JPH0560687A - 赤外分析装置 - Google Patents
赤外分析装置Info
- Publication number
- JPH0560687A JPH0560687A JP3225804A JP22580491A JPH0560687A JP H0560687 A JPH0560687 A JP H0560687A JP 3225804 A JP3225804 A JP 3225804A JP 22580491 A JP22580491 A JP 22580491A JP H0560687 A JPH0560687 A JP H0560687A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- infrared
- cell
- light
- wavelength
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、産業用計測分野に用いられる赤外
分析装置に関するものであり、従来必ず必要であった参
照用標準セルを必要とせず、多種類ガス濃度を、一つの
焦電型リニアアレイセンサで同時測定することを目的と
する。 【構成】 赤外光源１１の光を測定用ガスセル１４に導
き、セルから出力した光を集光分光し、焦電形リニアア
レイ検出素子１８で検知する。ガス吸収が少なく、大気
透過率の良い３．７μｍの光により基準レベルを測定し
て、ガスセル中に導入されたＣＯ2 ，ＣＯ，ＮＯ2 のガ
ス濃度により対応して得られた信号出力との差分をとる
ことにより参照用標準セルを用いることなく多種類のガ
ス濃度を同時に測定することができる。
分析装置に関するものであり、従来必ず必要であった参
照用標準セルを必要とせず、多種類ガス濃度を、一つの
焦電型リニアアレイセンサで同時測定することを目的と
する。 【構成】 赤外光源１１の光を測定用ガスセル１４に導
き、セルから出力した光を集光分光し、焦電形リニアア
レイ検出素子１８で検知する。ガス吸収が少なく、大気
透過率の良い３．７μｍの光により基準レベルを測定し
て、ガスセル中に導入されたＣＯ2 ，ＣＯ，ＮＯ2 のガ
ス濃度により対応して得られた信号出力との差分をとる
ことにより参照用標準セルを用いることなく多種類のガ
ス濃度を同時に測定することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は環境計測、公害ガス計測
等の産業用計測分野、地球規模でのリモートセンシング
に用いられる赤外分析装置に関するものである。
等の産業用計測分野、地球規模でのリモートセンシング
に用いられる赤外分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、赤外分析装置は、公害ガス、自動
車排ガス測定に良く用いられている。また、人工衛星に
搭載した地球環境リモートセンシングにも用いられよう
としている。
車排ガス測定に良く用いられている。また、人工衛星に
搭載した地球環境リモートセンシングにも用いられよう
としている。
【０００３】以下、従来の赤外分析装置について説明す
る。図４は従来の赤外分析装置の構成を示すものであ
る。図４において、１は赤外光源である。２はチョッパ
ーの羽根である。３はモーターで、２のチョッパー羽根
を一定の速度で回転するものである。４は測定用ガスセ
ルである。５は４のガスセルの透過窓材である。６は参
照用標準セルであり一般的に乾燥窒素ガスが封入されて
いる。７はその透過窓材で６と同じものである。８は測
定対象ガスの吸収波長に合わせた赤外干渉フィルターで
あり、９はその波長の赤外光を検知する赤外センサであ
る。
る。図４は従来の赤外分析装置の構成を示すものであ
る。図４において、１は赤外光源である。２はチョッパ
ーの羽根である。３はモーターで、２のチョッパー羽根
を一定の速度で回転するものである。４は測定用ガスセ
ルである。５は４のガスセルの透過窓材である。６は参
照用標準セルであり一般的に乾燥窒素ガスが封入されて
いる。７はその透過窓材で６と同じものである。８は測
定対象ガスの吸収波長に合わせた赤外干渉フィルターで
あり、９はその波長の赤外光を検知する赤外センサであ
る。
【０００４】以上のように構成された赤外分析装置につ
いて、以下その動作について説明する。まず、赤外光源
１からの赤外線を測定用ガスセル４に導入されたある濃
度を持つガス層を通過させると、層透過後の特定波長の
赤外線の強さＩは Lambert-Beerの法則に従う。
いて、以下その動作について説明する。まず、赤外光源
１からの赤外線を測定用ガスセル４に導入されたある濃
度を持つガス層を通過させると、層透過後の特定波長の
赤外線の強さＩは Lambert-Beerの法則に従う。
【０００５】
【数１】
【０００６】ここで、 Ｉ0 ；入射光の強さ k(λ)；波長（λ）の光の吸収係数 ｃ ；ガス濃度 ｘ ；ガス層の厚さ である。濃度が低い時には、k(λ)ｃｘ《１となるの
で、
で、
【０００７】
【数２】
【０００８】と現され、赤外線の変化量△Ｉは、
【０００９】
【数３】
【００１０】となり、△Ｉとガス濃度ｘとは比例する。
ふつうプリズムやグレーティングの様な光の分散装置を
有するものは少なく、一般に光源よりでた全ての波長域
