JPH0441297B2 - - Google Patents

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JPH0441297B2
JPH0441297B2 JP58002614A JP261483A JPH0441297B2 JP H0441297 B2 JPH0441297 B2 JP H0441297B2 JP 58002614 A JP58002614 A JP 58002614A JP 261483 A JP261483 A JP 261483A JP H0441297 B2 JPH0441297 B2 JP H0441297B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光音響効果を利用した濃度測定装置
に関する。
光音響型濃度測定装置は、光音響効果を利用し
て、光音響セル内に導入した被測定ガス中の特定
の固定分子の濃度、例えば自動車などのエンジン
排ガス中にパーテイキユレートの濃度や、その他
被測定ガス中の特定ガス分子の濃度、例えばアン
モニア、エチレン、オゾンなどのガス分子濃度を
測定できるようにしたものである。
例えば自動車排ガス中のパーテイキユレートの
濃度測定について説明すれば、光音響セルに導入
したパーテイキユレートを含む自動車排ガスに向
けてレーザ光を投射すると、パーテイキユレート
は、光エメルギーを吸収して加熱され、このと
き、前記レーザ光をチヨツピングすると、パーテ
イキユレートは、チヨツピング周波数に応じて繰
り返し加熱・冷却され、これに伴つて、セル内で
圧力変化、つまり、音圧変化が生じる。
この音圧の変化、すなわち、音波（以下、信号
音と云う）の周波数は、レーザ光のチヨツピング
周波数と同じであり、その強度は、パーテイキユ
レートが吸収する光エネルギー量に比例してい
る。従つて、この信号音の強度をマイクロホンで
検出することにより、パーテイキユレートの濃度
を測定することができる。
ところで、光音響セル内に発生する信号音は、
非常に微弱であるために、従来は、高感度のマイ
クロホンを用いて信号音をキヤツチするようにし
ていた。そして、微弱な信号音を適当な電気信号
に変換するために増幅器が用いられるが、信号音
以外の外来音、つまり、雑音は、信号音波に比べ
て大きいために、増幅器として高価な狭帯域増幅
器や同期整流増幅器あるいはこれら両者を用いな
ければならなかつた。
特に、エンジン排ガス中のパーテイキユレート
の濃度測定においては、排気音が試料用の排ガス
と共にセル内に伝わつてくるために、ガス導入路
にバツフアタンクなどの消音機構を設けてたり、
また、ガスをセルに導入するための吸引ポンプか
らの雑音を避けるために、セルと吸引ポンプの間
にバツフアタンクなどの消音機構を設けたりして
いる。
しかしながら、排気音や吸気音を十分に消音す
るには、消音機構が設備的にかなり大掛かりで効
果になり、その上、試料導入の遅れやパーテイキ
ユレートが消音機構内に溜まるなど、測定誤差を
生じやすい要因となる欠点があると共に、その消
音効果に自ずと限度がある。しかも、マイクロホ
ンや増幅器の許容範囲を超える雑音がある場合に
は、測定ができなくなるものであつた。
本発明は、上述の事柄に留意してなされたもの
で、その目的とするところは、安価な構成で、雑
音に影響されることなく高精度の測定を行うこと
ができる光音響型濃度測定装置を提供することに
ある。
上記目的を達成するため、本発明に係る光音響
型濃度測定装置においては、レーザ光線の光路を
２つ作り、それぞれの光路に、内部圧力変化を検
出するマイクロホンを備えた光音響セルとチヨツ
パとを各別に設け、一方の光音響セルにはパーテ
イキユレートを含むガスを導入し、他方の光音響
セルにはパーテイキユレートを含まないガスを導
入するように構成すると共に、前記マイクロホン
として、前記チヨツパによるレーザ光のチヨツピ
ング周波数を含む共振周波数帯域を有する共振子
をもつ狭帯域のマイクロホンを用いている。
前記特徴的構成よりなる本発明によれば、吸・
排気音やその他の雑音の周波数帯域を外れた狭帯
域の信号音以外の周波数帯域の雑音には応答しな
い信号音の選択性を有するマイクロホンを用いる
だけでよい。従つて、従来のように、高感度のマ
イクロホンや高価な狭帯域増幅器や同期整流増幅
器、さらには、大掛かりで測定上のトラブルを生
じやすい消音機構などを必ずしも要することな
く、単純にキヤツチした信号音を増幅させるだけ
で、雑音に影響されない高感度の濃度測定が可能
になる。
なお、狭帯域増幅器や同期整流増幅器、さらに
は、設備的に簡単な消音機構などを併用すれば、
強い雑音下であつても低濃度の測定を行うことが
できる。
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説
明する。
第１図は、例えばエンジン排ガスを被測定ガス
とし、それに含まれているパーテイキユレートの
濃度を測定するための光音響型濃度測定装置を示
し、この図において、１は測定用光音響セル、２
は比較用光音響セルである。測定用光音響セル１
には、エンジン３からの排ガスの導入管４と、吸
引ポンプ５を備えたガス排出管６とが接続されて
いる。また、比較用光音響セル２には、導入管４
からの分岐した管７と、吸引ポンプ８を備えた排
気管９とが接続されると共に、前記分岐管７に
は、パーテイキユレート除去用のフイルタ１０が
設けられており、比較用光音響セル２にパーテイ
キユレートを含まない排ガスが導入されるように
構成されている。
１１はレーザ装置で、このレーザ装置１１によ
つて発せられるレーザ光は、ビームスプリツタ１
２によつて２つの光路１３，１４に分けられ、そ
