JPH0933345A - Ｎｄｉｒ測定装置に使用されるショートエタロン・ファブリー・ペロー干渉計を制御する方法 - Google Patents
Ｎｄｉｒ測定装置に使用されるショートエタロン・ファブリー・ペロー干渉計を制御する方法Info
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- JPH0933345A JPH0933345A JP8176473A JP17647396A JPH0933345A JP H0933345 A JPH0933345 A JP H0933345A JP 8176473 A JP8176473 A JP 8176473A JP 17647396 A JP17647396 A JP 17647396A JP H0933345 A JPH0933345 A JP H0933345A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＮＤＩＲ測定装置に使用されるショートエタ
ロン・ファブリー・ペロー干渉計を制御するための全く
新しい方法を提供する。 【解決手段】 本方法によれば、放射線源１によって測
定信号を発生する。該測定信号は、測定すべきガス混合
物を収容するサンプリングポイント２の中に入れられ
る。上記測定信号は、干渉計の通過帯域の少なくとも２
つの波長ａ，ｂを用いて、電気的に同調可能なファブリ
ー・ペロー干渉計４によって、帯域濾波される。、上記
測定信号は、検知を行う前に、光学フィルタ要素３に通
される。濾波された測定信号は、検知器５によって検知
される。本発明によれば、干渉計４の通過帯域の周波数
ｃは、測定サイクルの間に、上記光学フィルタ要素の遮
断波長範囲ｄと少なくとも部分的に一致するように、制
御される。
ロン・ファブリー・ペロー干渉計を制御するための全く
新しい方法を提供する。 【解決手段】 本方法によれば、放射線源１によって測
定信号を発生する。該測定信号は、測定すべきガス混合
物を収容するサンプリングポイント２の中に入れられ
る。上記測定信号は、干渉計の通過帯域の少なくとも２
つの波長ａ，ｂを用いて、電気的に同調可能なファブリ
ー・ペロー干渉計４によって、帯域濾波される。、上記
測定信号は、検知を行う前に、光学フィルタ要素３に通
される。濾波された測定信号は、検知器５によって検知
される。本発明によれば、干渉計４の通過帯域の周波数
ｃは、測定サイクルの間に、上記光学フィルタ要素の遮
断波長範囲ｄと少なくとも部分的に一致するように、制
御される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＤＩＲ測定装置
に使用されるショートエタロン・ファブリー・ペロー干
渉計を制御するための、請求項１の導入部に記載される
方法に関する。
に使用されるショートエタロン・ファブリー・ペロー干
渉計を制御するための、請求項１の導入部に記載される
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】非分散型の赤外線測定機器は、通常、ガ
ス濃度の測定に用いられる。そのような方法は、測定に
使用される波長範囲を測定されるガスの特性吸収帯域に
一致するように限定することにより、測定すべきガスに
関して極めて選択的にすることができる。ＮＤＩＲ法に
おいては、波長範囲は一般に、帯域フィルタによって選
択される。欧州特許出願９４３０００８２．８には、Ｎ
ＤＩＲ測定装置の光学帯域フィルタと置き換えるのに適
した、同調可能な干渉計が開示されている。そのような
干渉計の帯域波長は、電圧制御され、これにより、干渉
計は、掃引測定を行うことができ、そのような測定は、
２又はそれ以上の波長において行うことができる。この
場合には、分析すべきガスをその正確な吸収帯域で測定
し、一方、参照測定は、隣接する波長で行うのが効果的
である。従って、参照測定は、測定機器におけるエージ
ングプロセス及び温度依存性を容易に補償する。また、
上記ガスの吸収帯域に相当する波長で測定を行うことに
より、複数の別のガスの濃度を決定することができる。
ス濃度の測定に用いられる。そのような方法は、測定に
使用される波長範囲を測定されるガスの特性吸収帯域に
一致するように限定することにより、測定すべきガスに
関して極めて選択的にすることができる。ＮＤＩＲ法に
おいては、波長範囲は一般に、帯域フィルタによって選
択される。欧州特許出願９４３０００８２．８には、Ｎ
ＤＩＲ測定装置の光学帯域フィルタと置き換えるのに適
した、同調可能な干渉計が開示されている。そのような
干渉計の帯域波長は、電圧制御され、これにより、干渉
計は、掃引測定を行うことができ、そのような測定は、
２又はそれ以上の波長において行うことができる。この
場合には、分析すべきガスをその正確な吸収帯域で測定
し、一方、参照測定は、隣接する波長で行うのが効果的
である。従って、参照測定は、測定機器におけるエージ
ングプロセス及び温度依存性を容易に補償する。また、
上記ガスの吸収帯域に相当する波長で測定を行うことに
より、複数の別のガスの濃度を決定することができる。
【０００３】そのような同調可能な干渉計を用いる場合
には、干渉計の通過帯域の中央波長の電圧依存性がどの
