WO2005031275A2 - ガス濃度フラックス計測装置 - Google Patents

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WO2005031275A2
WO2005031275A2 PCT/JP2004/014159 JP2004014159W WO2005031275A2 WO 2005031275 A2 WO2005031275 A2 WO 2005031275A2 JP 2004014159 W JP2004014159 W JP 2004014159W WO 2005031275 A2 WO2005031275 A2 WO 2005031275A2
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gas
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Kenji Muta
Masazumi Tanoura
Ko Nakaya
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Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
Central Research Institute Of Electric Power Industry
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Priority to EP20040788226 priority patent/EP1669736B1/en
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G01J3/433—Modulation spectrometry; Derivative spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions

Definitions

  • G Global warming gas
  • G to conduct environmental surveys such as surveys of the amount generated, or to conduct CO underground disposal plants and gas storage
  • the present invention relates to a gas concentration flux measuring device used for detecting gas leaks from a storage facility or a pipeline.
  • the easiest way to grasp the surface force and the amount of gas released (flux) per unit area is to place a container 101 with a small hole on the ground 100a as shown in FIG.
  • This method measures the concentration of the gas to be measured in the vessel 101 and measures the gas concentration again after a certain period of time.
  • the gas concentration flux can be estimated from the concentration difference and the volume of the container's contact area Z.
  • 104 is a gas extractor and 106 is an analyzer.
  • an observation tower 91 was installed in the forest 99, and an atmospheric observation was performed on the tower 91 using the current meter 51 with good responsiveness and the CO concentration meters 93 and 96.
  • Non-Patent Document 1 the present inventors have conducted continuous observation of CO flux in Non-Patent Document 1.
  • the power of a closed-path CO densitometer 96 using a tube 95 is common.
  • Open-path CO meter 93 (measurement length is less than lm) using infrared light source with good inter-response
  • the scintillation measurement technique uses two scintillation towers 91 and 92 separated from each other in a forest 99, and the scintillation measurement in the light source 111 installed on one of the towers 91.
  • Two laser beams are emitted from the unit 70 so as to pass through the upper part of the forest, and the time change (scintillation) of each laser transmittance is measured by the light receiving unit 112 installed on the other tower 92.
  • 90 is an observation room
  • 121 is a demodulator
  • 122 is an analyzer.
  • the basic configuration of this conventional device is a pair of scintillation measurement laser oscillators 113 and 114 on the tower, light receiving devices 115 and 116, and an analysis device installed in the measurement room 123. It consists of part 122.
  • the two laser beams 113a and 114a transmitted through the measurement area 100 are received by the light receiving devices 115 and 116, respectively, and send the received light signals S101 and S102 to the analysis unit 122.
  • the analysis unit 122 first performs dispersion and covariance analysis 132 to grasp the turbulence state of the atmosphere on the optical path (turbulence state analysis 131 on the optical path), and then uses the analysis method 133 based on the Monin-Obukhov similarity rule.
  • the kinetic energy ⁇ heat dissipation rate ⁇ is obtained by calculation, and the momentum flux and sensible heat flux (including latent heat flux in some cases) 134 are obtained.
  • Non-Patent Document 1 Koho Nakaya “Introduction of Continuous Observation of C02 Flux in Dake Campa Forest at the Eastern Foot of Mt. Asama” 2002 CGER Flux Research Meeting (November 14, 2002), p. 58
  • Non-patent Document 2 Tniermann, V A displaced- beam scintillometer for line-averaged measurements of surface layer turbulence .Tenth symposium of turbulence and diffsion, 29 Sept -2 Oct, 1992, Portland, OR., Published by the American
  • Flux detection by the eddy correlation method requires the fastest possible response.
  • the sampling type closed-path gas concentration meter 96 which is generally used, has a problem in its responsiveness because of its measurement delay and dilution effect due to its structure.
  • the open-path gas concentration meter 93 which has been introduced for the purpose of improving responsiveness, uses an infrared light source having a wide emission amplitude as a light source.
  • the measurement range is limited only to the region near the sampling position.
  • the measurement length is at most lm or less due to the problem of the light source. Therefore, the conventional method cannot measure gas concentration fluctuations over a wide area of more than lm, for example, 10m, 100m, 1km. Even with the conventional method, a wide range of gas concentration measurement is theoretically possible if many measurement devices are arranged and measured. However, when a large number of measuring devices are installed, they themselves become obstacles and change the conditions (concentration, flux, etc.) of the measurement area, so accurate wide-area flux measurement is impossible.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is intended to measure a wide area such as a forest, and has a high responsiveness which is free from the influence of coexisting substances, and which is excellent in measurement stability. It is an object to provide a measuring device.
  • the present inventors have proposed a non-contact gas concentration measurement technique of a wavelength modulation method using a room-temperature oscillating near-infrared semiconductor laser as a light source in the specification of Japanese Patent Application No. 2003-009785.
  • TDLAS Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy
  • the present inventors have focused on such a function of TDLAS and completed the present invention described below.
  • a gas concentration flux measuring apparatus includes a light source that oscillates a laser beam having an absorption wavelength specific to a measurement target gas toward a measurement region, and a laser that controls an output operation of the light source.
  • a wavelength modulation control device that outputs a modulation signal for modulating the oscillation wavelength of the laser oscillated by the light source, and outputs a reference signal synchronized with the modulation;
  • a first light receiving device for receiving the laser beam transmitted through the measurement area and outputting a signal corresponding to the received light intensity, and an AC component as a modulation signal from among the signals output from the first light receiving device To remove the DC component of the received light intensity
  • a first wavelength modulation demodulator for outputting a signal proportional to the concentration of the gas to be measured in the measurement region, an optical system for distributing the oscillated laser to two or more lasers, and the measurement having a known concentration.
  • a reference cell disposed at a position where the target gas is sealed and distributed by the optical system and no longer directed to the measurement region penetrates the sealed gas, and the sealed gas in the reference cell has been transmitted.
  • a second light-receiving device that receives the laser and outputs a signal corresponding to the light-receiving intensity, and removes an AC component as a modulation signal from the signal output from the second light-receiving device.
  • a second wavelength modulation demodulator for detecting a component and outputting a signal proportional to the concentration of the sealed gas in the reference cell; and the second light receiving device based on a reference signal from the wavelength modulation controller.
  • a modulation demodulator and a signal output from the first DC component detector, the first wavelength modulation demodulator, the second DC component detector, and the second wavelength modulation demodulator. Calculate gas concentration and solid particle concentration And a modulation signal from the wavelength modulation controller and a laser wavelength fixing signal from the third wavelength modulation demodulator, and the sum signal is sent to the laser output controller.
  • An adder that outputs an external control signal of the measurement device, a temperature measurement unit that measures the temperature of the measurement area, and outputs a signal corresponding to the measurement value to the analyzer, and measures the pressure of the measurement area to measure the measurement value.
  • the signal corresponding to Pressure measuring means for outputting to the device, and a gas concentration flux measuring device comprising:
  • a flow velocity measuring means for directly measuring a flow velocity component in two horizontal directions and a flow velocity component in a vertical direction of the gas flow in the measurement area, and outputting these measurement signals to the analyzer.
  • the analyzer performs an analysis based on the eddy correlation law using a signal input from the flow velocity measuring means, and uses the analysis result to calculate a momentum flux in a measurement area (a horizontal momentum of the entire measurement area [eg: The average density of the atmosphere X horizontal wind speed], the vertical direction transport volume), the concentration flux of the gas to be measured (vertical transport volume only for the gas to be measured), and the force to calculate the gas concentration to be measured, or
  • a second light source for irradiating a laser to the measurement region, a laser emitted from the second light source and transmitted through the measurement region, and a signal corresponding to the intensity of the received light are transmitted as described above.
  • a third light receiving device for outputting to the analyzing device, wherein the analyzing device obtains a time change of the laser transmittance using a signal to which the third light receiving device force is also inputted, and obtains the obtained laser transmittance Time-varying force of time Deriving the time-dependent change in gas density, and analyzing the time-dependent change in gas density based on the Monin-Obukhov similarity rule to ascertain the turbulence state of the gas to be measured, and using the analysis results Force to calculate the momentum flux in the measurement area, the concentration flux of the gas to be measured and the concentration of the gas to be measured, or
  • a second light source that oscillates a laser beam having an absorption wavelength unique to the gas to be measured toward the measurement region, and receives the laser that is oscillated by the second light source and transmitted through the measurement region
  • a third light receiving device that outputs a signal corresponding to the received light intensity, and an AC component as a modulation signal is removed from the received signal, and the DC component of the received light intensity is analyzed as described above.
  • a third DC component detector for outputting to the device, wherein the analysis device obtains the time change of the laser transmittance using the signal input from the third DC component detector, and obtains the time change.
  • a polarization plane rotation for rotating the polarization plane of the laser oscillated from the single light source.
  • a third light receiving device that receives the laser whose polarization plane has been rotated by the polarization plane rotation device and outputs a signal corresponding to the intensity of the received light.
  • a third DC component detector that removes an AC component as a modulation signal from the signal and outputs a DC component of the received light intensity to the analysis device, wherein the analysis device includes the third DC component.
  • Detector force Calculates the time change of the laser transmittance using the input signal, derives the time change force of the calculated laser transmittance, the time change of the gas density, and further calculates the time change of the gas density.
  • the analysis based on the Monin-Obukhov similarity rule is performed in order to grasp the state of the turbulence, and the momentum flux in the measurement area, the concentration flux of the measurement target gas, and the force for calculating the measurement target gas concentration by using the analysis results, or
  • a polarization plane rotation device having an externally controlled Faraday rotator, for rotating the polarization plane of the laser oscillated from the single light source, and controlling the rotation angle of the Faraday rotator,
  • a polarization plane modulation controller for switching the polarization plane between longitudinally polarized light and laterally polarized light at a constant period; and an output signal of the first light receiving device based on the intensity modulation reference signal from the polarization plane modulation controller.
  • a first polarization plane demodulator that detects a signal synchronized with the polarization plane modulation from the signal and outputs a signal proportional to the received light intensity of the vertically polarized laser beam transmitted through the measurement area to the analyzer as a measurement section laser absorption signal.
  • Proportional to received light intensity A second polarization plane demodulator for outputting the obtained signal as a measurement section laser absorption signal to the analyzer, and an output of the first light receiving apparatus based on an intensity modulation reference signal from the polarization plane modulation controller.
  • a third polarization plane demodulator that detects a signal synchronized with the polarization plane modulation from among the signals and outputs a signal proportional to the received light intensity of the laser beam transmitted through the measurement area to the analyzer as a concentration measurement signal.
  • the analysis apparatus determines the time change of the laser transmittance using the first, second, and third polarization plane demodulator force input signals, and determines the time change of the determined laser transmittance as well as the gas density. To determine the turbulence state of the gas to be measured from the time change of the gas density.
  • An analysis based on the Monin-Obukhov similarity rule is performed, and operation of the measurement area is performed using the analysis results. It is characterized in that the momentum flux, the concentration flux of the gas to be measured and the concentration of the gas to be measured are calculated.
  • the “momentum flux” refers to the vertical transport amount of the horizontal momentum (eg, the average atmospheric density X the horizontal wind speed) of the entire gas existing in the measurement region. I do.
  • gas concentration flux refers to the vertical transport amount of only the measurement target gas in the measurement area.
  • a wide-area gas concentration measurement device using a wavelength-modulated TDLAS and a wide-area momentum flux measurement device using the scintillation method are combined, and their measurement results are integrated based on the Monin-Obukhov similarity rule. This makes it possible to measure gas concentration flux over a wide area.
  • FIGS. 16A and 16B the procedure for deriving the momentum flux by the scintillation method is shown in FIGS. 16A and 16B.
  • the basic principle of deriving the momentum flux by the scintillation method is described in detail in Non-Patent Document 2. Note that, in the derivation procedure shown in FIGS. 16A and 16B, the notation is different from that of Non-Patent Document 2, and the basic concept is the same.
  • the laser beam passes through the measurement region, if the region gas (atmosphere) is disturbed, the laser beam is slightly bent due to a change in the refractive index, and the laser beam blinks at the light receiving portion (laser scintillation). ) Is measured. In the scintillation method, the blinking is measured by the two light-receiving units, and as shown in Fig. 16A, the variance (Bl, B2) and covariance (B) of each data are used to determine the minimum unit of turbulence in the atmosphere (internal scale). ) Lo, momentum energy dissipation rate ⁇ , degree of fluctuation of atmospheric density ⁇ (density structure function) Cn 2 are obtained.
  • the concentration g of the gas to be measured in the measurement area is determined by TDLAS, the degree of fluctuation (gas concentration structure function) of the measurement gas in the measurement area is determined from the result, and the temperature structure function Cr 2 is similarly calculated from the temperature measurement result Ask.
  • the present invention not only can the gas concentration flux measuring technology with improved measurement accuracy by overcoming the problems of the conventional technology be realized, but also over a wide area gas that cannot be achieved only by the combination of the conventional technologies.
  • Real-time measurement of concentration flux becomes possible.
  • environmental measurement and leak monitoring using the present invention can significantly reduce labor and cost as compared with the method combining the conventional methods, and ultimately, forest management and various plants.
  • Safety management can be advanced.
  • the number of laser oscillation devices and the number of light receiving devices can be reduced by switching the polarization plane of the laser between vertically polarized light and horizontally polarized light.
  • the following advantages of the wavelength modulation TDLAS device as a gas concentration measuring device are fully exhibited.
  • wavelength modulation TDLAS measurement is optical measurement
  • gas sampling and pretreatment required in the conventional technology are not required. For this reason, it is possible to measure the gas concentration flux over a wide area, which was impossible with the combination of the conventional techniques, and to realize real-time measurement for good time response.
  • concentration measurement sensitivity by wavelength modulation has been greatly improved, and sufficient sensitivity can be obtained even if the measurement time constant is reduced (even if the time response is increased). It becomes possible to measure the gas concentration flux.
  • a laser having a very narrow wavelength line width is used as a light source, it is not affected by a coexisting gas.
  • the effect of solid particles can be removed by wavelength modulation measurement, and the effect of dirt is strong. Measurement can be performed without problems even in bad conditions such as rainy weather.
  • wavelength modulation TDLAS is an optical measurement using a laser
  • real-time measurement of a wide range of gas concentrations is possible, which was very difficult with conventional gas concentration measurement technology. Therefore, by combining this wavelength-modulated TDLAS technology with a wide-area momentum flux measurement technology using the scintillation method, real-time measurement of a wide-area gas concentration flux becomes possible.
  • the gas concentration measuring device 10 includes a light source 2, a light receiving unit 3 for measurement, a DC component detector (for measurement) 4, a DC component detector (for reference) 12, a wavelength modulation demodulator (for concentration measurement) 5, and a wavelength.
  • Modulation controller 6 wavelength modulation demodulator (for concentration calibration) 7, wavelength modulation demodulator (for laser wavelength fixed signal) 8, adder 9, LD controller (laser output controller) 11, AZD converter 13
  • the computer is equipped with 14.
  • the outer periphery of the light source unit 2 is covered with an optical container 2a having excellent weather resistance, and the semiconductor laser light source 21, the reference cell 25, and a part of the laser light are transmitted toward the optical window 23 and partially reflected therein.
  • the semiconductor laser light source 21 is provided in the LD module together with a Peltier device for controlling the temperature of the laser device.
  • the semiconductor laser device is connected to a drive circuit of the LD control device 11, and its temperature and current are controlled.
  • the oscillation signal S1 sent from the LD control device 11 to the light source 21 is feedback-controlled by the signal S13 from the adder 9.
  • the case where a semiconductor laser element is adopted as the light source 21 is described as an example.
  • the light source of the present invention is not limited to the semiconductor laser element, and other wavelength modulation is not limited to the semiconductor laser element.
  • the present invention can be applied to all possible laser oscillators, and also applicable to non-laser light and electromagnetic waves where wavelength modulation is possible.
  • the LD control device 11 may be controlled manually or may be controlled externally.
  • a temperature measuring device T1 and a pressure measuring device P1 are provided so that the temperature measuring signal S2 and the pressure measuring signal S3 are sent to the computer 14 as an analysis unit via the AZD converter 13. Become! / Puru.
  • the measurement light receiving section 3 is arranged so that the optical axis coincides with the optical axis of the light source section 2, and receives the laser beam transmitted through the measurement area (gas, particles) 100.
  • a first DC component detector (for measurement) 4 and a first wavelength modulation demodulator 5 are provided downstream of the measurement light receiving unit 3.
  • the first DC component detector 4 removes the AC component as a modulation signal from the signal S4 output from the measurement light receiving unit 3 and sends the DC component signal S5 of the received light intensity to the combi unit 14 as an analysis unit. Output.
  • the first wavelength modulation demodulator (for concentration measurement) 5 outputs a signal output from the first light receiving device (measuring light receiving unit) 3 based on the reference signal S10 from the wavelength modulation control device 6.
  • the even-order harmonic component of the wavelength modulation signal applied to the laser is detected from S4, and a signal S6 proportional to the concentration of the gas to be measured in the measurement area is output.
  • the wavelength modulation control device 6 is provided before the first wavelength modulation demodulator 5 for concentration measurement, the second wavelength modulation demodulator 7 for concentration calibration, and the adder 9, and the two wavelength modulation demodulators are provided.
  • the wavelength modulation reference signal S10 is output to the adders 5 and 7, respectively, and the wavelength modulation signal S11 is output to the adder 9.
  • the reference cell 25 is filled with a gas to be measured (for example, CO gas) having a known concentration.
  • a gas to be measured for example, CO gas
  • the laser which is distributed by the system (notch mirror 22, mirror 24) and is no longer directed to the measurement area 100 is arranged at a position where it can permeate through the sealed gas.
  • the second light receiving device (reference light receiving unit) 26 is disposed after the reference cell 25.
  • the laser beam transmitted through the sealed gas in 25 is received, and a signal S7 corresponding to the
  • the second DC component detector 12 removes the AC component as a modulation signal from the signal S7 output from the second light receiving device 26, and converts the DC component signal S8 of the received light intensity into an analysis unit (computer). Output to 14).
  • the second wavelength modulation demodulator (for concentration calibration) 7 receives the reference signal S from the wavelength modulation controller 6
  • the even-order harmonic component of the wavelength-modulated signal applied to the laser is detected from the signal S7 output from the second light-receiving device 26, and the signal is proportional to the concentration of the sealed gas in the reference cell 25.
  • the third wavelength modulation demodulator (for laser wavelength fixed signal) 8 is based on the reference signal S10 from the wavelength modulation control device 6, and is selected from among the signals S7 output from the second light receiving device. An odd-order harmonic component of the wavelength modulation signal applied to the laser is detected, and a reference signal S12 for fixing the laser wavelength to the absorption wavelength of the gas to be measured is output to the adder 9.
  • the analysis unit (computer) 14 includes a temperature measuring device Tl, a pressure measuring device Pl, a first DC component detector 4, a first wavelength modulation demodulator 5, a second DC component detector 12, and a second DC component detector 12. Based on the signals S2, S3, S5, S6, S8, and S9 output from each of the 7 wavelength modulation demodulators 7, the gas concentration and the solid particle concentration in the lj region 100 are calculated, respectively. The calculation result is recorded and output on the display.
  • the adder 9 adds the modulation signal S11 from the wavelength modulation control device 6 and the laser wavelength fixing signal S12 from the third wavelength modulation demodulator 8 and controls the added signal S13 for laser output control. Output as an external control signal to the device (LD control device) 11.
  • a force for enclosing a standard gas of a known gas concentration at a constant pressure or flowing is provided inside the reference cell 25, a force for enclosing a standard gas of a known gas concentration at a constant pressure or flowing is provided.
  • the known gas concentration in the reference cell 25, the known optical length of the reference cell 25, and the known optical length of the measurement area are stored in the computer 14 as an analysis unit. input.
  • the computer 14 calls up a predetermined mathematical expression from the memory, substitutes the three input data into the corresponding parameters of the predetermined mathematical expression, and obtains the gas concentration value by calculation.
