１５μｍの波長帯
域）で、図６に示すように固有の吸収スペクトルを持っ
ている。一方、ヘリウム（Ｈｅ），ネオン（Ｎｅ）等の
単原子分子や酸素（Ｏ2 ），窒素（Ｎ2 ），水素（Ｈ
2 ）等の対称２原子分子はこのような吸収スペクトルを
持たず赤外線の吸収は起きない。
た赤外線ガス分析計は、工業炉内のガス分析，大気汚染
物質の各種発生源からの排出濃度監視測定および一般居
住空間や農業用ハウス内での一酸化炭素または二酸化炭
素の環境測定等に用いられるものである。一酸化炭素
（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ2 ）等の異種原子からなる
分子は赤外線領域（実用的には２〜１５μｍの波長帯
域）で、図６に示すように固有の吸収スペクトルを持っ
ている。一方、ヘリウム（Ｈｅ），ネオン（Ｎｅ）等の
単原子分子や酸素（Ｏ2 ），窒素（Ｎ2 ），水素（Ｈ
2 ）等の対称２原子分子はこのような吸収スペクトルを
持たず赤外線の吸収は起きない。
【０００５】この赤外線吸収の強さは、ガスの種類，濃
度および赤外線透過長をパラメータとした関数で表さ
れ、ランバートビア（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ）の法
則として知られている。 Ｉ＝Ｉ0 ｅ-kcl （１） 但し、Ｉ ：透過赤外線の強さ Ｉ0 ：入射赤外線の強さ ｃ ：測定成分ガス濃度 ｌ ：赤外線の透過長さ ｋ ：吸収係数 このように、吸収の強さはガス濃度に対応しているの
で、赤外線の吸収量を検出することによりガス濃度を測
定することができる。
度および赤外線透過長をパラメータとした関数で表さ
れ、ランバートビア（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ）の法
則として知られている。 Ｉ＝Ｉ0 ｅ-kcl （１） 但し、Ｉ ：透過赤外線の強さ Ｉ0 ：入射赤外線の強さ ｃ ：測定成分ガス濃度 ｌ ：赤外線の透過長さ ｋ ：吸収係数 このように、吸収の強さはガス濃度に対応しているの
で、赤外線の吸収量を検出することによりガス濃度を測
定することができる。
【０００６】図５に示した赤外線ガス分析計は、チョッ
パレス方式のガス分析計であり、赤外ランプ２は、矩形
波発生器７から制御信号が入力された電力制御器８によ
り間欠的に電力が供給され、点灯および消灯を繰り返
す。測定セル１内では被測定ガスによりこの赤外光が吸
収され減衰し、さらに、光学フィルタ３によりその被測
定ガス固有の吸収波長帯域のみが透過され受光素子４に
到達する。なお、受光素子４は定温ブロック５内に配置
されており温度調節器６によって一定温度に調整され、
周囲温度変化による影響を防いでいる。
パレス方式のガス分析計であり、赤外ランプ２は、矩形
波発生器７から制御信号が入力された電力制御器８によ
り間欠的に電力が供給され、点灯および消灯を繰り返
す。測定セル１内では被測定ガスによりこの赤外光が吸
収され減衰し、さらに、光学フィルタ３によりその被測
定ガス固有の吸収波長帯域のみが透過され受光素子４に
到達する。なお、受光素子４は定温ブロック５内に配置
されており温度調節器６によって一定温度に調整され、
周囲温度変化による影響を防いでいる。
【０００７】受光素子４によって検出された微小な電気
信号は増幅回路９によって増幅され、矩形波発生器７か
らの制御信号に基づいて赤外ランプ２の点灯および消灯
に応じた第１，第２のホールド回路１０，１１に保持さ
れる。さらに、減算器１２により第１，第２のホールド
回路１０，１１に保持された電気信号の差を算出するこ
とにより、赤外ランプ２の消灯時の受光素子４による検
出値を除去し、真の検出信号を得る。この信号は式
（１）に示したようにガス濃度に対して指数関数特性と
なるので、線形化回路１３により折線近似または対数演
算を行い、ガス濃度に比例した出力信号を得る。
