WO2008023833A1 - Dispositif d'analyse de gaz et procédé d'analyse de gaz - Google Patents

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WO2008023833A1
WO2008023833A1 PCT/JP2007/066817 JP2007066817W WO2008023833A1 WO 2008023833 A1 WO2008023833 A1 WO 2008023833A1 JP 2007066817 W JP2007066817 W JP 2007066817W WO 2008023833 A1 WO2008023833 A1 WO 2008023833A1
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gas
measurement
laser
laser beam
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PCT/JP2007/066817
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Masahiro Yamakage
Katsutoshi Goto
Kenji Muta
Yoshihiro Deguchi
Shinichiro Asami
Satoshi Fukada
Original Assignee
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
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    • G01N21/3151—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths using two sources of radiation of different wavelengths

Definitions

  • the present invention relates to a gas analyzer, and in particular, a gas analyzer and a gas analysis method capable of obtaining in real time a gas component concentration contained in a gas flowing in a gas flow path such as an engine exhaust pipe.
  • a gas analyzer and in particular, a gas analyzer and a gas analysis method capable of obtaining in real time a gas component concentration contained in a gas flowing in a gas flow path such as an engine exhaust pipe.
  • This in-vehicle HC measurement device includes an NDIR (non-dispersive infrared spectroscopy) gas analyzer for continuously measuring the HC (hydrocarbon) concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust pipe connected to the engine, The exhaust gas flow meter that continuously measures the flow rate of the exhaust gas flowing through the pipe, and the outputs of the NDIR gas analyzer and exhaust gas flow meter are processed to continuously calculate the amount of THC (total hydrocarbons) in the exhaust gas.
  • NDIR non-dispersive infrared spectroscopy
  • the exhaust gas analyzer described in Patent Document 1 can easily measure THC in exhaust gas in a vehicle traveling on an actual road, but the exhaust gas from the engine exhaust path is piped to the analysis unit. Because the gas component is analyzed by moving it through, real-time analysis cannot be performed, and only limited components such as HC can be analyzed in order to keep the aforementioned facilities small. In the development stage of engines and equipment such as exhaust gas purification equipment attached to the engine, components other than hydrocarbons such as nitrogen oxides and carbon monoxide in the exhaust gas can be easily measured. There is a demand for an exhaust gas analyzer that can measure exhaust gas components and gas concentrations in real time.
  • Figure 7 shows the gas analyzer.
  • a through hole 73 is formed in the center of the sensor portion 72, and the reflecting mirrors 74 and 74 are arranged so as to face each other with the through hole 73 interposed therebetween.
  • This sensor part 7 2 is It is installed in a gas flow path such as an exhaust pipe connected to the gin, and is configured to irradiate laser light to the gas flowing in the through hole 73 of the sensor unit 72.
  • the laser diode 70 emits a laser beam having a wavelength band including the wavelength absorbed by the measurement target gas component, and the emitted laser light is guided to the demultiplexer 71 by the optical fiber 81 and separated. It is demultiplexed into a measurement laser beam and a reference laser beam by the waver 71.
  • One of the demultiplexed laser beams for measurement is guided by the optical fiber 82 to the irradiating part of the sensor part 72, and irradiated from the irradiating part into the gas flowing through the through hole 73.
  • the laser beam for measurement irradiated in the gas is reflected by the reflectors 7 4 and 7 4 multiple times while passing through the gas. After being absorbed by the contained gas components, it is received by receiver 75.
  • the received measurement laser light is converted into an electric signal 85 by the light receiver 75, and the electric signal 85 is output to the difference detector 7 7 and the I ZV converter 80.
  • the electrical signal 8 5 input to the I ZV converter 80 is converted into a digital signal by the AZD converter 78 after being converted into a digital signal by the I converter 80, and is then analyzed as a measured light intensity signal.
  • Computer 7 is input to 9.
  • the other reference laser beam is guided to the light receiver 76 by the optical fiber 83, received by the light receiver 76, and converted into an electric signal 86, and the electric signal 86 is output to the differential detector 77.
  • the difference detector 7 7 calculates the difference between the electrical signal 8 5 of the measurement laser beam that has passed through the gas and the electrical signal 8 6 of the reference laser beam that has not passed through the gas, and the calculated difference signal Is converted to a digital signal by the AZD converter 7 8 and output to the analyzer 7 9.
  • the analyzer 7 9 Based on the difference signal input from the difference detector 7 7 and the electrical signal 85 indicating the measured received light intensity from the light receiver 75, the analyzer 7 9 detects that the measurement laser beam with a predetermined intensity is in the gas. Understand the absorption spectrum (normalized absorption spectrum) when transmitted.
  • the analysis device 79 compares the calculated absorption spectrum with the theoretical spectrum and analyzes the concentration of the gas components contained in the gas as well as the temperature and pressure of the gas. Disclosure of the invention In the gas analyzer shown in FIG. 7, the measurement laser light irradiated into the exhaust gas in the sensor section 72, which is the measurement region, is scattered by the particles floating in the exhaust gas if the reflector of the exhaust gas 74 is dirty. For example, as shown in FIG.
  • the measurement laser light irradiated with the light intensity P 1 at the wavelength; L 1 passes through the exhaust gas and is received by the light receiver 75. It will be attenuated to P2.
  • the rate at which the measurement laser light is attenuated when it passes through the exhaust gas varies depending on the degree of contamination of the reflecting mirror 74 depending on the state of particles floating in the exhaust gas and is not constant.
  • the analyzer 7 9 generates measurement laser light with a constant light intensity based on two signals, the difference signal from the difference detector 77 and the measured light intensity signal from the I / V converter 80.
  • the standardized absorption spectrum obtained when passing through the exhaust gas is calculated.
  • the capacity of the PCI bus currently used for signal conversion boards used in general measurement systems is about 10 OMBZ sec, and gas analyzers also use this general signal conversion board. Therefore, when data sampling of 1 MHz or more is performed, the amount of digital data input from the AZ D converter 78 to the analyzer 79 is limited by the capacity of the PCI bus.
  • Fig. 7 illustrates the case where exhaust gas is measured at one point in the exhaust path of an automobile.
  • an exhaust gas purification device is attached to the exhaust path of a vehicle, and it is necessary to measure the exhaust gas before and after that. Therefore, it is usually necessary to measure exhaust gas at multiple points in the exhaust path.
  • the wavelength of the laser beam to be absorbed differs depending on the gas component, the wavelength band of the laser beam becomes wider when the gas component to be measured is increased. For this reason, increasing the number of gas components to be measured increases the amount of data input to the analyzer 79, thus limiting the number of measurement points.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to reduce the amount of data input to the analysis device by reducing the number of signals input from the sensor unit to the analysis device. Even if sensor units are installed at multiple locations, The object is to provide a gas analyzer capable of measuring the concentration in real time.
  • a laser beam is demultiplexed into a measurement laser beam and a reference laser beam by a demultiplexer, and the measurement laser beam is transmitted through a gas and received by a photoreceiver.
  • the absorption spectrum absorbed by the gas component in the gas is grasped from the light intensity of the measured laser light and the light intensity of the reference laser light, and the absorption spectrum is analyzed and the gas is analyzed.
  • a gas analysis method for measuring a component concentration wherein the measurement laser light is irradiated into a gas through an optical attenuator, and the light intensity of the measurement laser light transmitted through the gas is the light of the reference laser light.
  • the optical attenuator is controlled so as to have a predetermined relationship with the intensity.
  • the gas analyzer of the present invention includes a duplexer that demultiplexes the laser light emitted from the laser light emitting unit into the measurement laser light and the reference laser light, and irradiates the measurement laser light in the gas.
  • the light attenuator is irradiated through the attenuator, and the optical attenuator has a predetermined light intensity of the reference laser light received by the reference light receiving unit and the light intensity of the measurement laser light received by the measurement light receiving unit.
  • the attenuation rate is controlled so as to have the following relationship.
  • the optical attenuator is feedback-controlled so that the light intensity of the measurement laser light received by the light receiver has a predetermined relationship with the light intensity of the reference laser light received by the light receiver,
  • the measurement laser beam received by the receiver is always in a predetermined relationship with the light intensity of the reference laser beam even if the degree of contamination of the reflector or the state of particles floating in the gas changes.
  • the light intensity is controlled. Therefore, in the present invention, the light intensity of the measurement laser light transmitted through the gas can be obtained from the light intensity of the reference laser light, and there is no need to input the light intensity signal of the measurement laser light to the analyzer.
  • the amount of data input to the analyzer can be reduced, and the number of measurement points and gas components to be measured can be increased.
  • the measurement laser light is demultiplexed into a plurality of parts by a demultiplexer, and the plurality of demultiplexed measurement laser lights are irradiated into the exhaust gas at different places to thereby emit the plurality of demultiplexed laser lights into the gas at the plurality of places It is characterized by measuring gas components.
  • the gas analysis method of the present invention demultiplexes a plurality of laser beams having different wavelength bands into a measuring beam and a reference beam by a demultiplexer, and multiplexes each measuring beam after passing through an optical attenuator.
  • the measurement laser light is transmitted through the gas, and is then demultiplexed into the transmitted light in the wavelength band by the wavelength demultiplexer, and the reference light is multiplexed by combining the reference lights.
  • the wavelength-demultiplexer demultiplexes the reference light in the above-mentioned wavelength band, the light intensity of the transmitted light demultiplexed by the wavelength demultiplexer, and the reference light demultiplexed by the wavelength demultiplexer
  • a gas analysis method for grasping an absorption spectrum absorbed by a gas component in a gas from intensity and analyzing the absorption spectrum to measure a gas component concentration wherein
  • the light intensity of the transmitted light demultiplexed by the wave resonator has a predetermined relationship with the light intensity of the reference light in the same wavelength band. It is characterized in that to control me.