  • the obtained gas concentration value is recorded continuously, and the state that changes every moment is displayed on the display screen.
  • the above is the portion responsible for measuring the gas concentration in the apparatus of the present invention.
  • the apparatus of the present invention further includes a portion for performing a flux measurement described below in addition to the above-described gas concentration measurement portion.
  • FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of the gas concentration flux measuring device of the embodiment. It should be noted that a description of a portion in which the gas concentration flux measuring device 10A of the present embodiment overlaps the gas concentration measuring device 10 described above will be omitted.
  • the gas concentration flux measuring device 1OA includes another laser light source 21A in addition to the semiconductor laser light source 21 in the light source unit 2A. Therefore, two optical windows 23a and 23b are provided side by side in the optical system container 2a, and the oscillation laser of the first light source (semiconductor laser light source) 21 is emitted from one optical window 23a to the measurement area 100, and the other is opened. The oscillating laser of the second light source (laser light source) 21A is emitted from the optical window 23b to the measurement area 100.
  • the first and second light sources 21, 21A are aligned with each other so that the optical axes of the two laser beams are substantially parallel.
  • the light receiving section 3A includes a second measuring light receiving section 32 in addition to the first measuring light receiving section 31.
  • the first measurement light receiving section 31 receives the laser oscillated from the first light source 21 and outputs a signal S41 thereof to the first DC component detector 41.
  • the second measurement light receiving section 32 receives the laser oscillated from the second light source 21A, and outputs a signal S42 to the third DC component detector 42.
  • the third DC component detector 42 removes an AC component as a modulation signal from the received light signal S42 and outputs an atmospheric turbulence component signal S52 to the analysis unit (computer) 14.
  • the first DC component detector 41 removes the AC component as a modulation signal from the received light signal S42, and outputs the measurement unit received light intensity signal S51 to the analysis unit (computer) 14.
  • the wavelength modulation demodulator (for concentration measurement) 5 Based on the reference signal S10 from the wavelength modulation control device 6, the wavelength modulation demodulator (for concentration measurement) 5 outputs the signal S41 output from the first light receiving device (first measurement light receiving unit) 31.
  • the intermediate power also detects the even-order harmonic component of the wavelength modulation signal applied to the laser, and outputs a signal S61 proportional to the concentration of the gas to be measured in the measurement area 100.
  • the analysis unit (computer) 14 includes a temperature measuring device Tl, a pressure measuring device Pl, a first DC component detector 41, a first wavelength modulation demodulator 5, a second DC component detector 12, Based on the signals S2, S3, S51, S52, S61, S8 and S9 output from the wavelength modulation demodulator 7 and the third DC component detector 42, respectively, the gas in the measurement area 100 according to the MOS shell Ij. In addition to calculating the concentration and the solid particle concentration, the momentum flux in the measurement area 100 is calculated, and the calculation results are continuously recorded and output on a display. 99 in the figure is a forest in the measurement area 100.
  • FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of a gas concentration flux measuring device according to another embodiment. Note that a description of a portion where the gas concentration flux measuring device 10B of the present embodiment overlaps the above-described devices 10 and 10A will be omitted.
  • the gas concentration flux measuring device 10B includes a polarization plane rotation device (fixed at 90 °) 27 and optical systems 22a, 22b, 24a, and 24b for laser distribution in the light source unit 2B.
  • Two half mirrors 22 a and 22 b are inserted between the light source (semiconductor laser light source) 21 and the polarization plane rotating device 27.
  • the first half mirror 22a reflects a part of the laser light oscillated from the single light source 21 and distributes it to the reference cell 25 via the mirror 24a.
  • the second half mirror 22b reflects a part of the light transmitted through the first half mirror 22a, and outputs the reflected light from the first optical window 23a to the measurement area 100 via the mirror 24b.
  • the polarization plane rotator 27 has a built-in Faraday rotator that rotates vertical polarized light by 90 ° and alternately converts the polarized light into horizontal polarized light.
  • the laser light whose polarization plane has been modulated by the polarization plane rotation device 27 is emitted from the second optical window 23b to the measurement area 100.
  • the optical systems 22a, 22b, 24a, 24b and the polarization are set so that the optical axes of the two laser beams are substantially parallel.
  • the light plane rotators 27 are aligned with each other.
  • the light receiving section 3B includes a second measuring light receiving section 32 in addition to the first measuring light receiving section 31.
  • the first measurement light receiving section 31 receives the oscillation laser and outputs a signal S41 thereof to the first DC component detector 41.
  • the second measurement light receiving section 32 receives the polarization plane modulated laser, and outputs a signal S42 thereof to the third DC component detector 42.
  • the third DC component detector 42 removes an AC component as a modulation signal from the received light signal S42, and outputs an atmospheric turbulence component signal S52 to the analysis unit (computer) 14.
  • the first DC component detector 41 removes the AC component as a modulation signal from the received light signal S41, and outputs the measurement unit received light intensity signal S51 to the analysis unit (computer) 14.
  • the wavelength modulation demodulator (for concentration measurement) 5 is based on the reference signal S 10 from the wavelength modulation control device 6, and performs wavelength modulation in which both the first light receiving device power and the output signal S 41 are applied to the laser. Detects the even harmonic components of the signal and outputs signal S61 proportional to the concentration of the gas to be measured in the measurement area.
  • the analysis unit (computer) 14 includes a temperature measuring device Tl, a pressure measuring device Pl, a first DC component detector 41, a first wavelength modulation demodulator 5, a second DC component detector 12, Measurement area according to MOS shell lj based on signals S2, S3, S51, S52, S61, S8, S9 output from wavelength modulation demodulator 2 (for concentration calibration) 7 and third DC component detector 42, respectively.
  • Tl temperature measuring device
  • Pl pressure measuring device
  • a first DC component detector 41 a first wavelength modulation demodulator 5
  • second DC component detector 12 Measurement area according to MOS shell lj based on signals S2, S3, S51, S52, S61, S8, S9 output from wavelength modulation demodulator 2 (for concentration calibration) 7 and third DC component detector 42, respectively
  • the momentum flux in the measurement area 100 is calculated, and the calculation results are continuously recorded and output on a display.
  • FIG. 4 is a diagram showing the overall configuration of still another gas concentration flux measuring device. It should be noted that a description of a portion where the gas concentration flux measuring device 10C of the present embodiment overlaps the above-described devices 10, 10A, and 10B will be omitted.
  • the gas concentration flux measuring device 10C includes an externally controlled polarization plane (modulation) rotating device (0 ° / 90 °) 27A in the light source unit 2C.
  • the half mirror 22a reflects a part of the laser light oscillated from a single light source (semiconductor laser light source) 21 and passes the reflected light through a mirror 24. Then, the laser beam is distributed to the reference cell 25 and a part of the oscillated laser light is transmitted to the external control polarization plane rotation device 27A.
  • the externally controlled polarization plane rotator 27A uses the Faraday rotator to rotate the vertically polarized light (0 °) and the transversely polarized light (90 °) at a predetermined timing. °) switch between.
  • the laser light is subjected to polarization plane modulation by the external control polarization plane rotation device 27A, then emitted from the optical window 23 toward the measurement area 100, and received by the measurement light receiving unit 3C. That is, in the apparatus of the present embodiment, the flux measurement and the concentration measurement are performed simultaneously by the timing control in which one laser beam oscillated from the single light source 21 is alternately switched between vertically polarized light and horizontally polarized light. I have.
  • the measurement light receiving unit 3C transmits the received light signal S4 to the first polarization plane modulation demodulator 17a, the second polarization plane modulation demodulator 17b, and the first wavelength modulation demodulator (for concentration measurement) 5, respectively. Output.
  • the polarization plane modulation control device 15 outputs the modulation control signal S14 to the externally controlled polarization plane rotation device 27A, and outputs the signal phase converter 16, the first polarization plane modulation demodulator 17a, and the third polarization plane modulation
  • the polarization plane modulation reference signal S15 is output to each of the demodulators 18.
  • the signal phase converter 16 converts the phase of the signal, and converts the phase conversion signal S16 into a second polarization plane modulation demodulator 17b.
  • the wavelength modulation demodulator 5 detects an even harmonic component of the wavelength modulation signal applied to the laser from the received light signal S4 based on the reference signal S10 from the wavelength modulation control device 6, and A signal S 6 proportional to the concentration of the gas to be measured is output to the third polarization plane modulation demodulator 18.
  • the first polarization plane modulation demodulator 17a When the first polarization plane modulation demodulator 17a receives the polarization plane modulation reference signal S15 from the polarization plane modulation controller 15, the first polarization plane modulation demodulator 17a detects a signal synchronized with the polarization plane modulation from among the received light signals S4, and performs measurement. A signal proportional to the received light intensity of the longitudinally polarized laser beam transmitted through the area 100 is output to the analyzer (computer) 14 as a laser absorption signal S18 of the measuring section.
  • the second polarization plane modulation demodulator 17b Upon receiving the phase conversion signal S16 from the signal phase converter 16, the second polarization plane modulation demodulator 17b detects a signal synchronized with the polarization plane modulation from the received light signal S4 and transmits the signal through the measurement area. And The signal proportional to the received light intensity of the transversely polarized laser is output to the analyzer (computer) 14 as the laser absorption signal S17 of the measuring section.
  • the third polarization plane modulation demodulator 18 is proportional to the intensity of the received light signal S4 of the laser transmitted through the measurement area 100.
  • the signal is output to the analyzer (computer) 14 as a concentration measurement signal S62.
  • the wavelength modulation reference signal S10 output from the wavelength modulation controller 6 and the polarization plane modulation reference signal S15 output from the polarization plane modulation controller 15 are combined with the wavelength modulation demodulator 5 or the third polarization plane. It is necessary to make these modulation frequencies different so as not to interfere with the modulation and demodulator 18.
  • the frequency modulation 2 for example, 100 Hz
  • the polarization plane modulation reference signal S15 is used as the wavelength modulation reference signal. It is desirable to set the frequency sufficiently lower than the frequency ⁇ 1 (for example, 10 kHz) of S10.
  • the polarization plane It is desirable that the frequency 2 (for example, 1 MHz) of the modulation reference signal S15 be set sufficiently higher than the frequency ⁇ 1 (10 kHz) of the wavelength modulation reference signal S10.
  • the analysis unit (computer) 14 includes a temperature measurement device Tl, a pressure measurement device Pl, a first polarization plane demodulator 17a, a second polarization plane demodulator 17b, a third polarization plane demodulator 18, a DC component.
  • 2nd wavelength modulation demodulator (for concentration calibration) 7 Force Based on output signals S2, S3, S17, S18, S62, S8, S9, measured according to MOS shell lj The gas concentration and the solid particle concentration in the region are respectively calculated, the momentum flux in the measurement region 100 is calculated, and the calculation results are continuously recorded and output on a display.
  • Example 1 As Example 1, CO flux and concentration were measured on a forest observation tower using a gas concentration flux measurement device combining a TDLAS gas concentration measurement device and an ultrasonic velocimeter.
  • Example 1 in order to verify the gas concentration flux measurement according to the present invention, FIG. As shown in the figure, the measurement unit 2D, in which the wavelength-variable TDLAS gas concentration measurement device and the ultrasonic velocimeter are incorporated in one protective vessel 2b, is installed on the forest observation tower 91, and the measurement results of both are measured by the eddy correlation method. The CO concentration flux on Forest Observation Tower 91 was measured. Na
  • the gas in the measurement area 100 was introduced into the measurement section 2D on the forest observation tower 91 through the sampling pipe 95. Also, a CO meter 93
  • the collected gas was pretreated by a predetermined method.
  • the control Z analysis unit 19D was installed in the observation room 90 near the tower.
  • the gas concentration flux measuring device 10D has a measuring unit 2D and a control Z-analyzing unit 19D.
  • the measuring unit 2D and the control Z-analyzing unit 19D use a communication cable or a wireless communication device. The transmission and reception of signals are performed between them.
  • the configuration of the wavelength variable TDLAS gas concentration measuring device 20 incorporated in the measuring section 2D is almost the same as the wavelength modulated TDLAS gas concentration measuring device shown in FIG.
  • the control Z analysis unit 19D uses a dual wavelength modulation mechanism (first wavelength modulation waveform generator 61, second wavelength modulation waveform generator 62) and a zero density point.
  • a zero concentration measurement unit (DC detector 65c, zero reference unit 29c) for monitoring is added.
  • PDS is a phase-sensitive detector
  • G is a measurement unit
  • R is a reference unit
  • Z is a background CO measurement
  • FB is a fixed wavelength.
  • the measuring unit 2D installed on the tower 91 includes a TDLAS optical system unit 20 that oscillates a laser, a light receiving device (PD-G) 29a that receives the laser transmitted through the measurement area 100, and An ultrasonic anemometer 51 is provided.
  • the measuring unit 2D is entirely covered with a protective container 2b.
  • the entire TDLAS optical system unit (variable wavelength TDLAS gas concentration measuring device) 20 is surrounded by an optical system container 2a having excellent weather resistance in order to improve environmental resistance.
  • An optical window 23 for emitting laser light is attached to the optical system container 2a.
  • a light receiving device (PD-G) 29 a composed of a photodiode is arranged to face the optical window 23.
  • the open end of the sampling tube 95 is introduced into the inside of the measuring section 2D, and is located between the light receiving device (PD-G) 29a and the optical window 23, between which sampling gas (the atmosphere in the forest 99) is supplied. It has become so.
  • the distance L1 from the optical window 23 to the light receiving device (PD-G) 29a was set to about 2 m.
  • the control Z analysis unit 19D installed in the observation room 90 beside the forest observation tower 91 controls the laser control of the laser oscillation of the semiconductor laser (LD) 28, and modulates the laser light.
  • the first phase-sensitive detector No.
  • the wavelength for sweeping the laser wavelength around the CO absorption wavelength is used.
  • a sweep waveform generator (FG) 66 and a switching switch (SW) 67 for switching the signal to a laser wavelength fixed signal are added.
  • the measuring unit 2D houses an ultrasonic current meter 51, a semiconductor pressure sensor 53, and a temperature sensor 52. These ultrasonic flowmeters 51 and sensors 52 and 53 are mounted near the gas outlet of the sampling pipe 91, and convert the flow velocity measurement signal S19, temperature measurement signal S2 and pressure measurement signal S3 to the AZD converter 13. Output to PC 14 via
  • Single semiconductor laser (LD) 28 adjusts laser oscillation wavelength to one of CO absorption wavelengths
  • the optical system includes a first half mirror 22a, a second half mirror 22b, and a reflection mirror 24.
  • the first half mirror 22a transmits and distributes a part of the laser light oscillated from the light source 28, and receives the measurement light receiving device (PD-G) 29 from the optical window 23.
  • the light is emitted toward a, and a part of the oscillation laser light is reflected and distributed to the second half mirror 22b.
  • the second half mirror 22b reflects a part of the distributed light to further distribute it to the reference cell 25, and transmits a part of the distributed light to the zero reference portion (PD—Z ) Distribute to 29c.
  • the light transmitted through the reference cell 25 enters the reference light receiving device (PD-R) 29b, and a light receiving signal is output to the DC detector (LPF) 65b of the control Z analyzer 19D.
  • the DC detector (LPF) 65b outputs to the personal computer 14 a signal S22 obtained by removing an AC component as a modulation signal from the received light signal.
  • the DC detector (LPF) 65c converts the received light signal into a modulated signal.
  • the signal S21 from which the AC component has been removed is output to the personal computer 14.
  • the measuring photodetector (PD-G) 29a is connected to each of the DC detector (LPF) 65a and the first phase-sensitive detector (No. 1—PSD-G) 63a of the control Z analyzer 19D. Outputs the received light signal.
  • the DC detector (LPF) 65a When the light receiving signal is input to the DC detector (LPF) 65a, the DC detector (LPF) 65a outputs to the personal computer 14 a signal S23 obtained by removing an AC component as a modulation signal from the light receiving signal.
  • the first phase-sensitive detector (No. 1-PSD-G) 63a receives a signal from the measurement light-receiving device 29a based on the wavelength modulation reference signal from the first wavelength modulation waveform generator (No. 1 FG) 61.
  • the even-order harmonic component of the wavelength-modulated signal applied to the laser is detected from the output signal, and a signal proportional to the gas concentration in the reference cell is detected by a second phase-sensitive detector (No. 2—PS).
  • DG second phase-sensitive detector
  • the second phase-sensitive detector (No. 2-PSD-G) 64a receives the light receiving device 29a based on the wavelength modulation reference signal from the second wavelength modulation waveform generator (No. 2-FG) 62. Detects odd harmonic components of the wavelength modulation signal applied to the laser from among the signals output from the laser, and outputs a signal S 24 proportional to the gas concentration in the reference cell to the personal computer 14.
  • the swept-wavelength waveform generator (FG) 66 is used to slowly sweep the laser oscillation wavelength at the absorption spectrum specific to the gas to be measured, for example, by using a ramp wave having a frequency of 0.5 Hz or 0.01 Hz.
  • the injection current of the semiconductor laser device is applied.
  • use the wavelength sweep waveform generator 66 The sweep of the single oscillation wavelength is stopped, and the laser oscillation wavelength is locked at a predetermined wavelength.
  • the wavelength sweep signal S28 is output from the wavelength sweep waveform generator 66 to the personal computer 14.
  • the two wavelength modulation waveform generators 61 and 62 apply sine waves of different frequencies to the injection current of the semiconductor laser element 28 in order to modulate the laser oscillation wavelength.
  • the adder 9 includes a sweep signal S29 from the wavelength sweep waveform generator 66, modulation signals S25 and S26 of different frequencies f and w from the two wavelength modulation waveform generators 61 and 62, and a two-stage phase sensitive detection.
  • the third-order differential demodulation signal S27 of frequency 2f + w from the wavers 63a-63d and 64a-64d is superimposed and applied to the injection current of the semiconductor laser device.
  • a ramp wave having a sweep wavelength is applied to the injection current from the wavelength sweep waveform generator 66, and sine waves of different frequencies f and w are applied to the injection current from the respective wavelength modulation waveform generators 61 and 62.
  • the signal that receives this laser beam contains the modulation frequencies f and w and their harmonics, so the signal is doubled by the first phase-sensitive detectors 63a-63d at a frequency of 20kHz (2f).
  • the second phase-sensitive detectors 64a-64d at twice the frequency of 1 kHz (2w)
  • the superimposed fourth-order differential signal (2f + 2w) is sent to the personal computer 14.
  • the signal demodulated at double frequency 20kHz (2f) by first phase-sensitive detectors 63a-63d is demodulated at frequency w by second phase-sensitive detectors 64a-64d.
  • the tertiary differential signal (2f + w) on which these are superimposed is sent to the adder 9 through the switching switch 67, and based on this signal, the laser oscillation wavelength is feedback controlled to the absorption center wavelength of the gas to be measured. Is done.
  • the wind speed on the tower 91 is measured by the ultrasonic current meter 51, and the wind speed signal (S) is output to the control Z analysis unit 19D of the observation room 90.
  • the pressure in the measurement area 100 is measured by the semiconductor pressure sensor 53, and the pressure measurement signal S3 is output to the observation room 90.
  • the temperature in the measurement area 100 is measured by the thermocouple (temperature sensor) 52.
  • the temperature measurement signal S2 is output to the personal computer 14. In some cases, the temperature and pressure are measured with a laser using the characteristics of the absorption spectrum of the target gas at V without using a sensor.
  • a wavelength sweep waveform generator (FG) 66 is used to measure the absorption spectrum.
  • the atmosphere was sampled from a position substantially the same as the measurement area of the present invention, pre-processed by the pre-processor 94, and 93, and eddy correlation analysis with the measurement results of the ultrasonic velocimeter 51.
  • Figure 6 takes the measurement time in the horizontal axis, CO concentration flux measured on the vertical axis (mgZm 2 'S) and
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing measurement results of Example 1.
  • the solid line A1 shows the result of Example 1 measured by the apparatus of the present invention
  • the broken line B1 shows the result of the comparative example measured by the conventional apparatus using the sampling method.
  • the conventional apparatus cannot sufficiently capture the speed and fluctuation in the measurement area, and tends to underestimate the flux amount compared to the actual case.