程度良好に一定に維持されるかが、測定の安定性に対し
て、極めて重要である。上述の欧州特許出願９４３００
０８２．８には更に、ガス濃度測定を行うための、同調
可能なショートエタロン干渉計が開示されている。その
ような干渉計の通過帯域波長は、干渉計ミラーの間の距
離を静電力の助けにより変更することによって、調節さ
れる。そのような干渉計は、積層された赤外線透過性の
複数の薄膜層を備えるように、表面ミクロ機械加工技術
によって製造することができ、上記薄膜層の厚みは、そ
のような多層薄膜構造が干渉計のミラーとして機能する
ように選択される。
には、干渉計の通過帯域の中央波長の電圧依存性がどの
程度良好に一定に維持されるかが、測定の安定性に対し
て、極めて重要である。上述の欧州特許出願９４３００
０８２．８には更に、ガス濃度測定を行うための、同調
可能なショートエタロン干渉計が開示されている。その
ような干渉計の通過帯域波長は、干渉計ミラーの間の距
離を静電力の助けにより変更することによって、調節さ
れる。そのような干渉計は、積層された赤外線透過性の
複数の薄膜層を備えるように、表面ミクロ機械加工技術
によって製造することができ、上記薄膜層の厚みは、そ
のような多層薄膜構造が干渉計のミラーとして機能する
ように選択される。
【０００４】通常、ＮＤＩＲ測定機器に使用される赤外
線は変調される。そのような構成の目的は、検知器から
ＡＣ信号を得ることであり、これは、電子回路の雑音
（ノイズ）及びドリフトを補償するという意味におい
て、利点を有している。赤外線は、赤外線源に対する入
力パワーをチョップすることにより、変調することがで
きる。しかしながら、そのためには、変調速度を十分に
高くするために、十分に短い熱時間定数が赤外線源から
得られなければならない。適正な赤外線源は、例えば、
約１０Ｈｚ程度の高い変調速度を許容するマイクロラン
プによって、形成することができる。しかしながら、フ
ィラメントのグロー温度の変調が、特別な応力を生じさ
せて、ランプのフィラメントの使用寿命を短くする。よ
り高い放射線の出力パワーを得るためには、より大きな
放射面積を有する加熱可能な要素を用い、これにより、
加熱速度を遅くする必要がある。従って、放射線は、放
射線の光学通路に設けられる別個の機械的なチョッパの
助けにより、変調させなければならない。不運にして、
そのような機械的なチョッパの使用寿命は制限されてい
る。
線は変調される。そのような構成の目的は、検知器から
ＡＣ信号を得ることであり、これは、電子回路の雑音
（ノイズ）及びドリフトを補償するという意味におい
て、利点を有している。赤外線は、赤外線源に対する入
力パワーをチョップすることにより、変調することがで
きる。しかしながら、そのためには、変調速度を十分に
高くするために、十分に短い熱時間定数が赤外線源から
得られなければならない。適正な赤外線源は、例えば、
約１０Ｈｚ程度の高い変調速度を許容するマイクロラン
プによって、形成することができる。しかしながら、フ
ィラメントのグロー温度の変調が、特別な応力を生じさ
せて、ランプのフィラメントの使用寿命を短くする。よ
り高い放射線の出力パワーを得るためには、より大きな
放射面積を有する加熱可能な要素を用い、これにより、
加熱速度を遅くする必要がある。従って、放射線は、放
射線の光学通路に設けられる別個の機械的なチョッパの
助けにより、変調させなければならない。不運にして、
そのような機械的なチョッパの使用寿命は制限されてい
る。
【０００５】長時間の運転の間に、干渉計ミラーの内部
応力が変動して、ミラーの曲率の変動を生じさせる。一
方、この曲率の変動は、あるレベルの制御電圧における
ミラーの相対的な距離を変化させ、これにより、干渉計
の帯域波長も変化させる。その結果、ＮＤＩＲ測定装置
の機能が不安定になる。
応力が変動して、ミラーの曲率の変動を生じさせる。一
方、この曲率の変動は、あるレベルの制御電圧における
ミラーの相対的な距離を変化させ、これにより、干渉計
の帯域波長も変化させる。その結果、ＮＤＩＲ測定装置
の機能が不安定になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の技術の欠点を解消して、ＮＤＩＲ測定装置に使用され
るショートエタロン・ファブリー・ペロー干渉計を制御
するための、全く新規なタイプの方法を達成することで
ある。
の技術の欠点を解消して、ＮＤＩＲ測定装置に使用され
るショートエタロン・ファブリー・ペロー干渉計を制御
するための、全く新規なタイプの方法を達成することで
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の最終的な目標
は、上記ショートエタロン・ファブリー・ペロー干渉計
の帯域波長を、上記ＮＤＩＲ測定装置の光学フィルタの
カットオフ波長範囲に少なくとも部分的に合致させるよ
うに調節することにより、達成される。本発明の好まし
い実施例によれば、干渉計の全通過帯域が、光学フィル
タのカットオフ波長範囲に十分に入るように、周期的に
反復して制御され、これにより、干渉計を赤外線の振幅
変調器として用いる。本発明の別の実施例によれば、干
渉計の長さの電圧依存曲線は、干渉計の通過帯域が光学
