JPH0515218B2

JPH0515218B2 -

Info

Publication number: JPH0515218B2
Application number: JP10071286A
Authority: JP
Inventors: Takusuke Izumi; Michio Saito; Nobuaki Takeda
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1986-04-30
Filing date: 1986-04-30
Publication date: 1993-03-01
Also published as: JPS62257044A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば煙道の排気ガスの脱硝プラン
ト等において排気ガス中に亜硫酸ガスと混同して
含まれるアンモニアガスのガス濃度を瞬間的に、
かつ、連続して自動測定できる紫外線吸収式アン
モニアガス分析計に関する。

〔従来の技術〕

現在、大型の脱硝装置においては、排気カス中
にアンモニア（NH₃）を注入して触媒を用いて
窒素酸化物（NO_x）を無害な窒素（N₂）と水
（H₂O）に還元する。この場合未反応のアンモニ
アガスの濃度が約5ppm以上になると、脱硝装置
の後段にあるエヤーヒータで、排気ガス中の無水
硫酸（SO₃）とこの未反応のアンモニアとが反応
して酸性硫安または硫安の結晶が析出し、エアー
ヒータが閉塞する。この閉塞現象はアンモニアガ
ス濃度が5ppmを越えると急速に進行する。した
がつて、このアンモニアガス濃度を正確に制御す
ることか非常に重要になる。

一方、火力発電所や各種工場等のボイラに使用
する燃料には石油が主であるが、近年埋蔵量の少
ない石油に代つて石炭を使用するようにしたプラ
ントもある。石炭を燃料とする場合、石炭中には
大量の硫黄(S)が含まれるので、排気ガス中の無水
硫酸（SO₃）の濃度も高くなる。したがつて、未
反応のアンモニアの濃度を１〜2ppmの範囲内に
収まるように制御することが上記エヤーヒータの
閉塞現象を防止する上で必要となる。この未反応
のアンモニアガス濃度は排気ガス中のNO_xの量、
排気ガスの量（体積）、還元触媒の活性、注入ア
ンモニアの量等によつて大きく変動する。したが
つて、この未反応アンモニアガスの濃度を常時連
続してしかも正確に測定する必要がある。

このように排気ガス中のアンモニアガス濃度を
正確に、かつ、連続して直接測定する装置として
アンモニアガスによる特定波長における紫外線吸
収作用を利用したアンモニアガス分析計が提案さ
れている（特公昭57−17462号公報）。

すなわち、アンモニアガスに紫外線を照射する
と、この紫外線のスペクトル中に207nm乃至
211nm波長で顕著な吸収スペクトルが生じる。し
たがつて、この吸収スペクトルの強度を測定する
ことによつて、アンモニアガス濃度を測定でき
る。しかしながら、上記207乃至211nm波長は亜
硫酸ガスの吸収スペクトルに含致する。そこでこ
の亜硫酸ガス単独の300nm近傍の吸収スペクトル
の強度を同時に測定する。亜硫酸ガス単独の207
乃至211nmの吸収スペクトル強度と300nm近傍に
おける吸収スペクトル強度との相対関係は既知で
あるので、300nm近傍の吸収スペクトル強度から
207乃至211nmにおけるアンモニアガス濃度に対
する干渉値を算出できる。したがつて、測定され
た207乃至211nmの吸収スペクトル強度から同時
に測定された300nm近傍の吸収スペクトル強度お
よび干渉値を減算することによつて、亜硫酸ガス
の干渉を除去したアンモニアガス単独の正確なガ
ス濃度を測定することが可能である。

参考のために第１１図にアンモニアガスおよび
亜硫酸ガスの吸収スペクトルを示した。亜硫酸ガ
スの測定において、300nm近傍という意味は第１
１図から理解できるように280nm乃至320nmの範
囲の吸収値もしくは吸収極小値に波長変調の中心
波長に合わせれば良いという意味である。

第８図は前述のアンモニアガス分析計を示すブ
ロツク図である。すなわち、光源１から照射され
た紫外線の光束は、光吸収セル２内で外部から導
入された排気ガスに照射された後、入口スリツト
３を介して分光器４内のコレクタ５で反射され、
回折格子６へ照射される。光束は、この回折格子
６で分散スペクトルに回折されて、コレクタ７へ
入射される。コレクタ７にて反射された207乃至
211nm波長の分散スペクトルは出口スリツト８ａ
を介して光電変換器９ａで電気信号に変換され
る。コレクタ７にて反射された300nm近傍波長の
分散スペクトルは平面鏡９および出口スリツト８
ｂを介して光電変換器９ｂで電気信号に変換され
る。そして、演算回路１０にて各光電変換器９
ａ，９ｂにて得られた各スペクトル強度に対応す
る電気信号からアンモニアガス濃度を算出する。

