JPS595939A - パ−テイキユレ−ト連続測定装置 - Google Patents
パ−テイキユレ−ト連続測定装置Info
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- JPS595939A JPS595939A JP57116444A JP11644482A JPS595939A JP S595939 A JPS595939 A JP S595939A JP 57116444 A JP57116444 A JP 57116444A JP 11644482 A JP11644482 A JP 11644482A JP S595939 A JPS595939 A JP S595939A
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- Japan
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- particulates
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 8
- 238000010895 photoacoustic effect Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
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-
- 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
- G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
-
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- G01N2021/1704—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids in gases
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光音響効果を利用したパーティキュレート連
続測定装置に関する。ここに、パーティキュレートとは
煤煙等の微粒子状物質をいい、上記装置は例えば自動車
排ガス中の煤煙物質の濃度等を測定するために用いられ
ている。
続測定装置に関する。ここに、パーティキュレートとは
煤煙等の微粒子状物質をいい、上記装置は例えば自動車
排ガス中の煤煙物質の濃度等を測定するために用いられ
ている。
パーティキュレートを含むセルに光線を入射するとパー
ティキュレートは光を吸収し、加熱される。このとき光
線をチョッパーで変調するとパーティヤニレートはそれ
に応じて加熱、冷却され、セル内に圧力変化を起す。こ
の圧力変化をマイクロフォンで検出すればパーティキュ
レートを定を的にかつリアルタイムにて測定することが
できる。
ティキュレートは光を吸収し、加熱される。このとき光
線をチョッパーで変調するとパーティヤニレートはそれ
に応じて加熱、冷却され、セル内に圧力変化を起す。こ
の圧力変化をマイクロフォンで検出すればパーティキュ
レートを定を的にかつリアルタイムにて測定することが
できる。
光音昏効果はこのような原理に基づくもので、レーザ光
の出現により実用化されるに至っている。
の出現により実用化されるに至っている。
但し、単一のセルにチョッピングしたレーザ光を入射し
てセル内の圧力変化を検出しただけではパーティキュレ
ートのみの正確な測定は行なえない。
てセル内の圧力変化を検出しただけではパーティキュレ
ートのみの正確な測定は行なえない。
理由はレーザ光を吸収し圧力変化を起すＣ３ＨＢやＣＯ
２等の干渉成分がサンプルカス内に共存しているためで
ある。
２等の干渉成分がサンプルカス内に共存しているためで
ある。
そこでこのような干渉成分による干渉影響を除去するた
めに従来は第１図に示すようにレーザ光源１から発せら
れるレーザ光の光路２中にチョッパー３．２つの光音響
セル４，５を直列的に設けると共に、一方のセル５にパ
ーティキュ・レート−を含むガスを、他方のセル４にパ
ーティキュレートを除去した（つまりパーティキュレー
トを含まない）ガスを導入し、両セル４，５に内蔵した
マイクロ７オン６．７によって検出される信号を減算し
て干渉成分の影曽を消去し、パーティキュレートの測定
を行なうようにしている。図中８はパーティキュレート
のみを除去するフィルターで、光音曽セル５に導入され
たパーティキュレートを含むガスはこのフィルターでパ
ーティキュレートを除去され、他方の光音曽セル４に導
入される。
めに従来は第１図に示すようにレーザ光源１から発せら
れるレーザ光の光路２中にチョッパー３．２つの光音響
セル４，５を直列的に設けると共に、一方のセル５にパ
ーティキュ・レート−を含むガスを、他方のセル４にパ