フィルタのカットオフ・エッジの波長と合致するよう
に、制御され、これにより、そのような安定な通過帯域
波長が、干渉計の電圧依存曲線に対して一定の参照点す
なわち基準点を与える。
は、上記ショートエタロン・ファブリー・ペロー干渉計
の帯域波長を、上記ＮＤＩＲ測定装置の光学フィルタの
カットオフ波長範囲に少なくとも部分的に合致させるよ
うに調節することにより、達成される。本発明の好まし
い実施例によれば、干渉計の全通過帯域が、光学フィル
タのカットオフ波長範囲に十分に入るように、周期的に
反復して制御され、これにより、干渉計を赤外線の振幅
変調器として用いる。本発明の別の実施例によれば、干
渉計の長さの電圧依存曲線は、干渉計の通過帯域が光学
フィルタのカットオフ・エッジの波長と合致するよう
に、制御され、これにより、そのような安定な通過帯域
波長が、干渉計の電圧依存曲線に対して一定の参照点す
なわち基準点を与える。
【０００８】より詳細に言えば、本発明の方法は、請求
項１の特徴項に記載されている。本発明は、十分大きな
利益を提供する。干渉計を制御するための本発明の方法
は、機械的なチョッパ、又は、赤外線源の電気的な変調
を用いる技術と置き換えることができる。
項１の特徴項に記載されている。本発明は、十分大きな
利益を提供する。干渉計を制御するための本発明の方法
は、機械的なチョッパ、又は、赤外線源の電気的な変調
を用いる技術と置き換えることができる。
【０００９】従って、本発明の方法は、低コスト及び長
い使用寿命の両方を提供する。本発明によれば、赤外線
源は、コストの効率がより高く、また、その温度変調に
より赤外線源に追加の応力を全く与えない、ＤＣ電源に
よって、駆動することができる。更に、本発明の自動校
正方法は、ＮＤＩＲ測定装置に長期間にわたって良好な
安定性を与えると共に、別個の校正工程を行う必要性を
なくする。
い使用寿命の両方を提供する。本発明によれば、赤外線
源は、コストの効率がより高く、また、その温度変調に
より赤外線源に追加の応力を全く与えない、ＤＣ電源に
よって、駆動することができる。更に、本発明の自動校
正方法は、ＮＤＩＲ測定装置に長期間にわたって良好な
安定性を与えると共に、別個の校正工程を行う必要性を
なくする。
【００１０】
【発明の実施の形態】図面に示す本発明の実施例を参照
して、本発明を以下に詳細に説明する。図１を参照する
と、ショートエタロン干渉計を利用するＮＤＩＲ測定装
置が概略的に示されている。この測定装置は、放射線源
１、測定チャンネル２、ロングパス光学フィルタ３、電
圧同調可能なショートエタロン干渉計４及び検知器５を
備えている。
して、本発明を以下に詳細に説明する。図１を参照する
と、ショートエタロン干渉計を利用するＮＤＩＲ測定装
置が概略的に示されている。この測定装置は、放射線源
１、測定チャンネル２、ロングパス光学フィルタ３、電
圧同調可能なショートエタロン干渉計４及び検知器５を
備えている。
【００１１】放射線源１は、例えば、白熱電球の如き広
帯域赤外線熱源によって形成されている。上記放射線源
から出る放射線は、測定されるガスを収容している測定
チャンネル２の中に入る。測定チャンネルを通過する放
射線の量は、検知器５によって検知される。検知を行う
前に、測定に使用できる波長範囲が、ロングパス光学フ
ィルタ３及び干渉計４によって、放射線の広帯域スペク
トルから選択される。干渉計４は、吸収帯域波長及び参
照波長に対応する２つの通過帯域波長において、電圧制
御により測定が実行されるように、使用される。上記吸
収帯域波長は、測定されるガスの特性吸収スペクトルと
一致し、従って、測定されるガスによって生ずる濃度依
存型の吸収が、検知器の出力から得られる信号の振幅を
減少させるように、選択される。参照波長は、吸収帯域
波長に隣接するように選択される。この波長における測
定の目的は、測定されるガスの濃度に依存しない信号を
提供することであり、そのような信号は、吸収されるこ
となく測定チャンネルを通過する放射線の基本的な強度
を表し、そのような信号は、放射線源から搬送される放
射線強度の変化の誤差補償を行うために用いることがで
きる。
帯域赤外線熱源によって形成されている。上記放射線源
から出る放射線は、測定されるガスを収容している測定
チャンネル２の中に入る。測定チャンネルを通過する放
射線の量は、検知器５によって検知される。検知を行う
前に、測定に使用できる波長範囲が、ロングパス光学フ
ィルタ３及び干渉計４によって、放射線の広帯域スペク
トルから選択される。干渉計４は、吸収帯域波長及び参
照波長に対応する２つの通過帯域波長において、電圧制
御により測定が実行されるように、使用される。上記吸
収帯域波長は、測定されるガスの特性吸収スペクトルと
一致し、従って、測定されるガスによって生ずる濃度依
存型の吸収が、検知器の出力から得られる信号の振幅を
減少させるように、選択される。参照波長は、吸収帯域
波長に隣接するように選択される。この波長における測
定の目的は、測定されるガスの濃度に依存しない信号を
提供することであり、そのような信号は、吸収されるこ
となく測定チャンネルを通過する放射線の基本的な強度
を表し、そのような信号は、放射線源から搬送される放