  • the gas analyzer of the present invention includes a plurality of laser light emitting sections that emit laser beams having different wavelength bands, a duplexer that divides each laser light having a different wavelength band into measurement light and reference light, and A multiplexer that combines measurement beams of different wavelength bands into a measurement laser beam, a multiplexer that combines reference beams of different wavelength bands into a reference laser beam, and the measurement An irradiation unit that irradiates a gas with a laser beam, a wavelength-demultiplexer that demultiplexes the measurement laser beam that has passed through the gas into the transmitted light in the wavelength band, and the reference laser beam in the wavelength band
  • Each of the measurement lights is multiplexed by the multiplexer through an optical attenuator, and the optical attenuator is demultiplexed by the wavelength demultiplexer.
  • the attenuation of the transmitted light so that the light intensity of the transmitted light has a predetermined relationship with the light intensity of the reference light in the same wavelength band.
  • the present invention divides a plurality of laser beams having different wavelength bands into a measuring beam and a reference beam by a demultiplexer, and combines each measuring beam after passing through an optical attenuator. And passing the measurement laser light through the gas, and then demultiplexing the measurement laser light into the measurement laser light of the wavelength band by a wavelength-demultiplexer, and combining the reference light with the reference laser light.
  • the wavelength-specific demultiplexer After that, it is demultiplexed by the wavelength-specific demultiplexer into the reference laser beam in the above-mentioned wavelength band, so the optical intensity of the measurement laser beam demultiplexed by the wavelength demultiplexer and the demultiplexer by the wavelength demultiplexer.
  • the absorption spectrum absorbed by the gas component in the gas can be ascertained from the light intensity of the reference laser beam thus produced, and the concentration of the gas component can be measured by analyzing the absorption spectrum.
  • the light intensity of the transmitted light demultiplexed by the wavelength demultiplexer has a predetermined relationship with the light intensity of the reference light in the same wavelength band.
  • the attenuation factor is controlled so as to have, it is not necessary to input the light intensity signal of the transmitted light demultiplexed by the wavelength demultiplexer to the analyzer. As a result, the amount of data sent to the analyzer can be reduced, and multiple gas components contained in the exhaust gas can be analyzed at multiple locations within the capacity range of the analyzer's PC I bus to measure its concentration. Can be performed. Therefore, the present invention has a concentration of ammonia (1 530 nm), carbon monoxide (1 560 nm), carbon dioxide (1 570 ⁇ m), methane (1 680 ⁇ m), water (1 350 nm), etc. You can ask for it at once.
  • a plurality of laser light emitting sections that emit laser beams having different wavelength bands are time-divided and each emits light at different times.
  • the concentration of gas components can be determined stably without mixing analysis data of different wavelength bands.
  • each laser beam having a different wavelength band is obtained by demultiplexing a plurality of laser beams having different wavelength bands emitted from a plurality of laser beam light emitting sections by a demultiplexer.
  • a feature of the present invention is that a plurality of measurement laser beams are irradiated into exhaust gas at different locations to determine gas component concentrations in the gas at multiple locations.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a main configuration of a sensor unit of the gas analyzer according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of a gas analyzer including a main configuration of a laser oscillation / light reception controller and a signal analyzer in the embodiment.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a main part of an embodiment in which a gas analyzer according to a second embodiment of the present invention is mounted on an engine bench.
  • FIG. 4 is a block diagram of a gas analyzer including a main part configuration of a laser oscillation / light receiving controller and a signal analyzer in the second embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram of a gas analyzer including a main configuration of a laser oscillation / light reception controller and a signal analyzer in a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram of a gas analyzer including a main part configuration of a laser oscillation / light reception controller and a signal analyzer in a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the main configuration of the laser oscillation / light receiving controller in the gas analyzer developed by the applicant and the signal analyzer.
  • FIG. 8 is a graph for explaining an absorption spectrum in the present invention. Explanation of symbols
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a main part configuration of a sensor unit of a gas analyzer according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a gas analysis including a main part configuration of a laser oscillation / light receiving controller and a personal computer as a signal analysis device. It is a block diagram which shows the whole structure of an apparatus.
  • a gas analyzer includes a sensor unit 10 installed in an exhaust path of exhaust pipes 4 and 5 connected to an engine, a laser beam that irradiates exhaust gas, and a light receiver that receives the laser beam.
  • the laser oscillation / light receiving controller 6 to which an electrical signal is input, and the received light intensity of the laser light transmitted through the exhaust gas It consists of an analysis device 7 composed of a personal computer that analyzes the components contained in the exhaust gas and their concentrations based on the received light intensity of the laser light that does not pass.
  • the sensor unit 10 has a sensor base 11 formed from a plate material having a thickness of, for example, about 5 to 2 O mm, and has a central portion substantially the same as the inner diameter of the exhaust pipe unit.
  • a through hole 12 having a diameter is formed. Exhaust gas flowing through the exhaust passage passes through the through holes 1 2.
  • the shape of the through hole 12 is preferably a circle having the same diameter as the inner diameter of the exhaust pipe so as not to disturb the exhaust flow.
  • a metal plate material is a ceramic plate material, but the material is not particularly limited.
  • the sensor base 11 is formed with two sensor holes 1 3 and 1 4 penetrating from the outer peripheral surface toward the through hole 12.
  • a collimator 15 for condensing the laser beam is fixed in one sensor hole 13 to constitute an irradiation unit, and an optical fiber 53 for irradiating the laser beam is connected to the collimator 15, and the other sensor A light receiver (detector) 25 such as a photodiode for receiving laser light is fixed to the hole 14.
  • the sensor base 1 1 has two reflectors 1 7 and 7 facing each other across the through hole 1 2.
  • the two reflectors 17 and 17 are fixed in parallel, and the laser beam condensed and irradiated from the irradiation side optical fiber 53 through the collimator 15 is first directed upward by the lower reflector 17. And then reflected downward by the upper reflector 17 and reflected alternately by the two reflectors 17 and 17 to reach the receiver 25 on the light receiving side. It is configured as follows. In this way, the transmission distance of the laser light in the exhaust gas is set to be long.
  • the reflector 17 is preferably formed of a material that does not deteriorate due to the exhaust gas.
  • a thin film such as gold or platinum is formed on the base plate, and Mg F 2 or S i 0 2 is formed thereon as a protective layer. That in which the thin film of this is formed is preferable. Further, it is desirable that the reflector 17 has a high reflectance so that the laser light can be efficiently reflected. Since the reflector 17 is exposed to the exhaust gas during the start of the engine and becomes contaminated, it is preferable to remove the sensor base 11 from the flange portions F and F and clean it as necessary.
  • Sensor base 1 1 is placed between the flanges F and F.
  • Gaskets 9 and 9 are sandwiched between F 1 and F and the sensor base 11 1, and are fixed by bolts, nuts or the like not shown.
  • the gasket 9 is made of asbestos, A through hole having the same diameter as the inner diameter of the exhaust pipe is formed. With this configuration, even when the exhaust path is connected with the sensor base 11 between the flanges F and F, the exhaust gas does not leak in the middle, and the length of the exhaust path is not increased.
  • the optical fiber 5 3 that supplies laser light to the sensor unit 10 and the receiver 25 that receives the laser light that has passed through the exhaust gas at the sensor unit 10 and outputs an electrical signal are connected to the laser oscillation and light reception controller 6. Is done. That is, laser light emitted from a laser diode, which will be described later, of the laser oscillation / light reception controller 6 is irradiated into the through hole 12 through the sensor hole 1 3 of the sensor base 11 through the optical fiber 53, and the reflection plate. The laser beam reflected by 1 7 and 1 7 is received by the receiver 25 on the receiving side through the sensor hole 14, and the electrical signal output from the receiver 25 is emitted via the cable 62 It is configured to be input to the light receiving controller 6.
  • the laser oscillation / light reception controller 6 emits laser light and receives an electrical signal from a light receiving unit that receives the laser light, and outputs the difference signal as a digital signal to the computer 7 functioning as the prayer device 29.
  • the laser diode shown in Fig. 2 0, demultiplexer 2 2, optical attenuator 2 3, Yano 0 converter 2 8, receiver 2 5, 2 6, differential detector 2 7, I A converter 30 and an attenuator controller 31 are provided.
  • the laser light emitted from the laser diode 20 is guided to the demultiplexer 22 by the optical fiber 51, and is demultiplexed by the demultiplexer 22 into the reference laser beam and the measurement laser beam. Is done.
  • One of the demultiplexed measurement laser beams is guided to the optical attenuator 23 by the optical fiber 52, attenuated by the optical attenuator 23, and guided to the irradiation part of the sensor unit 10 by the optical fiber 53.
  • Light is irradiated and irradiated into the through hole 12 from the irradiation section.
  • the laser light irradiated into the through hole 12 is transmitted through the exhaust gas, and then received by the light receiver 25 and converted into an electric signal.
  • the measurement laser beam demultiplexed by the demultiplexer 22 is irradiated through the optical attenuator 23 as described above.
  • This optical attenuator 23 is for adjusting the light intensity of the measurement laser light irradiated into the exhaust gas.
  • a filter that can change the transmittance is placed in the optical path of the laser light to change the amount of transmitted light. Adjust the light intensity by placing a mirror in the optical path and changing the reflection angle of the mirror. An appropriate form can be used.
  • the attenuation rate of this optical attenuator 23 is controlled by the attenuator control device 31.
  • the attenuator control device 3 1 is for making the light intensity of the measurement laser light transmitted through the exhaust gas the same as the light intensity of the reference laser light.
  • the electrical signal of the light receiver 2 5 6 1 Is configured to be input after being I ZV converted by the I ZV converter 30. Since the reference light has no disturbing elements from the generation of the laser light to the light reception, and the reference light intensity does not change unless the laser output changes, the light intensity of the reference laser light received by the reference light receiver 26 Is constant, and the light intensity of the reference laser beam is input to the attenuator control device 31.
  • the attenuator control device 31 outputs the difference between the light intensity of the reference laser light and the light intensity of the measurement laser light to the optical attenuator 23 as a feedback correction amount.
  • the optical attenuator 2 3 attenuates the measurement laser light based on the feedback correction amount supplied from the attenuator control device 3 1, and determines the light intensity of the measurement laser light received by the light receiver 2 5.
  • the intensity is the same as the light intensity of the reference laser beam received at.