の赤外線が測定に使用される。それ故、非分散型赤外線
ガス分析計（NDIR；Non Dispersive Infra-Red gasanal
yzer：のんデイスパーシブ インフラーレッド ガス
アナライザー）と呼ばれる。NDIRも使用する検出器の種
類によって正フィルター形と負フィルター形に分けられ
る。正フィルター形は検出器が波長依存性がある場合で
あり、負フィルター形は検出器に波長依存性がない場合
である。後者の場合、特定の波長に選択性をもたすには
赤外干渉フィルターを用いる。図４に示した赤外干渉フ
ィルター８は、特定ガス吸収線に合わせたものであり、
例えばＣＯ2 であれば４．３μｍを中心とした狭帯域フ
ィルターを用いる。この場合、ゼロ濃度レベルの赤外線
入射光の強さＩ0が必要になる。このＩ0 を得るため
に、一般的には吸収の無い乾燥窒素を封入した参照用標
準セルを設ける。このセルを測定用セルとならべて設置
し、チョッパーにより両セルを通る赤外光を交互に断続
し、両セルを通った光を合成することにより測定用セル
のガス濃度がゼロの時出力がゼロとなる様にした差分出
力法である。
ふつうプリズムやグレーティングの様な光の分散装置を
有するものは少なく、一般に光源よりでた全ての波長域
の赤外線が測定に使用される。それ故、非分散型赤外線
ガス分析計（NDIR；Non Dispersive Infra-Red gasanal
yzer：のんデイスパーシブ インフラーレッド ガス
アナライザー）と呼ばれる。NDIRも使用する検出器の種
類によって正フィルター形と負フィルター形に分けられ
る。正フィルター形は検出器が波長依存性がある場合で
あり、負フィルター形は検出器に波長依存性がない場合
である。後者の場合、特定の波長に選択性をもたすには
赤外干渉フィルターを用いる。図４に示した赤外干渉フ
ィルター８は、特定ガス吸収線に合わせたものであり、
例えばＣＯ2 であれば４．３μｍを中心とした狭帯域フ
ィルターを用いる。この場合、ゼロ濃度レベルの赤外線
入射光の強さＩ0が必要になる。このＩ0 を得るため
に、一般的には吸収の無い乾燥窒素を封入した参照用標
準セルを設ける。このセルを測定用セルとならべて設置
し、チョッパーにより両セルを通る赤外光を交互に断続
し、両セルを通った光を合成することにより測定用セル
のガス濃度がゼロの時出力がゼロとなる様にした差分出
力法である。
【００１１】また、低エネルギーの赤外線の広い領域の
スペクトルを同時に計測できる方法は、特開昭５９ー１
９３３４１号公報に記載の内容にある。この場合にも、
基準レベルをとる必要があり、基本的には参照用標準セ
ルと同等のものが必要となる。
スペクトルを同時に計測できる方法は、特開昭５９ー１
９３３４１号公報に記載の内容にある。この場合にも、
基準レベルをとる必要があり、基本的には参照用標準セ
ルと同等のものが必要となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、必ず基準をとるための参照用標準セルま
たは、それに相当する基準が必要であり、両セルの条件
差が誤差の原因となるという課題を有していた。
来の構成では、必ず基準をとるための参照用標準セルま
たは、それに相当する基準が必要であり、両セルの条件
差が誤差の原因となるという課題を有していた。
【００１３】本発明は上記従来技術の課題を解決するも
ので、参照用標準セルを必要とせず、多種類ガス濃度を
一つの一次元赤外センサで同時測定できる赤外分析装置
を提供することを目的とする。
ので、参照用標準セルを必要とせず、多種類ガス濃度を
一つの一次元赤外センサで同時測定できる赤外分析装置
を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、赤外の波長の中でガス吸収の無い波長を選
択し、その波長の出力を基準とする。従って、参照用標
準セルを具備せず測定セルのみにて基準を得る構成を有
している。
に本発明は、赤外の波長の中でガス吸収の無い波長を選
択し、その波長の出力を基準とする。従って、参照用標
準セルを具備せず測定セルのみにて基準を得る構成を有
している。
【００１５】
【作用】本発明は上記構成によって、ガス吸収のない波
長をつかって基準信号を得、その基準信号と測定信号の
差を取り出すことにより、２つのセルを使った時の誤差
原因を取り除きいつも安定にガス濃度を知る事ができ
る．
長をつかって基準信号を得、その基準信号と測定信号の
差を取り出すことにより、２つのセルを使った時の誤差
原因を取り除きいつも安定にガス濃度を知る事ができ
る．
【００１６】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
【００１７】図１は本発明の一実施例における赤外分析
装置の構成図である。図１において、１１は赤外光源、
１２はチョッパー羽根、１３はモーターで１２のチョッ
パー羽根を回転する。１４はガスセル、１５はガスセル
の赤外透過窓材である。１６はガスセルを透過してきた
光を集める集光系、１７は集光した光を分光する分光
器、１８は分光した赤外光を波長別に検知できる焦電型
リニアアレイ検出素子である。
装置の構成図である。図１において、１１は赤外光源、
１２はチョッパー羽根、１３はモーターで１２のチョッ