この場合、周囲のバツクグラウンドスペクトル
から分離して目的とする吸収スペクトル強度を正
確に測定するために、各出口スリツト８ａ，８ｂ
を第９図のＵ字形音叉１１を用いて一定周波数で
振動させて、各出口スリツト８ａ，８ｂから各光
電変換器９ａ，９ｂへ入力する光を変調させる。
そして、音叉駆動回路１２から得られる振動周波
数の２倍の周波数で各光電変換器９ａ，９ｂから
出力される電気信号を同期検波している。

なお、Ｕ字形音叉１１は電磁コイル１３ａで加
振されるとともにその振動振幅は別の電磁コイル
１３ｂで検出され、振動振幅が常に一定値になる
ように音叉駆動回路１２にて制御されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第８図および第９図のように構
成されたアンモニアガス分析計においても、まだ
解消すべき次のような問題があつた。すなわち、
出口スリツト８ａを介して光電変換器９ａへ入力
される分散スペクトルを前述した207乃至211nm
波長に亘つて得るためには、出口スリツト８ａを
分散スペクトルの結像面で207nmから211nmの波
長領域に亘つて振動させる必要がある。この振幅
値は、回折格子６とコレクタ７との間の距離およ
びコレクタ７から出口スリツト８ａまでの距離に
応じて変化するが、一定以上の測定精度を得るに
は最低１mm以上に設定する必要がある。例えばＵ
字形音叉１１における片方の脚を、長さ：100mm、
断面：４×５mmの角棒で構成したとすると、この
容積に相当する重量の金属を１mmの振幅で振動さ
せるためにこの振動エネルギは大きくなるので、
Ｕ字形音叉１１のみならず、分光器４全体に振動
が伝播して測定精度が低下する問題があつた。

また、前述したようにアンモニアガス濃度を
207乃至211nmの波長範囲にある吸収スペクトル
強度および300nm波長近傍の吸収スペクトル強度
から算出するようにしているので、前述の測定精
度を得るためには、各スペクトル強度測定におけ
る測定波長λの設定精度を±0.01nmの誤差範囲
に収める必要がある。すなわち、この測定波長の
安定性が悪いと、前述した亜硫酸ガスによる補正
値が変動する。例えば、測定波長が0.02nm変動
すると、前記補正値は１〜2ppmも変動する。そ
の結果、この補正値を用いて算出されるアンモニ
アガス濃度も大きく変動して正確な測定値が得ら
れない問題がある。

また、第１０図は300nm波長近傍で検出された
排気ガス中の亜硫酸ガス（SO₂）濃度が207乃至
211nm波長におけるアンモニアガス濃度と亜硫酸
ガス濃度との合成濃度値に対する割合い、すなわ
ちアンモニアガス濃度に対する亜硫酸ガス濃度の
干渉度合を示す干渉補正曲線図である。この図か
らも明らかなように、亜硫酸ガス濃度の干渉度合
はＵ字形音叉１１の振幅、すなわち、この振幅に
含まれる波長範囲の大きさによつて大きく変化す
る。したがつて、測定中はＵ字形音叉１１の振幅
を常に一定値に制御する必要がある。

しかしながら、第９図に示したＵ字形音叉１１
の振動振幅は電磁コイル１３ｂで検出している。
このようにＵ字形音叉１１の振動振幅を磁気的に
検出すると、雰囲気温度が変化した場合、Ｕ字形
音叉１１の材料特性が変化するのみならず、Ｕ字
形音叉１１と電磁コイル１３ｂとの間の磁気ギヤ
ツプに存在する空気の磁気抵抗が変化する。した
がつて、この磁気コイル１３ｂによつてＵ字形音
叉１１の正確な振幅を検出することが困難であ
る。その結果、Ｕ字形音叉１１の振幅を常に一定
値に正確に制御できないので、アンモニアガス濃
度の測定精度が低下する。

また、207乃至211nm波長の分散スペクトル検
出用と300nm波長の分散スペクトル検出用との２
個のＵ字形音叉１１が必要であつた。したがつ
て、装置全体が大型化する問題もある。