  • the Co concentration flux measurement by the apparatus of the present invention was able to accurately capture fast fluctuations in the measurement area.
  • Embodiment 2 a wide-area gas concentration Example of measuring wide-area CO flux between forest observation towers using the ration method
  • Example 2 in order to demonstrate the gas concentration flux measurement over a wide area according to the present invention, a variable wavelength TDLAS gas concentration measurement device and a scintillation method momentum flux measurement device were installed on a forest observation tower in combination. , Both measurement results
  • FIG. 7 shows an apparatus system of the second embodiment.
  • the configuration of the tunable TDLAS gas concentration measuring devices 2E and 19E is substantially the same as the device systems 2D and 19D of the first embodiment shown in FIG. 5, and the control Z analysis unit installed in the observation room 90.
  • 19E is substantially the same as the control Z analysis unit 19D of the first embodiment shown in FIG.
  • FG in each block is a waveform generator
  • PSD is a phase sensitive detector
  • G is a measurement unit
  • R is a reference unit
  • Z background CO measurement
  • FB is a fixed wavelength.
  • S indicates a scintillation measuring unit. The same applies to FIGS. 9, 11, and 13 described below.
  • the light source unit 2E installed on the first observation tower 91 includes the TDLAS optical system unit 20 having substantially the same configuration as that of the first embodiment and the scintillation measurement unit shown in Fig. 15D. 70 and.
  • the light source section 2E outputs the reference section received signal S22, the zero section received signal S21, and the intensity modulation reference signal S24 of the scintillation measurement unit 70 to the control Z analysis section 19E of the observation room 90, and simultaneously outputs the TDLAS optical signal.
  • the LD control signal S1 to the system unit 20 is transmitted from the control Z analysis unit 19E of the observation room 90.
  • the scintillation measurement unit 70 contains two scintillation measurement laser oscillators 71 and 72, and the emitted laser light is emitted to the measurement area 100 through the optical windows 73a and 73b, respectively, and the second tower 92
  • Each of the upper light receiving sections 3E receives light.
  • a semiconductor pressure sensor 53 and a thermocouple (temperature sensor) 52 are installed on the first forest observation tower 91, and the measured values are represented as the pressure and temperature of the measurement area 100.
  • the average pressure in the measurement area 100 is measured using the characteristics of the absorption spectrum of the target gas. In some cases, the average temperature is measured with a laser.
  • the light receiving unit 3E installed on the second forest observation tower 92 receives the laser transmitted from the TDLAS optical system unit 20 of the light source unit 2E on the first tower 91 and transmitted through the atmosphere. It consists of a light-receiving device (PD-G) 35 that emits light and light-receiving devices (PD-Sl, PD-S2) 33 and 34 that receive the laser emitted from the scintillation measurement unit 70.
  • the optical signals S23, S191, S192 (G, Sl, S2) are output to the control Z analyzer 19E of the observation room 90 for analysis.
  • signal transmission (* ⁇ ⁇ ⁇ in FIG. 7) from the light source unit 2E and the light receiving unit 3E on the towers 91 and 92 to the observation room 90 is performed by an electric wiring cable made of a normal metal wire.
  • the present invention is not limited to this.In order to cope with the case where the measurement length is further increased, adopt an optical fiber type or wireless type signal transmission method that can easily install communication facilities. Is also possible.
  • FIG. 8 takes the measurement time in the horizontal axis, CO concentration flux measured on the vertical axis (mgZm 2 'S) and
  • FIG. 9 is a characteristic diagram showing measurement results of Example 2.
  • the solid line A2 shows the result of Example 2 measured by the apparatus of the present invention
  • the broken line B2 shows the results of the concentration measurement using the conventional CO meter and the first measurement.
  • Comparative Example 1 combining the flux measurement with an ultrasonic velocimeter on the observation tower 91 are shown.
  • the two-dot chain line C2 shows the concentration measurement with the conventional CO meter and the measurement on the second observation tower 92.
  • Comparative Example 2 combining the flux measurement with an ultrasonic velocimeter are shown.
  • the measurement result (characteristic line A2) of Example 2 is a smoother change curve than the result (characteristic lines B2, C2) of the comparative example. This is because the device of the present invention has no obstacle (no disturbance) between the light source unit and the light receiving unit.
  • the measurement result of the comparative example using the conventional apparatus a lot of jaggies occur in the change curve.
  • since many measuring devices are installed in the measurement area if a certain measuring device force is used, another measuring device becomes an obstacle, and the measuring device itself causes disturbance.
  • a wavelength-variable TDLAS-type gas concentration measurement device having a scintillation method function added to the forest observation towers 91 and 92.
  • a semiconductor laser type gas concentration flux measurement device which is a single unit of this study, and analyzed the measurement results based on the Monin-Obukhov similarity rule to measure the wide area CO concentration flux between the forest observation towers 91 and 92.
  • the third embodiment is the same as the second embodiment.
  • FIG. 9 shows an apparatus system of the third embodiment.
  • the configuration of the wavelength-variable TDLAS-type gas concentration measurement devices 2F and 3F is almost the same as the representative device configuration shown in FIG. 2, and as in the second embodiment, to improve the measurement sensitivity and measurement stability. A heavy wavelength modulation mechanism and a zero point measurement mechanism are added. Further, the control Z analyzer 19F installed in the observation room 90 is almost the same as the control Z analyzer 19D of the second embodiment shown in FIG.
  • the specific arrangement of the apparatus is as follows.
  • the light source unit 2F installed on the first forest observation tower 91 has the basic configuration of the TDLAS optical system unit 20 in Examples 1 and 2, and a gas concentration measurement light source (LD1).
  • a laser oscillation device 28b separate from 28a is incorporated.
  • the reference unit received signal S22 and the zero unit received signal S21 are output to the control Z analysis unit 19F of the observation room 90, and at the same time, the control signals Sla and Sib of each light source unit LD are observed. It is transmitted from the control Z analyzer 19F of the room 90.
  • a semiconductor pressure sensor 53 and a thermocouple (temperature sensor) 52 are installed on the first forest observation tower 91, and the measured values are represented as the pressure and temperature of the measurement area 100.
  • the average pressure and average temperature of the measurement area 100 may be measured by a laser using the characteristics of the absorption spectrum of the target gas.
  • the light receiving unit 3F installed on the second observation tower 92 is provided with a light receiving device (PD-G, PD-G, laser) of each laser emitted from the optical unit 20 and transmitted through the atmosphere between the towers 91 and 92.
  • PD-S light receiving device
  • Control of measurement room 60 Output to the Z analysis unit 19F.
  • this signal transmission (marked with * in FIG. 7) was performed using a normal electric wiring cable. However, if the measurement length is further increased, optical fiber single transmission or radio transmission that is easy to install in a facility is performed. Is also possible.
  • FIG 10 takes the measurement time on the horizontal axis, vertical axis CO concentration flux was measured (mg / m 2 'S)
  • FIG. 9 is a characteristic diagram showing measurement results of Example 3.
  • the solid line A3 shows the result of Example 3 measured by the device of the present invention
  • the broken line B3 shows the result of the concentration measurement by the conventional CO meter.
  • Comparative Example 1 combining the flux measurement with an ultrasonic velocimeter on the first observation tower 91 are shown.
  • the two-dot chain line C3 shows the concentration measurement with the conventional CO meter and the measurement on the second observation tower 92.
  • Comparative Example 2 The results of Comparative Example 2 in which flux measurement by an ultrasonic velocimeter in Example 2 was combined were shown.
  • the measurement result (characteristic line A3) of Example 3 is a smoother change curve than the result (characteristic lines B3, C3) of the comparative example. This is because in the device of the present invention, there is no obstacle (no disturbance) between the light source unit and the light receiving unit.
  • the measurement results of the comparative example using the conventional apparatus show many jaggies in the change curve. This is because, in the prior art, a large number of measuring devices are installed in the measuring area, and from the viewpoint of a certain measuring device, another measuring device becomes an obstacle, and the measuring device itself can be determined by a force that causes disturbance.
  • a wavelength-variable TDLAS-type gas concentration measurement apparatus with a scintillation method function added to the forest observation towers 91 and 92.
  • FIG. 11 shows an apparatus system of the fourth embodiment.
  • the configuration of the wavelength-variable TDLAS-type gas concentration measurement device is almost the same as the representative device configuration shown in Fig. 3, but as in Example 2, double wavelength modulation is used to improve measurement sensitivity and measurement stability. Mechanism and zero point measurement mechanism added
  • the specific arrangement of the device is as follows.
  • the light source unit 2G installed on the first forest observation tower 91 distributes the measurement laser to the basic structure of the TDLAS optical system unit in Examples 1 and 2,
  • the polarization plane rotator 27G that rotates the laser polarization plane by 90 ° and oscillates toward the measurement area is added, and the reference part received signal S22 and the zero part received signal S21 are observed in the observation room.
  • the LD control signal S 1 to the TDLAS optical system unit 20 is output from the control Z analysis unit 19G of the observation room 90, and is output to the control Z analysis unit 19G of 90.
  • the polarization plane rotator 27G has a built-in Faraday rotator, and rotates the polarization plane of the laser light emitted from the semiconductor laser light source (LD) 28 by 90 ° to change the laser polarization plane from vertical polarization to horizontal polarization. It is something to convert.
  • LD semiconductor laser light source
  • a semiconductor pressure sensor 53 and a thermocouple (temperature sensor) 52 are installed on the first forest observation tower 91, and the measured values are represented as the pressure and temperature of the measurement area 100.
  • the average pressure and average temperature in the measurement area may be measured with a laser using the characteristics of the absorption spectrum of the target gas.
  • the light receiving unit 3G installed on the second forest observation tower 92 receives the two lasers emitted from the optical unit 20 and transmitted through the atmosphere between the towers 91 and 92. It consists of two light receiving devices (PD-G, PD-S) 29a and 29d, and the light-receiving signals S23 and S20 are output to the control Z-analyzing unit 19G of the observation room 90 for praying.
  • this signal transmission (indicated by * in Fig. 11) was carried out using a normal electric wiring cable. However, if the measurement length was further increased, an optical fiber system that could easily install communication facilities was used. And wireless transmission are also possible.
  • the control Z analysis unit 19G installed in the observation room 90 later is almost the same as that of the second embodiment shown in FIG.
  • FIG. 9 is a characteristic diagram showing measurement results of Example 4.
  • the solid line A4 shows the result of Example 4 measured by the present invention
  • the dashed line B4 shows the result of the concentration measurement by the conventional CO meter.
  • Comparative Example 1 which combines flux measurement with an ultrasonic velocimeter on the first observation tower 91, are shown.
  • the two-dot chain line C4 shows the concentration measurement with the conventional CO meter and the measurement on the second observation tower 92.
  • a fifth embodiment will be described in which a semiconductor laser gas concentration flux measuring device is used to measure a wide area CO flux between forest observation towers.
  • a semiconductor laser gas concentration flux measuring device is used to measure a wide area CO flux between forest observation towers.
  • a wavelength-variable TDLAS-type gas concentration measuring apparatus having a scintillation method function added to the forest observation towers 91 and 92.
  • 2H and 10H semiconductor laser gas concentration flux measurement devices which are single units of the system, were analyzed based on the Monin-Obukhov similarity rule, and the wide-area CO concentration flux between the forestry observation towers 91 and 92 was analyzed. Measured. Note that, in the present embodiment,
  • FIG. 13 shows an apparatus system of the fifth embodiment.
  • the configuration of the tunable TDLAS gas concentration measurement device is almost the same as the typical device configuration shown in Fig. 4 because the polarization plane modulation frequency is sufficiently lower than the wavelength modulation frequency, but is the same as in Example 2.
  • a dual wavelength modulation mechanism and a zero point measurement mechanism have been added to improve measurement sensitivity and measurement stability.
  • the specific device arrangement is such that the light source unit 2H installed on the first forest observation tower 91 is used to add a polarization plane modulation function to the basic structure of the TDLAS optical system unit in Examples 1 and 2. It is composed of a polarization plane modulator 59 and an optical unit 20 to which the modulation controller 58 has been added.
  • the reference section received signal S22, the zero section received signal S21, and the polarization plane modulated reference signal S37 control the observation room 90.
  • the D control signal SI is also transmitted to the control room 90 of the observation room 90.
  • a semiconductor pressure sensor 53 and a thermocouple (temperature sensor) 52 are installed on the first forest observation tower 91, and the measured values are represented as the pressure and temperature of the measurement area.
  • the average pressure and average temperature in the measurement area are measured with a laser using the characteristics of the absorption spectrum of the target gas.
  • the control Z analysis unit 19H installed in the observation room 90 is different from that of the second embodiment shown in Fig. 7 in that the signal output from the second phase-sensitive detector (No. 2—PSD-G) 64a
  • the third phase-sensitive detector (No. 3—PSD-G) 64e for detecting the signal component synchronized with the modulation based on the polarization plane modulation reference signal S37, and the PD—G received signal
  • the first phase-sensitive detector (No. 1—PSD—S) 63a for extracting the received light intensity signal of a vertically polarized laser
  • the first phase-sensitive detector for extracting the received light intensity signal of a horizontally polarized laser from the PD—G received signal
  • the light receiving unit 2H installed on the second forest observation tower 92 receives a laser emitted from the optical unit 20 and transmitted through the air between the towers 91 and 92 (PD-G) 29
  • the received light signal S22 is output to the control Z analysis unit 19H of the observation room 90 for analysis.
  • this signal transmission (indicated by * in FIG. 11) was performed using a normal electric distribution cable.
  • an optical fiber system that can be easily installed in a communication facility, It is also possible to use wireless transmission.
  • FIG 14 takes the measurement time on the horizontal axis, vertical axis CO concentration flux was measured (mg / m 2 'S)
  • FIG. 9 is a characteristic diagram showing measurement results of Example 5.
  • the solid line A5 shows the result of Example 5 measured by the device of the present invention
  • the dashed line B5 shows the concentration measured by the conventional CO meter.
  • Comparative Example 1 combining the flux measurement with an ultrasonic velocimeter on the first observation tower 91 are shown.
  • the two-dot chain line C5 shows the concentration measurement with the conventional CO meter and the measurement on the second observation tower 92.
  • the gas concentration flux measuring device of the present invention is used for monitoring the abundance of global warming gas (GHG) over a wide area.
  • GFG global warming gas
  • FIG. 1 is a configuration block diagram showing a part of a basic gas concentration measuring device incorporated in the device of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a gas concentration flux measuring device (a combination of two laser light sources and two light receiving devices) of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a gas concentration flux measuring device (a combination of one laser light source and two light receiving devices; polarization plane modulation method) of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration block diagram showing a gas concentration flux measuring apparatus (a combination of one laser light source and one light receiving apparatus; externally controlled polarization plane modulation method) of the present invention.
  • FIG. 5 (a) is a configuration block diagram showing a gas concentration flux measuring apparatus (Example 1; CO concentration flux measuring example on a forest observation tower) of the present invention, and (b) is a schematic layout diagram of the apparatus.
  • FIG. 7 (a) is a configuration block diagram showing a gas concentration flux measuring apparatus of the present invention (Example 2; an example of measuring a wide area CO concentration flux between forest observation towers), and (b) is a schematic layout diagram of the apparatus.
  • FIG. 8 is a characteristic diagram showing measurement results of Example 2 (results of wide area CO flux measurement between forest observation towers in combination with the scintillation method).
  • FIG. 9 (a) is a configuration block diagram showing a gas concentration flux measuring apparatus of the present invention (Example 3; an example of measuring a wide area CO concentration flux between forest observation towers), and (b) is a schematic arrangement diagram of the apparatus.
  • FIG. 10 is a characteristic diagram showing measurement results of Example 3 (results of wide-area CO flux measurement between forest observation towers using a semiconductor laser gas concentration flux measurement device).
  • FIG. Ll (a) is a block diagram showing a configuration of a gas concentration flux measuring apparatus of the present invention (Example 4: an example of measuring a wide area CO concentration flux between forest observation towers), and (b) is a schematic arrangement diagram of the apparatus.
  • FIG. 12 is a characteristic diagram showing measurement results of Example 4 (results of wide-area CO flux measurement between forest observation towers using a semiconductor laser gas concentration flux measurement device).
  • FIG. 13 (a) is a configuration block diagram showing a gas concentration flux measuring apparatus of the present invention (Example 5: an example of measuring a wide area CO concentration flux between forest observation towers), and (b) is a schematic layout diagram of the apparatus.
  • FIG. 14 is a characteristic diagram showing measurement results of Example 5 (results of wide-area CO flux measurement between forest observation towers using a semiconductor laser gas concentration flux measurement device).
  • FIG. 15A is a schematic diagram of a conventional sampling device.
  • FIG.15B Schematic diagram of a conventional device used for measuring CO absorption in forests.
  • FIG.15C Schematic of a conventional device for measuring momentum flux in forests by the scintillation method
  • FIG. 15D is a schematic diagram of a conventional apparatus for measuring momentum flux by a scintillation method.
  • FIG. 16A is a flowchart showing a momentum flux deriving procedure by the scintillation method.
  • FIG. 16B A flowchart showing a procedure for deriving momentum flux by the scintillation method (continued from FIG. 16A).