信号は増幅回路９によって増幅され、矩形波発生器７か
らの制御信号に基づいて赤外ランプ２の点灯および消灯
に応じた第１，第２のホールド回路１０，１１に保持さ
れる。さらに、減算器１２により第１，第２のホールド
回路１０，１１に保持された電気信号の差を算出するこ
とにより、赤外ランプ２の消灯時の受光素子４による検
出値を除去し、真の検出信号を得る。この信号は式
（１）に示したようにガス濃度に対して指数関数特性と
なるので、線形化回路１３により折線近似または対数演
算を行い、ガス濃度に比例した出力信号を得る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線ガス分析
計は以上のように構成されているので、チョッパレス方
式のガス分析計では、図７に示すように、赤外ランプ２
および受光素子４の経時変化の影響や、赤外ランプ２の
表面ガラス，光学フィルタ３および受光素子４の表面等
の光学系の汚れの影響により、透過赤外線の強さが特性
曲線（イ）から（ロ）に低下した場合、測定誤差が生じ
てしまう。一般に被測定ガスによる赤外光の吸収は高々
数％程度であるためにわずかの特性曲線の低下でもその
影響は大きく、保守整備なしで長期間の安定動作を期待
することができない等の課題があった。また、赤外ラン
プ２の電力制御器８による定電力駆動および受光素子４
の一定温度調整により、周囲温度の変化の影響を防ぐこ
とができるが、これら電力制御器８，定温ブロック５お
よび温度調節器６によって構成が大型化すると共に消費
電力が大きくなる等の課題があった。
計は以上のように構成されているので、チョッパレス方
式のガス分析計では、図７に示すように、赤外ランプ２
および受光素子４の経時変化の影響や、赤外ランプ２の
表面ガラス，光学フィルタ３および受光素子４の表面等
の光学系の汚れの影響により、透過赤外線の強さが特性
曲線（イ）から（ロ）に低下した場合、測定誤差が生じ
てしまう。一般に被測定ガスによる赤外光の吸収は高々
数％程度であるためにわずかの特性曲線の低下でもその
影響は大きく、保守整備なしで長期間の安定動作を期待
することができない等の課題があった。また、赤外ラン
プ２の電力制御器８による定電力駆動および受光素子４
の一定温度調整により、周囲温度の変化の影響を防ぐこ
とができるが、これら電力制御器８，定温ブロック５お
よび温度調節器６によって構成が大型化すると共に消費
電力が大きくなる等の課題があった。
【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、発光器および受光器の経時変化や
光学系の汚れの影響により測定精度が低下することな
く、また、電力制御器，定温ブロックおよび温度調節器
を不要にし、構成を小型化すると共に消費電力を小さく
する赤外線ガス分析計を得ることを目的とする。
めになされたもので、発光器および受光器の経時変化や
光学系の汚れの影響により測定精度が低下することな
く、また、電力制御器，定温ブロックおよび温度調節器
を不要にし、構成を小型化すると共に消費電力を小さく
する赤外線ガス分析計を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る赤外線ガス分析計は、２つの発光器と、２つの受光器
と、第１，第２の発光器から第１の受光器までの距離お
よび第１，第２の発光器から第２の受光器までの距離と
それら第１，第２の発光器の点灯時の上記第１，第２の
受光器により検出された検出信号に基づいて被測定ガス
の濃度を演算する演算回路とを備えたものである。
る赤外線ガス分析計は、２つの発光器と、２つの受光器
と、第１，第２の発光器から第１の受光器までの距離お
よび第１，第２の発光器から第２の受光器までの距離と
それら第１，第２の発光器の点灯時の上記第１，第２の
受光器により検出された検出信号に基づいて被測定ガス
の濃度を演算する演算回路とを備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による赤