本発明はこのような事情に基づいてなされたも
のであり、その目的とするところは、光吸収セル
を通過して回折格子へ入力する直前の光束を振動
子で所定の周波数、振幅で変調し、かつ振動子の
振幅を光学的に検出して一定値に制御することに
より、たとえ周囲温度が大きく変化したとしても
高い測定精度を維持でき、かつ振動子の設置数を
低減できるので装置全体の小型軽量化を図れる紫
外線吸収式アンモニアガス分析計を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の紫外線吸収式アンモニアガス分析計
は、光源から出力された紫外線の光束を、アンモ
ニアガスおよび亜硫酸ガスを含む被測定媒質が導
入された光吸収セル内を通過させ、この通過した
光束を、振動子駆動制御装置によつて振幅を光学
的に検出することにより一定の振幅および周波数
で振動されている振動子の平面鏡で反射させるこ
とによつて、一定の振幅および周波数の振動をさ
せ、振動された反射光束を回折格子で回析・分散
させて分散スペクトルを出力させる。そして、回
折格子から出力された振動する分散スペクトルの
うちアンモニアガスおよび亜硫酸ガスの吸収スペ
クトルに対応する207nm乃至211nm波長の振動す
る分散スペクトルを受光する位置に第１の出口ス
リツトを配置して、この分散スペクトルを波長変
調し、この第１の出口スリツトから出射された波
長変調により光強度変調信号に変換された光を電
気信号に変換する第１の光電変換器を配設し、回
折格子から出力された振動する分散スペクトルの
うち亜硫酸ガスの吸収スペクトルに対応する
300nm波長及びその近傍波長の振動する分散スペ
クトルを受光する位置に第２の出口スリツトを設
け、この第２の出口スリツトから出射された波長
変調により光強度変調信号に変換された光を電気
信号に変換する第２の光電変換器を配設し、第１
の信号処理回路でもつて、第１の光電変換器から
出力された電気信号を振動子の振動周波数の２倍
の周波数で同期検波して207nm乃至211nm波長の
吸収スペクトルの大きさに対応する第１の光強度
変調信号の振幅の大きさを算出し、第２の信号処
理回路でもつて、第２の光電変換器から出力され
た電気信号を振動子の振動周波数の２倍の周波数
で同期検波して300nm波長及びその近傍波長の吸
収スペクトルの大きさに対応する光強度変調信号
の大きさを算出する。そして、減算回路によつ
て、第１の振幅から第２の振幅と干渉補正曲線か
ら求まる干渉値とを減算することによつて、被測
定媒質中の正しいアンモニアガス濃度を算出する
ようにしている。

〔作用〕

このように構成された紫外線吸収式アンモニア
ガス分析計であれば、光源から出力された紫外線
の光束は光吸収セル内で207nm乃至211nm波長及
び300nm波長近傍に吸収スペクトルが形成されて
いる。２箇所に吸収スペクトルが形成された光束
は振動子により一定の振幅および周波数で変調さ
れる。そして、変調された光束はそのまま回折格
子で各波長を有する振動する分散スペクトルに分
光される。そして、振動する分散スペクトルが照
射される中心波長が207乃至211nmの位置に第１
の出口スリツトおよびこ出口スリツトから出射さ
れた光強度変調された光を受光する第１の光電変
換器が配設され、中心波長が300nm近傍の位置に
第２の出口スリツトおよびこの出口スリツトから
出射された光強度変調された光を受光する第２の
光電変換器が配設されている。その結果、第１お
よび第２の信号処理回路でもつて207乃至211nm
における第１の光強度変調信号の振幅および
300nm近傍の第２の光強度変調信号の振幅が算出
され、減算回路にて第１の振幅から第２の振幅と
干渉補正曲線から求まる干渉値とを減算すること
によつて、亜硫酸ガスの干渉を除去したアンモニ
アガス単独の濃度が検出される。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

第２図は実施例の紫外線吸収式アンモニアガス
分析計を示す外観図である。図中２１は各光学部
材が配列固定された光学ベースであり、この光学
ベース２１上に紫外線を放射する光源２２、この
光源２２から放射された光束２３を光吸収セル２
４へ導くコリメータレンズ２５、光吸収セル２
４、およびこの光吸収セル２４を通過した光束２
３の光軸を直角に屈折させる平面鏡２６が光束２
３の光軸に沿つて配列されている。平面鏡２６に
て屈折された光束２３は集光レンズ２７にて集光
されて分光器の入口スリツト２８を介して分光器
のケース２９内へ導入される。

前記光源２２はプラズマ・エミツシヨン型の重
水素放電管で形成されており、その発光スポツト
の直径は約２mmである。この光源２２から出力さ
れる紫外線のスペクトルは200nmから300nmまで
の測定範囲内では平坦であるのが理想であるが、
平坦に近いゆるやかな曲線を描く。したがつて、
実際のアンモニアガス濃度測定開始前には不純ガ
スを含まないガスを使用して各波長における測定
値を校正しておく。

前記光吸収セル２４には図示しない煙道から高
温の排気ガスを導入するための導入管３１と導入
された排気ガスを排出するための排出管３２が取
付けられている。なお、導入管３１は図示しない
ヒータと断熱材３３で約300℃の高温に維持され
ている。また、この光吸収セル２４は図示しない
ヒータにて約300℃の高温に維持されている。