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Abstract

【課題】森林等の広域を計測対象とし、共存物質の影響がなく、高応答性で、かつ計測安定性に優れたガス濃度フラックス計測装置を提供する。 【解決手段】レーザ光源と、レーザ出力制御装置と、波長変調制御装置と、第１の受光装置と、第１の直流成分検出器と、第１の波長変調復調器と、光学系と、参照セルと、第２の受光装置と、第２の直流成分検出器と、第２の波長変調復調器と、第３の波長変調復調器と、解析装置と、加算器と、温度計測手段と、圧力計測手段と、計測領域におけるガス流の水平２方向の流速成分と鉛直方向の流速成分とをそれぞれ直接的に計測し、これらの計測信号を解析装置に出力する流速計測手段とを有し、解析装置は、前記流速計測手段から入力される信号を用いて渦相関則に基づく解析を行い、その解析結果を用いて計測対象ガスの運動量フラックスと濃度を演算により求める。

Description

明 細 書
ガス濃度フラックス計測装置
技術分野
[0001] 森林での CO吸収量評価を行うため、また地面力 発生する地球温暖化ガス (GH
2
G)の発生量調査等の環境調査を行うため、あるいは CO地下処分プラントやガス貯
2
留設備やパイプライン等のガス漏洩を検知するために用いられるガス濃度フラックス 計測装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、温室効果ガス (GHG： CO CH N O等）による地球温暖化問題が注目され 、 4. 2
、地表面や工業プラントからの各種 GHG放出 Z漏洩量や、森林での CO
2吸収量の 把握は重要性をますます増してきて 、る。
[0003] 地表面力もの、単位面積当りのガス放出（フラックス)量を把握する最も簡単な方法 は、図 15Aに示すように、微小穴の開いた容器 101を地面 100aに伏せ、最初に容 器 101内の計測対象ガスの濃度を計測しておき、一定時間経過後に再度ガス濃度 計測を行う手法である。ガス濃度フラックス量は、濃度差および容器の接地面積 Z容 積から見積もることができる。図中、 104はガス採取器、 106は分析装置である。
[0004] また、近年、各所で活発に実施され始めている森林 COフラックス計測では、図 15
2
Bに示すように、森林 99中に観測タワー 91を設置し、タワー 91上にて時間応答性の 良い流速計 51と CO濃度計 93、 96を用いて大気観測を行い、両者の計測結果を渦
2
相関法にて解析し、森林 COフラックス量 (すなわち、森林による CO吸収量)を導出
2 2
している。例えば、本発明者らは非特許文献 1において COフラックスの連続観測を
2
報告している。
[0005] 具体的には、図 15Bに示すように、風速計測に関しては、時間応答性の非常に良 い超音波流速計 51が一般的に用いられる。 CO濃度計測に関しては、サンプリング
2
管 95を用いる方式のクローズドパス型 CO濃度計 96が一般的である力 近年は、時
2
間応答性の良い赤外光源を用いたオープンパス型 CO計 93 (計測長は lm以下)も
2
使われるようになってきている。図中、 90は観測室、 19は解析装置である。 [0006] さらに、ガス濃度フラックスそのものではないが、レーザを用いた広域の運動量フラ ックス（ ={大気質量 (平均密度） X水平方向速度成分 }の鉛直方向輸送量)計測技術 が開発され、森林計測への応用が進められている。このシンチレーシヨン法による計 測技術は、図 15Cに示すように、森林 99に二基の観測タワー 91、 92を離して設置し 、一方のタワー 91上に設置した光源部 111内のシンチレーシヨン計測ユニット 70から 森林上部を透過するようにレーザ光を 2本照射し、もう一方のタワー 92上に設置した 受光部 112によりそれぞれのレーザ透過率の時間変化 (シンチレーシヨン)を計測す る。図中、 90は観測室、 121は復調器、 122は解析装置である。
[0007] この従来装置の基本構成は、図 15Dに示すように、タワー上の 2対のシンチレーシ ヨン計測用レーザ発振器 113、 114、受光装置 115、 116および計測室 123内に設 けられた解析部 122からなる。計測領域 100を透過した 2本のレーザ光 113a、 114a は受光装置 115、 116でそれぞれ受光され、受光信号 S101、 S102を解析部 122 へ送る。解析部 122では、先ず光路上の大気の乱れ状態を把握する（光路上の乱流 状態解析 131)ために分散、共分散の解析 132を行い、次いで Monin-Obukhov相似 則による解析手法 133を用いて運動エネルギゃ熱の消散率 εを求め、さらに運動量 フラックスおよび顕熱フラックス (場合によっては潜熱フラックスも含む） 134を求める。
[0008] ところで、大気境界層では地表面の摩擦作用と熱的作用によって乱流が発生し、 各種物理量の上空への輸送は、乱流輸送が支配的となることが知られて 、る。
Monin-Obukhov相似則（以後、 MOSという）は、この領域の大気変数の各種統計量 (平均値，分散，共分散，スペクトル等）が zZL (z :測定高さ， L : Monin-Obukhov長） に関する普遍的な関数になることを示している。よって、この相似則が成立する場合 は、大気乱流状態 (この場合は、レーザ透過率の時間変化→大気密度の乱れ（2次 の密度構造関数 Dn2) )を計測し、その計測結果を MOSに基づ 、て順次解析 (大気 乱流状態→運動エネルギスペクトル→エネルギ散逸率）を行い、運動量フラックスを 導出する。
[0009] このように運動量フラックスの導出に関しては、森林上部では MOSが成立すると仮 定し、非特許文献 2に記載されて 、る手法を用いてレーザのシンチレーシヨン状態か ら大気乱流状態を解析し、その結果から、光路上の運動量フラックス量が導き出され る（シンチレーシヨン法）。以上を、図 16A、図 16Bに示す。
非特許文献 1：中屋耕ほ力 「浅間山東麓ダケカンパ林における C02フラックスの連続 観測の紹介」 2002年 CGERフラックスリサーチミーティング（2002年 11月 14日）、 58頁 非特許文献 2： Tniermann, V. A displaced- beam scintillometer for line-averaged measurements of surface layer turbulence . Tenth symposium of turbulence and diff sion, 29 Sept -2 Oct, 1992, Portland, OR., published by the American
Meteorological Society, Boston, MA.: p244-p247 (1992).
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] し力しながら、上述の従来方式を用いてガス濃度フラックスを計測する場合は、以 下に示すような種々の問題点がある。
[0011] (1)現状のガス濃度計は、フラックス計測に用いられている必要条件を完全に満た していない。
[0012] 従来技術の最初に示した、フラックス量の時間変化を考慮しない計測は除き、森林 CO吸収量計測等のフラックス計測に用いられるガス濃度計測には次に掲げる特性
2
が要求される。
[0013] (0高応答性
渦相関法でのフラックス検出には、可能な限り速い応答性が求められる。
[0014] GO共存物質の影響が無 、こと
微量成分検出のため、対象ガス以外の物質に影響を受けないことが要求される。
[0015] (iii)計測安定性
長時間の連続計測が必要になるので、計測の安定性が要求される。
[0016] 通常用いられている、サンプリング式のクローズドパス型ガス濃度計 96は、その構 造上、計測遅れや希釈効果が働くため、その応答性に問題がある。
[0017] また、共存物質 (H 0、固体粒子)の影響を受けやすいため、必ず、前処理 (除湿、
2
除塵)が必要となり、応答性の向上を困難にしている。
[0018] また、応答性改善を目的に導入が始まっているオープンパス型ガス濃度計 93は、 光源に発振幅の広い赤外光源を用いるため、共存ガス (特に、 H O)の影響を受け
2 やすい。また、光源の問題から、計測安定性にも課題を残している。
[0019] (2)広域の連続的なガス濃度計測は不可能である。
[0020] 現状のクローズドパス式ガス濃度計 96ではサンプリング位置近傍の領域のみに計 測範囲が限定されてしまう。また、オープンパス型ガス濃度計 93では光源の問題か ら、その計測長はせいぜい lm以下にすぎない。よって、従来方式では lm以上の、 例えば、 10m、 100m, 1km規模の広域のガス濃度変動を計測することはできない。 なお、従来方式であっても、多数の計測装置を並べて計測すれば、理論的には広域 ガス濃度計測も可能である。ただし、多数の計測装置を設置すると、それらの装置自 身が障害物となって計測領域の状況 (濃度、フラックス等)を変化させるため、正確な 広域フラックス計測は不可能である。
[0021] 本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、森林等の広域を計測 対象とし、共存物質の影響がなぐ高応答性で、かつ計測安定性に優れたガス濃度 フラックス計測装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0022] 本発明者らは、先の特願 2003— 009785の出願明細書等において常温発振の近 赤外半導体レーザを光源とした波長変調方式の非接触ガス濃度計測技術 (波長可 変半導体レーザ吸収分光法（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (以下、 TDLASと 、う)）を利用したガス濃度モニタリングシステムを提案して 、る。 TDLAS は、 i)時間応答性が非常に良好であること、 ii)共存物質 (固体粒子など)の影響を受 けないこと、 iii)波長が安定しているなど計測の安定性が良好であること等の利点を有 する計測技術であり、（ィ)単純なガス濃度計測技術として、時間応答性の高い流速 計と組み合わせて、フラックス計測に応用する（口)若しくは、 TDLASによるガス濃度 計測に利用している、波長や偏光面の制御が可能なレーザを、フラックス計測に応 用する手段を用いることで、上記の課題を有効に解決するガス濃度フラックス計測が 可能となる。このような TDLASの機能に着目して本発明者らは以下に述べる本発明 を完成した。
[0023] 本発明に係るガス濃度フラックス計測装置は、計測対象ガスに固有な吸収波長の レーザ光を計測領域に向けて発振する光源と、前記光源の出力動作を制御するレ 一ザ出力制御装置と、前記光源力 発振されるレーザの発振波長に対して変調を加 えるための変調信号を出力し、かつ、その変調に同期した参照信号を出力する波長 変調制御装置と、計測領域を透過してきたレーザを受光し、かつ、その受光強度に 応じた信号を出力する第 1の受光装置と、前記第 1の受光装置から出力された信号 の中から変調信号としての交流成分を取り除き、受光強度の直流成分を出力する第
1の直流成分検出器と、前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記 第 1の受光装置力 出力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数 次高調波成分を検出し、計測領域の計測対象ガス濃度に比例した信号を出力する 第 1の波長変調復調器と、前記光源力 発振されるレーザを 2つ以上に分配する光 学系と、濃度が既知の前記計測対象ガスが封入され、前記光学系により分配されて 計測領域に向かわなくなったレーザが前記封入ガス中を透過するような位置に配置 された参照セルと、前記参照セル内の封入ガスを透過してきたレーザを受光し、かつ 、その受光強度に応じた信号を出力する第 2の受光装置と、前記第 2の受光装置か ら出力された信号の中から変調信号としての交流成分を取り除き、受光強度の直流 成分を出力する第 2の直流成分検出器と、前記波長変調制御装置からの参照信号 に基づいて、前記第 2の受光装置から出力された信号の中力もレーザに加えた波長 変調信号の偶数次高調波成分を検出し、前記参照セル内の封入ガス濃度に比例し た信号を出力する第 2の波長変調復調器と、前記波長変調制御装置からの参照信 号に基づいて、前記第 2の受光装置から出力された信号の中からレーザに加えた波 長変調信号の奇数次高調波成分を検出し、レーザ波長を計測対象ガスの吸収波長 に固定化するための基準信号を出力する第 3の波長変調復調器と、前記第 1の直流 成分検出器、第 1の波長変調復調器、第 2の直流成分検出器および第 2の波長変調 復調器から出力された信号に基づいて、計測領域中のガス濃度および固体粒子濃 度を算出し、その算出結果を出力する解析装置と、前記波長変調制御装置からの変 調信号と前記第 3の波長変調復調器からのレーザ波長固定化信号とを加算し、その 加算信号を前記レーザ出力制御装置への外部制御信号として出力する加算器と、 計測領域の温度を計測し、その計測値に応じた信号を前記解析装置に出力する温 度計測手段と、計測領域の圧力を計測し、その計測値に応じた信号を前記解析装 置に出力する圧力計測手段と、を具備するガス濃度フラックス計測装置であって、
(1)さらに、計測領域におけるガス流の水平 2方向の流速成分と鉛直方向の流速 成分とをそれぞれ直接的に計測し、これらの計測信号を前記解析装置に出力する流 速計測手段を有し、前記解析装置は、前記流速計測手段から入力される信号を用 いて渦相関則に基づく解析を行い、その解析結果を用いて計測領域の運動量フラッ タス (計測領域全体の水平方向運動量 [例：大気平均密度 X水平風速]の鉛直方向 輸送量)、計測対象ガスの濃度フラックス (計測対象ガスのみの鉛直方向輸送量)お よび計測対象ガス濃度を演算により求める力、あるいは、
(2)さらに、計測領域にレーザを照射する第 2の光源と、前記第 2の光源から出射さ れ計測領域を透過してきたレーザを受光し、かつ、その受光強度に応じた信号を前 記解析装置に出力する第 3の受光装置と、を有し、前記解析装置は、前記第 3の受 光装置力も入力される信号を用いてレーザ透過率の時間変化を求め、求めたレーザ 透過率の時間変化力 ガス密度の時間変化を導出し、さらにガス密度の時間変化か ら計測対象ガスの乱れの状態を把握するために Monin-Obukhov相似則に基づく解 析を行い、その解析結果を用いて計測領域の運動量フラックス、計測対象ガスの濃 度フラックスおよび計測対象ガス濃度を演算により求める力 あるいは、
(3)さらに、計測対象ガスに固有な吸収波長のレーザ光を計測領域に向けて発振 する第 2の光源と、前記第 2の光源力 発振され計測領域を透過してきたレーザを受 光し、かつ、その受光強度に応じた信号を出力する第 3の受光装置と、前記第 3の受 光装置力 受けた信号の中から変調信号としての交流成分を取り除き、受光強度の 直流成分を前記解析装置に出力する第 3の直流成分検出器と、を有し、前記解析装 置は、前記第 3の直流成分検出器から入力される信号を用いてレーザ透過率の時間 変化を求め、求めたレーザ透過率の時間変化力 ガス密度の時間変化を導出し、さ らにガス密度の時間変化力 計測対象ガスの乱れの状態を把握するために
Monin-Obukhov相似則に基づく解析を行 ヽ、その解析結果を用いて計測領域の運 動量フラックス、計測対象ガスの濃度フラックスおよび計測対象ガス濃度を演算により 求めるか、あるいは、
(4)さらに、前記単一の光源から発振されるレーザの偏光面を回転させる偏光面回 転装置と、前記偏光面回転装置により偏光面が回転されたレーザを受光し、かつ、そ の受光強度に応じた信号を出力する第 3の受光装置と、前記第 3の受光装置から受 けた信号の中から変調信号としての交流成分を取り除き、受光強度の直流成分を前 記解析装置に出力する第 3の直流成分検出器と、を有し、前記解析装置は、前記第 3の直流成分検出器力 入力される信号を用いてレーザ透過率の時間変化を求め、 求めたレーザ透過率の時間変化力 ガス密度の時間変化を導出し、さらにガス密度 の時間変化カゝら計測対象ガスの乱れの状態を把握するために Monin-Obukhov相似 則に基づく解析を行い、その解析結果を用いて計測領域の運動量フラックス、計測 対象ガスの濃度フラックスおよび計測対象ガス濃度を演算により求める力、あるいは
(5)さらに、外部制御されるファラデー回転子を有し、前記単一の光源から発振さ れるレーザの偏光面を回転させる偏光面回転装置と、前記ファラデー回転子の回転 角度を制御し、レーザ偏光面を縦偏光と横偏光に一定周期で切り替えさせる偏光面 変調制御装置と、前記偏光面変調制御装置からの強度変調参照信号に基づ!、て前 記第 1の受光装置の出力信号中から偏光面変調に同期した信号を検出し、計測領 域を透過してきた縦偏光レーザの受光強度に比例した信号を計測部レーザ吸収量 信号として前記解析装置に出力する第 1の偏光面復調器と、前記偏光面変調制御 装置からの強度変調参照信号に基づいて前記第 1の受光装置の出力信号中から偏 光面変調に同期した信号を検出し、計測領域を透過してきた横偏光レーザの受光強 度に比例した信号を計測部レーザ吸収量信号として前記解析装置に出力する第 2 の偏光面復調器と、前記偏光面変調制御装置からの強度変調参照信号に基づ 、て 前記第 1の受光装置の出力信号中から偏光面変調に同期した信号を検出し、計測 領域を透過してきたレーザの受光強度に比例した信号を濃度計測信号として前記解 析装置に出力する第 3の偏光面復調器と、を有し、前記解析装置は、前記第 1、第 2 及び第 3の偏光面復調器力 入力される信号を用いてレーザ透過率の時間変化を 求め、求めたレーザ透過率の時間変化力もガス密度の時間変化を導出し、さらにガ ス密度の時間変化から計測対象ガスの乱れの状態を把握するために
Monin-Obukhov相似則に基づく解析を行 ヽ、その解析結果を用いて計測領域の運 動量フラックス、計測対象ガスの濃度フラックスおよび計測対象ガス濃度を演算により 求めることを特徴とする。
[0024] なお、本明細書中において「運動量フラックス」とは、計測領域に存在するガス全体 の水平方向運動量 (例：大気平均密度 X水平方向風速)の鉛直方向輸送量のことを いうものとする。また、「ガス濃度フラックス」とは、計測領域中の計測対象ガスのみの 鉛直方向輸送量をいうものとする。
[0025] 波長変調 TDLASとシンチレーシヨン法との組合せに関しては次の 2つをあげること ができる。
[0026] (i) TDLAS装置とシンチレーシヨン計測装置との組合せ
例えば図 7に示すように、波長変調 TDLASでの広域ガス濃度計測装置と、シンチ レーシヨン法による広域運動量フラックス計測装置を組合せ、夫々の計測結果を、 Monin-Obukhov相似則に基づ 、て統合することで、広域のガス濃度フラックス計測 が可能となる。
[0027] (ii) TDLASガス濃度計測技術にシンチレーシヨン手法を直接組み込む組合せ 例えば図 9、図 11、図 13に示すように、波長変調 TDLASにシンチレーシヨン手法 の機能を追加し、単体装置による広域のガス濃度フラックス計測装置を可能とさせる
[0028] 次に、シンチレーシヨン法による運動量フラックスの導出手順を図 16Aと図 16Bに 示す。シンチレーシヨン法による運動量フラックスの導出に関する基本的な原理は非 特許文献 2で詳細に説明されている。なお、図 16Aと図 16Bに示した導出手順にお いては、その表記を非特許文献 2のものとは別表記としている力 基本的な考え方は 同じである。
[0029] レーザ光が計測領域を通過する際、その領域ガス (大気)が乱れていると、屈折率 の変化によりレーザ光が僅かに曲げられ、受光部でレーザ光の瞬き（レーザ'シンチ レーシヨン）が計測される。シンチレーシヨン法では、二つの受光部でこの瞬きを計測 し、図 16Aに示すように、夫々のデータの分散（Bl、 B2)、共分散（B)から、大気の 乱れの最小単位（内部スケール) Lo、運動量エネルギ散逸率 ε、大気密度 ρの変動 程度 (密度構造関数) Cn2をそれぞれ求める。 [0030] その結果を Monin- Obukhov相似則に基づ!/、て解析し、図 16Bに示す式を用 ヽて 大気の摩擦速度 u *を求める。次いで、その結果と大気密度 pとを用いて運動量フ ラックス M (= p · (u* ) 2)を求める。
[0031] 次に、ガス濃度フラックスの導出手順を図 17Aと図 17Bを参照して説明する。
[0032] 通常のシンチレーシヨン法での計測と同様に、レーザ ·シンチレーシヨンの計測結果 より、内部スケール Lo、運動エネルギー散逸率 ε、密度構造関数 Cn2をそれぞれ求 めるとともに、図 17Aに示すように、 TDLASにより計測領域における計測対象ガス 濃度 gを求め、その結果から、計測領域の計測ガスの変動程度 (ガス濃度構造関数） を求め、同様に、温度計測結果より温度構造関数 Cr2を求める。
[0033] 以上の計測結果を、 Monin- Obukhov相似則に基づいて解析し、図 17Bに示す式を 用いて大気の摩擦比濃 G *を求める。次いで、その結果と大気の摩擦速度 u *と大 気密度 Pとを用いて計測対象ガスの濃度フラックス G (= p 'u * 'G * )を求める。 発明の効果
[0034] 本発明によれば、従来技術の課題を克服して計測精度を向上させたガス濃度フラ ックス計測技術が実現できるばかりでなく、従来技術の組合せだけでは不可能であつ た広域のガス濃度フラックスのリアルタイム計測が可能となる。このため、本発明を用 いた環境計測や、漏洩監視は、従来法を組み合わせた手法と比較すると、大幅な労 力、コストの削減が可能になり、最終的には、森林管理や各種プラントの安全管理の 高度化が図れる。
[0035] また、本発明によれば、レーザの偏光面を縦偏光と横偏光に切り替えることにより、 レーザ発振装置の数および受光装置の数を減少させることができる。
[0036] また、本発明によれば、ガス濃度計測装置としての波長変調 TDLAS装置の下記 の有利性が存分に発揮される。
[0037] (0時間応答性が非常に良好である。