パー羽根を回転する。１４はガスセル、１５はガスセル
の赤外透過窓材である。１６はガスセルを透過してきた
光を集める集光系、１７は集光した光を分光する分光
器、１８は分光した赤外光を波長別に検知できる焦電型
リニアアレイ検出素子である。
【００１８】以上のように構成された赤外分析装置につ
いて、図２に示す赤外スペクトルを用いてその原理を説
明する。まず、ＣＯ2，ＣＯ，ＮＯ，ＳＯ2等の環境に影
響を与えるガスは４〜８μｍの赤外波長域に吸収を持
つ。各ガスの吸収波長位置及び吸収係数を（表１）に示
す。
いて、図２に示す赤外スペクトルを用いてその原理を説
明する。まず、ＣＯ2，ＣＯ，ＮＯ，ＳＯ2等の環境に影
響を与えるガスは４〜８μｍの赤外波長域に吸収を持
つ。各ガスの吸収波長位置及び吸収係数を（表１）に示
す。
【００１９】
【表１】
【００２０】この（表１）から明らかなように、Ｃ
Ｏ2，ＣＯ，ＮＯ，ＳＯ2は各々４．３μｍ、４．７μ
ｍ、５．３μｍ、７．４μｍに中心吸収帯を持ってい
る。また、図３に示すように大気の赤外透過特性は水分
の影響が大きいが、３〜５μｍ帯、８〜１２μｍ帯はよ
く知られているように大気の窓といわれ、よく赤外線を
透過する。例えば、３．５〜３．８μｍにおいてはガス
吸収の影響が少なく、大気の透過率もよい。本実施例に
おいては、分光器１７を３．５μｍ〜７μｍ帯域分光と
し上記３種類のガス（ＣＯ2，ＣＯ，ＮＯ）の検知がで
きるようにした。焦電型リニアアレイ検出素子は１６素
子構成（ピッチ０．４ｍｍ）とした。この場合、一番端
の素子が３．５〜３．８μｍ帯に対応するので、この素
子の信号出力を基準として他素子の信号出力との差分を
とることによりガス濃度と対応する出力を得ることがで
きた。
Ｏ2，ＣＯ，ＮＯ，ＳＯ2は各々４．３μｍ、４．７μ
ｍ、５．３μｍ、７．４μｍに中心吸収帯を持ってい
る。また、図３に示すように大気の赤外透過特性は水分
の影響が大きいが、３〜５μｍ帯、８〜１２μｍ帯はよ
く知られているように大気の窓といわれ、よく赤外線を
透過する。例えば、３．５〜３．８μｍにおいてはガス
吸収の影響が少なく、大気の透過率もよい。本実施例に
おいては、分光器１７を３．５μｍ〜７μｍ帯域分光と
し上記３種類のガス（ＣＯ2，ＣＯ，ＮＯ）の検知がで
きるようにした。焦電型リニアアレイ検出素子は１６素
子構成（ピッチ０．４ｍｍ）とした。この場合、一番端
の素子が３．５〜３．８μｍ帯に対応するので、この素
子の信号出力を基準として他素子の信号出力との差分を
とることによりガス濃度と対応する出力を得ることがで
きた。
【００２１】以上のように本実施例によれば、測定用ガ
スセルのみを用い、赤外分光器と焦電型リニアアレイ検
出素子の組み合わせを設けることにより、ガス吸収が少
なく大気透過率の良い３．７μｍ帯の信号出力を基準と
してとることができ、参照用標準セルを用いること無く
多種類のガス濃度を同時に計測することができる。
スセルのみを用い、赤外分光器と焦電型リニアアレイ検
出素子の組み合わせを設けることにより、ガス吸収が少
なく大気透過率の良い３．７μｍ帯の信号出力を基準と
してとることができ、参照用標準セルを用いること無く
多種類のガス濃度を同時に計測することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明は赤外分光器と焦電
型リニアアレイ検出素子を組み合わせを設けることによ
り、参照用標準セルを用いること無く多種類のガス濃度
を同時に計測することができる優れた赤外分析装置を実
現できるものである。
型リニアアレイ検出素子を組み合わせを設けることによ
り、参照用標準セルを用いること無く多種類のガス濃度
を同時に計測することができる優れた赤外分析装置を実
現できるものである。
【図１】本発明の一実施例における赤外分析装置のブロ
ック結線図
ック結線図
【図２】同実施例における赤外分析装置の対象ガスの吸
収特性を示すガス吸収パターン図
収特性を示すガス吸収パターン図
【図３】同実施例における赤外分析装置の大気吸収特性
図
図
【図４】従来の赤外分析装置のブロック結線図
１ 赤外光源 ２ チョッパー羽根 ３ モーター ４ 測定用ガスセル ５ 透過窓材 ６ 参照用標準セル ７ 透過窓材 ８ 赤外干渉フィルター ９ 赤外センサ １１ 赤外光源 １２ チョッパー羽根 １３ モーター １４ ガスセル １５ 赤外透過窓材 １６ 集光系 １７ 分光器 １８ 焦電形リニアアレイ検出素子
Claims (4)
- 【請求項１】赤外光源と、赤外光を断続するチョッパー
と、測定対象ガスを流すガスセルと、対象ガスの吸収を
うけた赤外光を集光する集光系と、集光された赤外光を
波長別に分光する分光器と、分光された赤外光を検知す
るリニアアレイ素子で構成され、参照用標準セルを用い
ずガス吸収の無い波長の信号出力を基準とする機構を具
備する赤外分析装置。 - 【請求項２】基準信号をとる波長として、３．５〜３．
８μｍを用いた請求項１記載の赤外分析装置。 - 【請求項３】基準信号とする波長に対応する素子の出力
と他の素子の差を出力する回路を組み込んだ請求項１記
載の赤外分析装置。 - 【請求項４】リニアアレイ素子に焦電型センサを用いた