第１図はこの紫外線吸収式アンモニアガス分析
計の概略構成を示す模式図である。光源２２から
出力された紫外線はコリメータレンズ２５で平行
光束になり、光吸収セル２４内を通過した後、集
光レンズ２７で分光器のケース２９の入口スリツ
ト２８に集光する。ケース２９内に入射した光束
２３は振動子駆動制御装置３４にて駆動制御され
る振動子としてのＵ字形音叉３５の一方の自由端
に取付けられた第１の平面鏡３６に入射される。
そして、この第１の平面鏡３６にて反射されてコ
リメータ３７へ入射される。なお、Ｕ字形音叉３
５は音叉の内側に配設された電磁コイル３８によ
り音叉の形状、重量等で定まる一定周波数Ｆおよ
び一定振幅Ｗで振動されている。したがつて、第
１の平面鏡３６にて反射された光束２３は一定周
波数Ｆ、一定振幅Ｗの振動光になる。

コリメータ３７にて反射された振動光はブレー
ズ型の回折格子３９へ入射される。この回折格子
３９にて回折された分散スペクトルがコレクタ４
０へ入射される。コレレクタ４０にて反射された
振動する分散スペクトルが結像する位置に第１お
よび第２のの出口スリツト４１ａ，４１ｂが配設
されており、この第１および第２の出口スリツト
４１ａ，４１ｂの裏面に隣接して、第１および第
２の光電変換器４２ａ，４２ｂが配設されてい
る。前記第１の出口スリツト４１ａは振動する分
散スペクトルの中心波長が207乃至211nmの中心
である209nm波長の光が照射される位置に配設さ
れている。すなわち、第１の平面鏡３６の振動に
よつて、結像面上の光束（すなわち分散スペクト
ル）が振動する出口スリツト４１ａから出射する
光束は、209nmを中心とする約±1.5nmの範囲で
波長変調された光となる。

一方、第２の出口スリツト４１ｂは振動する分
散スペクトルの中心波長が300nmの光が照射され
る位置に配設されており、この出口スリツト４１
ｂから300nmを中心とする約±1.2nmの範囲で波
長変調された光が出力される。そして、第１の光
電変換器４２ａは第１の出口スリツト４１ａ上に
結像したアンモニアガスと亜硫酸ガスの吸収特性
によつて生じた光強度変調信号を第１の電気信号
f₁に変換するものであり、第２の光電変換器４２
ｂは第２の出口スリツト４１ｂ上に結像した亜硫
酸ガスの吸収特性によつて生じた光強度変調信号
を第２の電気信号f₂に変換するものである。

第１および第２の光電変換器４２ａ，４２ｂか
ら出力された直流成分および交流成分を含んだ第
１および第２の電気信号f₁，f₂はそれぞれ第１お
よび第２の信号処理回路４３ａ，４３ｂへ入力さ
れる。第１および第２の信号処理回路４３ａ，４
３ｂは第３図に示すように構成されている。すな
わち、入力した電気信号f₁，f₂は直流増幅器４５
で増幅され、第６図ａにおける直流成分ｃに相当
する出力が次段の除算器４６へ入力される。ま
た、前記電気信号f₁，f₂はコンデンサ４７からな
るハイパスフイルタで直流成分ｃが除去された
後、同期検波回路４８にて前記振動子駆動制御装
置３４の音叉駆動回路４９から送出されるＵ字形
音叉３５の振動周波数Ｆの２倍の周波数２Ｆで同
期検波されて、第６図ａにおける測定スペクトル
の吸収によつて生じた窪みの深さａに相当する出
力が除算器４６へ入力される。除算器４６内では
（ａ／ｃ）の除算が実施され、その結果が吸収ス
ペクトル値に対応した直流電圧ｇとして出力され
る。

なお、同期検波回路４８の出力段には図示しな
いローパスフイルタが内蔵されており、このロー
パスフイルタの時定数τの値は、同期検波周波数
２Ｆに対して、最低τ＞200／2F以上の関係にな
るように設定されている。これは、測定された吸
収スペクトルの強度ａのＳ／Ｎ比を一定水準以上
に維持させるために発明者等が行なつた実験結果
による。したがつて、測定の応答速度を低下する
ことなくＳ／Ｎ比を上昇させるためには、上記時
定数τをできるかぎり小さくする必要があるの
で、Ｕ字形音叉３５の振動周波数Ｆを高く設定す
ればよい。実施例では後述するようにこの振動周
波数Ｆを2kHz程度の高い値に設定している。

