JPS63308541A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、大気や排気その他に含まれたガスを検出する
赤外線ガス分析計に関するものである。

（従来の技術） 大気や排気その他に含まれたガスを検出する赤外線ガス
分析計において、測定ガス中に、測定ガスの波長域と吸
収波長域が一部重なるような干渉成分ガスが含まれてい
る場合に、その干渉成分ガスによる影響を防ぐものとし
て、例えば、第２図に示した、干渉フィルタを使用した
赤外線ガス分析計が知られている。

このガス分析計は、比較ガスが封入された比較セル１と
測定ガスが供給される測定セル２とが並行状に配置され
、かつ測定セル２には、測定ガスの供給口３ａとそのガ
スを排出する排出口３ｂとか設けられている。４ａ、４
ｂは前記比較セル１と測定セル２との一側にそれぞれ配
置された光源、５は比較セル１と測定セル２の他側に配
置されたコンデンサマイクロホンなどの検出器である。

６は比較セル１、測定セル２と光源４ａ、４ｂとの間に
設けられたチョッパ、７ａ、７ｂは比較セル１、測定セ
ル２と検出器５との間に配置された干渉フィルタで、測
定成分ガスの吸収波長域の光線を透過させ、他の波長域
の光線を反射する。９は前置増幅器である。

この赤外線ガス分析計は、チョッパ６の回転で光源４ａ
、４ｂの光を断続的に比較セル】と測定セル２に入射す
る。すると、その光線の一部が比較セル１と測定セル２
のそれぞれのガスで吸収されるから、比較セル１と測定
セル２のそれぞれがら検出器５に入射される光量に差が
生じる。この光量の差に基づいてガスを分析するもので
ある。

そして、前記比較セル１と測定セル２に入射した光線に
おいて、測定セル２に供給しな測定ガス中に含まれた干
渉ガスの吸収波長域を干渉フィルタ７で反射して、それ
が検出器５に入ることを防いで、干渉成分ガスの影響を
低減している。

また、第３図に示した赤外線ガス分析計も知られている
。

この赤外線ガス分析計は、第２図に示したガス分析計に
おける干渉フィルタ７が、干渉成分ガスを吸収するガス
フィルタ８ａ、８ｂに置き変えられたものである。他の
構成は、前記第２図に示したガス分析計と同じであるか
ら、同符号を付して示した。

このガス分析計によるガス分析は、比較セル１と測定セ
ル２に入射した光線において、測定ガスに含まれた干渉
成分の吸収波長域を、ガスフィルタ８で吸収させて、干
渉成分による影響を少なくするものである。

さらに、第４図に示された干渉補償型の赤外線ガス分析
計も知られている。

このガス分析計は、前記第２図に示したガス分析計にお
いて、その検出器５ａが光線の通過が可能に構成され、
かつこの検出器５ａを通過した光線を入射する干渉補償
用検出器５ｂが設けられ、かつ検出器５ａの出力から干
渉補償用検出器５ｂの出力を減算する減算器１０か設け
られたものである。

他の構成は、第２図のガス分析計と同じであるから、同
符号を付して示した。

（発明が解決しようとする問題点） 前記従来の赤外線ガス分析計において、第２図に示され
たものは、干渉フィルタフの干渉成分光の反射率が高く
、干渉成分光による影響を低減することが可能である。

ここで、干渉フィルタの光の透過と反射とを、第５図に
示したように、ガスセルＳの検出器側の窓を干渉フィル
タｆに置き換えた場合についてみると、次のとおりであ
る。

光源りの完工０は、ガスセルＳの窓Ｗを透過してガスセ
ルＳ内に入り、その一部がガスセルＳ内の測定成分で吸
収されてから、干渉フィルタｆを透過し検出器（図示省
略）に入る。

このときの干渉フィルタｆを透過することが可能な波長
域の光の透過光量Ｔ〕は、 ｔｆ−ｔｗ　ｅｘｐ　（−εｃ文） Ｔ＋＝Ｉｏ　□・・・・・・（１） １−ｒｗ−ｒｆ　［ｅｘｐ（−εＣｕ）］”で表され、
ｔｆとｔｗならびにｒｆとｒｗを入替えても同じである
から、透過可能な光の透過量は、その入射面方向には関
係しない。すなわち、光線を干渉フィルタｆ側から入射
した場合でも同じである。