  • the laser beam for measurement received by the receiver 25 by this feedback control is always controlled to a constant light intensity even if the degree of contamination of the reflector plate 17 changes the state of particles floating in the exhaust gas. Yes. Therefore, in this embodiment, since it is not necessary to input the optical intensity signal of the measurement laser beam to the analyzer 29, the amount of data input to the analyzer can be reduced.
  • the difference detector 27 calculates a difference signal based on the electrical signal 61 of the measurement laser beam that has passed through the exhaust gas and the electrical signal 62 of the reference laser beam, and this difference signal is shown in the figure, for example. Is amplified by a preamplifier that is not connected to the analyzer 29 via the AZ D converter 28.
  • the analysis device 29 understands the absorption spectrum absorbed by the gas component in the exhaust gas based on the difference signal from the difference detector 27, analyzes this absorption spectrum, and analyzes the component concentration of the exhaust gas. Measure the temperature of the exhaust gas.
  • gas component concentration C is calculated from the following formula (1).
  • I is the transmitted light intensity
  • I o is the incident light intensity
  • k is the absorptance
  • L is the transmission distance. Therefore, the transmitted light intensity relative to the incident light intensity (I Q )
  • concentration c of the gas component is calculated based on the ratio of (i) and the signal intensity (iZio).
  • a light receiver that receives a measurement laser beam as transmitted light intensity I.
  • Incident light intensity I. Is output from a light receiver 26 that receives a reference laser beam that does not pass through the gas.
  • the gas analysis method of the present embodiment configured as described above will be described below.
  • the laser light emitted by the laser diode 20 reaches the demultiplexer 22 through the optical fiber 51, and the reference light demultiplexed by the demultiplexer 22 is transmitted through the optical fiber 54 as the reference laser beam.
  • the incident light intensity is converted to an electrical signal by the receiver 26. Is measured as
  • the measurement light demultiplexed by the demultiplexer 2 2 becomes laser light for measurement through the optical attenuator 2 3, and is guided to the irradiation part of the sensor unit 10 through the optical fiber 5 3, and the exhaust gas passes through. Irradiated into the through hole 1 2.
  • the optical attenuator 23 is feedback-controlled by the attenuator controller 31 so that the light intensity of the measurement laser light transmitted through the exhaust gas is the same as the light intensity of the reference laser light.
  • the measurement laser beam received by the light receiver 25 is always controlled at a constant light intensity even if the degree of contamination of the reflector 17 changes the state of particles floating in the exhaust gas. .
  • the measurement laser beam is repeatedly reflected by the reflectors 17 and 17 and reaches the light receiver 25.
  • the measurement laser light attenuated through the exhaust gas is received by the light receiver 25 as transmitted light intensity I, converted into an electric signal, and input to the difference detector 27.
  • the measurement laser beam is repeatedly reflected and the distance that it passes through the exhaust gas becomes large, and the transmission distance L in the equation (1) becomes long and the attenuation becomes large. Can be measured.
  • the difference detector 27 calculates the difference between the reference laser beam and the measurement laser beam, and supplies the difference signal to the analysis device 29.
  • the analyzer 29 understands the absorption spectrum that has passed through the exhaust gas and has been absorbed by the gas components, and the light intensity of the reference laser beam and the measurement laser beam that has been attenuated through the exhaust gas. Calculate the ratio of the peak wavelength to the light intensity (IZI 0) and the concentration of the gas component contained in the exhaust gas.
  • the measurement laser light passes through the optical attenuator, and the reference laser light does not pass through the optical attenuator.
  • the reference laser light is made to have a predetermined light intensity by the optical attenuator, a later solution will be given.
  • the processing burden on the analyzer can be reduced.
  • FIGS. 3 and 4 show a second embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the main part of the embodiment in which the gas analyzer is mounted on the engine bench
  • FIG. 4 is a laser oscillation / light-receiving controller
  • FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the gas analyzer including the main configuration and the signal analysis unit.
  • sensor units are installed at three locations in the exhaust path, and the gas components contained in the exhaust gas and their concentrations are measured and measured at each installation location. Multiple sensor units installed at three locations in the route
  • the first sensor unit 10 A is installed between the exhaust pipe 4 on the engine 2 side upstream of the first catalyst device 8 A, and the second sensor unit 10 B is downstream of the first catalyst device 8 A.
  • the third sensor unit 1 OC is installed on the downstream side of the second catalytic device 8B.
  • the demultiplexer 21 demultiplexes the laser light emitted from the laser diode 20 in order to guide the laser light to each sensor unit 10A, 10B, 1OC.
  • the laser light demultiplexed by the laser beam is guided to the demultiplexers 22A, 22B, and 22C by the optical fibers 53A, 53B, and 53C.
  • the laser beam guided by the optical fiber 53 A is demultiplexed into the measurement light and the reference light by the demultiplexer 22 A, and the measurement light passes through the optical attenuator 23 A and becomes a measurement laser beam. Irradiated into exhaust gas at 0 A.
  • the reference light passes through the optical attenuator 24 A and is converted into an electrical signal by the light receiver 26 A.
  • A, 24 B, and 24 C are for making the reference lights in the sensor units 10 A, 10 B, and 10 C have the same light intensity. The amount can be reduced.
  • the differential signal from the differential detectors 27 A, 27 B, 27 C at each installation location is converted into a digital signal and sent to the analyzer 29.
  • the amount of data sent from the A / D converter 28 to the analyzer 29 can be calculated using the PC on the signal conversion board.
  • the number of measurement points can be increased within the I-pass capacity range.
  • FIG. 5 shows a gas analyzer according to the third embodiment of the present invention. It is installed at one location in the exhaust path and measures the concentration of NO (—nitrogen oxide) and oxygen (o 2 ) contained in the exhaust gas.
  • the wavelength of the laser beam that passes through the gas is set according to the gas component to be detected.
  • the wavelength suitable for detecting oxygen (0 2 ) is 760 nm, which is suitable for detecting ammonia.
  • the wavelength suitable for detecting carbon monoxide is 1 560 nm, and the wavelength suitable for detecting nitric oxide (NO) is 1796 nm.
  • the wavelength suitable for detecting oxygen (0 2 ) and the wavelength suitable for detecting NO are too different in length, so it is not possible to emit light with one laser diode.
  • the laser oscillation controller 6 has an NO laser diode 33 that emits laser light for measuring the concentration of NO and an oxygen laser diode 34 that emits laser light for measuring the concentration of oxygen.
  • the NO laser diode 33 and the oxygen laser diode 34 emit respective laser beams in a time-sharing manner.
  • the NO laser light emitted from the NO laser diode 33 is guided to the NO demultiplexer 122 by an optical fiber, and is demultiplexed into NO measurement light and NO reference light.
  • the demultiplexed NO measurement light and NO reference light are guided to the measurement multiplexer 35 and the reference multiplexer 36 through optical attenuators 123 and 223, respectively.
  • the oxygen laser light emitted from the oxygen laser 34 is guided to the O and demultiplexer 222 by an optical fiber, and is demultiplexed into oxygen measurement light and oxygen reference light.
  • the demultiplexed oxygen measurement light and oxygen reference light are guided to the measurement multiplexer 35 and the reference multiplexer 36 through optical attenuators 323 and 423, respectively.
  • the NO measurement light and the oxygen measurement light are combined by the measurement multiplexer 35 to become a measurement laser beam, which is irradiated into the exhaust gas from the irradiation unit of the sensor unit 10 and transmitted through the exhaust gas.
  • the laser light of a specific wavelength is absorbed by oxygen and NO in the exhaust gas, it is demultiplexed into NO transmitted light and oxygen transmitted light by the wavelength demultiplexer 37 according to the wavelength.
  • O Transmitted light is received by NO light receiver 39 and is an electrical signal NO measurement light intensity signal
  • the oxygen reference light with the NO reference light is combined by the reference multiplexer 36 to become the reference laser beam, and is guided to the wavelength demultiplexer 38 by the optical fiber, and depending on the wavelength, the NO reference light And demultiplexed into oxygen reference light.
  • the NO reference light is received by the light receiver 41 and converted into an electric signal and input to the difference detector 27.
  • the oxygen reference laser light is received by the oxygen light receiver 42 and converted into an electric signal. Input to differential detector 2 7.
  • the attenuator control device 131 for controlling the light intensity of the NO measurement light is based on the measurement light reception intensity signal 61A converted by the I ZV converter 130 by the I ZV converter 130.
  • the attenuation rate of the optical attenuator 123 is feedback controlled so as to be the same as the light intensity.
  • the attenuator controller 231 that controls the light intensity of the oxygen measurement light is based on the measured light intensity signal 61 B I / V converted by the I ZV converter 230.
  • the attenuation rate of the optical attenuator 323 is feedback controlled so that it is the same as the light intensity.
  • the difference detector 27 calculates the NO difference signal by calculating the difference between the light intensity of the NO transmitted light that has passed through the exhaust gas and the light intensity of the NO reference light that has not passed through the exhaust gas, and the calculated NO difference signal is AZD. It is converted into a digital signal by the converter 28 and output to the analysis device (combiner) 29.
  • the difference detector 27 calculates the oxygen difference signal by calculating the difference between the light intensity of the oxygen transmitted light transmitted through the exhaust gas and the light intensity of the oxygen reference light not transmitted through the exhaust gas. The signal is converted to a digital signal by the A / D converter 28 and output to the analyzer (computer) 29.
  • the analyzer 29 understands the NO absorption spectrum absorbed by the NO in the exhaust gas from the difference signal between the NO transmitted light and the NO reference light input from the AZ D converter 28, and the NO absorption spectrum.
  • NO concentration is obtained by analyzing the oxygen concentration, and the oxygen absorption spectrum absorbed by the oxygen in the exhaust gas by the difference signal between the oxygen transmitted light and the oxygen reference light input from the 0 converter 28 The oxygen concentration is determined by analyzing the oxygen absorption spectrum.
  • the attenuator controller 131 feeds back the attenuation rate of the attenuator 123.