各信号処理回路４３ａ，４３ｂから出力された
第１および第２の吸収スペクトル強度に対応した
各直流電圧g₁，g₂は減算器５０へ入力される。こ
の減算器５０はアンモニアガスと亜硫酸ガスとを
含む207乃至211nm波長の第１の光強度変調信号
の振幅の大きさで示される吸収スペクトル強度に
対応する直流電圧g₁から、亜硫酸ガスの300nm近
傍波長の第２の光強度変調信号の振幅の大きさで
示される吸収スペクトル強度に対応する直流電圧
g₂とこの直流値に対応する干渉値を減算して、ア
ンモニアガス単独の吸収スペクトル強度、すなわ
ちアンモニアガス濃度に対応する信号を表示部５
１へ送出する。表示部５１は入力したアンモニア
ガス濃度を測定結果として表示する。

前記振動子駆動制御装置３４においては、図示
するようにＵ字形音叉３５の他方の自由端に第２
の平面鏡５２が取付けられており、この第２の平
面鏡５２にコンデンサレンズ５３を介してLED
等の発光素子で構成された発光装置５４から出力
される検出光５５が入射される。そして、この第
２の平面鏡５２で反射された検出光５５は一定周
波数Ｆの振動光となり、この検出光５５の振動振
幅を測定するポジシヨンセンサ等で構成された振
幅測定器５６へ入力される。この振幅測定器５６
にて測定された検出光５５の振動振幅信号は、Ｕ
字形音叉３５の内側に組込まれた電磁コイル３８
を駆動する音叉駆動回路４９へ入力される。この
音叉駆動回路４９は前記各同期検波回路４８へ周
波数２Ｆの同期信号を送出するとともに前記発光
装置５４を点灯制御する。

第４図はＵ字形音叉３５の概略構成を示す斜視
図であり、Ｕ字部５７は例えば外径がほぼ２mmの
ピアノ線であり、このＵ字形音叉３５の脚部５８
も同一ピアノ線を使用している。そして、Ｕ字部
５７の長さはほぼ30mmであり、幅はほぼ10mmであ
る。このＵ字部５７の各自由端に７×５mm形状の
第１および第２の平面鏡３６，５２が取付けられ
ている。このＵ字部５７の内側に配置されたコア
５９に電磁コイル３８が巻回されている。このＵ
字形音叉３５の振動周波数ＦはＵ字部５７の形状
等、材質にて定まるが前述の寸法を採用すること
によつて、振動周波数Ｆをほぼ2kHzに設定する
ことができる。

第５図は前記Ｕ字形音叉３５を振動駆動する音
叉駆動回路４９を示すブロツク図である。図中６
１は発光装置５４のLED等の発光素子へ駆動電
流を供給する発光素子駆動回路である。図中６２
は振幅測定器５６を構成するポジシヨンセンサで
あり、このポジシヨンセンサ６２は、素子上の照
射スポツトの変位に比例した信号を出力する一種
の光電変換素子であり、検出光５５の振幅、すな
わち第２の平面鏡５２の振幅を直接照射スポツト
移動によつて検出するものである。ポジシヨンセ
ンサ６２の出力信号は変化検出回路６３へ入力さ
れ、第２の平面鏡５２の振動に伴つて変化する振
動振幅信号としての交流信号e₁に変換される。交
流信号e₁は検波回路６４にて直流の出力電圧E₁へ
変換される。検波回路６４から出力される出力電
圧E₁は、振幅設定器６５から出力される設定電
圧E₂とともに偏差検出回路６６へ入力される。
偏差検出回路６６は直流信号E₁と設定電圧E₂と
の偏差電圧E₃を出力する。偏差検出回路６６か
ら出力された偏差電圧E₃は積分回路６７で積分
され、ゲイン制御増幅器６８の制御信号電圧E₄
になる。

一方、変化検出回路６３から出力された交流信
号e₁は移相回路６９へ入力され、この移相回路６
９にてＵ字形音叉３５の振動位相に整合される。
移相回路６９から出力された整合信号e₂は前記ゲ
イン制御増幅器６８へ入力されると共に、波形整
形回路７０へ入力されて波形整形される。そし
て、この波形整形回路７０から同期信号e₃として
前記各信号処理回路４３ａ，４３ｂの各同期検波
回路４８へ送出される。また、ゲイン制御増幅器
６８は入力した整合信号e₂を前記制御信号電圧E₄
で定まる増幅率で増幅して、前記Ｕ字形音叉３５
の電磁コイル３８の駆動電流Ｉとして出力する。