射線強度の変化の誤差補償を行うために用いることがで
きる。
【００１２】図２を参照すると、この図面には、静電的
に同調可能なショートエタロン干渉計が概略的に示され
ており、この干渉計は、該干渉計の静止部分７を構成す
る、下方ミラー６と、制御電圧Ｕによって動かすことの
できる部分として作用する上方ミラー８とを備えてい
る。干渉計７は、表面ミクロ機械加工技術によって製造
することができ、これにより、上方ミラー８は、可撓性
を有する多層薄膜構造によって形成されている。赤外線
帯域のショートエタロン干渉計のミラー間の距離Ｌは、
一般的には、０．５−５μｍの範囲である。
に同調可能なショートエタロン干渉計が概略的に示され
ており、この干渉計は、該干渉計の静止部分７を構成す
る、下方ミラー６と、制御電圧Ｕによって動かすことの
できる部分として作用する上方ミラー８とを備えてい
る。干渉計７は、表面ミクロ機械加工技術によって製造
することができ、これにより、上方ミラー８は、可撓性
を有する多層薄膜構造によって形成されている。赤外線
帯域のショートエタロン干渉計のミラー間の距離Ｌは、
一般的には、０．５−５μｍの範囲である。
【００１３】ミラー６、８の間の距離Ｌは、外部電圧Ｕ
によって調節することができる。ミラーの間の静電引力
は、下式によって得られる。
によって調節することができる。ミラーの間の静電引力
は、下式によって得られる。
【数１】 上式において、εは、真空の誘電率であり、Ａは、ミラ
ーの表面積である。上方ミラー８の運動に抵抗する力
は、単一のバネ定数ｋによって、十分正確に表すことが
できる。休止しているミラーの間の距離をＬ0とする
と、ばね力Ｆjは、下式で表すことができる。
ーの表面積である。上方ミラー８の運動に抵抗する力
は、単一のバネ定数ｋによって、十分正確に表すことが
できる。休止しているミラーの間の距離をＬ0とする
と、ばね力Ｆjは、下式で表すことができる。
【数２】
【００１４】与えられた制御電圧によって生ずるミラー
６、８の間の距離の変化は、静的状態において、静電力
及びばね力の大きさが等しく（Ｆs＝Ｆj）、その作用方
向が反対であると仮定すると、下式で表すことができ
る。
６、８の間の距離の変化は、静的状態において、静電力
及びばね力の大きさが等しく（Ｆs＝Ｆj）、その作用方
向が反対であると仮定すると、下式で表すことができ
る。
【数３】
【００１５】図３には、ショートエタロン干渉計のミラ
ーの間の距離が、２．１μｍ及び２．０μｍにそれぞれ
調節された時の、吸収帯域ａと参照波長帯域ｂとの間の
関係が示されている。ミラー６、８の間の距離は、二酸
化炭素の濃度を測定するように選択されている。二酸化
炭素の吸収スペクトルの中心は、４．２６μｍの波長に
設定される。
ーの間の距離が、２．１μｍ及び２．０μｍにそれぞれ
調節された時の、吸収帯域ａと参照波長帯域ｂとの間の
関係が示されている。ミラー６、８の間の距離は、二酸
化炭素の濃度を測定するように選択されている。二酸化
炭素の吸収スペクトルの中心は、４．２６μｍの波長に
設定される。
【００１６】通常は、測定チャンネルを通ってＮＤＩＲ
測定装置に入る放射線は、放射線源に対する入力パワー
を電気的にチョップする（断続させる）か、あるいは、
別個の光学チョッパを用いて機械的にチョップすること
により、振幅変調される。次に、検知器の出力が、ＡＣ
信号を与え、この信号から、検知器の暗信号のオフセッ
ト成分が除去される。上記ＡＣ信号は、検知器信号増幅
回路のドリフト補償にも用いることができる。また、信
号のノイズ成分は、該信号を狭帯域フィルタに通すこと
により、減少させることができる。パイロ電気的な検知
器を用いる場合には、放射線は、必然的に変調させなけ
ればならず、その理由は、パイロ電気的な検知器は、放
射線の強度変化に対してだけ感受性を有しており、衝突
する放射線の一定のレベルに応答するＤＣ信号を与えな
いからである。
測定装置に入る放射線は、放射線源に対する入力パワー
を電気的にチョップする（断続させる）か、あるいは、
別個の光学チョッパを用いて機械的にチョップすること
により、振幅変調される。次に、検知器の出力が、ＡＣ
信号を与え、この信号から、検知器の暗信号のオフセッ
ト成分が除去される。上記ＡＣ信号は、検知器信号増幅
回路のドリフト補償にも用いることができる。また、信
号のノイズ成分は、該信号を狭帯域フィルタに通すこと
により、減少させることができる。パイロ電気的な検知
器を用いる場合には、放射線は、必然的に変調させなけ
ればならず、その理由は、パイロ電気的な検知器は、放
射線の強度変化に対してだけ感受性を有しており、衝突
する放射線の一定のレベルに応答するＤＣ信号を与えな
いからである。
【００１７】本発明の実施例によれば、放射線強度の振
幅変調は、例えば、図２に示す干渉計７によって行われ
る。変調は、図３に示すように、干渉計７の制御電圧を
設定して、干渉計の通過帯域が、ロングパス光学フィル
タの通過帯域から、そのカットオフ波長範囲ｄに移動す
るようにすることにより、行われる。従って、干渉計の
通過帯域波長がロングパス光学フィルタのカットオフ波
長範囲ｄに対して十分に離れるようにそのような通過帯
域波長を制御することにより、図３に示すように得られ