  • Control light intensity of NO transmitted light is set to a predetermined light intensity
  • the light intensity of NO reference light is set to the same, and NO transmitted light is always set ⁇ ? Constant (constant) light Since it is controlled so as to have an intensity, the analyzer 29 can grasp the standardized NO absorption spectrum obtained when the laser beam having a predetermined light intensity is irradiated from the difference signal. it can.
  • the attenuator control device 231 feedback-controls the attenuation rate of the optical attenuator 223 so that the light intensity of the oxygen transmitted light is the same as the light intensity of the oxygen reference light set to a predetermined light intensity, Since the oxygen measurement transmitted light is controlled so as to always have a predetermined (constant) light intensity that is set, the analyzer 29 is standardized that is obtained when a laser beam with a predetermined light intensity is irradiated. It is possible to grasp the oxygen absorption spectrum from the difference signal.
  • the measurement laser light in which the NO measurement light and the oxygen measurement light are combined is demultiplexed into the NO transmission light and the oxygen transmission light by the wavelength demultiplexer 37.
  • the reference laser beam in which the NO reference light and the oxygen reference light are combined is demultiplexed into the NO reference light and the oxygen reference light by the wavelength demultiplexer 38, the light intensity of the NO transmitted light Can be feedback controlled so that the light intensity is the same as the light intensity of the NO reference light.
  • the NO laser diode 33 and the oxygen laser diode 34 emit the respective laser beams in a time-division manner, so that the amount of data input to the analyzer 29 is further increased.
  • NO measurement data and oxygen measurement data are not mixed.
  • oxygen-transmitted light and NO-transmitted light are demultiplexed by wavelength demultiplexers 3 7, 3 8 and received by receivers 3 9, 40, 4 1, 4 2. Since it is possible to select one suitable for the wavelength of the laser beam to be received, the light receiving accuracy can be improved.
  • FIG. 6 shows a gas analyzer according to a fourth embodiment of the present invention, in which sensor units 1 OA, 10 B, and 10 C are installed at three locations in the exhaust path and NO contained in the exhaust gas. It measures the concentration of (nitrogen monoxide) and o 2 (oxygen).
  • the NO demultiplexer 122 demultiplexes the laser light emitted from the NO laser diode 33 into six, and can be sent to each measurement location as NO measurement light and NO reference light.
  • the oxygen demultiplexer 222 demultiplexes the laser light emitted from the oxygen laser diode 34 into six so that it can be sent to each measurement location as oxygen measurement light and oxygen reference light.
  • NO demultiplexer Optical attenuators 323A, 323B, and 323C that attenuate the NO reference light demultiplexed by 122 are set so that each NO reference light has the same light intensity.
  • the optical attenuators 423A, 423B, and 423C that attenuate the oxygen reference light demultiplexed by the demultiplexer 222 are set so that each oxygen reference light has the same light intensity. 2 The processing load in 9 is reduced.
  • sensor units 10 A, 1 OB and 10 C are installed at three locations in the exhaust path to measure the concentrations of NO (—nitrogen oxide) and 0 2 (oxygen) contained in the exhaust gas.
  • NO nitrogen oxide
  • 0 2 oxygen
  • the optical attenuator is feedback controlled so that the light intensity of the measurement laser light transmitted through the exhaust gas by the attenuator control device is the same as the light intensity of the reference laser light.
  • the light intensity of the measurement laser light and the reference laser light transmitted through the exhaust gas need not be the same. If the optical intensity of the measurement laser light that has passed through the gas is controlled by the optical attenuator so that it has a predetermined relationship with the light intensity of the reference laser light, the analyzer 29 will pass through the gas.
  • the light intensity of the measured laser light can be made the same as the light intensity of the reference laser light.
  • the light intensity of the measurement laser light that has passed through the gas is controlled to be P times the light intensity of the reference laser light. If so, the light intensity of the measurement laser light transmitted through the gas and the reference laser light can be made the same by multiplying the light intensity of the reference laser light by P with the analyzer 29. .
  • the gas analyzer of the present invention has a sensor unit 10 installed in the exhaust pipe of the automobile to analyze the gas component of the exhaust gas discharged from the engine. Any gas flowing in a pipe or the like can be analyzed in real time by installing a sensor unit 10 in the pipe, in real time.
  • the present invention irradiates the measurement laser light into the gas through an optical attenuator, and the light attenuation so that the light intensity of the measurement laser light transmitted through the gas has a predetermined relationship with the light intensity of the reference laser light. Therefore, it is not necessary to input data on the intensity of the measurement laser beam that has passed through the gas to the analyzer. Therefore, data to be input to the analyzer for analyzing the concentration of gas components contained in the gas based on the measurement laser light that has passed through the gas and the reference laser light that has not passed through the gas. Since the amount can be reduced, the concentration of various gas components contained in the gas can be analyzed and measured in real time at multiple locations.