ーティキュレートを除去した（つまりパーティキュレー
トを含まない）ガスを導入し、両セル４，５に内蔵した
マイクロ７オン６．７によって検出される信号を減算し
て干渉成分の影曽を消去し、パーティキュレートの測定
を行なうようにしている。図中８はパーティキュレート
のみを除去するフィルターで、光音曽セル５に導入され
たパーティキュレートを含むガスはこのフィルターでパ
ーティキュレートを除去され、他方の光音曽セル４に導
入される。
ところでこの構成においてマイクロフォン６゜７で音圧
を検出するには、マイクロフォン６．７の設けられた位
置で最も音圧が高いことが必要であり、そのためには各
セル４，５内での音圧変化が基本モード或いはその倍数
の定在波を生じることが必要である。そしてそのために
はチョッパー３のチョッピング周波数が前記基本モード
或いはその倍数モードを作る周波数、即ちいわゆるレゾ
ナンス周波数に一致していることが必要である。
を検出するには、マイクロフォン６．７の設けられた位
置で最も音圧が高いことが必要であり、そのためには各
セル４，５内での音圧変化が基本モード或いはその倍数
の定在波を生じることが必要である。そしてそのために
はチョッパー３のチョッピング周波数が前記基本モード
或いはその倍数モードを作る周波数、即ちいわゆるレゾ
ナンス周波数に一致していることが必要である。
しかしながら、本発明者らの知見によれば両方のセル４
，５のレゾナンス周波数及び音圧−周波数特性が一致し
ていることは少なく、サンプルガス組成、セル内圧力等
により変化する。そのため、上記装置においてはチョッ
ピング周波数がセル４゜５において同一となることから
サンプル組成、セル内圧力変化による両セルの音圧特性
の変化が大きく異なり、正確なパーティ千ユレートのみ
の測定が行なえないのである。次にこの理由を鼾述する
。セルに音の基本モードを作るレゾナンス周波ｆｉ＆（
Ｊは次式であられせる。
，５のレゾナンス周波数及び音圧−周波数特性が一致し
ていることは少なく、サンプルガス組成、セル内圧力等
により変化する。そのため、上記装置においてはチョッ
ピング周波数がセル４゜５において同一となることから
サンプル組成、セル内圧力変化による両セルの音圧特性
の変化が大きく異なり、正確なパーティ千ユレートのみ
の測定が行なえないのである。次にこの理由を鼾述する
。セルに音の基本モードを作るレゾナンス周波ｆｉ＆（
Ｊは次式であられせる。
ここに、ｔはセル長、円はセル内の出力、ｙｏはセル内
を流れる流体の’ＩｆＨｕ、ｒは比熱比である。従って
、パーティキュレートを含んだガスが流されるセル５と
、パーティキュレートを含まないガスが流されるセル４
とはたとえセル長ｔを一致させたとしても上式中のＰａ
、ｊ’ｏ、ｒの全てが異なるのでレゾナンス周波数及び
音圧−周波数特性は一致しないのである。そして、一般
にチョッピング周波セｌがレゾナンス周波数からすれる
と第２図に示ずように音圧は著しく低下する。例えば図
中■はセル５のサンプルガスＡの音圧−周波数特性、■
はセル４のサンプルガスＡよりパーティキュレートを除
いたカスの音圧−周波数特性を示す。ω１はセル５のサ
ンプルガスＡのレゾナンス周波数、ω２はセル４のサン
プルガスＡよりパーティキュレートを除いたサンプルガ
スＡのレゾナンス周波数である。ここで、サンプルガス
Ａの組成、圧力は常に一定ではなく少し変化しているた
め、セル４゜５のレゾナンス周波数は常にωｌ、ω２で
はなく、ωｌ。
を流れる流体の’ＩｆＨｕ、ｒは比熱比である。従って
、パーティキュレートを含んだガスが流されるセル５と
、パーティキュレートを含まないガスが流されるセル４
とはたとえセル長ｔを一致させたとしても上式中のＰａ
、ｊ’ｏ、ｒの全てが異なるのでレゾナンス周波数及び
音圧−周波数特性は一致しないのである。そして、一般
にチョッピング周波セｌがレゾナンス周波数からすれる
と第２図に示ずように音圧は著しく低下する。例えば図
中■はセル５のサンプルガスＡの音圧−周波数特性、■
はセル４のサンプルガスＡよりパーティキュレートを除
いたカスの音圧−周波数特性を示す。ω１はセル５のサ
ンプルガスＡのレゾナンス周波数、ω２はセル４のサン
プルガスＡよりパーティキュレートを除いたサンプルガ
スＡのレゾナンス周波数である。ここで、サンプルガス
Ａの組成、圧力は常に一定ではなく少し変化しているた
め、セル４゜５のレゾナンス周波数は常にωｌ、ω２で
はなく、ωｌ。
■付近で変化し音圧−周波数特性曲線も変化している。
例えばサンプルガスＡとパーティキュレート濃度及び干
渉成分影曽はＡと同じで音圧−周波数特性曲線のみ前記
■、■より少し右へずれた■′。
渉成分影曽はＡと同じで音圧−周波数特性曲線のみ前記
■、■より少し右へずれた■′。
［相］（第２図参照）となっているサンプルガスＢをチ
ョッピング周波数ω１で設定して測定した場合パーティ
キュレート出力はサンプルガスＡではＰとなりサンプル
ガスＢではＰＩとなりパーティキュレート濃度が同じで