このような一種のサーボ系構成の音叉駆動回路
４９において、第２の平面鏡５２の振幅、すなわ
ち検波回路６４の出力電圧E₁が振幅設定器６５
の設定電圧E₂に等しくなると、偏差検出回路６
６から出力される偏差電圧E₃が０となる。した
がつて、積分回路６７から出力される制御信号電
圧E₄の値は変化しない。その結果、Ｕ字形音叉
３５の振動振幅は変化することはない。また、検
波回路６４の出力電圧E₁が振幅設定器６５の設
定電圧E₂に等しくない場合は、その差に相当す
る偏差電圧E₃が積分回路６７へ入力される。そ
して、積分回路６７から出力される制御信号電圧
E₄は偏差電圧E₃に対応して変化する。その結果、
Ｕ字形音叉３５の振動振幅は検波回路６４の出力
電圧E₁が振幅設定器６５の設定電圧E₂に等しく
なるように変化する。したがつて、逆に振幅設定
器６５の設定電圧E₂を変更することによりＵ字
形音叉３５の振幅を容易に調整できる。

このように構成された紫外線吸収式アンモニア
ガス分析計の動作原理を第６図ａ，ｂを用いて説
明する。測定すべきガス成分によつて生じた吸収
スペクトルの窪みの中心波長、すなわち吸収スペ
クトルの吸収ピーク波長λ₀を中心としてこの周辺
（λ₀±Δλ）で波長λを変調しながらスペクトル強
度を測定する。このとき測定されるスペクトル強
度波形は図示するように平均直流成分ｅに振幅ｄ
の交流成分（リツプル成分）が重畳した波形Ｄと
なる。この波形Ｄの交流成分ｄの周波数は波長変
調周波数Ｆの２倍の周波数２Ｆとなる。したがつ
て、この波形Ｄを周波数２Ｆで、波長変調に同期
させて検波すれば元のスペクトル強度が得られ
る。実際には第６図ｂに示す直流成分ｅをハイパ
スフイルタで除去した後、同期検波すれば、吸収
によつて生じた第６図ａに示す窪みの深さａに相
当する値ｄが得られる。この窪みの深さａはガス
濃度に比例する。また、この窪みの深さａは、近
似的に直流成分ｃでほぼ代表できる光源強度に比
例する。そこで、光源強度による影響を除去し
て、ガス濃度だけに比例した出力を得るために
は、窪みの深みａを光源強度ｃに対する比（ａ／
ｃ）で表現すればよい。

この原理を第１図の実施例につてい説明する
と、光吸収セル２４内にて２箇所に吸収スペクト
ルが形成された状態で入口スリツト２８から入力
した光束２３はＵ字形音叉３５の一方の自由端に
取付けられた第１の平面鏡３６で反射され、さら
にコリメータ３７にて反射されて回折格子３９へ
入力される。Ｕ字形音叉３５が一定振幅Ｗ、一定
周波数Ｆで振動しているので、この回折格子３９
へ入射される光束２３の入射角θも一定の角度範
囲（θ±Δθ）で振動する。その結果、第１の出
口スリツト４１ａ上では分散したスペクトルが振
動し、第１の出口スリツト４１ａより出射する光
束２３の波長がλ₀±Δλの範囲で振動する。すな
わち波長変調がかけられる。したがつて、出口ス
リツト４１ａから漏出る光の強度は第６図ｂの波
形Ｄに示すように、直流成分ｅに交流成分ｄが重
畳した波形となる。この波形Ｄは第１の光電変換
器４２ａにて電気信号f₁へ変換される。したがつ
て、コンデンサ４７で直流成分ｅは除去され、同
期検波回路４８にて前記２Ｆの周波数を有する音
叉駆動回路４９からの同期信号e₃によつて同期検
波された信号は第６図ａの窪みの深さａに相当す
る。

したがつて、各信号処理回路４３ａ，４３ｂか
ら各中心波長209nmおよび300nmにおける各窪み
の深みａ、すなわち各吸収スペクトル強度に対応
した信号g₁g₂が得られる。そして、減算器５０で
亜硫酸ガスの干渉を除去したアンモニアガス単独
のガス濃度が得られる。

このような紫外線吸収式アンモニアガス分析計
であれば、分散スペクトルを結果的に各出口スリ
ツト４１ａ，４１ｂ上で波長変調させる振動子と
してＵ字形音叉３５を用い、かつそのＵ字形音叉
３５を光束２３をスペクトルに分光す回折格子３
９の前段に配設することによつて、第８図に示し
た従来装置に比較して、Ｕ字形音叉の設置数を２
個から１個に減少できる。また、Ｕ字形音叉３５
の大きさも、例えば、ほぼ同じ程度の測定精度を
得る場合であれば、第４図の実施例は第９図の従
来例に比較して数分の１に小型化できた。したが
つて、このＵ字形音叉３５を加振するための音叉
駆動回路４９の出力も小さくてよい。また振幅Ｗ
も従来装置より格段に小さくてよいので、振動エ
ネルギの値が小さく、回折格子３９、コリメータ
３７、コレクタ４０、各出口スリツト４１ａ，４
１ｂ等の光学部材に対して振動による悪影響を与
えることはない。特に、振動によつて測定波長λ
が変動することを極力抑制できる。したがつて、
前述した光源２２のスペクトル強度特性の非平坦
性に起因する測定精度劣化を防止でき、第８図お
よび第９図の従来装置に比較して測定精度を大幅
に向上できる。