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Description

明細書
ガス分析装置及びガス分析方法
技術分野
本発明は、 ガスの分析装置に係り、 特に、 エンジンの排気管等のガス流路を流 れているガスに含まれるガス成分濃度等をリアルタイムで求めることができるガ ス分析装置及びガス分析方法に関する。 背景技術
従来、 自動車等の排ガス分析装置として、 特開 2 0 0 4— 1 1 7 2 5 9号公報 (特許文献 1 ) に記載された車載型 H C測定装置がある。 この車載型 H C測定装 置は、 エンジンに連なる排気管を流れる排ガス中の H C (炭化水素） 濃度を連続 的に測定するための N D I R (非分散型赤外分光法） 型ガス分析計と、 排気管を 流れる排ガスの流量を連続的に測定する排ガス流量計と、 N D I R型ガス分析計 および排ガス流量計のそれぞれの出力を演算処理して、 排ガス中の T H C (全炭 化水素） 量を連続的に算出する演算処理回路を車両内に搭載可能としている。 前記特許文献 1に記載の排ガス分析装置は、 実際の道路を走行中の車両におい て、 その排ガス中の T H Cを簡易に測定できるものであるが、 エンジンの排気経 路から排ガスを分析部まで配管を通して移動させ、 ガス成分の分析を行っている ため、 リアルタイムの分析が行えず、 また、 前述の設備等を小さく抑えるために、 H Cなどの限られた成分しか分析することができない。 エンジンの開発や、 ェン ジンに付属する排ガス浄化装置等の機器の開発段階において、 排ガス中の炭化水 素以外の成分、 例えば窒素酸化物や一酸化炭素等についても簡易に測定でき、 し かも、 排ガスの成分やガス濃度等をリアルタイムで測定できる排ガス分析装置が 望まれている。
そこで、 本出願人は、 ガス中の例えば窒素酸化物や一酸化炭素等の多数のガス 成分についても、 簡易にリアルタイムで測定できるガス分析装置を開発した。 そ のガス分析装置を図 7に示す。
センサ部 7 2には、 中央に貫通口 7 3が形成されており、 貫通口 7 3を挟んで 反射鏡 7 4 , 7 4が対向するように配置されている。 このセンサ部 7 2は、 ェン ジンに連結された排気管等のガス流路に設置され、 センサ部 7 2の貫通口 7 3内 を流れているガスにレーザ光が照射されるように構成されている。
そして、 レーザダイオード 7 0は、 計測対象ガス成分が吸収する波長を含む波 長帯のレーザ光を発光し、 発光されたレーザ光は光ファイバ 8 1により分波器 7 1に導光され、 分波器 7 1により計測用レーザ光と参照用レーザ光とに分波され る。 分波された一方の計測用レーザ光は光ファイバ 8 2によりセンサ部 7 2の照 射部に導光され、 照射部から貫通口 7 3内を流れているガス中に照射される。 ガ ス中に照射された計測用レーザ光は、 反射鏡 7 4， 7 4間で複数回反射されなが らガス中を透過している間に特定の波長のレ一ザ光がガス中に含まれているガス 成分によって吸収された後、 受光器 7 5で受光される。 受光された計測用レーザ 光は受光器 7 5で電気信号 8 5に変換され、 その電気信号 8 5は差分検出器 7 7 と I ZV変換器 8 0とに出力される。 I ZV変換器 8 0に入力された電気信号 8 5は I 変換器 8 0によって Iノ V変換された後、 さらに AZD変換器 7 8で デジタル信号に変換されて計測受光強度信号として解析装置 （コンピュータ） 7 9に入力される。
他方の参照用レーザ光は光ファイバ 8 3により受光器 7 6に導光され受光器 7 6で受光されて電気信号 8 6に変換され、 その電気信号 8 6は差分検出器 7 7に 出力される。 差分検出器 7 7は、 ガス中を透過した計測用レーザ光の電気信号 8 5と、 ガス中を透過していない参照用レーザ光の電気信号 8 6との差を算出し、 算出した差分信号は AZD変換器 7 8でデジタル信号に変換されて解析装置 （コ ンピュータ） 7 9に出力される。
解析装置 7 9は、 差分検出器 7 7から入力された差分信号と受光器 7 5からの 計測受光強度を示す電気信号 8 5とに基づいて、 所定強度の計測用レーザ光がガ ス中を透過したときにおける吸収スペク トル （規格化された吸収スペク トル） を 把握する。 解析装置 7 9は、 算出した吸収スぺク トルを理論スぺク トルと比較 ' 解析し、 ガスの温度、 圧力とともにガス中に含まれるガス成分濃度を測定してい る。 発明の開示 図 7に示すガス分析装置では、 計測領域であるセンサ部 7 2において排ガス中 に照射された計測用レーザ光は、 排ガスによる反射鏡 7 4の汚れゃ排ガス中に浮 遊している粒子による散乱等のために図 8に示すように、 例えば、 波長； L 1にお いて光強度 P 1で照射された計測用レーザ光は排ガス中を透過して受光器 7 5で 受光されるときには光強度 P 2まで減衰されてしまう。 計測用レーザ光が排ガス 中を透過する際に減衰される割合は反射鏡 7 4の汚れの程度ゃ排ガス中に浮遊す る粒子の状況等により変化し一定ではない。
そのため、 解析装置 7 9は、 差分検出器 7 7からの差分信号と I /V変換器 8 0からの計測受光強度信号との 2つの信号に基づいて一定の光強度の計測用レー ザ光が排ガス中を透過したときに得られる規格化された吸収スペク トルを算出し ている。
したがって、 図 7に示すガス分析装置は、 信号解析装置 7 9に差分信号と受光 強度信号との 2つの信号が入力されており、 解析装置 7 9に入力されるデジタル のデータ量が多い。
ところが、 現在、 一般的な計測システムで使われている信号変換基板に採用さ れている P C Iバスの容量は約 1 0 O M B Z s e cであり、 ガス分析装置もこの 一般的な信号変換基板を用いているため、 1 MH z以上のデータサンプリングを 行う場合には P C Iバスの容量により AZ D変換器 7 8から解析装置 7 9に入力 されるデジタルのデータ量が制限される。
図 7は自動車の排気経路の 1箇所で排ガスを測定する場合についての説明であ るが、 通常、 車両の排気経路には排ガス浄化装置を取り付けており、 その前後等 で排ガスの測定を行う必要があるので、 通常は排気経路の複数箇所で排ガスの測 定を行う必要がある。 また、 ガス成分によって吸収するレーザ光の波長が異なつ ているので、 計測対象とするガス成分を多くするとレーザ光の波長帯が広くなる。 そのため、 計測対象ガス成分を多くすると、 解析装置 7 9に入力されるデータ量 が増えることになるので、 計測箇所を増やすことが制限される。
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、 その目的は、 センサ 部から解析装置に入力される信号数を少なく して解析装置に入力されるデータ量 を低減させることにより、 複数箇所にセンサ部を設置しても複数種のガス成分の 濃度をリアルタイムで測定することができるガス分析装置を提供することである。 本発明のガス分析方法は、 レーザ光を分波器で計測用レーザ光と参照用レーザ 光とに分波し、 該計測用レーザ光をガス中を透過させて受光器で受光し、 受光し た計測用レーザ光の光強度と前記参照用レーザ光の光強度とからガス中のガス成 分によって吸収された吸収スぺク トルを把握し、 該吸収スぺク トルを分析してガ ス成分濃度を測定するガス分析方法であって、 前記計測用レーザ光を光減衰器を 通してガス中に照射し、 ガス中を透過した計測用レーザ光の光強度が前記参照用 レーザ光の光強度と所定の関係を有するように前記光減衰器によって制御するこ とを特徴としている。
また、 本発明のガス分析装置は、 レーザ光発光部で発光されたレーザ光を計測 用レーザ光と参照用レーザ光とに分波する分波器と、 前記計測用レーザ光をガス 中に照射する照射部と、 ガス中を透過した計測用レーザ光を受光する計測光用受 光部と、 参照用レーザ光を受光する参照光用受光部と、 を備え、 前記計測用レー ザ光は光減衰器を通して照射部で照射されており、 該光減衰器は、 計測光用受光 部で受光した計測用レーザ光の光強度が参照光用受光部で受光した参照用レーザ 光の光強度と所定の関係を有するようにその減衰率が制御されていることを特徴 としている。
本発明は、 受光器で受光される計測用レーザ光の光強度を受光器で受光される 参照用レーザ光の光強度と所定の関係を有するように光減衰器がフィードバック 制御されているので、 受光器で受光される計測用レーザ光は、 反射板の汚れの程 度やガス中に浮遊する粒子の状況等が変わっても常に参照用レーザ光の光強度と 所定の関係を有するようにその光強度が制御されている。 そのため、 本発明では、 ガス中を透過した計測用レーザ光の光強度を参照用レーザ光の光強度から求める ことができ、 計測用レーザ光の光強度信号を解析装置に入力する必要がないので、 解析装置に入力するデータ量を少なくでき、 測定箇所や測定するガス成分を増や すことが可能となる。
本発明の好ましい態様では、 計測用レーザ光を分波器で複数に分波し、 分波さ れた複数の計測用レーザ光を異なる箇所の排気ガス中に照射して複数箇所のガス 中のガス成分を測定することを特徴としている。 また、 本発明のガス分析方法は、 波長帯の異なる複数のレーザ光を分波器で計 測光と参照光とにそれぞれ分波し、 各計測光を光減衰器を通した後に合波して計 測用レーザ光とし、 該計測用レーザ光をガス中を透過させたのちに波長別分波器 で前記波長帯の透過光に分波し、 各参照光を合波して参照用レーザ光としたのち 波長別分波器で前記波長帯の参照光に分波し、 波長別分波器で分波された透過光 の光強度と波長別分波器で分波された参照光の光強度とからガス中のガス成分に よって吸収された吸収スぺク トルを把握し、 該吸収スぺク トルを分析してガス成 分濃度を測定するガス分析方法であって、 前記波長別分波器で分波された透過光 の光強度が、 同じ波長帯の参照光の光強度と所定の関係を有するように前記光減 衰器によって制御することを特徴としている。
さらに、 本発明のガス分析装置は、 波長帯の異なるレーザ光を発光する複数の レーザ光発光部と、 波長帯の異なるそれぞれのレーザ光を計測光と参照光とに分 波する分波器と、 異なる波長帯の計測光同士を合波して計測用レーザ光とする合 波器と、 異なる波長帯の参照光同士を合波して参照用レーザ光とする合波器と、 前記計測用レーザ光をガス中に照射する照射部と、 ガス中を透過した計測用レー ザ光を前記波長帯の透過光に分波する波長別分波器と、 前記参照用レーザ光を前 記波長帯の参照光に分波する波長別分波器と、 を備え、 前記各計測光は光減衰器 を通して前記合波器で合波されており、 該光減衰器は、 波長別分波器で分波され た透過光の光強度が同じ波長帯の参照光の光強度と所定の関係を有するようにそ の減衰率が制御されていることを特徴としている。
本発明は、 波長帯の異なる複数のレーザ光を分波器で計測光と参照光とにそれ ぞれ分波し、 各計測光を光減衰器を通した後に合波して計測用レーザ光とし、 該 計測用レーザ光をガス中を透過させたのちに波長別分波器で前記波長帯の計測用 レーザ光に分波し、 また、 各参照光を合波して参照用レーザ光としたのち波長別 分波器で前記波長帯の参照用レーザ光に分波しているから、 波長別分波器で分波 された計測用レーザ光の光強度と波長別分波器で分波された参照用レーザ光の光 強度とからガス中のガス成分によって吸収された吸収スぺク トルを把握し、 該吸 収スペク トルを分析してガス成分濃度を測定することができる。 また、 波長別分 波器で分波された透過光の光強度が同じ波長帯の参照光の光強度と所定の関係を 有するようにその減衰率が制御されているので、 波長別分波器で分波された透過 光の光強度信号を解析装置に入力する必要がなくなる。 そのため、 解析装置へ送 信するデータ量を少なくすることができ、 解析装置の PC Iバスの容量の範囲内 で排気ガスに含まれる複数のガス成分を複数箇所で分析してその濃度等を測定す ることが可能となる。 したがって、 本発明は、 アンモニア （1 530 nm) 、 一 酸化炭素 （ 1 560 n m) 、 二酸化炭素 （1 5 70 η m) 、 メタン （1 680 η m) 、 水 （ 1 350 nm) 等の濃度を一度に求めることができる。