一方、干渉フィルタｆの反射波長域の反射光量Ｒは、 で表され、ｔｆとｔｗならびにｒｆとｒｗとを入れ替え
た場合の反射光量は異なる。すなわち、光線が干渉フィ
ルタｆ側から入射した場合とガスセルＳの窓側から入射
した場合とでは同じではない。

このことは、測定成分光については、ガスセルＳの窓Ｗ
及び干渉フィルタｆのどちらも同様の高い透過率、低い
反射率をもつから、光の入射面の方向によらず反射光量
は変わりないとみなせるか、干渉成分光については、フ
ィルタの透過率は低く、反射率は高いので、光をフィル
タ側から入射させた方が、ガスセルＳの窓Ｗ側から入射
させるよりも、光源側への反射光量は多くなることがわ
かる。

光源側へ反射された光が、再び光源ミラーなどで反射し
て戻ることがなければ、以上のどちらの入射面方向から
に入射しても、透過光量には差異はない。

ところが、実際には光量を多くするため、光源にはミラ
ーを用いているので、入射方向の違いによる透過光量の
差は必ず生ずる。

なお、工０は入射光量、ｔｗは窓Ｗの透過光量、−６＝ ｒｗは窓Ｗの反射光量、ｔｆは干渉フィルタｆの透過光
量、ｒｆは干渉フィルタｆの反射光量、ＣはセルＳ内の
ガスの濃度、父はセルＳの長さ、εはガスによって定ま
る定数である。

しなかつて、第２図、第４図において、干渉フィルタ７
ａ、７ｂで反射された比較的多量の干渉成分光は、比較
セル１または測定セル２の内面やそれらの窓、さらには
光源４ａ、４ｂの反射ミラーなどで反射されて、干渉フ
ィルタ７ａ、７ｂに再度達することを反復する。

しかも、干渉フィルタ７ａ、７ｂが比較セル１、測定セ
ル２と検出器５との間に配置されているから、大量の干
渉成分光が、比較セル１、測定セル２の内面で反射され
ることによって、干渉フィルタ７ａ、７ｂへ入射する斜
め成分が多くなる。一般に、干渉フィルタの透過スベク
Ｉ・ルは、斜め入射の場合には、短波長ヘシフトすると
いう物理的特性がある。したがって、結果的に、干渉フ
ィルタ７ａ、　７ｂを透過して検出器５に入る干渉成分
光量が増加し、分析の精度を低下させる問題がある。

次に、第３図に示した赤外線ガス分析計は、干渉成分ガ
スの吸収波長域の光線をガスフィルタ８が吸収するから
、干渉フィルタにおける干渉成分光の反射の問題はない
。

しかし、干渉成分光の吸収精度がやや低く、かつ測定ガ
スに複数種の干渉成分ガスが含まれている場合に、その
すべての干渉成分光を吸収することが困難であるから、
検出器５に入る干渉成分光の量か比較的多くなり、分析
精度を低下させる問題がある。

第４図に示した干渉補償型のガス分析計は、干渉成分光
による影響を減算器１０て補正するから、分析の精度を
向上させることか可能である。

しかし、干渉補償用検出器５ｂと補正用信号処理回路が
余分に必要になるから、コストカ月二昇する問題がある
。

本発明は、上記のような問題を解決するものであって、
干渉成分ガスによる影響を低コストで除いて、精度の高
い分析ができる赤外線ガス分析計をうろことを目的とす
るものて゛ある。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明の赤外線ガス分析計は、ガスセルの一側に光源が
、他側に検出器が配置された赤外線ガス分析計において
、測定成分ガスの吸収波長域の光線を透過し、他の波長
域の光線を反射する干渉フィルタと干渉成分ガスの吸収
波長域の光線を少なくとも吸収するガスフィルタとか、
ガスフィルタを前記光源側として、光源とガスセルとの
間に配置されたことを特徴とするものである。

（作用） この赤外線ガス分析計は、光源からの光線をガスフィル
タと干渉フィルタを介してガスセルに入射させることに
よって、ガスセルに入射される光線の波長域を、はぼ測
定成分ガスの吸収波長域のみとして、ガスセル内の測定
ガスに含まれた干渉成分ガスによる影響を除くものであ
る。