さらに、Ｕ字形音叉３５の振動振幅Ｗを検出光
５５およびポジシヨンセンサ６２等を用いて光学
的に測定し、その測定結果に基づいて振幅Ｗを一
定値に制御するようにしているので、従来装置の
ように周囲温度変化の影響を受けることはない。
したがつて、常に一定の振幅とすることができ、
測定するための波長変調幅が常に一定値に制御さ
れることになり、亜硫酸ガスによる干渉値を正し
く把握でき、アンモニアガス濃度の測定精度を向
上できる。

さらに、第２図に示すように、実施例において
は、約300℃の高温に維持される光吸収セル２４
を熱シールドし、光学ベース２１に対して離間配
設し、かつ、Ｕ字形音叉３５、回折格子３９、コ
リメータ３７、コレクタ４０および出口スリツト
４１ａ，４１ｂを収納して約42℃に維持されたケ
ース２９とも離れて設置することにより、光吸収
セル２４の熱により各光学部材が悪影響されるの
を極力防止している。

この場合、光吸収セル２４を除く各光学部材を
一つの光学ベース２１に固定することによつて、
光源２２が移動することによる、この光源２２か
らの光束２３の照射方向変動に起因する分光器の
入口スリツト２８上で入射スポツトが動くために
生じる零点変動をを抑制でき、さらに測定精度を
向上できる。

第７図は本発明の他の実施例に係わる紫外線吸
収式アンモニアガス分析計を示す外観図である。
この実施例においては、切欠部８１を有するケー
ス８２内に、光吸収セル２４を除く全部の光学部
材を収納している。そして、切欠部８１内に上記
光吸収セル２４を配設している。ケース８２内の
光学ベース上に配置された光源から出力された光
束２３は切欠部８１の一方の壁に形成された窓に
嵌込まれた石英８３ａを介して光吸収セル２４内
へ導かれ、光吸収セル２４を通過した光束２３は
切欠部８１の他方の壁に形成された窓に嵌込まれ
た石英８３ｂを介してケース８２内へ導かれる。

このように、高温の光吸収セル２４を、光源２
２や各レンズを含む全部の光学部材を収納するケ
ース８２から完全に分離することによつて、各光
学構成部材に対する温度に起因する悪影響をさら
に低減できる。また、光源２２や各レンズを含む
全部の光学部材を例えば42℃一定に温度制御され
たケース８２内に収納することによつて、上述の
効果をさらに向上できる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。実施例においては、Ｕ字形音叉３５
の振幅を測定する測定光５５を第２の平面鏡５２
に対してコリメータ３７側から照射したが、第２
の平面鏡５２の反射面を裏表逆に取付けて、電磁
コイル３８側から検出光５５を照射するようにし
てもよい。なお、このＵ字形音叉３５に対しする
検出光５５の照射方法の詳細は特願昭60−62341
に報告している。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、光吸収セ
ルを通過して回折格子へ入力する直前の光束を振
動子で所定の周波数、振幅で変調し、かつ振動子
の振動を光学的に検出して一定値に制御してい
る。したがつて、たとえ周囲温度が大きく変化し
たとしても高い測定精度を維持でき、かつ振動子
の設置数を低減できるので、装置全体の小型軽量
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる紫外線吸収
式アンモニアガス分析計の概略構成を示す模式
図、第２図は同実施例の外観図、第３図は同実施
例の信号処理回路を示すブロツク図、第４図は同
実施例のＵ字形音叉を示す斜視図、第５図は同実
施例の音叉駆動回路を示すブロツク図、第６図は
動作原理を示す図、第７図は本発明の他の実施例
の紫外線吸収式アンモニアガス分析計を示す外観
図、第８図は従来のアンモニアガス分析計を示す
模式図、第９図は同従来装置のＵ字形音叉を示す
図、第１０図は亜硫酸ガス濃度のアンモニアガス
濃度への干渉度合を示す干渉補正特性図、第１１
図はアンモニアガスおよび亜硫酸ガスの吸収スペ
クトル特性図である。２１…光学ベース、２２…光源、２３…光束、
２４…光吸収セル、２５…コリメータレンズ、２
７…集光レンズ、２８…入口スリツト、２９，８
２…ケース、３３…断熱材、３４…振動子駆動制
御装置、３５…Ｕ字形音叉、３６…第１の平面
鏡、３７…コリメータ、３８…電磁コイル、３９
…回折格子、４０…コレクタ、４１ａ…第１の出
口スリツト、４１ｂ…第２の出口スリツト、４２
ａ…第１の光電変換器、４２ｂ…第２の光電変換
器、４３ａ…第１の信号処理回路、４３ｂ…第２
の信号処理回路、４６…除算器、４８…同期検波
回路、４９…音叉駆動回路、５０…減算器、５１
…表示部、５２…第２のの平面鏡、５４…発光装
置、５５…検出光、５６…振幅測定器、６２…ポ
ジシヨンセンサ、６３…変化検出回路、８１…切
欠部、８３ａ，８３ｂ…石英。