本発明の好ましい態様では、 波長帯の異なるレーザ光を発光する複数のレーザ 光発光部が、 時間分割してそれぞれが異なる時間に発光されていることを特徴と しており、 これにより解析装置へのデータ量を少なくすることができるとともに、 異なる波長帯同士の解析データの混入することがなく安定してガス成分の濃度を 求めることができる。
さらに、 本発明の好ましい態様では、 波長帯の異なるそれぞれのレーザ光が、 複数のレーザ光発光部から発光された波長帯の異なるレーザ光を、 分波器により 複数に分波されたものであり、 複数の計測用レーザ光を異なる箇所の排気ガス中 に照射して複数箇所におけるガス中のガス成分濃度を求めることを特徴としてい る。
本明細書は本願の優先権の基礎である日本国特許出願 2006- 226 73 1 号の明細書および Zまたは図面に記載される内容を包含する。 図面の簡単な説明
図 1は、 第 1の実施形態に係るガス分析装置のセンサ部の要部構成を示す分解 斜視図。
図 2は、 実施形態におけるレーザ発振 ·受光コントローラの要部構成および信 号解析装置を含むガス分析装置のプロック構成図。
図 3は、 本発明の第 2の実施形態に係るガス分析装置をエンジンベンチに搭載 した実施形態の要部構成図。
図 4は、 第 2の実施形態におけるレーザ発振 ·受光コントローラの要部構成お よび信号解析装置を含むガス分析装置のプロック構成図。 図 5は、 本発明の第 3の実施形態におけるレーザ発振 ·受光コントローラの要 部構成および信号解析装置を含むガス分析装置のプロック構成図。
図 6は、 本発明の第 4の実施形態におけるレーザ発振 ·受光コントローラの要 部構成および信号解析装置を含むガス分析装置のプロック構成図。
図 7は、 本出願人が開発したガス分析装置におけるレーザ発振 ·受光コント口 一ラの要部構成および信号解析装置を含むプロック構成図。
図 8は、 本発明における吸収スぺク トルを説明するためのグラフ。 符号の説明
1 0, 1 0 A, 1 0 B, 1 0 C センサ部、 20 レーザダイオード、 22, 2 2 A, 22 B, 22 C 分波器、 23， 24 A, 24 B, 24 C 光減衰器、 2 5 受光器 （ディテクタ） 、 2 7， 2 7 A, 2 7 B, 2 7 C 差分検出器、 28， 28 A, 28 B, 28 C A/D変換器、 29 解析装置、 30 I ZV変換器、 3 1 減衰器制御器、 33 NO用レーザダイオード、 34 酸素用レーザダイ オード、 35， 36 合波器、 37, 38 波長別分波器、 39 NO用受光器、 40 NO用レーザダイオード、 4 1 NO参照光は受光器、 42 酸素用受光 器、 43 酸素用分波器、 5 1 , 5 2， 5 3, 5 3 A, 5 3 B , 5 3 C, 54 光ファイバ、 58 I ZV変換器 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明に係るガス分析方法及びガス分析装置を図面に基づき詳細に説明 する。 図 1は、 本実施形態に係るガス分析装置のセンサ部の要部構成を示す分解 斜視図、 図 2は、 レーザ発振 ·受光コントローラの要部構成および信号解析装置 としてのパーソナルコンピュータを含むガス分析装置の全体構成を示すブロック 図である。
本発明に係るガス分析装置は、 エンジンに連結された排気管 4， 5の排気経路 に設置されるセンサ部 1 0と、 排ガス中に照射するレーザ光を発光するとともに、 レーザ光を受光する受光部からの電気信号が入力されるレーザ発振 ·受光コント ローラ 6と、 排ガス中を透過して受光されたレーザ光の受光強度と排ガス中を透 過しないレーザ光の受光強度とから排ガス中に含まれる成分とその濃度を解析す るパーソナルコンピュータで構成された解析装置 7とで構成されている。
センサ部 1 0は、 図 1に示すように、 厚さが例えば 5〜2 O mm程度の板材か ら形成されたセンサベース 1 1を有し、 中心部に排気パイプ部の内径と略同じ直 径の貫通孔 1 2が形成されている。 貫通孔 1 2は排気経路中を流れている排ガス が通過する。 貫通孔 1 2の形状は、 排気流れを乱さないように排気パイプ部の内 径とほぼ同じ直径の円形が好ましい。 板材としては金属板材ゃセラミック製の板 材を用いているが、 材質については特に問わない。 センサベース 1 1には外周面 から貫通孔 1 2に向けて貫通する 2つのセンサ孔 1 3 , 1 4が形成されている。 一方のセンサ孔 1 3にはレーザ光を集光するコリメータ 1 5が固定されて照射部 が構成されており、 このコリメータ 1 5にレーザ光を照射する光ファイバ 5 3が 接続され、 他方のセンサ孔 1 4にはレーザ光を受光するフォトダイォ一ド等の受 光器 （ディテクタ） 2 5が固定されている。
センサベース 1 1には、 貫通孔 1 2を挟んで対向して上下 2枚の反射板 1 7，
1 7が固定されている。 2枚の反射板 1 7， 1 7は平行状態に固定され、 照射側 の光ファイバ 5 3からコリメータ 1 5を通して集光され照射されるレーザ光が先 ず下方の反射板 1 7により上方に向けて反射され、 次いで上方の反射板 1 7によ り下方に向けて反射され、 2枚の反射板 1 7 , 1 7により交互に反射されること で、 受光側の受光器 2 5に到達するように構成されている。 このようにして、 レ 一ザ光の排ガス中の透過距離が長くなるように設定されている。
反射板 1 7は排ガスにより劣化しないもので形成されることが好ましく、 ベー スとなる板材に金やプラチナ等の薄膜が形成され、 その上に保護層として、 M g F 2や S i 0 2の薄膜が形成されているものが好ましい。 また、 反射板 1 7は、 レ 一ザ光を効率良く反射できるように反射率が高いことが望ましい。 反射板 1 7は エンジンの起動中は排ガスに晒され、 汚れが付着するため、 必要に応じてフラン ジ部 F , Fからセンサベース 1 1を取外して清掃することが好ましい。
センサベース 1 1はフランジ部 F， Fに挟まれた状態で配置され、 フランジ部
F , Fとセンサベース 1 1との間にはガスケット 9 , 9が挟まれた状態で図示し ていないボルト、 ナッ ト等により固定される。 ガスケット 9は石綿等で形成され、 排気管の内径と同じ直径の貫通孔が開けられている。 この構成により、 フランジ 部 F， Fの間にセンサべ一ス 1 1を挟んで排気経路を接続しても、 排ガスが途中 で漏れることはなく、 排気経路の長さの増加も少ない。
センサ部 1 0にレーザ光を供給する光ファイバ 5 3と、 センサ部 1 0で排ガス 中を透過したレーザ光を受光して電気信号を出力する受光器 2 5はレーザ発振 · 受光コントローラ 6に接続される。 すなわち、 レーザ発振 ·受光コントローラ 6 の後述するレーザダイォードから出射されるレーザ光が、 光ファイバ 5 3を通し てセンサベース 1 1のセンサ孔 1 3を通して貫通孔 1 2内に照射され、 反射板 1 7 , 1 7で反射されたレーザ光がセンサ孔 1 4を通して受光側の受光器 2 5で受 光され、 受光器 2 5から出力される電気信号がケーブル 6 2を介してレーザ発 振 '受光コントローラ 6に入力される構成となっている。
レーザ発振 ·受光コントローラ 6は、 レーザ光を発光するとともに、 レーザ光 を受光する受光部からの電気信号が入力され、 差分信号をデジタル信号にして解 祈装置 2 9として機能するコンピュータ 7に出力するものであり、 図 2に示すレ 一ザダイオード 2 0、 分波器 2 2、 光減衰器 2 3、 八ノ0変換器2 8、 受光器 2 5， 2 6、 差分検出器 2 7、 I 変換器 3 0、 減衰器制御装置 3 1を備えてい る。
そして、 レーザダイォード 2 0から照射されたレーザ光は光ファイバ 5 1によ り分波器 2 2に導光され、 分波器 2 2によって参照用レーザ光と計測用レーザ光 とに分波される。 分波された一方の計測用レーザ光は光ファイバ 5 2により光減 衰器 2 3に導光され、 光減衰器 2 3で減衰されて光ファイバ 5 3によってセンサ 部 1 0の照射部に導光され、 照射部から貫通孔 1 2内に照射される。 貫通孔 1 2 内に照射されたレーザ光は、 排ガス中を透過したのち受光器 2 5で受光されて電 気信号に変換される。
本実施形態では、 前記のように分波器 2 2で分波された計測用レーザ光は光減 衰器 2 3を通して照射される構成とされている。 この光減衰器 2 3は、 排ガス中 に照射される計測用レーザ光の光強度を調整するためのものであり、 レーザ光の 光路中に透過率を変更できるフィルタを置き、 透過光量を変更して光強度を調整 するもの、 また光路中にミラーを置き、 ミラーの反射角度を変更して光強度を調 整するもの等、 適宜の形態のものを使用できる。 この光減衰器 2 3は減衰器制御 装置 3 1によってその減衰率が制御されている。
減衰器制御装置 3 1は、 排ガス中を透過した計測用レーザ光の光強度が参照用 レーザ光の光強度と同じになるようにするためのものであり、 受光器 2 5の電気 信号 6 1が I ZV変換器 3 0で I ZV変換されて入力されるように構成されてい る。 参照光はレーザ光の発生から受光までに外乱要素がなく、 レーザ出力が変化 しない限り参照光強度は変化しないので、 参照光用の受光器 2 6で受光される参 照用レーザ光の光強度は一定であり、 減衰器制御装置 3 1にはこの参照用レーザ 光の光強度が入力されている。 減衰器制御装置 3 1は、 参照用レーザ光の光強度 と計測用レーザ光の光強度との差をフィードバック補正量として光減衰器 2 3に 出力する。
光減衰器 2 3は、 減衰器制御装置 3 1から供給されたフィードバック補正量に 基づき計測用レーザ光を減衰させ、 受光器 2 5で受光される計測用レーザ光の光 強度を受光器 2 6で受光される参照用レーザ光の光強度と同じにする。
このフィードバック制御により受光器 2 5で受光される計測用レーザ光は、 反 射板 1 7の汚れの程度ゃ排ガス中に浮遊する粒子の状況等がかわっても常に一定 の光強度に制御されている。 そのため、 本実施形態では、 計測用レーザ光の光強 度信号を解析装置 2 9に入力する必要がないので、 解析装置に入力するデータ量 を少なくできる。
差分検出器 2 7は、 排ガス中を透過した計測用レーザ光の電気信号 6 1と参照 用レーザ光の電気信号 6 2とに基づいて差分信号を算出し、 この差分信号は、 例 えば図示していないプリアンプで増幅され、 AZ D変換器 2 8を介して解析装置 2 9に入力される。 解析装置 2 9は差分検出器 2 7からの差分信号に基づいて排 ガス中のガス成分によって吸収された吸収スぺク トルを把握し、 この吸収スぺク トルを解析して排ガスの成分濃度ゃ排ガスの温度を測定する。
ここで、 ガス成分濃度 Cは、 以下の数式 （1 ) から算出される。
C =— I n ( I / I 0) / k L ( 1 )
この数式 （ 1 ) において、 Iは透過光強度、 I oは入射光強度、 kは吸収率、 Lは透過距離である。 したがって、 入射光強度 （ I Q ) に対する透過光強度 ( i ) の比、 シグナル強度 （ i Z i o ) に基づいてガスの成分の濃度 cは算出さ れる。 本実施形態では、 透過光強度 I として、 計測用レーザ光を受光する受光器
2 5から出力され、 入射光強度 I。として、 ガス中を透過しない参照用レーザ光 を受光する受光器 2 6から出力される。
前記の如く構成された本実施形態のガスの分析方法について以下に説明する。 レーザダイォード 2 0で発光されたレーザ光は、 光ファイバ 5 1を通して分波器 2 2に至り、 分波器 2 2で分波された参照光は光ファイバ 5 4を通して参照用レ 一ザ光となり、 受光器 2 6で電気信号に変換され入射光強度 I。として計測され る。
また、 分波器 2 2で分波された計測光は光減衰器 2 3を通して計測用レーザ光 となり、 センサ部 1 0の照射部に光ファイバ 5 3を通して導光され、 排ガスが通 過している貫通孔 1 2内に照射される。 このとき、 光減衰器 2 3は、 排ガス中を 透過した計測用レーザ光の光強度が参照用レーザ光の光強度と同じになるように 減衰器制御装置 3 1によってフィードバック制御されているので、 受光器 2 5で 受光される計測用レーザ光は、 反射板 1 7の汚れの程度ゃ排ガス中に浮遊する粒 子の状況等がかわっても常に一定の光強度に制御されている。 .