すなわち、光源からの光線をまずガスフィルタを通過さ
せることによって、干渉成分光を吸収させる。

そして、ガスフィルタで吸収されないで干渉フイルタに
達した干渉成分光を、干渉フィルタて反射させる。この
干渉フィルタで反射された干渉成分光は、再度前記ガス
フィルタに入って吸収されるが、ガスフィルタで吸収さ
れなかった干渉成分光は、ガスセルの窓や光源の反射ミ
ラーで反射され、ガスフィルタを通過して再度干渉フィ
ルタで反射されることなどを反復させて、この間に干渉
成分光を減衰させて、検出器に入射される干渉成分光の
量を最少限にするものである。

（実施例） 本発明の赤外線ガス分析計の実施例を第１図について説
明する。

第１図において、１は比較ガスが封入されたＩＬ較セル
で、これと並行状に測定ガスが供給される測定セル２が
配置され、かつ測定セル２には、測定ガスの供給口３ａ
とそのガスを排出する排出口３ｂとが設けられている。

４ａ、４ｂは前記比較セル１と測定セル２との一側にそ
れぞれ配置された光源である６５は比較セル１と測定セ
ル２の他側に配置されたコンデンサマイクロホンなどの
検出器てあ６は光源４ａ、４ｂの前に配置されたチョッ
パ、７ａ、７ｂは比較セル１、測定セル２と光源４ａ、
４ｂとの間に配置された干渉フィルタで、この干渉フィ
ルタ７ａ、７ｂとチョッパ６との間にガスフィルタ８ａ
、８ｂが設けられている。９は前置増幅器である。

そして、前記干渉フィルタ７ａ、７ｂは、測定成分ガス
の吸収波長域の光線を透過し、他の波長域の光線を反射
するものが、ガスフィルタ８ａ、８ｂは、干渉成分ガス
の吸収波長域の光線を吸収するものがそれぞれ使用され
ている。

この赤外線ガス分析計は、光源／ｌａ、４ｂの光線をチ
ョッパ６によって、ガスフィルタ８ａ、８ｂと干渉フィ
ルタ７ａ、７ｂを介して比較セル１と測定セル２とに断
続光として入射する。この比較セル１と測定セル２とを
通過して検出器５に入る光量の差によって、ガスを分析
するものである。

そして、光源４ａ、４ｂの光線において、測定成分ガス
の吸収波長域の光は、ガスフィルタ８ａ、８ｂと干渉フ
ィルタ７ａ、７ｂを透過して検出器５に入る。

−１１＝ 一方、干渉成分光は、まずガスフィルタ８ａ、８ｂで吸
収されるが、それを通過した干渉成分光は、干渉フィル
タ７ａ、７ｂで反射されて、再度ガスフィルタ８ａ、８
ｂに入って吸収される。また、干渉フィルタ７ａ、７ｂ
で反射された干渉成分光において、比較セル１、測定セ
ル２を通過して光源４ａ、４ｂの反射ミラーで反射され
たものも再度ガスフィルタ８ａ、８ｂで吸収することを
反復する間に減衰させるものである。

すなわち、干渉成分光はまずガスフィルタ８ａ、８ｂの
通過時に吸収されて減少しているから、干渉フィルタ７
ａ、７ｂで反射される干渉成分光の量は少なく、かつ干
渉フィルタ７ａ、７ｂで反射されて再度ガスフィルタ８
ａ、８ｂで吸収されるから、干渉成分光の量は更に少な
くなる。したがって、前記（２）式で示したように、干
渉フィルタ７ａ、７ｂに対する入射角に起因して、干渉
フィルタ８ａ、８ｂを透過する干渉成分光が生じたとし
ても、その量は極めて少なくなるから、高精度でガスを
分析することかできる。

そして、比較セル１と測定セル２よりも光源４ａ、４ｂ
側に干渉フィルタ７ａ、７ｂが配置されており、これら
でガスフィルタ８ａ、８ｂを通過した干渉成分光をただ
ちに反射するから、第２図に示した従来例のように、干
渉フィルタをガスセルよりも検出器側に設けた場合に比
して、比較セル１と測定セル２の内面による反射に伴う
斜め方向成分の発生がなく、検出器５に入る干渉成分光
をより確実に低減することができる。

