JPS5947251B2 - ガス濃度測定装置 - Google Patents
ガス濃度測定装置Info
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- JPS5947251B2 JPS5947251B2 JP15388076A JP15388076A JPS5947251B2 JP S5947251 B2 JPS5947251 B2 JP S5947251B2 JP 15388076 A JP15388076 A JP 15388076A JP 15388076 A JP15388076 A JP 15388076A JP S5947251 B2 JPS5947251 B2 JP S5947251B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—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
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は赤外線共鳴吸収によつてガス濃度を測定する装
置に関するものである。
置に関するものである。
一般に、複数の原子が結合して出来ている分子は赤外線
を吸収してその振動状態が変ることが知られている。
を吸収してその振動状態が変ることが知られている。
この場合吸収される赤外線の波長は、それぞれの分子に
固有のものであつて、分子を構成する原子の種類、数お
よび結合状態に依存する。赤外線共鳴吸収法による分子
の同定は、古くから行なわれており、赤外線領域で連続
したスペクトルの光を放出する光源からの光を被測定物
質に照射した後、透過光を分散素子を用いて単色光に分
解して吸収スペクトルを得ている。最近、大気汚染の測
定にも、この赤外線共鳴吸収法が応用されるようになつ
ているが、この場合には非分散型と称して、被測定ガス
分子の吸収スペクトルのうち、最も特徴的な吸収ピーク
に対応する波長の光だけを選択的に通過させるフィルタ
ーを使用して、光源からの光の波長を固定し、その波長
の光に対する吸収量の増減から被測定ガスの濃度を測定
している。
固有のものであつて、分子を構成する原子の種類、数お
よび結合状態に依存する。赤外線共鳴吸収法による分子
の同定は、古くから行なわれており、赤外線領域で連続
したスペクトルの光を放出する光源からの光を被測定物
質に照射した後、透過光を分散素子を用いて単色光に分
解して吸収スペクトルを得ている。最近、大気汚染の測
定にも、この赤外線共鳴吸収法が応用されるようになつ
ているが、この場合には非分散型と称して、被測定ガス
分子の吸収スペクトルのうち、最も特徴的な吸収ピーク
に対応する波長の光だけを選択的に通過させるフィルタ
ーを使用して、光源からの光の波長を固定し、その波長
の光に対する吸収量の増減から被測定ガスの濃度を測定
している。
大気汚染測定用の非分散型の場合には、上記のように連
続スペクトル光源とフィルターを用いて単色光に相当す
る光を得ているが、レーザをその代りとして用いること
もできる。
続スペクトル光源とフィルターを用いて単色光に相当す
る光を得ているが、レーザをその代りとして用いること
もできる。
レーザの光は単色性が非常に良いため、分子の吸収スペ
クトルのピークに対応する波長と一致することは希であ
るが、皆無ではない。例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザの３．
３９１μｍ（２９４７．９０３ｃｍ−１）の光はメタン
のν３吸収帯のＰ（７）分枝ピークと僅かＯ、０１５ｃ
ｍ−１しか離れていないので、メタンガスによつて吸収
を受ける。メタンガスだけでなく同じ様な結合状態の原
子団を有する分子も同様にＨｅ−Ｎｅレーザの３．３９
１μｍの光を吸収する。このようにレーザ光源と、その
光を吸収する分子の組合わせが存在し、あるガスを検出
しようとすれば、それに対応するレーザを光源として用
いればよい。またレーザの場合、吸収を示すガスが少な
いので、水蒸気や炭酸ガスなど他のガスの影響を受けず
に目的とするガスを正確に測定できることが特徴である
。レーザを光源とした２光線式のガス濃度測定装置とし
て、最も一般的な従来例を第１図に示す。
クトルのピークに対応する波長と一致することは希であ
るが、皆無ではない。例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザの３．
３９１μｍ（２９４７．９０３ｃｍ−１）の光はメタン
のν３吸収帯のＰ（７）分枝ピークと僅かＯ、０１５ｃ
ｍ−１しか離れていないので、メタンガスによつて吸収
を受ける。メタンガスだけでなく同じ様な結合状態の原