[0038] 波長変調 TDLAS計測は光学計測であるため、従来技術で必要とされるガスサン プリングや前処理が不要である。このため従来技術の組合せでは不可能であった広 域のガス濃度フラックス計測が可能になり、また良好な時間応答性のためにリアルタ ィムな計測が実現される。 [0039] 従来の光学計測法と比較して、波長変調による濃度計測感度の大幅な向上が実 現できており、計測時定数を下げても（時間応答性を上げても)十分な感度でのガス 濃度フラックスの計測が可能になる。
[0040] GO共存物質の影響を受けない。
[0041] 光源に波長線幅の非常に狭いレーザを用いているため、共存ガスの影響を受けな い。波長変調計測により固体粒子の影響も除去が可能であり、汚れの影響にも強ぐ さらに雨天等の悪条件下でも問題無く計測できる。
[0042] (m)計測の安定性が良好である。
[0043] 本発明では、波長変調を複数段化することにより、計測安定性の向上を実証済み である。さらに、波長変調 TDLASはレーザ利用の光学計測であるため、従来のガス 濃度計測技術では非常に困難であった広域ガス濃度のリアルタイム計測が可能とな る。よって、この波長変調 TDLAS技術に、シンチレーシヨン法による広域の運動量フ ラックス計測技術を結びつけることで、広域のガス濃度フラックスのリアルタイム計測 が可能となる。
発明を実施するための最良の形態
[0044] 以下、添付の図面を参照して本発明の種々の好ましい実施の形態について説明 する。
[0045] (ガス濃度計測の基本構成）
先ず図 1を参照して TDLASを利用したガス濃度計測装置の基本構成について説 明する。ガス濃度計測装置 10は、光源部 2、計測用受光部 3、直流成分検出器 (計 測用) 4,直流成分検出器 (参照用） 12、波長変調復調器 (濃度計測用） 5、波長変 調制御装置 6、波長変調復調器 (濃度校正用） 7、波長変調復調器 (レーザ波長固定 化信号用） 8、加算器 9、 LD制御装置 (レーザ出力制御装置） 11、 AZD変換器 13、 コンピュータ 14を備えている。光源部 2は、外周が耐候性に優れた光学系容器 2aで 覆われ、内部に半導体レーザ光源 21、参照セル 25、レーザ光の一部を光学窓 23に 向けて透過させるとともに一部を反射するハーフミラー 22、ハーフミラー 22で反射さ れたレーザ光を参照セル 25に向けて反射するミラー 24、参照セル 25からのレーザ 光を受光する参照用受光部 26を備えて 、る。 [0046] 半導体レーザ光源 21は、レーザ素子の温度調節を行うためのペルチヱ素子ととも に LDモジュールのなかに設けられている。半導体レーザ素子は LD制御装置 11の 駆動回路に接続され、その温度と電流とが制御されるようになっている。 LD制御装 置 11から光源 21に送られる発振信号 S1は、加算器 9からの信号 S13によってフィー ドバック制御されるようになっている。なお、本実施形態では、光源 21として半導体レ 一ザ素子を採用した場合を例にとって説明しているが、本発明の光源は半導体レー ザ素子のみに限定されるものではなぐその他の波長変調が可能なレーザ発振器の すべてに適用可能であり、さらに、レーザ以外の光'電磁波の場合も、波長変調が可 能な場合には、すべて適用可能である。また、 LD制御装置 11は、手動で制御できる ようにしてもょ 、し、外部制御できるようにしてもよ 、。
[0047] 計測領域 100には温度測定器 T1と圧力測定器 P1が設けられ、温度測定信号 S2 および圧力測定信号 S3が AZD変換器 13を介して解析部であるコンピュータ 14に それぞれ送られるようになって！/ヽる。
[0048] 計測用受光部 3は、光軸が光源部 2の光軸と一致するように配置され、計測領域（ ガス、粒子） 100を透過してきたレーザ光を受光する。計測用受光部 3の後段には第 1の直流成分検出器 (計測用) 4と第 1の波長変調復調器 5が設けられている。第 1の 直流成分検出器 4は、計測用受光部 3から出力された信号 S4の中から変調信号とし ての交流成分を取り除き、受光強度の直流成分信号 S5を解析部としてのコンビユー タ 14に出力する。
[0049] 第 1の波長変調復調器 (濃度計測用） 5は、波長変調制御装置 6からの参照信号 S 10に基づいて、第 1の受光装置 (計測用受光部） 3から出力された信号 S4の中から レーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し、計測領域の計測対象 ガス濃度に比例した信号 S6を出力する。
[0050] 波長変調制御装置 6は、濃度計測用の第 1の波長変調復調器 5、濃度校正用の第 2の波長変調復調器 7および加算器 9の前段に設けられ、 2つの波長変調復調器 5、 7には波長変調参照信号 S10をそれぞれ出力し、加算器 9には波長変調信号 S11を 出力する。
[0051] 参照セル 25は、濃度が既知の計測対象ガス (例えば、 COガス）が封入され、光学 系（ノヽ一フミラー 22、ミラー 24)により分配されて計測領域 100に向かわなくなったレ 一ザが封入ガス中を透過するような位置に配置されている。
[0052] 第 2の受光装置 (参照用受光部） 26は、参照セル 25の後段に配置され、参照セル
25内の封入ガスを透過してきたレーザを受光し、その受光強度に応じた信号 S7を第
2の直流成分検出器 (参照用） 12に出力する。
[0053] 第 2の直流成分検出器 12は、第 2の受光装置 26から出力された信号 S7の中から 変調信号としての交流成分を取り除き、受光強度の直流成分信号 S8を解析部 (コン ピュータ） 14に出力する。
[0054] 第 2の波長変調復調器 (濃度校正用） 7は、波長変調制御装置 6からの参照信号 S
10に基づいて、第 2の受光装置 26から出力された信号 S7の中からレーザに加えた 波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し、参照セル 25内の封入ガス濃度に比 例した信号 S9を解析部 (コンピュータ） 14に出力する。
[0055] 第 3の波長変調復調器 (レーザ波長固定ィ匕信号用） 8は、波長変調制御装置 6から の参照信号 S10に基づいて、第 2の受光装置から出力された信号 S7の中からレー ザに加えた波長変調信号の奇数次高調波成分を検出し、レーザ波長を計測対象ガ スの吸収波長に固定ィ匕するための基準信号 S12を加算器 9に出力する。
[0056] 解析部 (コンピュータ） 14は、温度測定器 Tl、圧力測定器 Pl、第 1の直流成分検 出器 4、第 1の波長変調復調器 5、第 2の直流成分検出器 12および第 2の波長変調 復調器 7力らそれぞれ出力された信号 S2、 S3、 S5、 S6、 S8、 S9に基づ!/ヽて、計 §lj 領域 100中のガス濃度および固体粒子濃度をそれぞれ算出し、その算出結果を記 録するとともにディスプレイ上に出力表示する。
[0057] 加算器 9は、波長変調制御装置 6からの変調信号 S11と第 3の波長変調復調器 8 からのレーザ波長固定化信号 S 12とを加算し、その加算信号 S 13をレーザ出力制御 装置 (LD制御装置） 11への外部制御信号として出力する。
[0058] ガス濃度の検定は次のようにしてなされる。
[0059] 参照セル 25の内部にはガス濃度が既知の標準ガスを一定圧力で封入する力、ま たは通流させてある。先ず、参照セル 25内の既知のガス濃度と、参照セル 25の既知 の光学長さと、計測領域の既知の光学長さとを解析部であるコンピュータ 14にデータ 入力する。コンピュータ 14は、メモリから所定の数式を呼び出し、 3つの入力データを 所定の数式の該当パラメータにそれぞれ代入し、演算によりガス濃度値を求める。求 めたガス濃度値は、連続的に記録されるとともに、その時々刻々変化する様子がディ スプレイ画面上に表示される。
[0060] 以上が本発明装置のうちガス濃度計測を担う部分である。本発明装置は上記のガ ス濃度計測部分に加えてさらに以下に述べるフラックス計測を担う部分を備えている
[0061] (ガス濃度フラックス計測 1)
(2つの光源と 2つの計測用受光部との組合せ）
図 2は実施形態のガス濃度フラックス計測装置の全体構成を示す図である。なお、 本実施形態のガス濃度フラックス計測装置 10Aが上述したガス濃度計測装置 10と 重複する部分の説明は省略する。
[0062] ガス濃度フラックス計測装置 1 OAは、光源部 2A内に半導体レーザ光源 21の他に もう 1つ別にレーザ光源 21Aを備えている。このため光学系容器 2aには 2つの光学 窓 23a、 23bが並んで設けられ、一方の光学窓 23aからは第 1の光源（半導体レーザ 光源） 21の発振レーザが計測領域 100に出射され、他方の光学窓 23bからは第 2の 光源（レーザ光源） 21Aの発振レーザが計測領域 100に出射されるようになつている 。 2本のレーザビーム光軸が実質的に平行になるように第 1及び第 2の光源 21、 21A は互 、に位置合わせされて!/、る。
[0063] 受光部 3Aは第 1の計測用受光部 31の他に第 2の計測用受光部 32を備えている。
第 1の計測用受光部 31は、第 1の光源 21から発振されたレーザを受光し、その信号 S41を第 1の直流成分検出器 41に出力する。第 2の計測用受光部 32は、第 2の光 源 21Aから発振されたレーザを受光し、その信号 S42を第 3の直流成分検出器 42に 出力する。
[0064] 第 3の直流成分検出器 42は、受光信号 S42の中から変調信号としての交流成分を 取り除き、大気乱流成分信号 S52を解析部 (コンピュータ） 14に出力する。これと並 行して第 1の直流成分検出器 41は、受光信号 S42の中から変調信号としての交流 成分を取り除き、計測部受光強度信号 S51を解析部 (コンピュータ） 14に出力する。 [0065] 波長変調復調器 (濃度計測用） 5は、波長変調制御装置 6からの参照信号 S10に 基づいて、第 1の受光装置 (第 1の計測用受光部） 31から出力された信号 S41の中 力もレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し、計測領域 100の 計測対象ガス濃度に比例した信号 S61を出力する。
[0066] 解析部 (コンピュータ） 14は、温度測定器 Tl、圧力測定器 Pl、第 1の直流成分検 出器 41、第 1の波長変調復調器 5、第 2の直流成分検出器 12、第 2の波長変調復調 器 7および第 3の直流成分検出器 42からそれぞれ出力された信号 S2、 S3、 S51、 S 52、 S61、 S8、 S9に基づいて、 MOS貝 Ijに従って計測領域 100中のガス濃度および 固体粒子濃度をそれぞれ算出するとともに、計測領域 100中の運動量フラックスを算 出し、これらの算出結果を連続記録するとともにディスプレイ上に出力表示する。図 中 99は、計測領域 100中の森林である。
[0067] (ガス濃度フラックス計測 2)
(単一光源と 2つの計測用受光部との組合せ）
図 3は他の実施形態のガス濃度フラックス計測装置の全体構成を示す図である。な お、本実施形態のガス濃度フラックス計測装置 10Bが上述の装置 10、 10Aと重複す る部分の説明は省略する。
[0068] ガス濃度フラックス計測装置 10Bは、光源部 2B内に偏光面回転装置（90° 固定） 27およびレーザ分配用の光学系 22a、 22b、 24a、 24bを備えている。光源（半導体 レーザ光源） 21と偏光面回転装置 27との間には 2つのハーフミラー 22a、 22bが揷 入されている。第 1のハーフミラー 22aは、単一の光源 21から発振されたレーザ光の 一部を反射してミラー 24aを経由して参照セル 25に分配する。第 2のハーフミラー 22 bは、第 1のハーフミラー 22aを透過した光の一部を反射し、その反射光をミラー 24b を経由して第 1の光学窓 23aから計測領域 100に出射させるとともに、第 1のハーフミ ラー 22aを透過した光の一部を透過させ、その透過光を偏光面回転装置 27に分配 する。偏光面回転装置 27は、縦偏光を 90° 回転させて横偏光に交互に変換するフ ァラデー回転子を内蔵している。偏光面回転装置 27で偏光面変調されたレーザ光 は第 2の光学窓 23bから計測領域 100に出射されるようになつている。なお、 2本のレ 一ザビーム光軸が実質的に平行になるように光学系 22a、 22b、 24a、 24bおよび偏 光面回転装置 27は互 、に位置合わせされて 、る。
[0069] 受光部 3Bは第 1の計測用受光部 31の他に第 2の計測用受光部 32を備えている。
第 1の計測用受光部 31は、発振レーザを受光し、その信号 S41を第 1の直流成分検 出器 41に出力する。第 2の計測用受光部 32は、偏光面変調レーザを受光し、その 信号 S42を第 3の直流成分検出器 42に出力する。
[0070] 第 3の直流成分検出器 42は、受光信号 S42の中から変調信号としての交流成分を 取り除き、大気乱流成分信号 S52を解析部 (コンピュータ） 14に出力する。これと並 行して第 1の直流成分検出器 41は、受光信号 S41の中から変調信号としての交流 成分を取り除き、計測部受光強度信号 S51を解析部 (コンピュータ） 14に出力する。
[0071] 波長変調復調器 (濃度計測用） 5は、波長変調制御装置 6からの参照信号 S10に 基づいて、第 1の受光装置力も出力された信号 S41の中力もレーザに加えた波長変 調信号の偶数次高調波成分を検出し、計測領域の計測対象ガス濃度に比例した信 号 S61を出力する。
[0072] 解析部 (コンピュータ） 14は、温度測定器 Tl、圧力測定器 Pl、第 1の直流成分検 出器 41、第 1の波長変調復調器 5、第 2の直流成分検出器 12、第 2の波長変調復調 器 (濃度校正用） 7および第 3の直流成分検出器 42からそれぞれ出力された信号 S2 、 S3、 S51、 S52、 S61、 S8、 S9に基づいて、 MOS貝 ljに従って計測領域 100中の ガス濃度および固体粒子濃度をそれぞれ算出するとともに、計測領域 100中の運動 量フラックスを算出し、これらの算出結果を連続記録するとともにディスプレイ上に出 力表示する。
[0073] (ガス濃度フラックス計測 3)
(単一光源と単一の計測用受光部との組合せ）
図 4はさらに他のガス濃度フラックス計測装置の全体構成を示す図である。なお、 本実施形態のガス濃度フラックス計測装置 10Cが上述の装置 10、 10A、 10Bと重複 する部分の説明は省略する。
[0074] ガス濃度フラックス計測装置 10Cは、光源部 2C内に外部制御偏光面 (変調）回転 装置（0° /90° ) 27Aを備えている。ハーフミラー 22aは、単一の光源（半導体レー ザ光源） 21から発振されたレーザ光の一部を反射し、その反射光をミラー 24を経由 して参照セル 25に分配するとともに、発振レーザ光の一部を透過させて外部制御偏 光面回転装置 27Aに分配する。外部制御偏光面回転装置 27Aは、外部に設けられ た偏光面変調制御装置 15から変調制御信号 S14が入力されると、ファラデー回転 子により所定のタイミングで縦偏光 (0° )と横偏光（90° )との間で切り替える。レー ザ光は、外部制御偏光面回転装置 27Aで偏光面変調された後に光学窓 23から計 測領域 100に向けて出射され、計測用受光部 3Cに受光される。すなわち、本実施 形態の装置では、単一光源 21から発振された 1本のレーザ光を縦偏光と横偏光と〖こ 交互に切り替えるタイミング制御によりフラックス計測と濃度計測とを同時に行うように している。
[0075] 計測用受光部 3Cは、受光信号 S4を第 1の偏光面変調復調器 17a、第 2の偏光面 変調復調器 17bおよび第 1の波長変調復調器 (濃度計測用） 5のそれぞれに出力す る。
[0076] 偏光面変調制御装置 15は、外部制御偏光面回転装置 27Aに変調制御信号 S14 を出力するとともに、信号位相変換器 16、第 1の偏光面変調復調器 17aおよび第 3 の偏光面変調復調器 18のそれぞれに偏光面変調参照信号 S15を出力する。
[0077] 信号位相変換器 16は、偏光面変調制御装置 15から偏光面変調参照信号 S15が 入ると、信号の位相を変換し、その位相変換信号 S16を第 2の偏光面変調復調器 17 bに出力する。
[0078] 波長変調復調器 5は、波長変調制御装置 6からの参照信号 S10に基づいて、受光 信号 S4の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し、計測 領域の計測対象ガス濃度に比例した信号 S6を第 3の偏光面変調復調器 18に出力 する。
[0079] 第 1の偏光面変調復調器 17aは、偏光面変調制御装置 15から偏光面変調参照信 号 S15が入ると、受光信号 S4の中から偏光面変調に同期した信号を検出し、計測領 域 100を透過してきた縦偏光レーザの受光強度に比例した信号を計測部レーザ吸 収量信号 S18として解析装置 (コンピュータ） 14に出力する。
[0080] 第 2の偏光面変調復調器 17bは、信号位相変換器 16から位相変換信号 S16が入 ると、受光信号 S4の中から偏光面変調に同期した信号を検出し、計測領域を透過し てきた横偏光レーザの受光強度に比例した信号を計測部レーザ吸収量信号 S17と して解析装置 (コンピュータ） 14に出力する。
[0081] 第 3の偏光面変調復調器 18は、偏光面変調制御装置 15から偏光面変調参照信 号 S15が入ると、計測領域 100を透過してきたレーザの受光信号 S4の強度に比例し た信号とし、これを濃度計測信号 S62として解析装置 (コンピュータ） 14に出力する。
[0082] ここで、波長変調制御装置 6から出力された波長変調参照信号 S10と偏光面変調 制御装置 15から出力された偏光面変調参照信号 S15とが波長変調復調器 5または 第 3の偏光面変調復調器 18にお 、て干渉しな 、ように、これらの変調周波数を異な らせておく必要がある。例えば図 4に示すように第 3の偏光面変調復調器 18を波長 変調復調器 5の後段に設けた場合は、偏光面変調参照信号 S15の周波数え 2 (例え ば 100Hz)を波長変調参照信号 S10の周波数 λ 1 (例えば 10kHz)より十分小さく 設定することが望ましい。一方、これとは復調器 5、 18の配置を逆にする場合、すな わち第 3の偏光面変調復調器 18を第 1の波長変調復調器 5の前段に設けた場合は 、偏光面変調参照信号 S15の周波数え 2 (例えば 1MHz)を波長変調参照信号 S10 の周波数 λ 1 (10kHz)より十分大きく設定することが望ま 、。
[0083] 解析部 (コンピュータ） 14は、温度測定器 Tl、圧力測定器 Pl、第 1の偏光面復調 器 17a、第 2の偏光面復調器 17b、第 3の偏光面復調器 18、直流成分検出器 (参照 用） 12、第 2の波長変調復調器 (濃度校正用） 7力 それぞれ出力された信号 S2、 S 3、 S17、 S18、 S62、 S8、 S9に基づいて、 MOS貝 ljに従って計測領域中のガス濃度 および固体粒子濃度をそれぞれ算出するとともに、計測領域 100中の運動量フラック スを算出し、これらの算出結果を連続記録するとともにディスプレイ上に出力表示す る。
[実施例]
実施例 1として TDLASガス濃度計測装置と超音波流速計とを組み合わせたガス 濃度フラックス計測装置を用いて森林観測タワー上において COフラックスと濃度を
2
計測した例について説明する。
[0084] (実施例 1)
本実施例 1では、本発明によるガス濃度フラックス計測を実証するために、図 5 (b) に示すように、波長可変 TDLAS式ガス濃度計測装置と超音波流速計を 1つの保護 容器 2b内に組み込んだ計測部 2Dを森林観測タワー 91上に設置し、両者の計測結 果を渦相関法で解析し、森林観測タワー 91上での CO濃度フラックスを計測した。な
2
お、計測領域 100のガスは、サンプリング管 95を通って森林観測タワー 91上の計測 部 2D内に導入するようにした。また、サンプリング管 95のガス採取端側に CO計 93
2 および前処理器 94をそれぞれ設け、比較確認用として CO濃度を実際に測定すると
2
ともに採取ガスを所定の方法で前処理した。さらに、制御 Z解析部 19Dはタワー近 傍の観測室 90内に設けた。
[0085] 図 5 (a)に示すように、ガス濃度フラックス計測装置 10Dは計測部 2Dおよび制御 Z 解析部 19D力もなり、通信ケーブルまたは無線電信機を用いて計測部 2Dと制御 Z 解析部 19Dとの間で信号の送受信がなされるようになつている。計測部 2D内に組み 込まれた波長可変 TDLAS式ガス濃度計測装置 20の構成は、図 1に示した波長変 調 TDLAS式ガス濃度計測装置とほぼ同じであるが、本実施例ではガス濃度計測精 度の向上を目的として、制御 Z解析部 19Dにお 、て二重の波長変調機構 (第 1の波 長変調波形発生器 61、第 2の波長変調波形発生器 62)と濃度 0点を監視するため の濃度ゼロ計測部（直流検出器 65c、ゼロ参照部 29c)を追加している。なお、図 5 (a )において各ブロック中に記入の、 PDSは位相敏感検波器、 Gは計測部、 Rは参照 部、 Zは背景 CO計測、 FBは波長固定を示す。
2
[0086] 具体的には、タワー 91上に設置した計測部 2Dは、レーザを発振する TDLAS光学 系ユニット 20、計測領域 100を透過してきたレーザを受光する受光装置 (PD-G) 29 aおよび超音波風速計 51を備えている。
[0087] 計測部 2Dは全体が保護容器 2bにより覆われている。 TDLAS光学系ユニット（波 長可変 TDLAS式ガス濃度計測装置） 20は、耐環境性の向上を図るために耐候性 に優れた光学系容器 2aにより全体が囲まれている。光学系容器 2aにはレーザ光を 出射するための光学窓 23が取り付けられている。フォトダイオードからなる受光装置（ PD— G) 29aが光学窓 23と向き合って配置されている。サンプリング管 95の開口端 は計測部 2Dの内部に導入され、受光装置 (PD— G) 29aと光学窓 23との間に位置し 、両者間に採取ガス (森林 99中の大気）が供給されるようになっている。本実施例で は光学窓 23から受光装置（PD— G) 29aまでの距離 L1を約 2mに設定した。