また、 計測用レーザ光は反射板 1 7 , 1 7で反射されることを繰り返して受光 器 2 5に到達する。 排ガス中を通り減衰した計測用レーザ光は受光器 2 5で透過 光強度 I として受光され、 電気信号に変換されて差分検出器 2 7に入力される。 計測用レーザ光は反射を繰り返されることにより排ガス中を透過する距離が大き くなり、 前記数式 （1 ) の透過距離 Lが長くなることで減衰量が大きくなるため、 精度の良い排ガスの成分濃度の測定が可能となる。
差分検出器 2 7では参照用レーザ光と計測用レーザ光との差を算出し、 解析装 置 2 9に差分信号を供給する。 解析装置 2 9は、 排ガス中を透過してガス成分に よって吸収された吸収スぺク トルを把握し、 参照用レーザ光の光強度と、 排ガス 中を透過して減衰した計測用レーザ光のピーク波長の光強度との比 （ I Z I 0 ) を算出し、 排ガス中に含まれるガス成分濃度を算出する。
本実施形態では、 計測用レーザ光は光減衰器を通し、 参照用レーザ光は光減衰 器を通していないが、 参照用レーザ光を光減衰器で所定の光強度にすると後の解 析装置の処理負担が軽減できる。
図 3、 4は本発明の第 2の実施形態を示しており、 図 3はガス分析装置をェン ジンベンチに搭載した実施形態の要部構成図であり、 図 4はレーザ発振 ·受光コ ントローラの要部構成および信号解析部を含むガス分析装置の全体構成を示すブ ロック図である。 本実施形態は、 排気経路の 3箇所にセンサ部を設置し、 各設置 箇所において排ガス中に含まれているガス成分とその濃度等を分析して測定する ものであり、 ガス分析装置は、 排気経路中の 3箇所に設置された複数のセンサ部
1 OA, 1 0 B、 1 0 Cを備えて構成される。 第 1のセンサ部 1 0 Aは第 1触媒 装置 8 Aより上流側のエンジン 2側の排気管 4との間に設置され、 第 2のセンサ 部 1 0 Bは第 1触媒装置 8 Aの下流側に設置され、 第 3のセンサ部 1 O Cは第 2 触媒装置 8 Bの下流側に設置されている。
そして、 分波器 2 1は、 レーザダイオード 20で発光されたレーザ光を各セン サ部 1 0A, 1 0 B， 1 O Cに導光するために分波するものであり、 分波器 2 1 によって分波されたレーザ光は、 光ファイバ 53 A, 53 B, 53 Cによって分 波器 22A, 22 B, 22 Cに導光される。 光ファイバ 53 Aで導光されたレー ザ光は分波器 22 Aで計測光と参照光に分波され、 計測光は光減衰器 23 Aを通 つて計測用レーザ光となってセンサ部 1 0 Aで排ガス中に照射される。 参照光は 光減衰器 24 A通って受光器 26 Aで電気信号に変換されている。 光減衰器 24
A, 24 B, 24 Cは、 センサ部 1 0 A， 1 0 B, 1 0 Cにおける参照光が同じ 光強度になるようするためのものであり、 これにより解析装置 29に入力するデ 一タ量を少なくできる。
そして、 他の構成は図 1、 2に示す実施形態と同様の構成である。
図 3、 4に示す実施形態では、 排気経路の 3箇所にセンサ部 1 0 A， 1 0 B,
1 0 Cを設置し、 各設置箇所における差分検出器 27 A, 27 B， 27 Cからの 差分信号をデジタル信号にして解析装置 29に送信するだけで排気経路の 3箇所 において排ガス中に含まれているガス成分とその濃度等を求めることができるの で、 A/D変換器 28から解析装置 29へ送るデータ量を、 信号変換基板の PC
Iパスの容量の範囲内に抑えて、 計測箇所を増やすことができる。
図 5は本発明の第 3の実施形態に係るガス分析装置を示しており、 センサ部を 排気経路の 1箇所に設置して排ガスに含まれている NO (—酸化窒素） と酸素 (o2) の濃度を測定するものである。
ガス中を透過させるレーザ光の波長は、 検出するガス成分に合わせて設定され、 例えば、 酸素 （02) を検出するのに適した波長は 760 nmであり、 アンモニ ァを検出するのに適した波長は 1 530 nmであり、 一酸化炭素を検出するのに 適した波長は 1 560 nmであり、 一酸化窒素 （NO) を検出するのに適した波 長は 1 796 n mである。
酸素 （02) を検出するのに適した波長と NOを検出するのに適した波長とは、 波長の長さが違いすぎるので、 1つのレーザダイォードによっては発光すること ができない。
そこで、 レーザ発振 . コントローラ 6に、 NOの濃度を計測するためのレーザ 光を発光する NO用レーザダイォード 33と酸素の濃度を計測するためのレーザ 光を発光する酸素用レーザダイォード 34とが備えられており、 NO用レーザダ ィオード 33と酸素用レーザダイオード 34とは時間分割してそれぞれのレーザ 光を発光している。
NO用レーザダイォード 33で発光された NO用レーザ光は光ファイバで NO 分波器 122に導光され、 NO計測光と NO参照光とに分波される。 分波された N O計測光と NO参照光とはそれぞれ光減衰器 123, 223を通って計測用合波器 35 と参照用合波器 36に導光される。
酸素用レ ザダイォ一ド 34で発光された酸素用レーザ光は光ファイバで O, 分波器 222に導光され、 酸素計測光と酸素参照光とに分波される。 分波された酸 素計測光と酸素参照光とはそれぞれ光減衰器 323, 423を通って計測用合波器 3 5 と参照用合波器 36に導光される。
N O計測光と酸素計測光とは計測用合波器 35で合波されて計測用レーザ光と なり、 センサ部 1 0の照射部から排ガス中に照射され、 排ガス中を透過している 間に特定の波長のレーザ光が排ガス中の酸素と N Oによって吸収された後、 波長 別分波器 3 7によって波長に応じて NO透過光と酸素透過光とに分波される。 N
O透過光は NO用受光器 39で受光されて電気信号である NO計測受光強度信号
61Aに変換されて差分検出器 27と I /V変換器 130とに送信され、 酸素透過光は 酸素用受光器 4 0で受光されて電気信号である酸素計測受光強度信号 61Bに変換 されて差分検出器 2 7と I Z V変換器 230とに送信される。
N O参照光との酸素参照光とは参照用合波器 3 6で合波されて参照用レーザ光 となり、 光ファイバで波長別分波器 3 8に導光され、 波長に応じて N O参照光と 酸素参照光とに分波される。 N O参照光は受光器 4 1で受光されて電気信号に変 換されて差分検出器 2 7に入力され、 酸素参照用レーザ光は酸素用受光器 4 2で 受光されて電気信号に変換されて差分検出器 2 7に入力される。
N O計測光の光強度を制御する減衰器制御装置 131は、 I ZV変換器 130によつ て I ZV変換された計測受光強度信号 61Aに基づいて、 N O透過光の光強度が N O参照光の光強度と同じになるように光減衰器 123の減衰率をフィードバック制 御している。
また、 酸素計測光の光強度を制御する減衰器制御装置 231は、 I ZV変換器 230 によって I /V変換された計測受光強度信号 61 Bに基づいて、 酸素透過光の光強 度が酸素参照光の光強度と同じになるように光減衰器 323の減衰率をフィードバ ック制御している。
差分検出器 2 7は、 排ガス中を透過した N O透過光の光強度と排ガス中を透過 していない N O参照光の光強度とを差分し N O差分信号を算出し、 算出した N O 差分信号を A Z D変換器 2 8でデジタル信号に変換して解析装置 （コンビユー タ） 2 9に出力する。 また、 差分検出器 2 7は、 排ガス中を透過した酸素透過光 の光強度と排ガス中を透過していない酸素参照光の光強度とを差分し酸素差分信 号を算出し、 算出した酸素差分信号を A/ D変換器 2 8でデジタル信号に変換し て解析装置 （コンピュータ） 2 9に出力する。
解析装置 2 9は、 AZ D変換器 2 8から入力された N O透過光と N O参照光と の差分信号により排ガス中の N Oによって吸収された N O吸収スぺク トルを把握 し、 N O吸収スペク トルを解析して N O濃度を求め、 また、 0変換器2 8か ら入力された酸素透過光と酸素参照光との差分信号により排ガス中の酸素によつ て吸収された酸素吸収スぺク トルを把握し、 酸素吸収スぺク トルを解析して酸素 濃度を求める。 '
この実施形態では、 減衰器制御装置 131が減衰器 123の減衰率をフィードバック 制御して、 N O透過光の光強度光が所定の光強度に設定されている N O参照光の 光強度と同じにされており、 N O透過光が常に設定された^?定 （一定） の光強度 になるように制御されているので、 解析装置 2 9は、 所定の光強度のレーザ光を 照射したときに得られる、 規格化された N O吸収スぺク トルを差分信号から把握 することができる。
また、 減衰器制御装置 231が光減衰器 223の減衰率をフィードバック制御して、 酸素透過光の光強度が所定の光強度に設定されている酸素参照光の光強度と同じ にされており、 酸素計測透過光が常に設定された所定 （一定） の光強度になるよ うに制御されているので、 解析装置 2 9は、 所定の光強度のレーザ光を照射した ときに得られる、 規格化されたる酸素吸収スぺク トルを差分信号から把握するこ とができる。
したがって、 N O計測受光強度信号 61Aと酸素計測受光強度信号 61Bを解析装置 2 9に入力する必要がなくなるので、 AZ D変換器 2 8から解析装置 2 9に送信 するデータ量を少なくすることができる。
本実施形態では、 排ガス中を透過させたあと、 N O計測光と酸素計測光とが合 波された計測用レーザ光を波長別分波器 3 7で N O透過光と酸素透過光に分波し、 また、 N O参照光と酸素参照光とが合波された参照用レーザ光を波長別分波器 3 8で N O参照光と酸素参照光に分波しているので、 N O透過光の光強度を N O参 照光の光強度と同じにするようにフィードバック制御することができる。