外線ガス分析計を示すブロック構成図であり、図におい
て、１は測定セル、２ａ，２ｂは赤外光を発光する赤外
ランプ（第１，第２の発光器）である。３ａ，３ｂはそ
の赤外ランプ２ａ，２ｂから発光された光線のうち、被
測定ガスの固有の吸収波長帯域のみ透過させる光学フィ
ルタ、４ａ，４ｂはその光学フィルタ３ａ，３ｂを透過
した波長帯域の受光量を電気信号に変換する受光素子で
あり、光学フィルタ３ａおよび受光素子４ａにより、第
１の受光器を構成すると共に光学フィルタ３ｂおよび受
光素子４ｂにより、第２の受光器を構成する。また、１
５はタイミング回路であり、このタイミング回路１５は
赤外ランプ２ａ，２ｂに間欠的に且つ交互に電力を供給
し、それら赤外ランプ２ａ，２ｂを点滅させるものであ
る。図２は測定セル１を示す断面図であり、上部には通
気性の防塵フィルタ１ａが設けられている。
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による赤
外線ガス分析計を示すブロック構成図であり、図におい
て、１は測定セル、２ａ，２ｂは赤外光を発光する赤外
ランプ（第１，第２の発光器）である。３ａ，３ｂはそ
の赤外ランプ２ａ，２ｂから発光された光線のうち、被
測定ガスの固有の吸収波長帯域のみ透過させる光学フィ
ルタ、４ａ，４ｂはその光学フィルタ３ａ，３ｂを透過
した波長帯域の受光量を電気信号に変換する受光素子で
あり、光学フィルタ３ａおよび受光素子４ａにより、第
１の受光器を構成すると共に光学フィルタ３ｂおよび受
光素子４ｂにより、第２の受光器を構成する。また、１
５はタイミング回路であり、このタイミング回路１５は
赤外ランプ２ａ，２ｂに間欠的に且つ交互に電力を供給
し、それら赤外ランプ２ａ，２ｂを点滅させるものであ
る。図２は測定セル１を示す断面図であり、上部には通
気性の防塵フィルタ１ａが設けられている。
【００１２】９ａ，９ｂは受光素子４ａ，４ｂによって
検出された微小な電気信号を増幅する第１，第２の増幅
回路である。１０ａ〜１０ｃはタイミング回路１５のタ
イミングに応じて赤外ランプ２ａ，２ｂの点灯または消
灯した時の第１の増幅回路９ａからの電気信号を保持す
る第１〜第３のホールド回路であり、１１ａ〜１１ｃは
タイミング回路１５のタイミングに応じて赤外ランプ２
ａ，２ｂの点灯または消灯した時の第２の増幅回路９ｂ
からの電気信号を保持する第４〜第６のホールド回路で
ある。
検出された微小な電気信号を増幅する第１，第２の増幅
回路である。１０ａ〜１０ｃはタイミング回路１５のタ
イミングに応じて赤外ランプ２ａ，２ｂの点灯または消
灯した時の第１の増幅回路９ａからの電気信号を保持す
る第１〜第３のホールド回路であり、１１ａ〜１１ｃは
タイミング回路１５のタイミングに応じて赤外ランプ２
ａ，２ｂの点灯または消灯した時の第２の増幅回路９ｂ
からの電気信号を保持する第４〜第６のホールド回路で
ある。
【００１３】１６ａは第２のホールド回路１０ｂから第
１のホールド回路１０ａに保持された電気信号の差を算
出する第１の減算器、１６ｂは第３のホールド回路１０
ｃから第１のホールド回路１０ａに保持された電気信号
の差を算出する第２の減算器、１６ｃは第５のホールド
回路１１ｂから第４のホールド回路１１ａに保持された
電気信号の差を算出する第３の減算器、１６ｄは第６の
ホールド回路１１ｃから第４のホールド回路１１ａに保
持された電気信号の差を算出する第４の減算器である。
１７はそれら第１〜第４の減算器１６ａ〜１６ｄによっ
て減算された電気信号を乗除算する乗除算器、１８はそ
の乗除算器１７によって乗除算された電気信号を対数変
換するリニアライザである。なお、タイミング回路１
５，第１〜第６のホールド回路１０ａ〜１０ｃ，１１ａ
〜１１ｃ，第１〜第４の減算器１６ａ〜１６ｄ，乗除算
器１７およびリニアライザ１８により演算回路を構成す
る。