[0088] 次に、森林観測タワー 91横の観測室 90に設置した制御 Z解析部 19Dは、半導体 レーザ (LD) 28のレーザ発振を制御する LD制御装置 11と、そのレーザ光に変調を 掛けるための第 1の (波長変調)波形発生器 (No. 1-FG) 61、第 2の (波長変調)波 形発生器（No. 2—FG) 62、各受光装置（PD—G、 PD—R、 PD—Z) 29a、 29b、 29c からの受光信号の中から直流成分を検出し、その受光強度信号 S23、 S22、 S21を 出力する直流検出器 (LPF) 65a、 65b, 65c,それぞれの受光信号から、第 1の波長 変調波形発生器 61からの参照信号に基づいて、その変調周波数の倍波周波数成 分に同期した信号のみを検出し出力する第 1の位相敏感検波器 (No. 1— PSD—) 6 3と、第 1の位相敏感検波器 63の出力信号から、第 2の波長変調波形発生器 62 (No . 2 - FG) 62の参照信号に基づいて、変調周波数の倍波周波数成分に同期した信 号のみを検出、出力する第 2の位相敏感検波器 (No. 2— PSD—) 64、それぞれの信 号を取り込むための AZD変換器 13、 AZD変換信号を解析し、大気中の CO濃度
2
, CO濃度フラックスを解析し記録するパソコン (コンピュータ） 14、第 1の波形発生器
2
(No. 1-FG) 61と第 2の波形発生器 (No. 2—FG) 62の変調信号や、第 2の位相敏 感検出器 (No. 2 - PSD - FB) 64dからの波長固定化信号を加算して LD制御装置 1 1の外部制御信号として出力する加算器 9とを備えている。
[0089] さらに、本実施例では、レーザ波長を CO吸収波長の周りで掃引するための波長
2
掃引波形発生器 (FG) 66と、その信号をレーザ波長固定ィ匕信号と切り替えるための 切換スィッチ（SW) 67とを付加して!/、る。
[0090] 計測部 2Dには超音波流速計 51、半導体式圧力センサ 53および温度センサ 52が 収納されている。これらの超音波流速計 51およびセンサ 52、 53は、サンプリング管 9 1のガス吹出し口の近傍に取り付けられ、流速計測信号 S19、温度計測信号 S2およ び圧力計測信号 S3を AZD変換器 13を経由してパソコン 14にそれぞれ出力する。
[0091] 単一の半導体レーザ (LD) 28はレーザ発振波長を COの吸収波長の一つに調整
2
できるようになつている。光学系は、第 1のハーフミラー 22a、第 2のハーフミラー 22b および反射ミラー 24を含んでいる。第 1のハーフミラー 22aは、光源 28から発振され たレーザ光の一部を透過させて分配し、光学窓 23から計測用受光装置 (PD - G) 29 aに向けて出射させるとともに、発振レーザ光の一部を反射させて第 2のハーフミラー 22bに分配する。第 2のハーフミラー 22bは、分配光の一部を反射させて参照セル 2 5にさらに分配するとともに、分配光の一部を透過させて反射ミラー 24を経由してゼロ 参照部（PD— Z) 29cに分配する。参照セル 25内には濃度較正とレーザ波長の CO
2 吸収波長への固定ィ匕のために規定濃度の COガス (CO = 1%, N = 99%)を封入
2 2 2
してある。参照セル 25を透過した光は参照用受光装置 (PD— R) 29bに入り、制御 Z 解析部 19Dの直流検出器 (LPF) 65bに受光信号が出力される。直流検出器 (LPF ) 65bは、受光信号の中から変調信号としての交流成分を取り除いた信号 S22をパソ コン 14に出力する。一方、ゼロ参照部（PD— Z) 29cから制御 Z解析部 19Dの直流 検出器 (LPF) 65cに受光信号が入ると、直流検出器 (LPF) 65cは受光信号の中か ら変調信号としての交流成分を取り除いた信号 S21をパソコン 14に出力する。
[0092] 計測用受光装置 (PD— G) 29aは、制御 Z解析部 19Dの直流検出器 (LPF) 65aお よび第 1の位相敏感検波器 (No. 1— PSD— G) 63aのそれぞれに受光信号を出力す る。直流検出器 (LPF) 65aに受光信号が入ると、直流検出器 (LPF) 65aは受光信 号の中から変調信号としての交流成分を取り除いた信号 S23をパソコン 14に出力す る。第 1の位相敏感検波器 (No. 1-PSD-G) 63aは、第 1の波長変調波形発生器（ No. 1 FG) 61からの波長変調参照信号に基づいて、計測用受光装置 29aから出 力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し 、参照セル内の封入ガス濃度に比例した信号を第 2の位相敏感検波器 (No. 2— PS D-G) 64aに出力する。さらに第 2の位相敏感検波器 (No. 2-PSD—G) 64aは、第 2の波長変調波形発生器 (No. 2— FG) 62からの波長変調参照信号に基づいて、受 光装置 29aから出力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の奇数次高 調波成分を検出し、参照セル内の封入ガス濃度に比例した信号 S 24をパソコン 14に 出力する。
[0093] 波長掃引波形発生器 (FG) 66は、測定対象ガスに固有の吸収スペクトルのところ でレーザ発振波長をゆっくりと掃引させるために、例えば周波数 0. 5Hz又は 0. 01H zのランプ波を半導体レーザ素子の注入電流に印可するようになっている。なお、長 時間にわたりガス濃度の変化を測定する場合は、波長掃引波形発生器 66によるレ 一ザ発振波長の掃引を止め、レーザ発振波長を所定波長にロックする。波長掃引波 形発生器 66からは波長掃引信号 S28がパソコン 14に出力される。
[0094] 2つの波長変調波形発生器 61、 62は、レーザ発振波長を変調するために、それぞ れ異なる周波数のサイン波を半導体レーザ素子 28の注入電流に重ねて印可するよ うになつている。例えば、一方の波長変調波形発生器 61からは第 1の変調周波数 fと して例えば 10kHzのサイン波（f = 10kHz)信号が加算器 9を経由して LD制御装置 11に印可され、他方の波長変調波形発生器 62からは第 2の変調周波数 wとして例 えば 500Hzのサイン波（w= 500Hz = 0. 5kHz)信号が加算器 9を経由して LD制 御装置 11に印可されるようになって!/、る。
[0095] 加算器 9は、波長掃引波形発生器 66からの掃引信号 S29、 2つの波長変調波形 発生器 61、 62からの異なる周波数 f、 wの変調信号 S25、 S26、二段の位相敏感検 波器 63a— 63d、 64a— 64dからの周波数 2f+wの 3次微分復調信号 S27を重畳し て半導体レーザ素子の注入電流に印可するようになって 、る。
[0096] 波長掃引波形発生器 66から掃引波長をもつランプ波を注入電流に印可するととも に、各波長変調波形発生器 61、 62から異なる周波数 f、 wのサイン波を注入電流に 重ねて印可すると、これによりレーザ発振波長は 2つの異なる周波数 f、 wで二重に変 調される。その結果、このレーザ光を受光した信号には変調周波数 f、 wとその高調 波が含まれるようになるので、第 1の位相敏感検波器 63a— 63dにより信号が 2倍の 周波数 20kHz (2f)で復調され、次いで第 2の位相敏感検波器 64a— 64dにより 2倍 の周波数 1kHz (2w)で復調され、これらが重畳された 4次微分信号（2f + 2w)がパ ソコン 14に送られる。
[0097] また、第 1の位相敏感検波器 63a— 63dにより 2倍の周波数 20kHz (2f)で復調さ れた信号は、第 2の位相敏感検波器 64a— 64dにおいて周波数 wで復調される。こ れらが重畳された 3次微分信号（2f+w)が切替スィッチ 67を通って加算器 9に送ら れ、この信号に基づきレーザ発振波長が測定対象ガスの吸収中心波長にフィードバ ック制御される。
[0098] タワー 91上の風速は、超音波流速計 51で計測しており、その風速信号 (S)は観測 室 90の制御 Z解析部 19Dに出力されている。計測領域 100は、図中に示すように、 計測長 2m (=Ll)のタワー 91上の大気である。また、計測領域 100の圧力は半導 体式圧力センサ 53で計測しており、その圧力計測信号 S3は観測室 90に出力され、 計測領域 100の温度は熱電対 (温度センサ） 52で計測しており、その温度計測信号 S2はパソコン 14へ出力されている。なお、温度や圧力に関しては、センサを用いな V、で、対象ガスの吸収スペクトルの特性を利用してレーザで計測する場合もある。
[0099] 吸収スペクトルの測定のためには、波長掃引波形発生器 (FG) 66により例えば 0.
5Hzまたは 0. 01Hzのランプ波を注入電流に印可し、レーザ波長をゆっくりと掃引す る。長時間の濃度変化を測定するためにはレーザ波長をロックする。
[0100] さらに、本実施例では、従来計測との比較のために、本発明の計測領域とほぼ同じ 位置から大気をサンプリングし、前処理器 94で前処理を行った上で、従来 CO計 93 で計測し、超音波流速計 51の計測結果と併せて渦相関解析し、 CO濃度フラックス
2
を同時計測した。
[0101] 図 6は横軸に計測時刻をとり、縦軸に計測した CO濃度フラックス (mgZm2' S)をと
2
つて、実施例 1の計測結果を示す特性線図である。図中にて実線 A1は本発明装置 により計測した実施例 1の結果を示し、破線 B1は従来のサンプリング法利用装置に より計測した比較例の結果を示した。
[0102] 両者の結果は、ほぼ一致しており、本発明による CO濃度フラックス計測が可能で
2
あることが実証された。さらに、夜明け直後や、 日没直後などで、植物の光合成 Z呼 吸の切り替わりが起きて、運動量フラックスがマイナス力 プラスに大きく変化する状 況では、本実施例の計測結果 (特性線 A1)は、その様子を明確に捕らえているが、 従来技術の計測結果 (特性線 B1)ではその様子がやや均された結果となって 、る。 この原因は、希釈効果等による従来 CO計 93の応答性遅れが原因と考えられる。こ
2
のように従来装置では計測領域内での速 、変動を十分にとらえることができず、実際 よりもフラックス量を過小評価してしまう傾向にある。これに対して本発明装置による C o濃度フラックス計測は、計測領域内での速い変動を的確にとらえることができてお
2
り、その有効性が実証された。
[0103] (実施例 2)
次に、実施例 2として図 7を参照して TDLASでの広域ガス濃度計測装置とシンシ レーシヨン手法を組み合わせた森林観測タワー間の広域 COフラックスを計測した例
2
について説明する。なお、本実施例が上記の実施例と重複する部分の説明は省略 する。
[0104] 本実施例 2では、本発明による広域のガス濃度フラックス計測を実証するために、 森林観測タワー上に波長可変 TDLAS式ガス濃度計測装置とシンチレーシヨン法式 運動量フラックス計測装置を組み合わせて設置し、両者の計測結果を
Monin-Obukhov相似則に基づいて解析し、森林観測タワー間での広域 CO濃度フ
2 ラックスを計測した。
[0105] 図 7に本実施例 2の装置系統を示す。波長可変 TDLAS式ガス濃度計測装置 2E、 19Eの構成は、図 5に示した実施例 1の装置系統 2D、 19Dと実質的に同じであり、ま た、観測室 90に設置した制御 Z解析部 19Eは、図 5に示した実施例 1の制御 Z解析 部 19Dと実質的に同じである。しかし、本実施例 2の装置は、広域ガス濃度計測のた めに、計測長 L2が森林観測タワー 91、 92間の距離と等しい L2 = 81mと大幅に長 距離ィ匕している。なお、図 7において、各ブロック中に記入の FGは波形発生器、 PS Dは位相敏感検波器、 Gは計測部、 Rは参照部、 Zは背景 CO計測、 FBは波長固定
2
、 Sはシンチレーシヨン計測部を示す。後述の図 9、 11、 13も同様である。
[0106] 具体的には、第 1の観測タワー 91上に設置した光源部 2Eは、上記実施例 1と実質 的に同じ構成の TDLAS光学系ユニット 20と、図 15Dに示したシンチレーシヨン計測 ユニット 70とを備えている。この光源部 2Eは、参照部受光信号 S22、ゼロ部受光信 号 S21、シンチレーシヨン計測ユニット 70の強度変調参照信号 S24が観測室 90の制 御 Z解析部 19Eに向けて出力すると同時に、 TDLAS光学系ユニット 20への LD制 御信号 S 1が観測室 90の制御 Z解析部 19Eから送信されて 、る。シンチレーシヨン 計測ユニット 70のなかには 2つのシンチレーシヨン計測用レーザ発振器 71、 72力収 納され、発振されるレーザは光学窓 73a、 73bをそれぞれ通って計測領域 100に出 射され、第 2のタワー 92上の受光部 3Eでそれぞれ受光されるようになって 、る。
[0107] また、本実施例では、第 1の森林観測タワー 91上に半導体式圧力センサ 53と熱電 対 (温度センサ） 52を設置し、その計測値を計測領域 100の圧力と温度として代表さ せて ヽるが、対象ガスの吸収スペクトルの特性を利用して計測領域 100の平均圧力 、平均温度をレーザで計測する場合もある。
[0108] 次に、第 2の森林観測タワー 92上に設置した受光部 3Eは、第 1タワー 91上の光源 部 2Eの TDLAS光学系ユニット 20から出射され、大気中を透過してきたレーザを受 光する受光装置（PD— G) 35と、シンチレーシヨン計測ユニット 70から照射されたレー ザを受光する受光装置 (PD— Sl、 PD— S2) 33、 34とから構成されており、夫々の受 光信号 S23、 S191、 S192 (G、 Sl、 S2)は、解析のため観測室 90の制御 Z解析部 19Eへ出力される。
[0109] なお、本実施例では、タワー 91、 92上の光源部 2Eおよび受光部 3Eから観測室 90 までの信号伝送（図 7中 * ε Ρ)を通常の金属線からなる電気配線ケーブルで行った 1S 本発明はこれのみに限定されるものではなぐさらに計測長が長くなつた場合に 対応するために通信施設の設置が容易な光ファイバ一方式や無線方式の信号伝送 方法を採用することも可能である。
[0110] 図 8は横軸に計測時刻をとり、縦軸に計測した CO濃度フラックス (mgZm2' S)をと
2
つて、実施例 2の計測結果を示す特性線図である。図中にて実線 A2は本発明装置 により計測した実施例 2の結果を示し、破線 B2は従来の CO計による濃度計測と第 1
2
観測タワー 91上での超音波流速計によるフラックス計測を組み合せた比較例 1の結 果を示し、二点鎖線 C2は従来の CO計による濃度計測と第 2観測タワー 92上での
2
超音波流速計によるフラックス計測を組み合せた比較例 2の結果を示した。図から明 らかなように本実施例 2の計測結果 (特性線 A2)は、比較例の結果 (特性線 B2、 C2) よりも滑らかな変化曲線となっている。これは本発明装置では光源部カも受光部まで の間に障害物がまったく無い (外乱がない)ことに起因している。一方、従来装置を用 いた比較例の計測結果は変化曲線にギザギザが多く発生している。これは従来技術 では計測領域内に多数の計測装置が設置されるので、ある計測装置力 みれば他 の計測装置が障害物となり、計測装置それ自体が外乱の発生原因となる力 である
[0111] 本発明による広域 CO濃度フラックスの計測結果 (特性線 A2)を、従来技術を用い
2
た比較例の計測結果 (特性線 B2, C2)で直接検証することはできないが、本発明の 計測結果は、各タワー上で従来技術を用いて計測した結果とほぼ一致しており、本 発明が広域 CO濃度フラックスのリアルタイム計測に好適であることを実証できた。
2
[0112] (実施例 3)
実施例 3として図 9を参照して半導体レーザ方式ガス濃度フラックス計測装置を用 いて森林観測タワー間の広域 COフラックスを計測した例について説明する。なお、
2
本実施例が上記の実施例と重複する部分の説明は省略する。
[0113] 本実施例 3では、本発明による広域のガス濃度フラックス計測を実証するため、森 林観測タワー 91、 92上にシンチレーシヨン法機能を追カ卩した波長可変 TDLAS式ガ ス濃度計測装置の単体装置である半導体レーザ式ガス濃度フラックス計測装置を設 置し、その計測結果を Monin-Obukhov相似則に基づいて解析し、森林観測タワー 9 1、 92間での広域 CO濃度フラックスを計測した。なお、本実施例 3でも実施例 2と同
2
様に計測長 L2はタワー間距離と等しい L2 = 81mとした。
[0114] 図 9に実施例 3の装置系統を示す。波長可変 TDLAS式ガス濃度計測装置 2F、 3 Fの構成は、図 2に示した代表的装置構成とほぼ同様であり、実施例 2と同様に、 計測感度や計測安定性の向上のため、二重波長変調機構およびゼロ点計測機構を 追加している。また、観測室 90に設置した制御 Z解析部 19Fは、図 7に示した実施 例 2の制御 Z解析部 19Dとほぼ同様である。
[0115] 具体的な装置配置は、第 1の森林観測タワー 91上に設置した光源部 2Fは、実施 例 1、 2の TDLAS光学系ユニット 20の基本構成に、ガス濃度計測用光源 (LD1) 28 aとは別個のレーザ発振装置 28bを組み込んでいる。光源部 2Fからは、参照部受光 信号 S22、ゼロ部受光信号 S21が観測室 90の制御 Z解析部 19Fに向けて出力され ており、同時に、それぞれの光源部 LDの制御信号 Sla、 Sibが観測室 90の制御 Z 解析部 19Fから送信されている。また、本実施例では、第 1の森林観測タワー 91上 に半導体式圧力センサ 53および熱電対 (温度センサ） 52を設置し、その計測値を計 測領域 100の圧力と温度として代表させて 、るが、対象ガスの吸収スペクトルの特性 を利用して計測領域 100の平均圧力と平均温度をレーザで計測する場合もある。
[0116] 次に、第 2観測タワー 92上に設置した受光部 3Fは、光学ユニット 20から出射され てタワー 91、 92間の大気中を透過してきたそれぞれのレーザの受光装置（PD— G、 PD-S) 29a, 29dで構成され、それぞれの受光信号 S20、 S23は、解析のために観 測室 60の制御 Z解析部 19Fへ出力される。なお、本実施例では、この信号伝送（図 7中 *印）を通常の電気配線ケーブルで行ったが、さらに計測長が長くなつた場合は 、施設設置の容易な光ファイバ一伝送や無線伝送も可能である。
[0117] 図 10は横軸に計測時刻をとり、縦軸に計測した CO濃度フラックス (mg/m2' S)を
2
とって、実施例 3の計測結果を示す特性線図である。図中にて実線 A3は本発明装 置により計測した実施例 3の結果を示し、破線 B3は従来の CO計による濃度計測と
2
第 1観測タワー 91上での超音波流速計によるフラックス計測を組み合せた比較例 1 の結果を示し、二点鎖線 C3は従来の CO計による濃度計測と第 2観測タワー 92上
2
での超音波流速計によるフラックス計測を組み合せた比較例 2の結果を示した。図か ら明らかなように本実施例 3の計測結果 (特性線 A3)は、比較例の結果 (特性線 B3、 C3)よりも滑らかな変化曲線となっている。これは本発明装置では光源部カも受光部 までの間に障害物がまったく無い (外乱がない)ことに起因している。一方、従来装置 を用いた比較例の計測結果は変化曲線にギザギザが多く発生している。これは従来 技術では計測領域内に多数の計測装置が設置されるので、ある計測装置からみれ ば他の計測装置が障害物となり、計測装置それ自体が外乱の発生原因となる力 で める。
[0118] 本発明による広域 CO濃度フラックスの計測結果 (特性線 A3)を、従来技術を用い
2
た比較例の計測結果 (特性線 B3、 C3)で直接検証することはできないが、本発明の 計測結果は、各タワー上で従来技術を用いて計測した結果とほぼ一致しており、本 発明が広域 CO濃度フラックスのリアルタイム計測に好適であることを実証できた。
2
[0119] (実施例 4)
実施例 4として図 11を参照して半導体レーザ方式ガス濃度フラックス計測装置を用 いて森林観測タワー間の広域 COフラックス計測について説明する。なお、本実施
2
例が上記の実施例と重複する部分の説明は省略する。
[0120] 本実施例 4では、本発明による広域のガス濃度フラックス計測を実証するため、森 林観測タワー 91、 92上にシンチレーシヨン法機能を追カ卩した波長可変 TDLAS式ガ ス濃度計測装置の単体装置である半導体レーザ式ガス濃度フラックス計測装置 2G、 3Gを設置し、その計測結果を Monin-Obukhov相似則に基づいて解析し、森林観測 タワー 91、 92間での広域 CO濃度フラックスを計測した。なお、本実施例でも上記の
2
実施例 2と同様に計測長 L2はタワー間距離と等しい L2 = 81mとした。
[0121] 図 11に実施例 4の装置系統を示す。波長可変 TDLAS式ガス濃度計測装置の構 成は図 3に示した代表的装置構成とほぼ同様であるが、実施例 2と同様に、計測 感度や計測安定性の向上のため、二重波長変調機構とゼロ点計測機構を追加した
[0122] 具体的な装置配置は、第 1の森林観測タワー 91上に設置した光源部 2Gは、実施 例 1、 2の TDLAS光学系ユニットの基本構造に、計測用レーザを 2つに分配し、その 一方のレーザ偏光面を 90° 回転させたうえで、計測領域に向けて発振させる偏光面 回転器 27Gを追加した構成であり、参照部受光信号 S22、ゼロ部受光信号 S21が観 測室 90の制御 Z解析部 19Gに向けて出力されており、同時に、 TDLAS光学系ュ ニット 20への LD制御信号 S 1が観測室 90の制御 Z解析部 19Gから送信されて 、る 。偏光面回転器 27Gは、ファラデー回転子を内蔵しており、半導体レーザ光源 (LD) 28から発振されたレーザ光の偏光面を 90° 回転させて、縦偏光から横偏光にレー ザ偏光面を変換するものである。