る「ブランク」の通過帯域ｃを用いて、放射線源をチョ
ップする通常の方法と置き換えることができる。検知器
は、干渉計の通過帯域波長が、「ブランク」の通過帯域
とアクティブな通過帯域ａ、ｂとの間で変化した時に、
ＡＣ信号をを発生する。
幅変調は、例えば、図２に示す干渉計７によって行われ
る。変調は、図３に示すように、干渉計７の制御電圧を
設定して、干渉計の通過帯域が、ロングパス光学フィル
タの通過帯域から、そのカットオフ波長範囲ｄに移動す
るようにすることにより、行われる。従って、干渉計の
通過帯域波長がロングパス光学フィルタのカットオフ波
長範囲ｄに対して十分に離れるようにそのような通過帯
域波長を制御することにより、図３に示すように得られ
る「ブランク」の通過帯域ｃを用いて、放射線源をチョ
ップする通常の方法と置き換えることができる。検知器
は、干渉計の通過帯域波長が、「ブランク」の通過帯域
とアクティブな通過帯域ａ、ｂとの間で変化した時に、
ＡＣ信号をを発生する。
【００１８】図３に示す「ブランク」の通過帯域は、干
渉計のミラーの間の距離を１．９μｍに調節することに
より、得られる。電圧同調可能な干渉計のミラーの間の
距離は、休止している干渉計のミラーの間の距離の約２
５％まで低下させることができる。従って、図３に示す
別個の通過帯域は、明らかに、単一の干渉計構造の波長
掃引範囲の中にある。「ブランク」の通過帯域は、基本
的には、２つの異なる態様で用いて、干渉計の制御を行
うことができる。
渉計のミラーの間の距離を１．９μｍに調節することに
より、得られる。電圧同調可能な干渉計のミラーの間の
距離は、休止している干渉計のミラーの間の距離の約２
５％まで低下させることができる。従って、図３に示す
別個の通過帯域は、明らかに、単一の干渉計構造の波長
掃引範囲の中にある。「ブランク」の通過帯域は、基本
的には、２つの異なる態様で用いて、干渉計の制御を行
うことができる。
【００１９】１．干渉計の通過帯域波長は、「ブラン
ク」の通過帯域ｃの波長と測定されるガスの吸収通過帯
域の波長との間で、周期的に変化される。次に、検知器
は、ＡＣ信号を発生し、このＡＣ信号の振幅は、吸収通
過帯域の波長範囲の中で、検知器に衝突する放射線の強
度に対して比例する。これに応じて、参照出力信号は、
干渉計の通過帯域の波長を「ブランク」の通過帯域ｃと
参照通過帯域ｂとの間で変化させることにより、得られ
る。
ク」の通過帯域ｃの波長と測定されるガスの吸収通過帯
域の波長との間で、周期的に変化される。次に、検知器
は、ＡＣ信号を発生し、このＡＣ信号の振幅は、吸収通
過帯域の波長範囲の中で、検知器に衝突する放射線の強
度に対して比例する。これに応じて、参照出力信号は、
干渉計の通過帯域の波長を「ブランク」の通過帯域ｃと
参照通過帯域ｂとの間で変化させることにより、得られ
る。
【００２０】２．干渉計の通過帯域波長は、通過帯域
ａ、ｂ及びｃの波長の間で順次周期的に変化され、ま
た、検知器の対応する出力信号Ｓa、Ｓb及びＳcは、干
渉計の通過帯域の波長シフトにそれぞれ同期して記録さ
れる。出力信号の値は、測定装置を制御するために使用
されるマイクロプロセッサのメモリに記憶され、その
後、検知器の「ブランク」の出力信号の値Ｓcが、信号
値Ｓa、Ｓbから引かれる。信号対雑音比を改善するため
に、上述の測定シーケンスすなわち測定順序を周期的に
数回繰り返して、測定結果を平均化することができる。
ａ、ｂ及びｃの波長の間で順次周期的に変化され、ま
た、検知器の対応する出力信号Ｓa、Ｓb及びＳcは、干
渉計の通過帯域の波長シフトにそれぞれ同期して記録さ
れる。出力信号の値は、測定装置を制御するために使用
されるマイクロプロセッサのメモリに記憶され、その
後、検知器の「ブランク」の出力信号の値Ｓcが、信号
値Ｓa、Ｓbから引かれる。信号対雑音比を改善するため
に、上述の測定シーケンスすなわち測定順序を周期的に
数回繰り返して、測定結果を平均化することができる。
【００２１】干渉計７を安定的に作動させるためには、
与えられた制御電圧の値における干渉計の通過帯域の波
長が、最大限一定に留まることが重要である。上方ミラ
ー８のバネ定数の変化により、干渉計ミラーの間の距離
が変化し、これにより、対応する通過帯域波長のドリフ
トが生ずる。そのようなドリフトは、例えば、上方ミラ
ー８の内部応力の変化により生ずることがある。本発明
のキャリブレーション方法すなわち校正方法は、積分参
照波長を用いており、この積分参照波長によって、干渉
計の制御電圧のドリフト補正に使用する適正な補正ファ
クタを計算することにより、干渉計の通過帯域波長にお
けるミラーのバネ定数の変化の効果を除去することがで
きる。
与えられた制御電圧の値における干渉計の通過帯域の波
長が、最大限一定に留まることが重要である。上方ミラ
ー８のバネ定数の変化により、干渉計ミラーの間の距離
が変化し、これにより、対応する通過帯域波長のドリフ
トが生ずる。そのようなドリフトは、例えば、上方ミラ
ー８の内部応力の変化により生ずることがある。本発明
のキャリブレーション方法すなわち校正方法は、積分参
照波長を用いており、この積分参照波長によって、干渉
計の制御電圧のドリフト補正に使用する適正な補正ファ