１のホールド回路１０ａに保持された電気信号の差を算
出する第１の減算器、１６ｂは第３のホールド回路１０
ｃから第１のホールド回路１０ａに保持された電気信号
の差を算出する第２の減算器、１６ｃは第５のホールド
回路１１ｂから第４のホールド回路１１ａに保持された
電気信号の差を算出する第３の減算器、１６ｄは第６の
ホールド回路１１ｃから第４のホールド回路１１ａに保
持された電気信号の差を算出する第４の減算器である。
１７はそれら第１〜第４の減算器１６ａ〜１６ｄによっ
て減算された電気信号を乗除算する乗除算器、１８はそ
の乗除算器１７によって乗除算された電気信号を対数変
換するリニアライザである。なお、タイミング回路１
５，第１〜第６のホールド回路１０ａ〜１０ｃ，１１ａ
〜１１ｃ，第１〜第４の減算器１６ａ〜１６ｄ，乗除算
器１７およびリニアライザ１８により演算回路を構成す
る。
【００１４】次に動作について説明する。まず、この発
明の動作原理を説明する。図３に示すように、発光器Ｌ
A ，ＬBおよび受光器Ｓ1 ，Ｓ2 を配置する。ここで、 ｌm ：受光器Ｓ1 から発光器ＬB までの距離および受光
器Ｓ2 から発光器ＬAまでの距離 ｌn ：受光器Ｓ1 から発光器ＬA までの距離および受光
器Ｓ2 から発光器ＬBまでの距離 ＩA ：発光器ＬA の発光強度 ＩB ：発光器ＬB の発光強度
明の動作原理を説明する。図３に示すように、発光器Ｌ
A ，ＬBおよび受光器Ｓ1 ，Ｓ2 を配置する。ここで、 ｌm ：受光器Ｓ1 から発光器ＬB までの距離および受光
器Ｓ2 から発光器ＬAまでの距離 ｌn ：受光器Ｓ1 から発光器ＬA までの距離および受光
器Ｓ2 から発光器ＬBまでの距離 ＩA ：発光器ＬA の発光強度 ＩB ：発光器ＬB の発光強度
【００１５】発光器ＬA ，ＬB および受光器Ｓ1 ，Ｓ2
は互いに真正面から向き合っておらず、また、光線は平
行光ではなく拡散する。そこで、 β1A：受光器Ｓ1 と発光器ＬA の中心軸からのずれと光
線の拡散に対する補正係数 β1B：受光器Ｓ1 と発光器ＬB の中心軸からのずれと光
線の拡散に対する補正係数 β2A：受光器Ｓ2 と発光器ＬA の中心軸からのずれと光
線の拡散に対する補正係数 β2B：受光器Ｓ2 と発光器ＬB の中心軸からのずれと光
線の拡散に対する補正係数 また、 α1 ：受光器Ｓ1 の光−電気変換効率 α2 ：受光器Ｓ2 の光−電気変換効率 とする。
は互いに真正面から向き合っておらず、また、光線は平
行光ではなく拡散する。そこで、 β1A：受光器Ｓ1 と発光器ＬA の中心軸からのずれと光
線の拡散に対する補正係数 β1B：受光器Ｓ1 と発光器ＬB の中心軸からのずれと光
線の拡散に対する補正係数 β2A：受光器Ｓ2 と発光器ＬA の中心軸からのずれと光
線の拡散に対する補正係数 β2B：受光器Ｓ2 と発光器ＬB の中心軸からのずれと光
線の拡散に対する補正係数 また、 α1 ：受光器Ｓ1 の光−電気変換効率 α2 ：受光器Ｓ2 の光−電気変換効率 とする。
【００１６】今、被測定ガスの吸収係数をｋ，被測定ガ
スの濃度をｃとすると、発光器ＬA を点灯、発光器ＬB
を消灯した時の受光器Ｓ1 ，Ｓ2 の出力電気信号をそれ
ぞれＥ1A，Ｅ2Aとすれば、 Ｅ1A＝α1 β1AＩA ｅ-kcln （２） Ｅ2A＝α2 β2AＩA ｅ-kclm （３） 発光器ＬA を消灯、発光器ＬB を点灯した時の受光器Ｓ
1 ，Ｓ2 の出力電気信号をそれぞれＥ1B，Ｅ2Bとすれ
ば、 Ｅ1B＝α1 β1BＩB ｅ-kclm （４） Ｅ2B＝α2 β2BＩB ｅ-kcln （５） 式（２）から式（５）の両辺の対数を取り変形すると、 ｋｃｌｎ＝ｌｏｇα1 ＋ｌｏｇβ1A＋ｌｏｇＩA −ｌｏｇＥ1A （６） ｋｃｌｍ＝ｌｏｇα2 ＋ｌｏｇβ2A＋ｌｏｇＩA −ｌｏｇＥ2A （７） ｋｃｌｍ＝ｌｏｇα1 ＋ｌｏｇβ1B＋ｌｏｇＩB −ｌｏｇＥ1B （８） ｋｃｌｎ＝ｌｏｇα2 ＋ｌｏｇβ2B＋ｌｏｇＩB −ｌｏｇＥ2B （９）