[0123] また、本実施例では、第 1の森林観測タワー 91上に半導体式圧力センサ 53と熱電 対 (温度センサ） 52を設置し、その計測値を計測領域 100の圧力と温度として代表さ せて ヽるが、対象ガスの吸収スペクトルの特性を利用して計測領域の平均圧力と平 均温度をレーザで計測する場合もある。
[0124] 次に、第 2の森林観測タワー 92上に設置した受光部 3Gは、光学ユニット 20から出 射され、タワー 91、 92間の大気中を透過してきた 2本のレーザを受光する 2つの受光 装置（PD— G、 PD— S) 29a、 29dで構成されており、その受光信号 S23、 S20は、解 祈の為、観測室 90の制御 Z解析部 19Gへ出力される。なお、本実施例では、この信 号伝送 (図 11中 *印）を通常の電気配線ケーブルで行ったが、さらに計測長が長く なった場合は、通信施設の設置が容易な光ファイバ一方式や無線方式の伝送も可 能である。後に、観測室 90に設置した制御 Z解析部 19Gは、図 7に示した実施例 2 のものとほぼ同様である。
[0125] 図 12は横軸に計測時刻をとり、縦軸に計測した CO濃度フラックス (mgZm2' S)を とって、実施例 4の計測結果を示す特性線図である。図中にて実線 A4は本発明装 置により計測した実施例 4の結果を示し、破線 B4は従来の CO計による濃度計測と
2
第 1観測タワー 91上での超音波流速計によるフラックス計測を組み合せた比較例 1 の結果を示し、二点鎖線 C4は従来の CO計による濃度計測と第 2観測タワー 92上
2
での超音波流速計によるフラックス計測を組み合せた比較例 2の結果を示した。
[0126] 本発明による広域 CO濃度フラックスの計測結果を、従来技術の計測結果で直接
2
検証することはできないが、本発明での計測結果は、各タワー上で従来技術にて計 測した結果とほぼ一致しており、本発明にて広域 CO濃度フラックスのリアルタイム計
2
測が可能であることを実証できたと 、える。
[0127] (実施例 5)
実施例 5として図 13を参照して半導体レーザ方式ガス濃度フラックス計測装置を用 いて森林観測タワー間の広域 COフラックス計測する場合について説明する。なお、
2
本実施例が上記の実施例と重複する部分の説明は省略する。
[0128] 本実施例 5では、本発明による広域のガス濃度フラックス計測を実証するため、森 林観測タワー 91、 92上にシンチレーシヨン法機能を追カ卩した波長可変 TDLAS式ガ ス濃度計測装置の単体装置である半導体レーザ式ガス濃度フラックス計測装置 2H 、 10Hを設置し、その計測結果を Monin-Obukhov相似則に基づいて解析し、森林観 測タワー 91、 92間での広域 CO濃度フラックスを計測した。なお、本実施例でも上記
2
実施例 2と同様に、計測長 L2はタワー間距離と等しい L2 = 81mとした。
[0129] 図 13に実施例 5の装置系統を示す。波長可変 TDLAS式ガス濃度計測装置の構 成は、波長変調周波数と比較して偏光面変調周波数が十分低いため、図 4に示した 代表的装置構成とほぼ同様であるが、実施例 2と同様に、計測感度や計測安定 性の向上のために、二重波長変調機構とゼロ点計測機構を追加している。
[0130] 具体的な装置配置は、第 1の森林観測タワー 91上に設置した光源部 2Hは、実施 例 1、 2の TDLAS光学系ユニットの基本構造に、偏光面変調機能を付加するための 偏光面変調装置 59と、その変調制御装置 58を追加した光学ユニット 20で構成され 、参照部受光信号 S22、ゼロ部受光信号 S21、偏光面変調参照信号 S37が観測室 90の制御 Z解析部 19Hに向けて出力されており、同時に、光学系ユニット 20への L D制御信号 SIが観測室 90の制御 Z解析部 19H力も送信されている。また、本実施 例では、第 1の森林観測タワー 91上に半導体式圧力センサ 53と熱電対 (温度センサ ) 52を設置し、その計測値を計測領域の圧力と温度として代表させているが、対象ガ スの吸収スペクトルの特性を利用して計測領域の平均圧力と平均温度をレーザで計 測する場合もある。
[0131] 観測室 90に設置した制御 Z解析部 19Hは、図 7に示した実施例 2のものに、第 2 の位相敏感検波器 (No. 2— PSD— G) 64aから出力される信号から、偏光面変調参 照信号 S37に基づいて、変調に同期した信号成分を検出するための第 3の位相敏 感検波器 (No. 3— PSD— G) 64eと、 PD— Gの受光信号力 縦偏光レーザの受光強 度信号を取り出すための第 1の位相敏感検波器 (No. 1— PSD— S) 63aや、 PD— G の受光信号から横偏光レーザの受光強度信号を取り出すための位相敏感検波器 ( No. 2— PSD— S) 64f、偏光面変調参照信号 S37の位相をシフトさせる信号 S36を 出力する位相シフター 68が追加され、その代わりに受光強度信号用の直流成分検 出装置は省かれている。
[0132] 第 2の森林観測タワー 92上に設置した受光部 2Hは、光学ユニット 20から出射され 、タワー 91、 92間の大気中を透過してきたレーザを受光する受光装置 (PD— G) 29 で構成されており、その受光信号 S22は、解析のため観測室 90の制御 Z解析部 19 Hへ出力される。なお、本実施例では、この信号伝送（図 11中 *印）を通常の電気配 線ケーブルで行ったが、さらに計測長が長くなつた場合は、通信施設設置が容易な 光ファイバ一方式や無線方式の伝送とすることも可能である。
[0133] 図 14は横軸に計測時刻をとり、縦軸に計測した CO濃度フラックス (mg/m2' S)を
2
とって、実施例 5の計測結果を示す特性線図である。図中にて実線 A5は本発明装 置により計測した実施例 5の結果を示し、破線 B5は従来の CO計による濃度計測と
2
第 1観測タワー 91上での超音波流速計によるフラックス計測を組み合せた比較例 1 の結果を示し、二点鎖線 C5は従来の CO計による濃度計測と第 2観測タワー 92上
2
での超音波流速計によるフラックス計測を組み合せた比較例 2の結果を示した。
[0134] 本発明による広域 CO濃度フラックスの計測結果を、従来技術の計測結果で直接
2
検証することはできないが、本発明での計測結果は、各タワー上で従来技術にて計 測した結果とほぼ一致しており、本発明にて広域 CO濃度フラックスのリアルタイム計
2
測が可能であることを実証できたと 、える。
産業上の利用可能性
[0135] 本発明のガス濃度フラックス計測装置は、広域にわたる地球温暖化ガス (GHG)の 存在量のモニタリングに用いられ、例えば森林での CO吸収量の評価や、地表、地
2
中で発生する GHG発生量調査等の環境調査に用いられ、あるいは CO地下処分プ
2 ラントやガス貯留設備、パイプライン等のガス漏洩の検知にも用いられる。
図面の簡単な説明
[0136] [図 1]本発明装置に組み込まれる基本的なガス濃度計測装置の部分を示す構成プロ ック図。
[図 2]本発明のガス濃度フラックス計測装置（2個のレーザ光源と 2個の受光装置の組 み合せ)を示す構成ブロック図。
[図 3]本発明のガス濃度フラックス計測装置（1個のレーザ光源と 2個の受光装置の組 み合せ;偏光面変調方式)を示す構成ブロック図。
[図 4]本発明のガス濃度フラックス計測装置（1個のレーザ光源と 1個の受光装置の組 み合せ；外部制御偏光面変調方式)を示す構成ブロック図。
[図 5] (a)は本発明のガス濃度フラックス計測装置 (実施例 1；森林観測タワー上での CO濃度フラックス計測例）を示す構成ブロック図、（b)は装置の概略配置図。
2
[図 6]実施例 1の計測結果 (超音波流速計との組合せによる森林 CO濃度フラックス
2
計測結果)を示す特性線図。
[図 7] (a)は本発明のガス濃度フラックス計測装置 (実施例 2 ;森林観測タワー間での 広域 CO濃度フラックス計測例)を示す構成ブロック図、（b)は装置の概略配置図。
2
[図 8]実施例 2の計測結果 (シンチレーシヨン法との組合せによる森林観測タワー間で の広域 COフラックス計測結果)を示す特性線図。
2
[図 9] (a)は本発明のガス濃度フラックス計測装置 (実施例 3；森林観測タワー間での 広域 CO濃度フラックス計測例)を示す構成ブロック図、（b)は装置の概略配置図。
2
[図 10]実施例 3の計測結果 (半導体レーザ方式ガス濃度フラックス計測装置による森 林観測タワー間での広域 COフラックス計測結果)を示す特性線図。
2 [図 ll] (a)は本発明のガス濃度フラックス計測装置 (実施例 4 ;森林観測タワー間での 広域 CO濃度フラックス計測例)を示す構成ブロック図、（b)は装置の概略配置図。
2
[図 12]実施例 4の計測結果 (半導体レーザ方式ガス濃度フラックス計測装置による森 林観測タワー間での広域 COフラックス計測結果)を示す特性線図。
2
[図 13] (a)は本発明のガス濃度フラックス計測装置 (実施例 5；森林観測タワー間での 広域 CO濃度フラックス計測例)を示す構成ブロック図、（b)は装置の概略配置図。
2
[図 14]実施例 5の計測結果 (半導体レーザ方式ガス濃度フラックス計測装置による森 林観測タワー間での広域 COフラックス計測結果)を示す特性線図。
2
[図 15A]従来のサンプリング装置の概要図。
[図 15B]森林での CO吸収量計測に用いられている従来装置の概要図。
2
[図 15C]シンチレーシヨン法により森林中運動量フラックスを計測する従来装置の概
[図 15D]シンチレーシヨン法により運動量フラックスを計測する従来装置の概要図。
[図 16A]シンチレーシヨン法による運動量フラックス導出手順を示すフローチャート。
[図 16B]シンチレーシヨン法による運動量フラックスの導出手順（図 16Aの続き）を示 すフローチャート。
圆 17A]本発明によるガス濃度フラックスの導出手順を示すフローチャート。
圆 17B]本発明によるガス濃度フラックスの導出手順（図 17Aの続き）を示すフローチ ヤート。

Claims

請求の範囲
[1] 計測対象ガスに固有な吸収波長のレーザ光を計測領域に向けて発振する少なくと も 1つの光源と、
前記光源の出力動作を制御するレーザ出力制御装置と、
前記光源力 発振されるレーザの発振波長に対して変調を加えるための変調信号 を出力し、かつ、その変調に同期した参照信号を出力する波長変調制御装置と、 計測領域を透過してきたレーザを受光し、かつ、その受光強度に応じた信号を出力 する第 1の受光装置と、
前記第 1の受光装置から出力された信号の中から変調信号としての交流成分を取 り除き、受光強度の直流成分を出力する第 1の直流成分検出器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 1の受光装置から出 力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し
、計測領域の計測対象ガス濃度に比例した信号を出力する第 1の波長変調復調器と 前記光源から発振されるレーザを 2つ以上に分配する光学系と、
濃度が既知の前記計測対象ガスが封入され、前記光学系により分配されて計測領 域に向かわなくなったレーザが前記封入ガス中を透過するような位置に配置された 参照セルと、
前記参照セル内の封入ガスを透過してきたレーザを受光し、かつ、その受光強度 に応じた信号を出力する第 2の受光装置と、
前記第 2の受光装置から出力された信号の中から変調信号としての交流成分を取 り除き、受光強度の直流成分を出力する第 2の直流成分検出器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 2の受光装置から出 力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し 、前記参照セル内の封入ガス濃度に比例した信号を出力する第 2の波長変調復調 器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 2の受光装置から出 力された信号の中力もレーザに加えた波長変調信号の奇数次高調波成分を検出し 、レーザ波長を計測対象ガスの吸収波長に固定ィヒするための基準信号を出力する 第 3の波長変調復調器と、
前記第 1の直流成分検出器、第 1の波長変調復調器、第 2の直流成分検出器およ び第 2の波長変調復調器力 出力された信号に基づいて、計測領域中のガス濃度 および固体粒子濃度を算出し、その算出結果を出力する解析装置と、
前記波長変調制御装置からの変調信号と前記第 3の波長変調復調器からのレー ザ波長固定化信号とを加算し、その加算信号を前記レーザ出力制御装置への外部 制御信号として出力する加算器と、
計測領域の温度を計測し、その計測値に応じた信号を前記解析装置に出力する 温度計測手段と、
計測領域の圧力を計測し、その計測値に応じた信号を前記解析装置に出力する 圧力計測手段と、を具備するガス濃度フラックス計測装置であって、
さらに、計測領域におけるガス流の水平 2方向の流速成分と鉛直方向の流速成分 とをそれぞれ直接的に計測し、これらの計測信号を前記解析装置に出力する流速計 測手段を有し、
前記解析装置は、前記流速計測手段から入力される信号を用いて渦相関則に基 づく解析を行い、その解析結果を用いて計測領域の運動量フラックス、計測対象ガ スの濃度フラックスおよび計測対象ガス濃度を演算により求めることを特徴とするガス 濃度フラックス計測装置。
[2] 計測対象ガスに固有な吸収波長のレーザ光を計測領域に向けて発振する少なくと も 1つの第 1のレーザ光源と、
前記レーザ光源の出力動作を制御するレーザ出力制御装置と、
前記レーザ光源力 発振されるレーザの発振波長に対して変調を加えるための変 調信号を出力し、かつ、その変調に同期した参照信号を出力する波長変調制御装 置と、
計測領域を透過してきたレーザを受光し、かつ、その受光強度に応じた信号を出力 する第 1の受光装置と、
前記第 1の受光装置から出力された信号の中から変調信号としての交流成分を取 り除き、受光強度の直流成分を出力する第 1の直流成分検出器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 1の受光装置から出 力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し
、計測領域の計測対象ガス濃度に比例した信号を出力する第 1の波長変調復調器と 前記第 1のレーザ光源から発振されるレーザを 2つ以上に分配する光学系と、 濃度が既知の前記計測対象ガスが封入され、前記光学系により分配されて計測領 域に向かわなくなったレーザが前記封入ガス中を透過するような位置に配置された 参照セルと、
前記参照セル内の封入ガスを透過してきたレーザを受光し、かつ、その受光強度 に応じた信号を出力する第 2の受光装置と、
前記第 2の受光装置から出力された信号の中から変調信号としての交流成分を取 り除き、受光強度の直流成分を出力する第 2の直流成分検出器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 2の受光装置から出 力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し 、前記参照セル内の封入ガス濃度に比例した信号を出力する第 2の波長変調復調 器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 2の受光装置から出 力された信号の中力もレーザに加えた波長変調信号の奇数次高調波成分を検出し 、レーザ波長を計測対象ガスの吸収波長に固定ィヒするための基準信号を出力する 第 3の波長変調復調器と、
前記第 1の直流成分検出器、第 1の波長変調復調器、第 2の直流成分検出器およ び第 2の波長変調復調器力 出力された信号に基づいて、計測領域中のガス濃度 および固体粒子濃度を算出し、その算出結果を出力する解析装置と、
前記波長変調制御装置からの変調信号と前記第 3の波長変調復調器からのレー ザ波長固定化信号とを加算し、その加算信号を前記レーザ出力制御装置への外部 制御信号として出力する加算器と、
計測領域の温度を計測し、その計測値に応じた信号を前記解析装置に出力する 温度計測手段と、
計測領域の圧力を計測し、その計測値に応じた信号を前記解析装置に出力する 圧力計測手段と、を具備するガス濃度フラックス計測装置であって、
さらに、計測領域にレーザを照射する第 2の光源と、
前記第 2の光源力 出射され計測領域を透過してきたレーザを受光し、かつ、その 受光強度に応じた信号を前記解析装置に出力する第 3の受光装置と、を有し、 前記解析装置は、前記第 3の受光装置から入力される信号を用いてレーザ透過率 の時間変化を求め、求めたレーザ透過率の時間変化力 ガス密度の時間変化を導 出し、さらにガス密度の時間変化力 計測対象ガスの乱れの状態を把握するために Monin-Obukhov相似則に基づく解析を行 ヽ、その解析結果を用いて計測領域の運 動量フラックス、計測対象ガスの濃度フラックスおよび計測対象ガス濃度を演算により 求めることを特徴とするガス濃度フラックス計測装置。
[3] 計測対象ガスに固有な吸収波長のレーザ光を計測領域に向けて発振する第 1の 光源と、
前記第 1の光源の出力動作を制御するレーザ出力制御装置と、
前記第 1の光源力 発振されるレーザの発振波長に対して変調を加えるための変 調信号を出力し、かつ、その変調に同期した参照信号を出力する波長変調制御装 置と、
計測領域を透過してきたレーザを受光し、かつ、その受光強度に応じた信号を出力 する第 1の受光装置と、
前記第 1の受光装置から出力された信号の中から変調信号としての交流成分を取 り除き、受光強度の直流成分を出力する第 1の直流成分検出器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 1の受光装置から出 力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し 、計測領域の計測対象ガス濃度に比例した信号を出力する第 1の波長変調復調器と 前記第 1の光源から発振されるレーザを 2つ以上に分配する光学系と、 濃度が既知の前記計測対象ガスが封入され、前記光学系により分配されて計測領 域に向かわなくなったレーザが前記封入ガス中を透過するような位置に配置された 参照セルと、
前記参照セル内の封入ガスを透過してきたレーザを受光し、かつ、その受光強度 に応じた信号を出力する第 2の受光装置と、
前記第 2の受光装置から出力された信号の中から変調信号としての交流成分を取 り除き、受光強度の直流成分を出力する第 2の直流成分検出器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 2の受光装置から出 力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し 、前記参照セル内の封入ガス濃度に比例した信号を出力する第 2の波長変調復調 器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 2の受光装置から出 力された信号の中力もレーザに加えた波長変調信号の奇数次高調波成分を検出し 、レーザ波長を計測対象ガスの吸収波長に固定ィヒするための基準信号を出力する 第 3の波長変調復調器と、
前記第 1の直流成分検出器、第 1の波長変調復調器、第 2の直流成分検出器およ び第 2の波長変調復調器力 出力された信号に基づいて、計測領域中のガス濃度 および固体粒子濃度を算出し、その算出結果を出力する解析装置と、
前記波長変調制御装置からの変調信号と前記第 3の波長変調復調器からのレー ザ波長固定化信号とを加算し、その加算信号を前記レーザ出力制御装置への外部 制御信号として出力する加算器と、
計測領域の温度を計測し、その計測値に応じた信号を前記解析装置に出力する 温度計測手段と、
計測領域の圧力を計測し、その計測値に応じた信号を前記解析装置に出力する 圧力計測手段と、を具備するガス濃度フラックス計測装置であって、
さらに、計測対象ガスに固有な吸収波長のレーザ光を計測領域に向けて発振する 第 2の光源と、
前記第 2の光源力 発振され計測領域を透過してきたレーザを受光し、かつ、その 受光強度に応じた信号を出力する第 3の受光装置と、 前記第 3の受光装置力 受けた信号の中から変調信号としての交流成分を取り除 き、受光強度の直流成分を前記解析装置に出力する第 3の直流成分検出器と、を有 し、
前記解析装置は、前記第 3の直流成分検出器から入力される信号を用いてレーザ 透過率の時間変化を求め、求めたレーザ透過率の時間変化力 ガス密度の時間変 化を導出し、さらにガス密度の時間変化力 計測対象ガスの乱れの状態を把握する ために Monin-Obukhov相似則に基づく解析を行い、その解析結果を用いて計測領 域の運動量フラックス、計測対象ガスの濃度フラックスおよび計測対象ガス濃度を演 算により求めることを特徴とするガス濃度フラックス計測装置。
[4] 計測対象ガスに固有な吸収波長のレーザ光を計測領域に向けて発振する単一の 光源と、
前記光源の出力動作を制御するレーザ出力制御装置と、
前記光源力 発振されるレーザの発振波長に対して変調を加えるための変調信号 を出力し、かつ、その変調に同期した参照信号を出力する波長変調制御装置と、 計測領域を透過してきたレーザを受光し、かつ、その受光強度に応じた信号を出力 する第 1の受光装置と、
前記第 1の受光装置から出力された信号の中から変調信号としての交流成分を取 り除き、受光強度の直流成分を出力する第 1の直流成分検出器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 1の受光装置から出 力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し 、計測領域の計測対象ガス濃度に比例した信号を出力する第 1の波長変調復調器と 前記光源から発振されるレーザを 2つ以上に分配する光学系と、
濃度が既知の前記計測対象ガスが封入され、前記光学系により分配されて計測領 域に向かわなくなったレーザが前記封入ガス中を透過するような位置に配置された 参照セルと、