クタを計算することにより、干渉計の通過帯域波長にお
けるミラーのバネ定数の変化の効果を除去することがで
きる。
【００２２】本校正方法は、測定チャンネルの通路に、
赤外線透過性の要素すなわち赤外線透過要素を用いるこ
とに基づいており、そのような赤外線透過要素は、参照
波長として機能することのできる、カットオフ・エッ
ジ、最小透過率又は最大透過率を有する、適正な透過率
曲線を有している。これにより、本方法は、約３．８μ
ｍに同調された通過帯域カットオフ・エッジを有する、
図３に示す如きロングパス光学フィルタを用いることが
できる。
赤外線透過性の要素すなわち赤外線透過要素を用いるこ
とに基づいており、そのような赤外線透過要素は、参照
波長として機能することのできる、カットオフ・エッ
ジ、最小透過率又は最大透過率を有する、適正な透過率
曲線を有している。これにより、本方法は、約３．８μ
ｍに同調された通過帯域カットオフ・エッジを有する、
図３に示す如きロングパス光学フィルタを用いることが
できる。
【００２３】図４を参照すると、光学通路に図３に示す
ロングパス・フィルタ３を設けた時の、干渉計の制御電
圧の種々の値に関する検知器の出力信号の振幅が示され
ている。図４から明らかなように、制御電圧が増大する
と、干渉計のチャンネルから得られる検知器の出力信号
の振幅は、ロングパス光学フィルタのカットオフ効果に
よって、低下し始める。図４に示す干渉計の通過帯域制
御曲線Ｌ１、Ｌ２は、互いに異なっており、これは、上
方ミラー８のバネ定数の変化に起因するものである。よ
り詳細に言えば、右方向ミラー８のバネ定数の変化によ
り、通過帯域制御曲線Ｌ１は、曲線Ｌ２に比較して約
０．４Ｖだけ変化した、ロングパス光学フィルタ３のカ
ットオフ・エッジ波長に相当する、干渉計４の通過帯域
制御電圧を有する。干渉計のミラー６、８の間の距離Ｌ
は、曲線Ｌ１上の８．４Ｖの制御電圧、及び、曲線Ｌ２
上の８．８Ｖの制御電圧に対応する、例えば、５０％の
等しい透過率パーセント値に対して、両方の曲線Ｌ１及
びＬ２に関して等しいことは明らかである。
ロングパス・フィルタ３を設けた時の、干渉計の制御電
圧の種々の値に関する検知器の出力信号の振幅が示され
ている。図４から明らかなように、制御電圧が増大する
と、干渉計のチャンネルから得られる検知器の出力信号
の振幅は、ロングパス光学フィルタのカットオフ効果に
よって、低下し始める。図４に示す干渉計の通過帯域制
御曲線Ｌ１、Ｌ２は、互いに異なっており、これは、上
方ミラー８のバネ定数の変化に起因するものである。よ
り詳細に言えば、右方向ミラー８のバネ定数の変化によ
り、通過帯域制御曲線Ｌ１は、曲線Ｌ２に比較して約
０．４Ｖだけ変化した、ロングパス光学フィルタ３のカ
ットオフ・エッジ波長に相当する、干渉計４の通過帯域
制御電圧を有する。干渉計のミラー６、８の間の距離Ｌ
は、曲線Ｌ１上の８．４Ｖの制御電圧、及び、曲線Ｌ２
上の８．８Ｖの制御電圧に対応する、例えば、５０％の
等しい透過率パーセント値に対して、両方の曲線Ｌ１及
びＬ２に関して等しいことは明らかである。
【００２４】参照波長としてロングパス光学フィルタ３
を用いることに基づく自動校正方法は、例えば、以下の
ように適用することができる。検知器の出力信号がその
最大値から５０％に減少する参照波長を、ロングパス光
学フィルタの透過率曲線のカットオフ・エッジ上で決定
し、マイクロプロセッサを用いて、干渉計の制御電圧が
適正な電圧範囲にわたって掃引されるように、工場にお
ける校正を行い、測定値をマイクロコンピュータのメモ
リに記憶し、検知器の出力信号振幅の上記５０％低下に
相当する制御電圧の値Ｕaを例えば補間によって、計算
し、そのようにして得られた値Ｕaをマイクロコンピュ
ータのメモリに記憶し、測定装置の自動校正サイクルを
上記工場における校正と同様に実行して、装置の透過率
特性の変化を特定すると共に、検知器の出力信号の振幅
の上記５０％減少に相当する新しい値Ｕbを計算し、そ
の後、干渉計の制御電圧として、ファクタＵb／Ｕaによ
って補正された制御電圧の値を用いて、ガス濃度の測定
を行う。従って、例えば、工場における校正の間に、二
酸化炭素の吸収帯域が、干渉計の制御電圧の値ＵCO2と
一致している場合には、測定の間に、は制御電圧の補正
された値すなわち補正値（Ｕb／Ｕa）×ＵCO2を用いる
ことになる。
を用いることに基づく自動校正方法は、例えば、以下の
ように適用することができる。検知器の出力信号がその
最大値から５０％に減少する参照波長を、ロングパス光
学フィルタの透過率曲線のカットオフ・エッジ上で決定
し、マイクロプロセッサを用いて、干渉計の制御電圧が
適正な電圧範囲にわたって掃引されるように、工場にお
ける校正を行い、測定値をマイクロコンピュータのメモ
リに記憶し、検知器の出力信号振幅の上記５０％低下に
相当する制御電圧の値Ｕaを例えば補間によって、計算
し、そのようにして得られた値Ｕaをマイクロコンピュ
ータのメモリに記憶し、測定装置の自動校正サイクルを
上記工場における校正と同様に実行して、装置の透過率
特性の変化を特定すると共に、検知器の出力信号の振幅
の上記５０％減少に相当する新しい値Ｕbを計算し、そ
の後、干渉計の制御電圧として、ファクタＵb／Ｕaによ