スの濃度をｃとすると、発光器ＬA を点灯、発光器ＬB
を消灯した時の受光器Ｓ1 ，Ｓ2 の出力電気信号をそれ
ぞれＥ1A，Ｅ2Aとすれば、 Ｅ1A＝α1 β1AＩA ｅ-kcln （２） Ｅ2A＝α2 β2AＩA ｅ-kclm （３） 発光器ＬA を消灯、発光器ＬB を点灯した時の受光器Ｓ
1 ，Ｓ2 の出力電気信号をそれぞれＥ1B，Ｅ2Bとすれ
ば、 Ｅ1B＝α1 β1BＩB ｅ-kclm （４） Ｅ2B＝α2 β2BＩB ｅ-kcln （５） 式（２）から式（５）の両辺の対数を取り変形すると、 ｋｃｌｎ＝ｌｏｇα1 ＋ｌｏｇβ1A＋ｌｏｇＩA −ｌｏｇＥ1A （６） ｋｃｌｍ＝ｌｏｇα2 ＋ｌｏｇβ2A＋ｌｏｇＩA −ｌｏｇＥ2A （７） ｋｃｌｍ＝ｌｏｇα1 ＋ｌｏｇβ1B＋ｌｏｇＩB −ｌｏｇＥ1B （８） ｋｃｌｎ＝ｌｏｇα2 ＋ｌｏｇβ2B＋ｌｏｇＩB −ｌｏｇＥ2B （９）
【００１７】式（６）と式（９）の両辺をそれぞれ加算
し、 ２ｋｃｌｎ＝ｌｏｇα1 ＋ｌｏｇα2 ＋ｌｏｇβ1A＋ｌｏｇβ2B＋ｌｏｇＩA ＋ｌｏｇＩB −ｌｏｇＥ1A−ｌｏｇＥ2B （１０） 式（７）と式（８）の両辺をそれぞれ加算し、 ２ｋｃｌｍ＝ｌｏｇα1 ＋ｌｏｇα2 ＋ｌｏｇβ1B＋ｌｏｇβ2A＋ｌｏｇＩA ＋ｌｏｇＩB −ｌｏｇＥ2A−ｌｏｇＥ1B （１１） 式（１１）から式（１０）の両辺をそれぞれ減算し、 ２ｋｃ（ｌｍ−ｌｎ）＝ｌｏｇβ2A＋ｌｏｇβ1B−ｌｏｇβ1A−ｌｏｇβ2B −ｌｏｇＥ2A−ｌｏｇＥ1B＋ｌｏｇＥ1A＋ｌｏｇＥ2B （１２） 式（１２）をｃについて解けば、 ｃ＝［１／｛２ｋ（ｌｍ−ｌｎ）｝］ ・ｌｏｇ（β2A・β1B・Ｅ1A・Ｅ2B／β1A・β2B・Ｅ2A・Ｅ1B）（１３）
し、 ２ｋｃｌｎ＝ｌｏｇα1 ＋ｌｏｇα2 ＋ｌｏｇβ1A＋ｌｏｇβ2B＋ｌｏｇＩA ＋ｌｏｇＩB −ｌｏｇＥ1A−ｌｏｇＥ2B （１０） 式（７）と式（８）の両辺をそれぞれ加算し、 ２ｋｃｌｍ＝ｌｏｇα1 ＋ｌｏｇα2 ＋ｌｏｇβ1B＋ｌｏｇβ2A＋ｌｏｇＩA ＋ｌｏｇＩB −ｌｏｇＥ2A−ｌｏｇＥ1B （１１） 式（１１）から式（１０）の両辺をそれぞれ減算し、 ２ｋｃ（ｌｍ−ｌｎ）＝ｌｏｇβ2A＋ｌｏｇβ1B−ｌｏｇβ1A−ｌｏｇβ2B −ｌｏｇＥ2A−ｌｏｇＥ1B＋ｌｏｇＥ1A＋ｌｏｇＥ2B （１２） 式（１２）をｃについて解けば、 ｃ＝［１／｛２ｋ（ｌｍ−ｌｎ）｝］ ・ｌｏｇ（β2A・β1B・Ｅ1A・Ｅ2B／β1A・β2B・Ｅ2A・Ｅ1B）（１３）
【００１８】ここで、補正係数β1A，β1B，β2A，β2B
は受光器Ｓ1 ，Ｓ2 と発光器ＬA ，ＬB の位置と向き等
の配置により定まる定数である。即ち、式（１３）の演
算を行えば、発光器ＬA ，ＬB の発光強度ＩA ，ＩB や
受光器Ｓ1 ，Ｓ2 の光−電気変換効率α1 ，α2 の変化
の影響を受けずにガス濃度を求めることができる。ま
た、光学系の汚れは発光器ＬA ，ＬB の発光強度ＩA ，
ＩB の変化や受光器Ｓ1 ，Ｓ2 の光−電気変換効率α
1 ，α2 の変化と等価であるので、光学系の汚れの影響
を受けることもない。なお、この動作原理では、受光器
Ｓ1 から発光器ＬB までの距離と受光器Ｓ2から発光器
ＬA までの距離を同一としてｌm とし、また、受光器Ｓ
1 から発光器ＬA までの距離と受光器Ｓ2 から発光器Ｌ
B までの距離を同一としてｌn としたが、これらが同一
でない場合であっても、式（１３）中の（ｌｍ−ｌｎ）
を変更すれば被測定ガスの濃度ｃを演算することができ
る。
は受光器Ｓ1 ，Ｓ2 と発光器ＬA ，ＬB の位置と向き等
の配置により定まる定数である。即ち、式（１３）の演
算を行えば、発光器ＬA ，ＬB の発光強度ＩA ，ＩB や
受光器Ｓ1 ，Ｓ2 の光−電気変換効率α1 ，α2 の変化
の影響を受けずにガス濃度を求めることができる。ま
た、光学系の汚れは発光器ＬA ，ＬB の発光強度ＩA ，