また、 本実施形態では、 N O用レーザダイォード 3 3と酸素用レーザダイォー ド 3 4とは時間分割してそれぞれのレーザ光を発光しているので、 解析装置 2 9 に入力されるデータ量は一層少なくすることができ、 また、 N O計測用のデータ と酸素計測用のデータとが混入するおそれがない。
さらに、 酸素透過光と N O透過光とを波長別分波器 3 7 , 3 8で分波して受光 器 3 9 , 4 0 , 4 1， 4 2で受光しており、 受光器を、 受光するレーザ光の波長 に適したものを選択することができるので、 受光精度を向上できる。
上記説明では、 N O用レーザダイォード 3 3と酸素用レーザダイォード 3 4と が時間分割してそれぞれのレーザ光を発光しているが、 常時発光してももちろん 良い。 図 6は本発明の第 4の実施形態に係るガス分析装置を示しており、 センサ部 1 O A , 1 0 B , 1 0 Cを排気経路の 3箇所に設置して排ガスに含まれている N O (一酸化窒素） と o 2 (酸素） の濃度を測定するものである。
この実施形態は、 N O用分波器 122が N O用レーザダイオード 3 3で発光され たレーザ光を 6つに分波し、 それぞれの計測箇所に N O計測光と N O参照光とし て送れるようにしており、 また、 酸素用分波器 222が酸素用レーザダイオード 3 4で発光されたレーザ光を 6つに分波し、 それぞれの計測箇所に酸素計測光と酸 素参照光として送れるようにしている。 N O用分波器 122で分波された N O参照 光を減衰する光減衰器 323A， 323B, 323Cは、 それぞれの N O参照光が同じ光強度 になるように減衰率が設定されており、 酸素用分波器 222で分波された酸素参照 光を減衰する光減衰器 423A, 423B, 423Cは、 それぞれの酸素参照光が同じ光強度 になるように減衰率が設定されており、 それにより解析装置 2 9における処理負 荷が軽減される。
本実施例では、 センサ部 1 0 A， 1 O B , 1 0 Cを排気経路の 3箇所に設置し て排ガスに含まれている N O (—酸化窒素） と 0 2 (酸素） の濃度を測定してい るが、 分析装置 2 9に入力する信号は差分検出器 2 7 A , 2 7 B , 2 7 Cからの 3つですむから、 信号変換基板の P C Iバスの容量の範囲内で計測箇所を増やす ことができる。
以上、 本発明の実施形態について詳述したが、 本発明は、 前記の実施形態に限 定されるものではなく、 特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない 範囲で、 種々の設計変更を行うことができるものである。
上述の実施形態では、 減衰器制御装置によって排ガス中を透過した計測用レー ザ光の光強度が参照用レーザ光の光強度と同じにすべく光減衰器をフィードバッ ク制御しているが、 排ガス中を透過した計測用レーザ光と参照用レーザ光との光 強度を必ずしも同じにする必要はない。 ガス中を透過した計測用レーザ光の光強 度が、 参照用レーザ光の光強度と所定の関係を有するように光減衰器によって制 御していれば、 解析装置 2 9でガス中を透過した計測用レーザ光の光強度が前記 参照用レーザ光の光強度とを同じにすることができる。 例えば、 ガス中を透過し た計測用レーザ光の光強度が、 参照用レーザ光の光強度の P倍となるように制御 していれば、 解析装置 2 9で、 参照用レーザ光の光強度を P倍することによりガ ス中を透過した計測用レーザ光と参照用レーザ光との光強度を同じにすることが できる。
また、 上述の実施形態では、 本発明のガス分析装置は、 自動車の排気管にセン サ部 1 0を設置してエンジンから排出される排ガスのガス成分を分析している力 自動車の排気管に限らず管等の中を流れているガスであればその管にセンサ部 1 0を設置することにより管内を流れているガス成分をリアルタイムに分析するこ とができる。 産業上の利用可能性
本発明は、 計測用レーザ光を光減衰器を通してガス中に照射し、 ガス中を透過 した計測用レーザ光の光強度を参照用レーザ光の光強度と所定の関係を有するよ うに前記光減衰器によって制御しているので、 ガス中を透過した計測用レーザ光 の光強度のデータを分析装置に入力する必要がなくなる。 そのため、 ガス中を透 過した計測用レーザ光とガス中を透過していない参照用レーザ光とに基づいてガ ス中に含まれるガス成分の濃度等を分析するための解析装置に入力するデータ量 を少なくすることができるので、 ガス中に含まれる多種類のガス成分濃度を複数 箇所でリアルタイムに分析して測定することができる。
本明細書で引用した全ての刊行物、 特許および特許出願をそのまま参考として 本明細書にとり入れるものとする。

Claims

請求の範囲
1 . レーザ光を分波器で計測用レーザ光と参照用レーザ光とに分波し、 該計 測用レーザ光をガス中を透過させて受光器で受光し、 受光した計測用レーザ光の 光強度と前記参照用レーザ光の光強度とからガス中のガス成分によって吸収され た吸収スぺク トルを把握し、 該吸収スぺク トルを分析してガス成分濃度を測定す るガス分析方法であって、
前記計測用レーザ光を光減衰器を通してガス中に照射し、 ガス中を透過した計 測用レーザ光の光強度が前記参照用レーザ光の光強度と所定の関係を有するよう に前記光減衰器によって制御することを特徴とするガス分析方法。
2 . 前記計測用レーザ光を分波器で複数に分波し、 分波された複数の計測用 レーザ光を異なる箇所のガス中に照射して複数箇所のガス中のガス成分濃度を測 定することを特徴とする請求項 1記載のガス分析方法。
3 . 前記参照用レーザ光は、 光減衰器によって所定の光強度に設定されてい ることを特徴とする請求項 1又は 2記載のガス分析方法。
4 . 波長帯の異なる複数のレーザ光を分波器で計測光と参照光とにそれぞれ 分波し、 各計測光を光減衰器を通した後に合波して計測用レーザ光とし、 該計測 用レーザ光をガス中を透過させたのちに波長別分波器で前記波長帯の透過光に分 波し、 各参照光を合波して参照用レーザ光としたのち波長別分波器で前記波長帯 の参照光に分波し、 波長別分波器で分波された透過光の光強度と波長別分波器で 分波された参照光の光強度とからガス中のガス成分によって吸収された吸収スぺ ク トルを把握し、 該吸収スぺク トルを分析してガス成分濃度を測定するガス分析 方法であって、
前記波長別分波器で分波された透過光の光強度が、 同じ波長帯の参照光の光強 度と所定の関係を有するように前記光減衰器によつて制御することを特徴とする ガス分析方法。
5 . 前記波長帯の異なる複数のレーザ光は、 時間分割してそれぞれが異なる 時間に発光されていることを特徴とする請求項 4記載のガス分析方法。
6 . 前記波長帯の異なる複数のレーザ光は、 異なるレーザダイオードで発光 されたレーザ光が分波器で複数に分波されたものであり、 合波された前記計測用 レーザ光を異なる箇所のガス中に照射して複数箇所におけるガス成分濃度を測定 することを特徴とする請求項 4又は 5記載のガス分析方法。
7 . レーザ光発光部で発光されたレーザ光を計測用レーザ光と参照用レーザ 光とに分波する分波器と、 前記計測用レーザ光をガス中に照射する照射部と、 ガ ス中を透過した計測用レーザ光を受光する計測光用受光部と、 参照用レーザ光を 受光する参照光用受光部と、 を備え、 前記計測光用受光部で受光した計測用レー ザ光の光強度と参照光用受光部で受光した参照用レーザ光の光強度とからガス中 のガス成分によって吸収された吸収スぺク トルを把握し、 該吸収スぺク トルを分 祈してガス成分濃度を測定するガス分析装置であって、
前記計測用レーザ光は光減衰器を通して照射部で照射されており、 該光減衰器 は、 計測光用受光部で受光した計測用レーザ光の光強度が参照光用受光部で受光 した参照用レーザ光の光強度と所定の関係を有するようにその減衰率が制御され ていることを特徴とするガス分析装置。
8 . 前記計測用レーザ光を分波器で複数に分波し、 分波された複数の計測用 レーザ光を異なる箇所のガス中に照射して複数箇所におけるガス中のガス成分濃 度を測定することを特徴とする請求項 7記載のガス分析装置。
9 . 前記参照用レーザ光は、 光減衰器によって所定の光強度に設定されてい ることを特徴とする請求項 7又は 8記載のガス分析装置。
1 0 . 波長帯の異なるレーザ光を発光する複数のレーザ光発光部と、 波長帯 の異なるそれぞれのレーザ光を計測光と参照光とに分波する分波器と、 異なる波 長帯の計測光同士を合波して計測用レーザ光とする合波器と、 異なる波長帯の参 照光同士を合波して参照用レーザ光とする合波器と、 前記計測用レーザ光をガス 中に照射する照射部と、 ガス中を透過した計測用レーザ光を前記波長帯の透過光 に分波する波長別分波器と、 前記参照用レーザ光を前記波長帯の参照光に分波す る波長別分波器と、 を備え、 前記波長別分波器で分波された透過光の光強度と波 長別分波器で分波された参照光の光強度とからガス中のガス成分によって吸収さ れた吸収スぺク トルを把握し、 該吸収スぺク トルを分析してガス成分濃度を測定 するガス分析装置であって、 前記各計測光は光減衰器を通して前記合波器で合波されており、 該光減衰器は、 波長別分波器で分波された透過光の光強度が同じ波長帯の参照光の光強度と所定 の関係を有するようにその減衰率が制御されていることを特徴とするガス分析装 置。
1 1 . 前記波長帯の異なるレーザ光を発光する複数のレーザ光発光部は、 時 間分割してそれぞれが異なる時間に発光されていることを特徴とする請求項 1 0 記載のガス分析装置。
1 2 . 前記波長帯の異なるそれぞれのレーザ光は、 複数のレーザ光発光部か ら発光された波長帯の異なるレーザ光を、 分波器により複数に分波されたもので あり、 複数の計測用レーザ光を異なる箇所のガス中に照射して複数箇所における ガス中のガス成分濃度を測定することを特徴とする請求項 1 0又は 1 1記載のガ ス分析装置。
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