JPS60247139A - 赤外線ガス分析計 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）目的 （産業上の利用分野） 本発明は各種工業プロセスのガス濃度の監視や制御、公
害監視のための排ガス濃度測定などに使用される分析計
であって、ガス分子の赤外線吸収効果を利用してガス分
子の赤外線吸収の強さにより試料ガス中の特定成分の濃
度を測定する非分散形赤外線ガス分析計に関する。

（従来の技術） 第７図には単光源を用いた従来の赤外線ガス分析計を示
す。１は光源で、その光源１に対し試料セル２と比較セ
ル３が同量の光が入射されるように互いに平行に配置さ
れている。試料セル２には測定成分を含んだ試料ガスが
流され、比較セル３には赤外線を吸収しない窒素や空気
などの不活性ガスが充填されている。４は光源１から試
料セル２と比較セル３に入射される光を同時断続する光
チョッパ、５，６は各セル２，３を透過して検出器７に
入射する光の量を調整する光量調整器である。検出器７
は金属薄膜８により２個の室９゜ｌＯに仕切られ、両室
９，１０には測定成分ガスが充填されて密閉されたコン
デンサマイクロホン方式の検出器であって、金属薄膜８
とそれに対向して設けられた電極１１とでコンデンサを
形成している。１２はその検出器７の信号検出回路であ
る。

この従来の赤外線ガス分析計では光量調整器５゜６によ
り検出器７の両室９，１０に入射する光量が等しくなら
ないように調整される。まず、赤外線吸収をもたないＮ
２のような不活性なガス（ゼロガス）を試料セル２に流
したとき、検出器７へ入射される光量は比較セル３側の
方が多くなるように光量調整器５，６が調整されている
とする。

検出器７では室１０の方が室９より多くの光量が入射さ
れるので金属薄膜８は左方向へふくらむ。

検出器７の両室９，１０へ入射する光は光チョッパ４に
より同時断続されているので、金属薄膜８も一定周波数
で振動し、その検出信号は第８図の記号１５で示される
ように得られ、この信号の振幅がゼロ点となる。

次に試料セル２に一定濃度の測定成分を含むガス（スパ
ンガス）を流して同様の測定をすれば、試料セル２で赤
外線の吸収が起って試料セル２を透過する光量が減少す
るので、検出信号は第８図の記号１６で示されるように
その振幅が大きくなる。この検出信号１６の振幅がスパ
ン点となる。

そして、試料セル２に測定ガスを流して同様の測定を行
なうと、第８図の記号１７で示されるように成分ガスの
濃度に応じた振幅の検出信号が得られるので、これをゼ
ロ点とスパン点の間で比例配分して試料ガス濃度をめる
ことができる。

この従来の赤外線ガス分析計では上述の如く試料セル２
と比較セル３の透過光をそれぞれ検出器７の別々の室９
と１０に入射させ、両透過光量の差により試料セル２中
の成分ガスの濃度を測定するものであり、かつ試料セル
２と比較セル３の透過光量が等しくなっては検出器７の
金属薄膜８が停止して検出ができなくなるため、光量調
整器５゜６により試料セル２と比較セル３の透過光量が
異なるように調整していた。

（発明が解決しようとする問題点） この従来の赤外線ガス分析計では、試料セルが汚れて透
過光量が低下した場合、光量バランスを調整するために
光量調整器により比較セル側の光量も低下させていた。

そして、その調整は手動で行なわれているため、煩られ
しいものであった。

また、試料セル側の光量低下に応じて比較セル側の光量
も低下させるため感度が低下する問題があった。

本発明は、試料セルが汚れた場合に感度を低下させない
で、また特別な光量調整機構を用いないで、しかも自動
的に光量バランスを調整することができる赤外線ガス分
析計を提供することを目的とするものである。

（ロ）構成 （問題点を解決するための手段） 本発明の赤外線ガス分析計では、１個の光源を用い、こ
の光源からの光が試料セルと比較セルをそれぞれ透過し
た透過光を１個の検出器に交互に導入し、両透過光の検
出信号を別々に取り出す。

検出器としてはコンデンサマイクロホンもしくはマイク
ロフローセンサを使用した一方向形圧力検出方式もしく
は前後室形検出方式のもの、又は半導体検出器のいずれ
のものでもよく、その検出器への透過光の導入は試料セ
ルと比較セルの入射側又は透過側に設けられた光チヨツ
パ手段により制御されるが、試料セル透過光の検出信号
（以下測定信号という）と比較セル透過光の検出信号（
以下比較信号という）が、好ましくは相互に干渉しない
程度の時間間隔（僅かに干渉があっても実質的に影響の
ない程度の時間間隔も含む）をもって両透過光が検出器
に導入される。