子団を有する分子も同様にＨｅ−Ｎｅレーザの３．３９
１μｍの光を吸収する。このようにレーザ光源と、その
光を吸収する分子の組合わせが存在し、あるガスを検出
しようとすれば、それに対応するレーザを光源として用
いればよい。またレーザの場合、吸収を示すガスが少な
いので、水蒸気や炭酸ガスなど他のガスの影響を受けず
に目的とするガスを正確に測定できることが特徴である
。レーザを光源とした２光線式のガス濃度測定装置とし
て、最も一般的な従来例を第１図に示す。
例として、Ｈｅ−Ｎｅレーザの３．３９１μｍの光で炭
化水素ガスの濃度を測定する場合について述べる。３．
３９１μｍの赤外光を放出するＨｅ−Ｎｅレーザ１から
出た光がチヨツパ２によつて時間的に断続したパルスに
変換され、ビームスプリツタ一３で透過光（参照光）お
よび反射光（試料光）の２光線に分割される。
化水素ガスの濃度を測定する場合について述べる。３．
３９１μｍの赤外光を放出するＨｅ−Ｎｅレーザ１から
出た光がチヨツパ２によつて時間的に断続したパルスに
変換され、ビームスプリツタ一３で透過光（参照光）お
よび反射光（試料光）の２光線に分割される。
透過光はそのま＼光電変換素子６に到達し、レーザ１の
変動による光強度の変化を補償するための参照信号とな
る。一方反射光はミラー４で反射された後吸収セル５を
通過する。この吸収セル５の中には被測定ガスすなわち
炭化水素ガスが導入されており、こ＼を通過した光はガ
スによる吸収を受けて弱くなり別の光電変換素子７で電
気信号に変換される。光電変換素子６，７で変換された
信号はそれぞれ第２図Ａ，ｂに示すように参照光信号１
Ｒおよび試料光信号１８となる。この信号はそれぞれ増
巾器８，９で増巾され、同時に演算回路１０に入り、ガ
ス濃度を算出して指示器２６にて表示される。しかしな
がら上記の如きガス濃度測定装置の場合、ビームスプリ
ツタ３やミラー４等反射素子を使用しているためレーザ
１からの放出光の偏光面が回転すると、反射素子で反射
された後の光の強さが時間的にランダムに変化する。
変動による光強度の変化を補償するための参照信号とな
る。一方反射光はミラー４で反射された後吸収セル５を
通過する。この吸収セル５の中には被測定ガスすなわち
炭化水素ガスが導入されており、こ＼を通過した光はガ
スによる吸収を受けて弱くなり別の光電変換素子７で電
気信号に変換される。光電変換素子６，７で変換された
信号はそれぞれ第２図Ａ，ｂに示すように参照光信号１
Ｒおよび試料光信号１８となる。この信号はそれぞれ増
巾器８，９で増巾され、同時に演算回路１０に入り、ガ
ス濃度を算出して指示器２６にて表示される。しかしな
がら上記の如きガス濃度測定装置の場合、ビームスプリ
ツタ３やミラー４等反射素子を使用しているためレーザ
１からの放出光の偏光面が回転すると、反射素子で反射
された後の光の強さが時間的にランダムに変化する。
それ故参照光によるレーザ自身の出力変動補償方式をと
つても、装置のゼロドリフト及びスパンドリフトが大き
くなる欠点がある。本発明は、かかる反射素子を用いな
い１光線方式のガス濃度測定装置を提供するものである
。
つても、装置のゼロドリフト及びスパンドリフトが大き
くなる欠点がある。本発明は、かかる反射素子を用いな
い１光線方式のガス濃度測定装置を提供するものである
。
１光線方式で２光線方式と同様に参照光を得るには同一
のレーザから波長の異なる２種類の光を同一の光路で放
出すれば良い。
のレーザから波長の異なる２種類の光を同一の光路で放
出すれば良い。
しかしＨｅ−Ｎｅレーザにおいても、３．３９１μｍ（
第１波長）と６３２８Ａ（第２波長）の光の同時発振は
実現されているが、そのま＼では両方の波長の光を分離
することは出来ない。本発明は、この分離手段に係るも
のでぁる。以下図を用いて実施例を説明する。第３図に
おいて、レーザミラー１１，１４およびＨｅ−Ｎｅプラ
ズマ管１２で光共振器が構成されており、その中にチヨ
ツパ１３が挿入されている。このチヨツパ１３は第４図
および第５図に示すように、孔１５１，１５２，１６１
，１６２が開けられている。孔１５１，１５２には石英
板１７，１７が光軸に対し直角にはめ込まれ、孔１６１
，１６２には６３２８Ａの波長の光に対するプル−スタ
ー角でＢＫ−JャKラス板１８，１８が、端面を同じ角度
に切断された円筒状支持台１９，１９に接着されている
。このチヨツパ１３が光共振器の中で回転すると、光軸
に垂直な石英板１７とブルースター角のＢＫ−JャKラス
板１８が交互に共振器中の光路を横切ることになる。石
英板１１が光路に入つたときは３．３９１μｍの光に対
する損失は少ないため発振するが、６３２８Ａの光に対
しては石英板１７が光軸に対して垂直であるため反射に