ＩB の変化や受光器Ｓ1 ，Ｓ2 の光−電気変換効率α
1 ，α2 の変化と等価であるので、光学系の汚れの影響
を受けることもない。なお、この動作原理では、受光器
Ｓ1 から発光器ＬB までの距離と受光器Ｓ2から発光器
ＬA までの距離を同一としてｌm とし、また、受光器Ｓ
1 から発光器ＬA までの距離と受光器Ｓ2 から発光器Ｌ
B までの距離を同一としてｌn としたが、これらが同一
でない場合であっても、式（１３）中の（ｌｍ−ｌｎ）
を変更すれば被測定ガスの濃度ｃを演算することができ
る。
【００１９】この動作原理を利用したのが図１に示した
赤外線ガス分析計であり、２つの赤外ランプ２ａ，２ｂ
を設け、受光素子４ａを赤外ランプ２ａから近距離に且
つ赤外ランプ２ｂから遠距離に設けると共に、受光素子
４ｂを赤外ランプ２ａから遠距離に且つ赤外ランプ２ｂ
から近距離に設ける。さらに、受光素子４ａ，４ｂには
赤外ランプ２ａ，２ｂから発光された光線のうち、被測
定ガスの固有の吸収波長帯域のみ透過させる光学フィル
タ３ａ，３ｂを設ける。また、受光素子４ａ，４ｂによ
って検出された電気信号は微小なので第１，第２の増幅
回路９ａ，９ｂによって増幅する。
赤外線ガス分析計であり、２つの赤外ランプ２ａ，２ｂ
を設け、受光素子４ａを赤外ランプ２ａから近距離に且
つ赤外ランプ２ｂから遠距離に設けると共に、受光素子
４ｂを赤外ランプ２ａから遠距離に且つ赤外ランプ２ｂ
から近距離に設ける。さらに、受光素子４ａ，４ｂには
赤外ランプ２ａ，２ｂから発光された光線のうち、被測
定ガスの固有の吸収波長帯域のみ透過させる光学フィル
タ３ａ，３ｂを設ける。また、受光素子４ａ，４ｂによ
って検出された電気信号は微小なので第１，第２の増幅
回路９ａ，９ｂによって増幅する。
【００２０】上記赤外ランプ２ａ，２ｂをタイミング回
路１５のタイミングに応じて図４に示すように交互に点
灯および消灯を行う。この光線は被測定ガスによる吸収
減衰された後、受光素子４ａ，４ｂによって検出され、
第１，第２の増幅回路９ａ，９ｂの出力Ｅ1 ，Ｅ2 は図
４に示すように、赤外ランプ２ａが点灯時には第１の増
幅回路９ａの出力はＥ1A′，第２の増幅回路９ｂの出力
はＥ2A′、また、赤外ランプ２ｂが点灯時には第１の増
幅回路９ａの出力はＥ1B′，第２の増幅回路９ｂの出力
はＥ2B′となる。また、赤外ランプ２ａ，２ｂが共に消
灯している時には第１の増幅回路９ａの出力はＥ10′，
第２の増幅回路９ｂの出力はＥ20′となる。
路１５のタイミングに応じて図４に示すように交互に点
灯および消灯を行う。この光線は被測定ガスによる吸収
減衰された後、受光素子４ａ，４ｂによって検出され、
第１，第２の増幅回路９ａ，９ｂの出力Ｅ1 ，Ｅ2 は図
４に示すように、赤外ランプ２ａが点灯時には第１の増
幅回路９ａの出力はＥ1A′，第２の増幅回路９ｂの出力
はＥ2A′、また、赤外ランプ２ｂが点灯時には第１の増
幅回路９ａの出力はＥ1B′，第２の増幅回路９ｂの出力
はＥ2B′となる。また、赤外ランプ２ａ，２ｂが共に消
灯している時には第１の増幅回路９ａの出力はＥ10′，
第２の増幅回路９ｂの出力はＥ20′となる。
【００２１】この６つの信号Ｅ10′，Ｅ1A′，Ｅ1B′，
Ｅ20′，Ｅ2A′，Ｅ2B′をタイミング回路１５のタイミ
ングに応じて第１〜第６のホールド回路１０ａ〜１０
ｃ，１１ａ〜１１ｃにそれぞれ保持し、第１〜第４の減
算器１６ａ〜１６ｄにより、Ｅ1A′−Ｅ10′＝Ｅ1A，Ｅ
1B′−Ｅ10′＝Ｅ1B，Ｅ2A′−Ｅ20′＝Ｅ2A，Ｅ2B′−
Ｅ20′＝Ｅ2Bを演算し、真の検出信号を得る。また、こ
れらＥ1A，Ｅ1B，Ｅ2A，Ｅ2Bの信号から乗除算器１７に
よって、Ｅ1A・Ｅ2B／Ｅ1B・Ｅ2Aの演算を行う。さら
に、上記式（１３）におけるｋ，ｌｍ，ｌｎ，β2A，β
1B，β1A，β2Bを予め設定しておくと共に、それらの演
算結果を記憶しておき、その演算結果と乗除算器１７に