って補正された制御電圧の値を用いて、ガス濃度の測定
を行う。従って、例えば、工場における校正の間に、二
酸化炭素の吸収帯域が、干渉計の制御電圧の値ＵCO2と
一致している場合には、測定の間に、は制御電圧の補正
された値すなわち補正値（Ｕb／Ｕa）×ＵCO2を用いる
ことになる。
【００２５】ロングパス・フィルタ３は、測定を阻害す
る恐れのある他のガスの吸収スペクトル成分がフィルタ
のスペクトル透過率曲線のカットオフ・エッジの波長で
生ずることがないように、選択される。測定装置に含ま
れているマイクロプロセッサを用いて、ロングパス光学
フィルタのカットオフ・エッジ波長から得た参照波長
を、より進歩した曲線適合計算アルゴリズムを用いて、
解析するこもできる。従って、上記５０％低下信号の信
号値を用いる上述の技術は、単に代表的なすなわち例示
的な方法であると考える必要がある。
る恐れのある他のガスの吸収スペクトル成分がフィルタ
のスペクトル透過率曲線のカットオフ・エッジの波長で
生ずることがないように、選択される。測定装置に含ま
れているマイクロプロセッサを用いて、ロングパス光学
フィルタのカットオフ・エッジ波長から得た参照波長
を、より進歩した曲線適合計算アルゴリズムを用いて、
解析するこもできる。従って、上記５０％低下信号の信
号値を用いる上述の技術は、単に代表的なすなわち例示
的な方法であると考える必要がある。
【００２６】上述の式（３）に基づき、同じ補正ファク
タＵb／Ｕaを干渉計の制御電圧の総ての値に関して、汎
用的に用いることができることを示すことができる。し
かしながら、その前提条件は、単一のバネ定数のモデル
が、十分な精度をもって、上方ミラー８の動きを表すこ
とができることである。ロングパス・フィルタ３は、一
般に、多層薄膜構造として形成された、干渉フィルタで
ある。自動校正プロセスに干渉フィルタを用いることの
欠点は、フィルタのスペクトル透過率曲線が温度に依存
することである。この点に関して、より良い代替物を用
いるべきであり、例えば、干渉計の波長掃引範囲の中に
ある最小透過率を有する、適正な等級のガラスを用いる
ことができる。例えば、薄いバイコール（Ｖｙｃｏｒ）
ガラスのプレートのスペクトル透過率曲線が、二酸化炭
素の濃度測定に適しており、その理由は、そのような等
級のガラスは、約４μｍの明確な最小透過率を有してい
るからである。ロングパス・フィルタのエッジ波長と同
様に、そのような最小透過率は、干渉計の校正における
参照波長として用いることができる。この場合には、干
渉計によって得たスペクトル掃引の測定結果は、そのガ
ラスのスペクトル透過率曲線に従って補正されなければ
ならない。そうではなく、適正なタイプの放射線透過性
のポリマーを参照波長として用いることができる。
タＵb／Ｕaを干渉計の制御電圧の総ての値に関して、汎
用的に用いることができることを示すことができる。し
かしながら、その前提条件は、単一のバネ定数のモデル
が、十分な精度をもって、上方ミラー８の動きを表すこ
とができることである。ロングパス・フィルタ３は、一
般に、多層薄膜構造として形成された、干渉フィルタで
ある。自動校正プロセスに干渉フィルタを用いることの
欠点は、フィルタのスペクトル透過率曲線が温度に依存
することである。この点に関して、より良い代替物を用
いるべきであり、例えば、干渉計の波長掃引範囲の中に
ある最小透過率を有する、適正な等級のガラスを用いる
ことができる。例えば、薄いバイコール（Ｖｙｃｏｒ）
ガラスのプレートのスペクトル透過率曲線が、二酸化炭
素の濃度測定に適しており、その理由は、そのような等
級のガラスは、約４μｍの明確な最小透過率を有してい
るからである。ロングパス・フィルタのエッジ波長と同
様に、そのような最小透過率は、干渉計の校正における
参照波長として用いることができる。この場合には、干
渉計によって得たスペクトル掃引の測定結果は、そのガ
ラスのスペクトル透過率曲線に従って補正されなければ
ならない。そうではなく、適正なタイプの放射線透過性
のポリマーを参照波長として用いることができる。
【図１】本発明を実施するに適したＮＤＩＲ装置の長手
方向の概略断面図である。
方向の概略断面図である。
【図２】本発明の制御を行うのに適したショートエタロ
ン・ファブリー・ペロー干渉計の長手方向の概略断面図
である。
ン・ファブリー・ペロー干渉計の長手方向の概略断面図
である。
【図３】本発明に従って制御される干渉計の通過帯域曲
線を異なる変調サイクルにおいて示すグラフである。
線を異なる変調サイクルにおいて示すグラフである。
【図４】光学通路が図３のロングパス光学フィルタを備
える場合の、検知器の出力信号の振幅を干渉計の種々の
制御電圧に対してプロットしたグラフである。
える場合の、検知器の出力信号の振幅を干渉計の種々の
制御電圧に対してプロットしたグラフである。
１ 放射線源 ２ 測定チャンネル ３ ロングパス光学フィルタ ４ 電圧同調可能なショートエタロン干渉計 ５ 検知器 ６ 下方ミラー ７ 干渉計の静止部分 ８ 上方ミラー
Claims (5)
- 【請求項１】 ＮＤＩＲ測定装置に使用されるショート
エタロン・ファブリー・ペロー干渉計（４）を制御する