この光チヨツパ手段はステッピングモータにより駆動さ
れ、そのステッピングモータの駆動パルスを制御するこ
とにより、試料セルから検出器への光導入量と、比較セ
ルから検出器への光導入量を個別に調整できるようにな
っている。

（作用） 試料セルが汚れた場合、光チヨツパ手段による試料セル
側の開口時間を長くすることにより、試料セルから検出
器への光導入量を増加させることにより、光量バランス
をとるようにする。

両セルに関する光チヨツパ手段の開口時間を長くすれば
感度が高くなり、逆に開口時間を短かくすれば感度が低
くなる。

測定信号と比較信号の差が出力信号として用いられる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の光学系を表わす。

なお、各図において同−又は同等な部分には同一の記号
を使用す名。

光源１から放射された赤外線は光チョッパ２０により試
料セル２と比較セル３にそれぞれ固有の時間間隔で断続
されて、試料セル２と比較セル３に交互に導入される。

２１は試料セル２又は比較セル３を透過した光を単一の
検出器２２に入射させる集光器である。検出器２２は前
後室形検出器であり、光の入射に対して前後に配置され
た２個の室２２−１．２２−２を有し、各室２２−１゜
２２−２には測定成分ガスが充填されて密閉されており
、入射光はまず前室２２−１に入り、その透過光が後室
２２−２に入る。両室２２−１゜２２−２における光吸
収の差に応じた圧力差は画室間に設けられた圧力差検出
素子２３により検出される。圧力差検出素子２３として
は、コンデンサマイクロホン又はマイクロフローセンサ
が使用される。

光チョッパ２０はパルス発生器５０からの駆動パルス信
号により駆動されるステッピングモータ５１により回転
させられ、光源１からの光を試料セル２と比較セル３に
交互に入射させるように光束を断続する。パルス発生器
５０の出力信号は、スイッチ５２を経て入力される後述
の信号に基いて調整されるようになっている。このとき
、試料セル２用の開口２４の開口時間と、比較セル３用
の開口２５の開口時間はそれぞれ駆動パルス信号により
個別に制御されている。

そのような光チョッパ２０は例えば第２図に示されるよ
うなものであり、試料セル２用の開口２４と比較セル３
用の開口２５が互いに離れた位置に設けられている。２
６．２７はこの光チョッパ２０が光束を断続するタイミ
ングを検出するためのホトカプラの如き光検出器で、そ
のための開口２８．２９からの光を受光して第３図に示
されるパルス信号３０．３１を発生する。

この光チョッパ２０が試料セル２と比較セル３に交互に
光を入射させる回転速度は検出器２２の応答時間より遅
くなるように設定されている。その結果、検出器２２の
検出信号は、第３図に示されるように比較信号３２と測
定信号３３とが相互に干渉しない孤立波となる。

次に第３図のように得られる本実施例の検出信号の処理
系統を再び第１図により説明する。

検出器２２で検出された比較信号３２及び測定信号３３
は増幅器４０で増幅された後、光検出器２６．２７によ
り光チョッパ２０のタイミングで比較信号Ｒと測定信号
Ｍに分離される。両信号は引き算器４１に入力されて面
積値が算出された後、その差がめられる。引き算器４１
の出力は試料セル中の成分ガスの濃度に対応した出力信
号となる。　スイッチ５２は、試料セル２にゼロガスが
流されたときにオンとなるスイッチであり、そのときの
引算器４１の出力信号がゼロになるようにパルス発生器
５０によりステッピングモータ５１の回転を制御して、
試料セル２用の開口２４の開口時間を調整するためのも
のである。

本実施例において、まず、パルス発生器５０により比較
セル３用の開口２５の開口時間が所定値になるように設
定しておく。試料セル２にまず測定成分を含まないゼロ
ガスを流す。それにより、スイッチ５２がオンとなり、
引算器４１の出力信号がゼロになるようにパルス発生器
５０．ステッピングモータ５１を介して光チョッパ２０
の回転が制御され、試料セル２と比較セル３のそれぞれ
の透過光量の積分値が等しくなり、ゼロ点の出力レベル
もＯレベルになる。ゼロガスの導入を停止すればスイッ
チ５２がオフとなり、パルス発生器５０の出力信号はそ
のときの値で固定される。

そして、その後、仮に光源の光量が変化したり検出器の
感度が変化したりしたとしても、測定信号と比較信号に
全く同じ割合で影響が表われるので、ゼロ点のレベルは
変化しない。

次に、試料セル２に測定成分を一定濃度含有するスパン
ガスを流し、そのときの出力信号をスパン点とする。

次に、試料セル２に測定しようとする試料ガスを流して
得られる出力信号を、既に測定したスパン点とゼロ点の
間で比例配分してその試料ガスの濃度がめられる。

長時間の測定により試料セル２が汚れ、測定信号が変化
することがある。そこで、一定時間測定した後に再び試
料セルにゼロガスを流す。

この場合の動作を第４図〜第６図により説明する。各回
において、（Ａ）は比較信号と測定信号、（Ｂ）はパル
ス発生器５０の出力信号すなわちステッピングモータ５
１への駆動パルス信号である。