よる演算結果に対して、リニアライザ１８による対数演
算、即ち、式（１３）の演算を行い、被測定ガスの濃度
ｃに比例した信号を出力する。なお、この実施の形態１
では、リニアライザ１８によって対数演算を行ったが、
折線近似を行ってもよい。また、タイミング回路１５，
第１〜第６のホールド回路１０ａ〜１０ｃ，１１ａ〜１
１ｃ，第１〜第４の減算器１６ａ〜１６ｄ，乗除算器１
７およびリニアライザ１８により構成される演算回路
は、マイクロコンピュータによってソフト的に処理する
ことができ、容易に構成することができる。
Ｅ20′，Ｅ2A′，Ｅ2B′をタイミング回路１５のタイミ
ングに応じて第１〜第６のホールド回路１０ａ〜１０
ｃ，１１ａ〜１１ｃにそれぞれ保持し、第１〜第４の減
算器１６ａ〜１６ｄにより、Ｅ1A′−Ｅ10′＝Ｅ1A，Ｅ
1B′−Ｅ10′＝Ｅ1B，Ｅ2A′−Ｅ20′＝Ｅ2A，Ｅ2B′−
Ｅ20′＝Ｅ2Bを演算し、真の検出信号を得る。また、こ
れらＥ1A，Ｅ1B，Ｅ2A，Ｅ2Bの信号から乗除算器１７に
よって、Ｅ1A・Ｅ2B／Ｅ1B・Ｅ2Aの演算を行う。さら
に、上記式（１３）におけるｋ，ｌｍ，ｌｎ，β2A，β
1B，β1A，β2Bを予め設定しておくと共に、それらの演
算結果を記憶しておき、その演算結果と乗除算器１７に
よる演算結果に対して、リニアライザ１８による対数演
算、即ち、式（１３）の演算を行い、被測定ガスの濃度
ｃに比例した信号を出力する。なお、この実施の形態１
では、リニアライザ１８によって対数演算を行ったが、
折線近似を行ってもよい。また、タイミング回路１５，
第１〜第６のホールド回路１０ａ〜１０ｃ，１１ａ〜１
１ｃ，第１〜第４の減算器１６ａ〜１６ｄ，乗除算器１
７およびリニアライザ１８により構成される演算回路
は、マイクロコンピュータによってソフト的に処理する
ことができ、容易に構成することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、２つの発光器と、２つの受光器と、第１，第２の
発光器から第１の受光器までの距離および第１，第２の
発光器から第２の受光器までの距離とそれら第１，第２
の発光器の点灯時の上記第１，第２の受光器により検出
された検出信号に基づいて被測定ガスの濃度を演算する
演算回路とを設けるように構成したので、発光器および
受光器の経時変化や光学系の汚れの影響により測定精度
が低下することなく、保守整備しなくとも長期的な測定
精度の安定性に優れ、また、電力制御器，定温ブロック
および温度調節器を不要にし、構成を小型化すると共に
消費電力を小さくすることができる効果がある。さら
に、演算回路は、マイクロコンピュータによってソフト
的に処理することができ、構成を容易にすることができ
る効果がある。
れば、２つの発光器と、２つの受光器と、第１，第２の
発光器から第１の受光器までの距離および第１，第２の
発光器から第２の受光器までの距離とそれら第１，第２
の発光器の点灯時の上記第１，第２の受光器により検出
された検出信号に基づいて被測定ガスの濃度を演算する
演算回路とを設けるように構成したので、発光器および
受光器の経時変化や光学系の汚れの影響により測定精度
が低下することなく、保守整備しなくとも長期的な測定
精度の安定性に優れ、また、電力制御器，定温ブロック
および温度調節器を不要にし、構成を小型化すると共に
消費電力を小さくすることができる効果がある。さら
に、演算回路は、マイクロコンピュータによってソフト
的に処理することができ、構成を容易にすることができ
る効果がある。
【図１】この発明の実施の形態１による赤外線ガス分析
計を示すブロック構成図である。
計を示すブロック構成図である。
【図２】測定セルを示す断面図である。
【図３】発光器および受光器の配置図である。
【図４】赤外線ガス分析計の動作を示すタイミングチャ
ートである。
ートである。
【図５】従来の赤外線ガス分析計を示すブロック構成図
である。
である。