よる損失が存在し、発振しない。これは両者の利得に大
きな差があり、前者は発振しやすく、後者は数％の損失
があつても発振しない。次にチヨツパ１３が回転してＢ
Ｋ−JャKラス板１８が光路に入つたときは、３．３９１
μｍの光は透過しないので発振せず、６３２８Ａの光は
ＢＫ−JャKラス板１８がブルースター角になつているの
で損失はほとんどなく発振する。このように石英板１７
が光路にあるときは３．３１μｍが発振し、ＢＫ−Jャ
Kラス板１８が光路にあるときには６３２８人が発振す
る。放出された光は吸収セル５を通過して光電変換素子
２０で電気信号に変換される。この信号は第６図ａに示
すように、３．３９１μｍの光（強さＩＡ）とＤ３２８
人の光（強さＩＢ）が交互に現われるパルス信号である
。この信号は増巾器２１で増巾さされ、チヨツパ１３か
らの同期信号によつて駆動するスイツチ２２を介してそ
れぞれの波長の光に対応する信号に分離される。第６図
ｂに示す波形が３，３９１μｍの光に対応するパルス信
号、第６図ｃに示す波形が６３２８λの光に対応するパ
ルス信号である。吸収セル５には被測定ガスが導入され
ており、３．３９１μｍの光は吸収されて減少する八
６３２８λの光は吸収されないので参照光として使用し
、レーザ光源自身の出力変動を補償する。分離された両
方の信号は増巾器８，９でそれぞれ増巾され、同時に演
算回路１０に入り、ガス濃度を算出して指示器２６にて
表示される。以上のように本発明赤外線共鳴吸収型ガス
濃度測定装置は、２波長を放出するレーザ共振器内にそ
れぞれの波長の光を時間的に分離し、パネル状の光とし
て交互に放出するチヨツパを設けたものであるから、試
料光、参照光を２光路に分離する必要がない。したがつ
て、従来のような光路分離用の反射素子が不要となり、
反射素子で反射された光の強さが時間的にランダムに変
化することはな〈、それ故装置のゼロドリフト、スパン
ドリフトを減少させることが可能となり、安定で精度の
高いガス濃度測定装置を提供することができる。
第１波長）と６３２８Ａ（第２波長）の光の同時発振は
実現されているが、そのま＼では両方の波長の光を分離
することは出来ない。本発明は、この分離手段に係るも
のでぁる。以下図を用いて実施例を説明する。第３図に
おいて、レーザミラー１１，１４およびＨｅ−Ｎｅプラ
ズマ管１２で光共振器が構成されており、その中にチヨ
ツパ１３が挿入されている。このチヨツパ１３は第４図
および第５図に示すように、孔１５１，１５２，１６１
，１６２が開けられている。孔１５１，１５２には石英
板１７，１７が光軸に対し直角にはめ込まれ、孔１６１
，１６２には６３２８Ａの波長の光に対するプル−スタ
ー角でＢＫ−JャKラス板１８，１８が、端面を同じ角度
に切断された円筒状支持台１９，１９に接着されている
。このチヨツパ１３が光共振器の中で回転すると、光軸
に垂直な石英板１７とブルースター角のＢＫ−JャKラス
板１８が交互に共振器中の光路を横切ることになる。石
英板１１が光路に入つたときは３．３９１μｍの光に対
する損失は少ないため発振するが、６３２８Ａの光に対
しては石英板１７が光軸に対して垂直であるため反射に
よる損失が存在し、発振しない。これは両者の利得に大
きな差があり、前者は発振しやすく、後者は数％の損失
があつても発振しない。次にチヨツパ１３が回転してＢ
Ｋ−JャKラス板１８が光路に入つたときは、３．３９１
μｍの光は透過しないので発振せず、６３２８Ａの光は
ＢＫ−JャKラス板１８がブルースター角になつているの
で損失はほとんどなく発振する。このように石英板１７
が光路にあるときは３．３１μｍが発振し、ＢＫ−Jャ
Kラス板１８が光路にあるときには６３２８人が発振す
る。放出された光は吸収セル５を通過して光電変換素子
２０で電気信号に変換される。この信号は第６図ａに示
すように、３．３９１μｍの光（強さＩＡ）とＤ３２８
人の光（強さＩＢ）が交互に現われるパルス信号である
。この信号は増巾器２１で増巾さされ、チヨツパ１３か
らの同期信号によつて駆動するスイツチ２２を介してそ
れぞれの波長の光に対応する信号に分離される。第６図
ｂに示す波形が３，３９１μｍの光に対応するパルス信
号、第６図ｃに示す波形が６３２８λの光に対応するパ
ルス信号である。吸収セル５には被測定ガスが導入され
ており、３．３９１μｍの光は吸収されて減少する八
６３２８λの光は吸収されないので参照光として使用し
、レーザ光源自身の出力変動を補償する。分離された両
方の信号は増巾器８，９でそれぞれ増巾され、同時に演
算回路１０に入り、ガス濃度を算出して指示器２６にて
表示される。以上のように本発明赤外線共鳴吸収型ガス
濃度測定装置は、２波長を放出するレーザ共振器内にそ
れぞれの波長の光を時間的に分離し、パネル状の光とし