方法において、 放射線源（４）によって測定信号を発生する工程と、 測定すべきガス混合物を収容するサンプリングポイント
（２）の中に、前記測定信号を入れる工程と、 干渉計の通過帯域の少なくとも２つの波長（ａ，ｂ）を
用いて、電気的に同調可能なファブリー・ペロー干渉計
（４）によって、前記測定信号を帯域濾波する工程と、 検知を行う前に、前記測定信号を光学フィルタ要素
（３）に通す工程と、 光学的に濾波され前記測定信号を検知器（５）によって
検知する工程とを備え、 前記測定サイクルの間に、前記干渉計（４）の前記通過
帯域の波長（ｃ）を制御して、前記光学フィルタ要素の
遮断波長範囲（ｄ）に少なくとも部分的に一致させるこ
とを特徴とする、ショートエタロン・ファブリー・ペロ
ー干渉計の制御方法。 - 【請求項２】 請求項１のショートエタロン・ファブリ
ー・ペロー干渉計の制御方法において、前記測定信号
は、ある光学要素によって濾波され、該光学要素の分光
透過率曲線が、前記干渉計の波長掃引範囲の中の最小透
過率又はカットオフ・エッジを有しており、 前記最小透過率又はカットオフ・エッジが、前記干渉計
の制御電圧キャリブレーションにおける参照波長として
用いられることを特徴とする、ショートエタロン・ファ
ブリー・ペロー干渉計の制御方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２のショートエタロン・フ
ァブリー・ペロー干渉計の制御方法において、前記干渉
計の通過帯域は、周期的に反復する順序で制御されて、
前記光学フィルタ要素（３）の前記遮断波長範囲に一致
させ、これにより、前記測定信号を振幅変調することを
特徴とする、ショートエタロン・ファブリー・ペロー干
渉計の制御方法。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかのショートエ
タロン・ファブリー・ペロー干渉計の制御方法におい
て、前記測定信号を濾波するために使用される前記光学
要素として、ロングパス光学フィルタを用いることを特
徴とする、ショートエタロン・ファブリー・ペロー干渉
計の制御方法。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかのショートエ
タロン・ファブリー・ペロー干渉計の制御方法におい
て、前記測定信号を濾波するために使用される前記光学
要素（３）として、赤外線透過性のガラス又はポリマー
を用いることを特徴とする、ショートエタロン・ファブ
リー・ペロー干渉計の制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI953370 | 1995-07-07 | ||
| FI953370A FI103216B (fi) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | Menetelmä NDIR-mittalaitteen lyhyen Fabry-Perot interferometrin ohjaam iseksi |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0933345A true JPH0933345A (ja) | 1997-02-07 |
| JP3778996B2 JP3778996B2 (ja) | 2006-05-24 |
Family
ID=8543759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17647396A Expired - Lifetime JP3778996B2 (ja) | 1995-07-07 | 1996-07-05 | Ｎｄｉｒ測定装置に使用されるショートエタロン・ファブリー・ペロー干渉計を制御する方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5835216A (ja) |
| EP (1) | EP0753733B1 (ja) |
| JP (1) | JP3778996B2 (ja) |
| DE (1) | DE69628974T2 (ja) |
| FI (1) | FI103216B (ja) |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (23)
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| US6608711B2 (en) * | 2000-03-03 | 2003-08-19 | Axsun Technologies, Inc. | Silicon on insulator optical membrane structure for fabry-perot MOEMS filter |
| US6341039B1 (en) | 2000-03-03 | 2002-01-22 | Axsun Technologies, Inc. | Flexible membrane for tunable fabry-perot filter |
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