【図６】被測定ガス中の赤外線波長の透過率を示す特性
図である。
図である。
【図７】経時変化の影響や光学系の汚れの影響による初
期特性からの低下を示す図である。
期特性からの低下を示す図である。
２ａ 赤外ランプ（第１の発光器） ２ｂ 赤外ランプ（第２の発光器） ３ａ 光学フィルタ（第１の受光器） ３ｂ 光学フィルタ（第２の受光器） ４ａ 受光素子（第１の受光器） ４ｂ 受光素子（第２の受光器） １０ａ〜１０ｃ 第１〜第３のホールド回路（演算回
路） １１ａ〜１１ｃ 第４〜第６のホールド回路（演算回
路） １５ タイミング回路（演算回路） １６ａ〜１６ｄ 第１〜第４の減算器（演算回路） １７ 乗除算器（演算回路） １８ リニアライザ（演算回路）
路） １１ａ〜１１ｃ 第４〜第６のホールド回路（演算回
路） １５ タイミング回路（演算回路） １６ａ〜１６ｄ 第１〜第４の減算器（演算回路） １７ 乗除算器（演算回路） １８ リニアライザ（演算回路）
Claims (1)
- 【請求項１】 相異なる位置に配置され且つ相異なる時
間に点灯する第１，第２の発光器と、上記第１の発光器
から近距離に且つ第２の発光器から遠距離に配置され、
被測定ガスに応じた波長帯域の受光量を検出する第１の
受光器と、上記第１の発光器から遠距離に且つ第２の発
光器から近距離に配置され、その被測定ガスに応じた波
長帯域の受光量を検出する第２の受光器と、上記第１，
第２の発光器から上記第１の受光器までの距離および上
記第１，第２の発光器から上記第２の受光器までの距離
と上記第１，第２の発光器の点灯時の上記第１，第２の
受光器により検出された検出信号に基づいてその被測定
ガスの濃度を演算する演算回路とを備えた赤外線ガス分
析計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP958996A JPH09196847A (ja) | 1996-01-23 | 1996-01-23 | 赤外線ガス分析計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP958996A JPH09196847A (ja) | 1996-01-23 | 1996-01-23 | 赤外線ガス分析計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09196847A true JPH09196847A (ja) | 1997-07-31 |
Family
ID=11724522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP958996A Pending JPH09196847A (ja) | 1996-01-23 | 1996-01-23 | 赤外線ガス分析計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09196847A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016125951A (ja) * | 2015-01-07 | 2016-07-11 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 受発光装置及び濃度測定装置 |
-
1996
- 1996-01-23 JP JP958996A patent/JPH09196847A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016125951A (ja) * | 2015-01-07 | 2016-07-11 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 受発光装置及び濃度測定装置 |
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