請求項１記載の赤外分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3225804A JPH0560687A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 赤外分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3225804A JPH0560687A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 赤外分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0560687A true JPH0560687A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16835051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3225804A Pending JPH0560687A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 赤外分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0560687A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9663991B2 (en) | 2011-08-29 | 2017-05-30 | Basf Se | Ladder |
| CN108507966A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-09-07 | 青岛海纳光电环保有限公司 | 一种红外光谱气体传感器及数据处理方法 |
| CN110618102A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-27 | 成都太阳神鸟智能控制有限公司 | 一种基于色散光谱分析与人工智能的气体检测方法及装置 |
| CN111141695A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-12 | 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 | 一种非分散红外多组分氟利昂气体检测系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60501916A (ja) * | 1983-07-28 | 1985-11-07 | シ−エムアイ，インコ−ポレ−テツド | 呼気分析装置 |
| JPS6337242A (ja) * | 1986-07-31 | 1988-02-17 | Shimadzu Corp | 赤外線式ガス分析計 |
| JPH01301149A (ja) * | 1987-12-03 | 1989-12-05 | Mutek Laser & Optoelectronisch Geraete Gmbh | ガス分析のための方法および装置 |
-
1991
- 1991-09-05 JP JP3225804A patent/JPH0560687A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60501916A (ja) * | 1983-07-28 | 1985-11-07 | シ−エムアイ，インコ−ポレ−テツド | 呼気分析装置 |
| JPS6337242A (ja) * | 1986-07-31 | 1988-02-17 | Shimadzu Corp | 赤外線式ガス分析計 |
| JPH01301149A (ja) * | 1987-12-03 | 1989-12-05 | Mutek Laser & Optoelectronisch Geraete Gmbh | ガス分析のための方法および装置 |
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| US9663991B2 (en) | 2011-08-29 | 2017-05-30 | Basf Se | Ladder |
| CN108507966A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-09-07 | 青岛海纳光电环保有限公司 | 一种红外光谱气体传感器及数据处理方法 |
| CN110618102A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-27 | 成都太阳神鸟智能控制有限公司 | 一种基于色散光谱分析与人工智能的气体检测方法及装置 |
| CN111141695A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-12 | 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 | 一种非分散红外多组分氟利昂气体检测系统 |
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