なお、第６図に示したように、光源４ａの反射ミラーの
反射光量Ｒｍも考慮した場合の検出器５に対する入射光
量Ｔ２は、前記（１）、（２）式から、Ｔ２＝ＴＩ　／
　（１−ＲＲＩＤ　） となる。

このような条件において、前記ガスフィルタ８ａ、８ｂ
を、光源４ａ、４ｂと干渉フィルタ７ａ、７ｂとの間に
設けているから、反射率が９９．９９％以上と高い干渉
フィルタ７ａ、７ｂと反射率９８，５％程度を有する光
源４ａ、４ｂの反射ミラーとで、干渉成分光をそれぞれ
ガスフィルタ８ａ、８ｂの方に反射して、ガスフィルタ
８ａ、８ｂで吸収し減衰させることができる すなわち、干渉フィルタ７ａ、７ｂとガスフィルタ８ａ
、８ｂのそれぞれが備えた作用を相乗的に活用して、検
出器５に入射される干渉成分光の量を極めて少なくして
、ガスの分析精度を大きく向上させることかできる。

第１図に示した赤外線ガス分析計（Ａ）と第２図に示し
た従来例の赤外線ガス分析計（Ｂ）のそれぞれでＣＯを
測定し、その測定ガスに干渉成分ガスとしてＣＯ２１４
ＶＯ１％か含まれている場合に、ＣＯ２の影響値は、次
のとおりであった。

ＣＯ２影響値　影響値比率　Ｓ／Ｎ比 （Ａ）　　　３５Ｄｔｌｌｌｌ　　　　Ｏ，１６０，６
９（Ｂ）　　　２２５１１１１＋１１　　　１　　　　
　１上記の実検結果からも、第１図に示した実施例の赤
外線ガス分析計は、従来の赤外線ガス分析計よりも干渉
成分光による影響か大巾に低下することか明らかである
。

（発明の効果） 本発明の赤外線ガス分析計は上記のように、干渉成分光
を反射する干渉フィルタと干渉成分光を吸収するガスフ
ィルタとを、ガスフィルタを光源側として光源とガスセ
ル間に配置しているから、光源からガスセルに入射され
る光線において、干渉成分光はまずガスフィルタで吸収
される。そして、ガスフィルタで吸収されなかった干渉
成分光は、干渉フィルタで反射されて、再度ガスフィル
タに入って吸収されるが、再度ガスフィルタを通過した
干渉成分光は、光源の反射ミラーなどで反射されて、更
にガスフィルタに入って吸収されることを反復して減衰
させる。

したがって、ガスフィルタと干渉フィルタとを透過して
ガスセルから検出器に入射される干渉成分光を最少限に
することができる。

そして、前記ガスフィルタと干渉フィルタは光源とガス
セルとの間に配置しているから、大量の干渉成分光がガ
スセルに入って、その内面で反射されることがない。

したがって、赤外線ガス分析計のように、干渉フィルタ
をガスセルと検出器との間に配置した場合のように、大
量の干渉成分光がガスセルの内面で反射されることによ
って、干渉フィルタの透過が可能な斜め成分が多くなり
、これが干渉フィルタを透過して検出器に入る問題もな
く、干渉フィルタを透過する干渉成分光の量を極めて少
なくすることができ、一層ガス分析の精度を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図、第３図
、第４図はそれぞれ異なった従来例の断面図、第５図は
従来例の問題点を説明するための図、第６図は本発明に
おける検出器への入射光量を説明するための図である。 １：比較セル、２：測定セル、４ａ　−４ｂ　：光源、
５：検出器、７ａ　−７ｂ　：干渉フィルタ、８ａ　−
８ｂ　：ガスフィルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスセルの一側に光源が、他側に検出器が配置された赤
   外線ガス分析計において、測定成分ガスの吸収波長域の
   光線を透過し、他の波長域の光線を反射する干渉フィル
   タと干渉成分ガスの吸収波長域の光線を少なくとも吸収
   するガスフィルタとが、ガスフィルタを前記光源側とし
   て、光源とガスセルとの間に配置されたことを特徴とす
   る赤外線ガス分析計。