Claims

【特許請求の範囲】１紫外線を放射する光源と；アンモニアガスお
よび亜硫酸ガスを含む被測定媒質中に前記光源か
らの光束を通過させる光吸収セルと；該光吸収セ
ルを通過した前記光束を反射させるための平面鏡
を有する振動子と；該振動子の振幅を光学的に検
出することにより該振動子を一定の振幅および周
波数で振動させる振動子駆動制御装置と；前記振
動子の振動により得られる反射光束を回折させて
振動している分散スペクトルを出力させる回折格
子と；該回折格子から出力された振動している分
散スペクトルのうち前記アンモニアガスおよび亜
硫酸ガスの吸収スペクトルに対応する207nm乃至
211nm波長の分散スペクトルを受光する位置に配
設され、該振動している分散スペクトルを出射さ
せ、該出射された光束の波長を変調するための第
１の出口スリツトと；前記アンモニアガスおよび
亜硫酸ガスの存在と波長変調によつて光強度変調
信号に変換された前記第１の出口スリツトから出
射された光を電気信号に変換する第１の光電変換
器と；前記回折格子から出力された振動している
分散スペクトルのうち前記亜硫酸ガスの吸収スペ
クトルに対応する300nm波長及びその近傍波長の
分散スペクトルを受光する位置に配設され、該振
動している分散スペクトルを出射させ、該出射さ
れた光束の波長を変調するための第２の出口スリ
ツトと；前記亜硫酸ガスの存在と波長変調とによ
つて光強度変調信号に変換された前記第２の出口
スリツトから出射された光を電気信号に変換する
第２の光電変換器と；前記第１の光電変換器から
出力された電気信号を前記振動子の振動周波数の
２倍の周波数で同期検波して前記207nm乃至
211nm波長の吸収スペクトルの大きさに対応する
第１の光強度変調信号の振幅の大きさを算出する
第１の信号処理回路と；前記第２の光電変換器か
ら出力された電気信号を前記振動子の振動周波数
の２倍の周波数で同期検波して前記300nm波長及
びその近傍波長の吸収スペクトルに対応する第２
の光強度変調信号の振幅の大きさを算出する第２
の信号処理回路と；前記第１の振幅の大きさから
前記第２の振幅の大きさと干渉補正曲線から求ま
る干渉値とを減算することによつて、前記被測定
媒質中の正しいアンモニアガス濃度を算出する減
算回路とを備えたことを特徴とする紫外線吸収式
アンモニアガス分析計。２振動子はＵ字形音叉を用いて構成されたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の紫外線
吸収式アンモニアガス分析計。３振動子駆動制御装置は、前記Ｕ字形音叉を駆
動するための電磁コイルと；前記Ｕ字形音叉の一
方の自由端に装着された前記光吸収セルを通過し
た光束を反射させるための第１の平面鏡と；前記
Ｕ字形音叉の他方の自由端に装着され前記反射光
束の振動振幅を検出するための第２の平面鏡と；
該第２の平面鏡へ前記反射光束の振動振幅検出用
の検出光を照射する発光装置と；前記第２の平面
鏡にて反射された前記検出光を受光し、該反射さ
れた検出光の振動振幅を測定する振幅測定器と；
該振幅測定器にて測定された振動振幅値が常に一
定値になるように前記電磁コイルの励磁を制御す
る駆動回路とを具備することを特徴とする特許請
求の範囲第２項記載の紫外線吸収式アンモニアガ
ス分析計。４振幅測定器は、受光面に照射された前記検出
光の受光位置に応じた信号を出力するポジシヨン
センサと；該ポジシヨンセンサから出力された信
号を前記第２の平面鏡の振動に伴つて変化する交
流振動振幅信号に変換する変化検出回路とを具備
することを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
の紫外線吸収式アンモニアガス分析計。５光吸収セルは、前記光源、振動子および回折
格子等を配設した光学ベースに対して離間され、
かつ、熱シールドされた状態に配置されてなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の紫外
線吸収式アンモニアガス分析計。