れぞれの光路上に測定用光音響セル１、比較用光
音響セル２が位置している。なお、前記２の光路
１３，１４は、２本のオプテイカルフアイバや２
台のレーザ装置によつても得ることができる。
１５，１６は直流モータM1，M2によつて各別
に回転駆動される回転式のチヨツパで、前記光路
１３，１４に各別に設けられ、各光路１３，１４
のレーザ光をそれぞれチヨツピングするものであ
る。このチヨツピングされたレーザ光が光音響セ
ル１，２内の導入ガスに照射されることにより、
既述したように、光音響セル１，２内にレーザ光
のチヨツピング周波数に一致する音波、つまり、
信号音が発生する。そして、この信号音の周波数
がエンジン３の排気音やポンプ５，８の吸入音そ
の他の雑音の周波数帯域から外れるように、前記
レーザ光のチヨツピング周波数を設定する。
前記チヨツピング周波数の設定は、例えば直流
モータM1，M2に対する直流電圧の張設によつて
簡単に変更設定することができる。この場合、一
方のチヨツパ１５のチヨツピング周波数を、光音
響セル１に固有のレゾナンス周波数に設定し、他
方のチヨツパ１６においても同様に光音響セル２
に固有のレゾナンス周波数に設定することが好ま
しい。なお、前記各レゾナンス周波数が前述した
各種雑音の周波数帯域を外れるものであることは
云うまでもない。
１７，１８は光音響セル１，２内で発生した信
号音を検出するマイクロホンで、最も信号音が高
いセル中央部に配置されている。このマイクロホ
ン１７，１８は、第２図に示すように、音叉型の
共振子１９と、共振子１９が敏感に共振する箇所
に接続子２０を介して取り付けた振動板２１とか
らなる。そして、共振子１９は、前記レーザ光の
チヨツピング周波数を含む狭帯域の周波数帯域で
共振すると共に、その振動に伴つて圧電気を発生
する、それ自体が圧電素子の一種である水晶製の
もであり、振動板２１が信号音によつて振動する
と、その振動が接続子２０を通して共振子１９に
伝えられ、共振子１９がその振動に応じた電気信
号を電極２２から端子２３に出力するように構成
されている。
なお、第１図において、２４はマイクロホン１
７，１８から出力される電気信号を増幅する増幅
器、２５は一方のマイクロホン１７側の電気信号
を他方のマイクロホン１８側の電気信号で除算す
る除算器、２６は集光レンズ、２７はパージアエ
アの供給管、２８はブリユスター窓、２９はレー
ザパワーメータである。
上記構成によれば、マイクロホン１７，１８が
検出した信号音を電気信号に変換して増幅し、除
算器２５によつて電気信号を除算することによ
り、排ガス中の干渉成分の影響を消去する状態
で、その電気信号の強度を基にしてパーテイキユ
レートの濃度を測定することができると共に、レ
ーザパワーが不安定であるときは、レーザパワー
メータ２９による検出結果を基にして補正するこ
とができる。
そして、光音響セル１，２がたとえ同一形状で
あてつも、セル内の圧力やセル内を流れるガスの
密度や比熱の全てが異なるものであり、これによ
つて、光音響セル１，２に固有のレゾナンス周波
数が不一致になるのであるが、チヨツパ１５，１
６のチヨツピング周波数を調節することによつ
て、レーザ光のチヨツピングを光音響セル１，２
のレゾナンス周波数に容易に一致させることがで
き、このことによつても、測定精度を高くするこ
とができる。
第３図は、マイクロホン１７，１８の他の実施
例を示し、この実施例におけるマイクロホン１
７，１８は、レーザ光のチヨツピング周波数を含
む狭帯域の共振周波数帯域を有する金属製の音叉
型共振子１９と、この共振子１９の振動を電気信
号に変換して取り出す圧電素子３０とからなるも
のである。この構造において、仮想線で示すよう
に、接続子２０を介して振動板２１を取り付けて
もよく、このように、レーザ光のチヨツピング周
波数を含む共振周波数帯域を有する共振子１９を
もつ狭帯域のマイクロホン１７，１８の具体構成
は、任意に変更できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、光音響型濃度測定装置の構成を示す
図、第２図および第３図はそれぞれ、マイクロホ
ンの構造を示す図である。 １，２……光音響セル、１３，１４……光路、
１５，１６……チヨツパ、１７，１８……マイク
ロホン、１９……共振子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 光音響効果を利用した濃度測定装置におい
    て、レーザ光線の光路を２つ作り、それぞれの光
    路に内部圧力変化を検出するマイクロホンを備え
    た光音響セルとチヨツパとを各別に設け、一方の
    光音響セルにはパーテイキユレートを含むガスを
    導入し、他方の光音響セルにはパーテイキユレー
    トを含まないガスを導入するように構成すると共
    に、前記マイクロホンとして、前記チヨツパによ
    るレーザ光のチヨツピング周波数を含む共振周波
    数帯域を有する共振子をもつ狭帯域のマイクロホ
    ンを用いたことを特徴とする光音響型濃度測定装
    置。
JP58002614A 1983-01-08 1983-01-08 光音響型濃度測定装置 Granted JPS59145957A (ja)

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JPS59145957A JPS59145957A (ja) 1984-08-21
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JP (1) JPS59145957A (ja)
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