て交互に放出するチヨツパを設けたものであるから、試
料光、参照光を２光路に分離する必要がない。したがつ
て、従来のような光路分離用の反射素子が不要となり、
反射素子で反射された光の強さが時間的にランダムに変
化することはな〈、それ故装置のゼロドリフト、スパン
ドリフトを減少させることが可能となり、安定で精度の
高いガス濃度測定装置を提供することができる。
第１図は、一従来例光路図、第２図Ａ，ｂは、同例を説
明するための動作波形図、第３図は、本発明実施例光路
図、第４図は、同実施例要部平面図、第５図は、第４図
Ｉ−Ｉ断面図、第６図は、同実施例を説明するための動
作波形図である。 １ ・・・・・・レーザ、２，１３・・・・・・チヨツ
パ、３・・・・・・ビームスプリツタ、６，１，２０・
・・・・・光電変換素子、５・・・・・・吸収セル、８
，９，２１・・・・・・増幅器、１０・・・・・・演算
回路、２６・・・・・・指示器、１１，１４・・・・・
・レーザミラー、１２・・・・・・プラズマ管、１５１
，１５２，１６１，１６２・・・・・・孔、１１・・・
−・・石英板、１８・・・ ・・・ＢＫ−JャKラス板。
明するための動作波形図、第３図は、本発明実施例光路
図、第４図は、同実施例要部平面図、第５図は、第４図
Ｉ−Ｉ断面図、第６図は、同実施例を説明するための動
作波形図である。 １ ・・・・・・レーザ、２，１３・・・・・・チヨツ
パ、３・・・・・・ビームスプリツタ、６，１，２０・
・・・・・光電変換素子、５・・・・・・吸収セル、８
，９，２１・・・・・・増幅器、１０・・・・・・演算
回路、２６・・・・・・指示器、１１，１４・・・・・
・レーザミラー、１２・・・・・・プラズマ管、１５１
，１５２，１６１，１６２・・・・・・孔、１１・・・
−・・石英板、１８・・・ ・・・ＢＫ−JャKラス板。
Claims (1)
- １ 被測定ガス濃度に応じた吸収情報をもつ試料光と、
該試料光と同一光源から発生され、前記被測定ガスによ
る吸収情報を持たない参照光とに基いて前記ガスの濃度
を測定する装置において、前記光源として、前記ガスの
吸収を受ける第１波長の光と前記ガスの吸収を受けない
第２波長の光とを発振可能なレーザを用い、前記第１、
第２波長の各光の発振状態を交互に生起するチョッパ手
段を前記レーザの共振器内に設けると共に、前記第１、
第２波長の光を前記ガス中に通過せしめ、その通過後の
前記第１及び第２波長の光を夫々前記試料光及び参照光
となしたことを特徴とするガス濃度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15388076A JPS5947251B2 (ja) | 1976-12-14 | 1976-12-14 | ガス濃度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15388076A JPS5947251B2 (ja) | 1976-12-14 | 1976-12-14 | ガス濃度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5374479A JPS5374479A (en) | 1978-07-01 |
| JPS5947251B2 true JPS5947251B2 (ja) | 1984-11-17 |
Family
ID=15572116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15388076A Expired JPS5947251B2 (ja) | 1976-12-14 | 1976-12-14 | ガス濃度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5947251B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0638058B2 (ja) * | 1984-08-16 | 1994-05-18 | 新日本製鐵株式会社 | 気体の濃度および分圧測定装置 |
| JPS6148734A (ja) * | 1984-08-16 | 1986-03-10 | Nippon Steel Corp | 気体の濃度および分圧測定装置 |
-
1976
- 1976-12-14 JP JP15388076A patent/JPS5947251B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5374479A (en) | 1978-07-01 |
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