いま、第４図に示されるように、比較信号３２と測定信
号３３−１の面積値が等しくなるように、光チョッパ２
０の各セル用の開口に対する駆動パルス信号が３４．３
５−１と設定されているとする。

次に試料セル２が汚れてくると、測定セル側の光量が減
少して第５図に示されるように、測定信号が３３−２で
示されるように減少してくる。そのため、第１図におけ
る引算器４１に出力信号が現れ、パルス発生器５０にそ
の信号が入力されて、駆動パルス信号が第６図に記号３
５−２で示されるようにその送出速度が遅くなり、試料
セル２用の開口２４の開口時間が長くなるようにされ、
北側信号３２の面積値と測定信号３３−３の面積値が等
しくなるように調整される。

本実施例で感度を変えたい場合には、パルス発生器５０
における比較セル用の光チ五ツバ開口の開口時間に対応
する駆動パルス信号の設定値を変更すればよい。それに
より、試料セル用の光チヨツパ開口の開口時間に対応す
る駆動パルス信号も上述の如くゼロガスを流したときに
調整される。

以上の実施例は本発明の一例であり、本発明の範囲内で
種々の変更が可能である。例えば光チョッパ２０は測定
セル２と比較セル３とに、交互に、望ましくは測定信号
と比較信号とが相互に干渉しない程度の低速で光源１の
光を導入できるものであればよく、開口の位置や形状は
種々変形することができる。また、ホトカプラなどの光
検出器２６゜２７の位置も、検出信号が識別できる位置
であれば任意に変更することができる。

検出器２２は光の入射に対し前後２室に分離された方式
のものを使用したが、測定成分ガスが充填されたガス室
が単一のコンデンサマイクロホン方式又はマイクロフロ
ーセンサ方式の検出器を使用してモヨい。また、半導体
検出器を使用してもよい。

さらには、マイクロコンピュータを使用して定期的にゼ
ロガスを流し、自動的に駆動パルス信号を調整してステ
ッピングモータ５１の回転を調整すれば、自動校正機構
を備えた赤外線ガス分析計とすることができる。

ステッピングモータ５１の回転はまた、マイクロコンピ
ュータにより制御するようにしてもよい。

上記の実施例では、比較信号と測定信号の面積比を用い
ているが、それに代えてピーク値を用いるようにしても
よい。

（ハ）発明の効果 本発明の効果を列挙すれば以下の如くである。

（１）試料セルと比較セルの光量調整に従来のような高
価な光量調整機構を用いる必要がなく、また複雑な調整
工程も不要になる。

（２）光量調整機構を組み込むための無駄なスペースが
なくなり、一層高感度になる。

（３）試料セルが汚れた場合でも比較側の光量に試料側
の光量を合わせるため、感度の低下なしに調整をするこ
とができる。

（４）従来のように商用電源で一定速度のモータで光チ
ョッパを駆動した場合、電源がふらつくと指示もふらつ
くという問題があったが、本発明ではステッピングモー
タを使用しているので、ふらつきは全く生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す′概鵬図、第２図は同
実施例で使用されている光チョッパを示す平面図、第３
図は同実施例の検出信号を示す波形図、第４図ないし第
６図は同実施例の動作を説明するための図で、それぞれ
（Ａ）は検出信号の波形図、（Ｂ）は駆動パルス信号で
ある。第７図は従来の赤外線式ガス分析計を示す概略図
、第８図は第７図の装置の検出信号を示す波形図である
。 １・・・・・・光源、　２・・・・・・試料セル、　３
・・・・・・比較セル、　２０・・・・・・光チョッパ
、　２２・・・・・・検出器、２３・・・・・・圧力差
検出素子６５０・・・・・・パルス発生器、５１・・・
・・・ステッピングモータ。 代理人　弁理士　野口繁雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）単一光源からの赤外線光をそれぞれ試料セルと比
   較セルに導入し、両セルの透過光をセルの入射側又は透
   過側に設けられた光チヨツパ手段により断続して検出器
   に導入するガス分析計において、 前記検出器は単一の受光部をもつ検出器であり、前記光
   チヨツパ手段はステッピングモータにより駆動され、試
   料セルの透過光と比較セルの透過光を交互に検出器に導
   入させ、かつ両セルから検出器への光の断続時間を前記
   ステッピングモータの駆動パルスの制御により個別に調
   整する構造を有し、 測定セルの透過光の検出信号と比較セルの透過光の検出
   信号との差から測定セルのガス濃度を測定することを特
   徴とする赤外線ガス分析計。