前記参照セル内の封入ガスを透過してきたレーザを受光し、かつ、その受光強度 に応じた信号を出力する第 2の受光装置と、 前記第 2の受光装置から出力された信号の中から変調信号としての交流成分を取 り除き、受光強度の直流成分を出力する第 2の直流成分検出器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 2の受光装置から出 力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し 、前記参照セル内の封入ガス濃度に比例した信号を出力する第 2の波長変調復調 器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 2の受光装置から出 力された信号の中力もレーザに加えた波長変調信号の奇数次高調波成分を検出し 、レーザ波長を計測対象ガスの吸収波長に固定ィヒするための基準信号を出力する 第 3の波長変調復調器と、
前記第 1の直流成分検出器、第 1の波長変調復調器、第 2の直流成分検出器およ び第 2の波長変調復調器力 出力された信号に基づいて、計測領域中のガス濃度 および固体粒子濃度を算出し、その算出結果を出力する解析装置と、
前記波長変調制御装置からの変調信号と前記第 3の波長変調復調器からのレー ザ波長固定化信号とを加算し、その加算信号を前記レーザ出力制御装置への外部 制御信号として出力する加算器と、
計測領域の温度を計測し、その計測値に応じた信号を前記解析装置に出力する 温度計測手段と、
計測領域の圧力を計測し、その計測値に応じた信号を前記解析装置に出力する 圧力計測手段と、を具備するガス濃度フラックス計測装置であって、
さらに、前記単一の光源から発振されるレーザを 2つ以上に分配する光学系と、分 配された一つ以上のレーザの偏光面を回転させる偏光面回転装置と、
前記偏光面回転装置により偏光面が回転されたレーザを受光し、かつ、その受光 強度に応じた信号を出力する第 3の受光装置と、
前記第 3の受光装置力 受けた信号の中から変調信号としての交流成分を取り除 き、受光強度の直流成分を前記解析装置に出力する第 3の直流成分検出器と、を有 し、
前記解析装置は、前記第 3の直流成分検出器から入力される信号を用いてレーザ 透過率の時間変化を求め、求めたレーザ透過率の時間変化力 ガス密度の時間変 化を導出し、さらにガス密度の時間変化力 計測対象ガスの乱れの状態を把握する ために Monin-Obukhov相似則に基づく解析を行い、その解析結果を用いて計測領 域の運動量フラックス、計測対象ガスの濃度フラックスおよび計測対象ガス濃度を演 算により求めることを特徴とするガス濃度フラックス計測装置。
[5] 計測対象ガスに固有な吸収波長のレーザ光を計測領域に向けて発振する単一の 光源と、
前記光源の出力動作を制御するレーザ出力制御装置と、
前記光源力 発振されるレーザの発振波長に対して変調を加えるための変調信号 を出力し、かつ、その変調に同期した参照信号を出力する波長変調制御装置と、 計測領域を透過してきたレーザを受光し、かつ、その受光強度に応じた信号を出力 する第 1の受光装置と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 1の受光装置から出 力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し 、計測領域の計測対象ガス濃度に比例した信号を出力する第 1の波長変調復調器と 前記光源から発振されるレーザを 2つ以上に分配する光学系と、
濃度が既知の前記計測対象ガスが封入され、前記光学系により分配されて計測領 域に向かわなくなったレーザが前記封入ガス中を透過するような位置に配置された 参照セルと、
前記参照セル内の封入ガスを透過してきたレーザを受光し、かつ、その受光強度 に応じた信号を出力する第 2の受光装置と、
前記第 2の受光装置から出力された信号の中から変調信号としての交流成分を取 り除き、受光強度の直流成分を出力する第 2の直流成分検出器と、
前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 2の受光装置から出 力された信号の中からレーザに加えた波長変調信号の偶数次高調波成分を検出し 、前記参照セル内の封入ガス濃度に比例した信号を出力する第 2の波長変調復調 器と、 前記波長変調制御装置からの参照信号に基づいて、前記第 2の受光装置から出 力された信号の中力もレーザに加えた波長変調信号の奇数次高調波成分を検出し 、レーザ波長を計測対象ガスの吸収波長に固定ィヒするための基準信号を出力する 第 3の波長変調復調器と、
前記第 1の波長変調復調器、第 2の直流成分検出器および第 2の波長変調復調器 力 出力された信号に基づいて、計測領域中のガス濃度および固体粒子濃度を算 出し、その算出結果を出力する解析装置と、
前記波長変調制御装置からの変調信号と前記第 3の波長変調復調器からのレー ザ波長固定化信号とを加算し、その加算信号を前記レーザ出力制御装置への外部 制御信号として出力する加算器と、
計測領域の温度を計測し、その計測値に応じた信号を前記解析装置に出力する 温度計測手段と、
計測領域の圧力を計測し、その計測値に応じた信号を前記解析装置に出力する 圧力計測手段と、を具備するガス濃度フラックス計測装置であって、
さらに、外部制御されるファラデー回転子を有し、前記単一の光源から発振される レーザの偏光面を回転させる偏光面回転装置と、
前記ファラデー回転子の回転角度を制御し、レーザ偏光面を縦偏光と横偏光に一 定周期で切り替えさせる偏光面変調制御装置と、
前記偏光面変調制御装置からの強度変調参照信号に基づいて前記第 1の受光装 置の出力信号中から偏光面変調に同期した信号を検出し、計測領域を透過してきた 縦偏光レーザの受光強度に比例した信号を計測部レーザ吸収量信号として前記解 析装置に出力する第 1の偏光面復調器と、
前記偏光面変調制御装置からの強度変調参照信号に基づいて前記第 1の受光装 置の出力信号中から偏光面変調に同期した信号を検出し、計測領域を透過してきた 横偏光レーザの受光強度に比例した信号を計測部レーザ吸収量信号として前記解 析装置に出力する第 2の偏光面復調器と、
前記偏光面変調制御装置からの強度変調参照信号に基づいて前記第 1の受光装 置の出力信号中から偏光面変調に同期した信号を検出し、計測領域を透過してきた レーザの受光強度に比例した信号を濃度計測信号として前記解析装置に出力する 第 3の偏光面復調器と、を有し、
前記解析装置は、前記第 1、第 2及び第 3の偏光面復調器からそれぞれ入力される 信号を用いてレーザ透過率の時間変化を求め、求めたレーザ透過率の時間変化か らガス密度の時間変化を導出し、さらにガス密度の時間変化力 計測対象ガスの乱 れの状態を把握するために Monin-Obukhov相似則に基づく解析を行 ヽ、その解析 結果を用いて計測領域の運動量フラックス、計測対象ガスの濃度フラックスおよび計 測対象ガス濃度を演算により求めることを特徴とするガス濃度フラックス計測装置。
[6] 前記第 3の偏光面復調器は前記第 1の波長変調復調器の後段に設けられ、偏光 面変調周波数は波長変調周波数より小さく設定されていることを特徴とする請求項 5 に記載のガス濃度フラックス計測装置。
[7] 前記第 3の偏光面復調器は前記第 1の波長変調復調器の前段に設けられ、偏光 面変調周波数は波長変調周波数より大きく設定されていることを特徴とする請求項 5 に記載のガス濃度フラックス計測装置。
[8] 前記第 1及び第 2の偏光面復調器の前段に設けられ、前記偏光面変調制御装置 力 の偏光面変調参照信号の位相を変化させる信号位相変 を有することを特 徴とする請求項 5に記載のガス濃度フラックス計測装置。
[9] 前記第 3の直流成分検出器の代わりとして、前記第 1の受光装置から出力された信 号の中から偏光面変調に同期した信号を検出し、受光強度に比例した信号を出力 する偏光面変調復調器を有することを特徴とする請求項 3又は請求項 4に記載のガ ス濃度フラックス計測装置。
[10] 前記光源と前記第 1の受光装置は同じ容器内に収納されていることを特徴とする請 求項 1な!、し請求項 5の 、ずれかに記載のガス濃度フラックス計測装置。
[11] 前記温度計測手段と前記圧力計測手段も前記同じ容器内に収納されていることを 特徴とする請求項 10に記載のガス濃度フラックス計測装置。
[12] 前記流速計測手段として時間応答性良好な超音波流速計を用い、該超音波流速 計は前記同じ容器内に収納されていることを特徴とする請求項 10に記載のガス濃度 フラックス計測装置。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4227991B2 (ja) * 2005-12-28 2009-02-18 トヨタ自動車株式会社 排ガス分析装置および排ガス分析方法
JP4594277B2 (ja) 2006-05-31 2010-12-08 トヨタ自動車株式会社 排ガス分析装置におけるセンサユニット
JP4732277B2 (ja) * 2006-08-23 2011-07-27 トヨタ自動車株式会社 ガス分析装置及びガス分析方法
JP4823020B2 (ja) * 2006-11-01 2011-11-24 三菱重工業株式会社 ガス濃度モニタリングシステム、固定局及び移動局、並びにガス濃度計測方法
US7969576B1 (en) * 2007-03-23 2011-06-28 The Regents Of The University Of California Optical sensing based on wavelength modulation spectroscopy
JP4713530B2 (ja) * 2007-03-23 2011-06-29 日本電信電話株式会社 浮遊粒子状物質測定装置
US7747417B2 (en) * 2007-08-06 2010-06-29 Arizona Public Service Company Method and system for transformer dissolved gas harmonic regression analysis
US8253942B2 (en) * 2007-09-27 2012-08-28 Scott Technologies, Inc. Optical gas detector
JP5314301B2 (ja) * 2008-03-14 2013-10-16 三菱重工業株式会社 ガス濃度計測方法および装置
JP5371268B2 (ja) * 2008-03-14 2013-12-18 三菱重工業株式会社 ガス濃度計測方法および装置
JP2010032454A (ja) * 2008-07-31 2010-02-12 Fuji Electric Systems Co Ltd ガス分析装置及びガス分析方法
JP5357506B2 (ja) 2008-10-29 2013-12-04 三菱重工業株式会社 濃度測定方法および装置
CN102405404B (zh) * 2009-02-02 2016-12-07 行星排放管理公司 监测温室气体通量的各系统的系统
CN102272564B (zh) * 2009-06-12 2014-07-16 光学传感器公司 用于执行光学吸收测量的方法和系统
BR112012004795A2 (pt) * 2009-09-02 2020-08-11 University Of Kwazulu - Natal método para estimar evaporação, sistema para estimar evaporação, mídia legivel, por máquina, dispositivo gravador de dados e conjunto de gravação de dados
AU2009292601B1 (en) * 2009-09-03 2010-06-17 Li-Cor, Inc. Method and apparatus for determining gas flux
WO2011028202A1 (en) * 2009-09-03 2011-03-10 Li-Cor, Inc. Method and apparatus for determining gas flux
US8269971B1 (en) * 2009-11-12 2012-09-18 Exelis, Inc. System and method for simultaneous detection of a gas using a mode-locked based transmitter
US8184297B2 (en) * 2009-12-17 2012-05-22 General Electric Company Gas mixture measurement system and methods therefor
EP2558823A4 (en) * 2010-04-12 2018-02-28 Li-Cor, Inc. Method and apparatus for determining gas flux
JP5333370B2 (ja) * 2010-07-22 2013-11-06 株式会社島津製作所 ガス濃度測定装置
JP2012026949A (ja) * 2010-07-27 2012-02-09 Shimadzu Corp ガス濃度測定装置
CN103221828A (zh) * 2010-11-16 2013-07-24 朴正翼 气体流速测定装置及气体流速测定方法
JP2012108156A (ja) * 2012-02-29 2012-06-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガス濃度計測方法および装置
JP2014032068A (ja) * 2012-08-02 2014-02-20 Koptic Inc ガス濃度測定装置
US9448214B2 (en) 2013-01-09 2016-09-20 Earth Networks, Inc. Network for measuring greenhouse gases in the atmosphere
KR101336207B1 (ko) * 2013-02-14 2013-12-06 대한민국 물질 교환량 분석 방법 및 장치
US8947663B2 (en) * 2013-03-15 2015-02-03 The Trustees Of Princeton University Dual-modulation faraday rotation spectroscopy
JP5973969B2 (ja) * 2013-07-31 2016-08-23 国立大学法人徳島大学 インライン型濃度計及び濃度検出方法
US9797798B2 (en) * 2013-08-21 2017-10-24 Physical Sciences, Inc. Systems and methods for sensitive open-path gas leak and detection alarm
CN103475311B (zh) * 2013-09-03 2016-05-25 周健 一种tdlas中信号产生专用电路
US9759703B2 (en) 2013-09-27 2017-09-12 Li-Cor, Inc. Systems and methods for measuring gas flux
CN103941402B (zh) * 2014-03-22 2016-03-16 中南大学 产生具有旋转角动量的涡旋光线和涡旋光线阵列的方法
CN104596946B (zh) * 2014-04-17 2018-03-09 王胤 探测顺磁分子气体的方法和系统
CN106062536A (zh) 2014-09-22 2016-10-26 株式会社东芝 呼气诊断装置
WO2016047170A1 (ja) * 2014-09-22 2016-03-31 株式会社 東芝 呼気診断装置
US20180202923A1 (en) * 2015-07-17 2018-07-19 Konica Minolta, Inc. Gas Detection Device and Gas Detection Method
EP3139152A1 (en) * 2015-09-04 2017-03-08 Siemens Aktiengesellschaft Optical methane detector using higher harmonic background functions for determining the methane concentration
KR101925502B1 (ko) * 2017-01-12 2019-02-27 서강대학교산학협력단 다원 기체의 농도 및 압력 산출 방법
CN107367570B (zh) * 2017-08-15 2019-05-24 江苏师范大学 一种化石燃料燃烧温度与气体浓度测量方法
JP7081146B2 (ja) * 2017-12-27 2022-06-07 富士電機株式会社 ガス分析装置
CN109211799A (zh) * 2018-11-14 2019-01-15 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法
CN109405907B (zh) * 2018-12-12 2023-10-03 中国农业大学 一种气体排放通量的检测方法及系统
CN110346315A (zh) * 2019-08-19 2019-10-18 大连世有电力科技有限公司 一种烟气测量装置
CN113406082B (zh) * 2021-06-23 2023-07-28 湖州师范学院 一种土壤碳通量测量系统
US20230221219A1 (en) * 2022-01-10 2023-07-13 Bridger Photonics, Inc. Apparatuses, systems, and methods for determining gas emssion rate detection sensitivity and gas flow speed using remote gas concentration measurements
CN115839928B (zh) * 2023-02-20 2023-05-19 长春理工大学 一种基于红外偏振光的二氧化碳浓度测量装置与方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5026991A (en) * 1989-09-20 1991-06-25 Spectral Sciences, Inc. Gaseous species absorption monitor
US5047639A (en) * 1989-12-22 1991-09-10 Wong Jacob Y Concentration detector
DE4113308A1 (de) * 1991-04-24 1992-11-05 Thiermann Volker Dipl Meteor D Szintillometer zur messung der strukturkonstanten und der inneren skalenlaenge atmosphaerischer brechungsindexfluktuationen
CN2186398Y (zh) * 1993-11-01 1994-12-28 胡传镛 激光干涉式有害气体监测传感器
JPH08261891A (ja) 1995-03-24 1996-10-11 Koito Ind Ltd ガスフラックス測定装置
JP3420376B2 (ja) 1995-03-24 2003-06-23 小糸工業株式会社 ガスフラックス測定装置
US5723864A (en) * 1995-09-01 1998-03-03 Innovative Lasers Corporation Linear cavity laser system for ultra-sensitive gas detection via intracavity laser spectroscopy (ILS)
JPH09236542A (ja) 1995-12-28 1997-09-09 Jasco Corp 光学活性体検出装置
JPH10153548A (ja) 1996-11-22 1998-06-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 可燃性・毒性ガス検知及び防災装置
US6064488A (en) * 1997-06-06 2000-05-16 Monitor Labs, Inc. Method and apparatus for in situ gas concentration measurement
JPH11227483A (ja) * 1998-02-10 1999-08-24 Mazda Motor Corp 自動変速機の変速操作入力装置
JPH11337483A (ja) * 1998-05-28 1999-12-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 走行車両排出ガスの計測装置および方法
US6356350B1 (en) * 1998-07-30 2002-03-12 Southwest Sciences Incorporated Wavelength modulation spectroscopy with multiple harmonic detection
JP3342446B2 (ja) * 1999-08-31 2002-11-11 三菱重工業株式会社 ガス濃度計測装置
JP4467674B2 (ja) * 1999-08-31 2010-05-26 三菱重工業株式会社 ガス濃度計測装置
JP3861059B2 (ja) * 2003-01-17 2006-12-20 三菱重工業株式会社 ガス濃度モニタリングシステム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of EP1669736A4 *

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Publication number Publication date
US7365352B2 (en) 2008-04-29
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