あってもサンプルガスＢの方が大、きくでる。これはサ
ンプルガスＡのレゾナンス（５） 周波数ωｌに設定されているセル５のサンプルガスＢの
出力はサンプルガスＡに比べ少し小さいがセル４のそれ
はサンプルガスＡに比べがなり小さいためである。即ち
、レゾナンス周波数付近のチョッピング周波数による出
力変化は少ないがレゾナンス周波数より離れたところの
それは大きい。このためチョッピング周波数をセル５の
レゾナンス周波数ωｌに設定した場合には正確なパーテ
ィキュレートの測定を行なうことができるとはいえない
のである。このことはチョッピング周波数を他方のセル
４のレゾナンス周波数ω２に設定しても、又（ＪＪＩと
の２の中間の周波数に設定しても同じである。
ョッピング周波数ω１で設定して測定した場合パーティ
キュレート出力はサンプルガスＡではＰとなりサンプル
ガスＢではＰＩとなりパーティキュレート濃度が同じで
あってもサンプルガスＢの方が大、きくでる。これはサ
ンプルガスＡのレゾナンス（５） 周波数ωｌに設定されているセル５のサンプルガスＢの
出力はサンプルガスＡに比べ少し小さいがセル４のそれ
はサンプルガスＡに比べがなり小さいためである。即ち
、レゾナンス周波数付近のチョッピング周波数による出
力変化は少ないがレゾナンス周波数より離れたところの
それは大きい。このためチョッピング周波数をセル５の
レゾナンス周波数ωｌに設定した場合には正確なパーテ
ィキュレートの測定を行なうことができるとはいえない
のである。このことはチョッピング周波数を他方のセル
４のレゾナンス周波数ω２に設定しても、又（ＪＪＩと
の２の中間の周波数に設定しても同じである。
本発明はこのような点にあって、各セルに入射するレー
ザ光を各セルが個別に有するレゾナンス周波数でチョッ
ピングでき、従って正確なパーティキュレートの測定が
行なえる有用な一手段を提供するものである。
ザ光を各セルが個別に有するレゾナンス周波数でチョッ
ピングでき、従って正確なパーティキュレートの測定が
行なえる有用な一手段を提供するものである。
而して本発明は、光音暢効果を利用したパーティキュレ
ート連続測定装置において、レーザ光線の光路を２つ作
り、夫々の光路にチョッハート光（６） 音智セルとを各別に設け、一方の光音響セルにはパーテ
ィキュレートを含むガスを導入し、他方の光音響セルに
はパーティキュレートを除去した（つまりパーティキュ
レートを含まない）ガスを導入し、かつ前記各チョッパ
ーがそれの設けられた光路に存する光音響セルが個別に
有するレゾナンス周波数でチョッピング作用するように
構成したことを要旨としている。
ート連続測定装置において、レーザ光線の光路を２つ作
り、夫々の光路にチョッハート光（６） 音智セルとを各別に設け、一方の光音響セルにはパーテ
ィキュレートを含むガスを導入し、他方の光音響セルに
はパーティキュレートを除去した（つまりパーティキュ
レートを含まない）ガスを導入し、かつ前記各チョッパ
ーがそれの設けられた光路に存する光音響セルが個別に
有するレゾナンス周波数でチョッピング作用するように
構成したことを要旨としている。
以下、本発明の一実施例を第３図に基づき説明する。レ
ーザ光源１１から発したレーザ光はビームスプリッタ−
１２で２つの光路１３．１４に分けられている。但し、
ビームスプリッタ−を用いなくとも２つの光Ｍ１３，１
４はオプティカルファイバー２本で作ることもできるし
、また２台のレーザ光源を用いることによっても作るこ
とができる。各光路１３．１４にはチョッパー１５．１
６及び光音響セル１７゜１８が各別に設けられている。
ーザ光源１１から発したレーザ光はビームスプリッタ−
１２で２つの光路１３．１４に分けられている。但し、
ビームスプリッタ−を用いなくとも２つの光Ｍ１３，１
４はオプティカルファイバー２本で作ることもできるし
、また２台のレーザ光源を用いることによっても作るこ
とができる。各光路１３．１４にはチョッパー１５．１
６及び光音響セル１７゜１８が各別に設けられている。
各セル１７．１８は図示例では両端が開口した８管セル
を用いているが、一端が閉塞された閉管セルを用いるこ
ともできる。
を用いているが、一端が閉塞された閉管セルを用いるこ
ともできる。
各セル１７．１８内には例えば音の基本モードに対して
最も音圧の局いところを検出すべく中央部にマイクロフ
ォン１９．２０が設けられている。一方のセル１７には
その人１］１ｋを通じてパーティキュレートを含んだガ
スが導入され、出口１７ｂを通じフィルター２１、ヘン
チュリー省・３０を介してポンプ２２で排出されている
。このフィルター２１はマイクロッ１ ＞１９がポンプ
２２のノイズを拾うのを防止する作用も兼ねている。他
方のセル１８にはフィルター２３によってパーティキュ
レートが除去されたガスが入口１８ ａ＆ ＩＩじて導
入され、出口１８ｂを通じフィルター２４、ベンチュリ
ー管３１を介してポンプ２５で排出されている。このフ
ィルター２４も前記フィルター２１と同様な作用をなす
。
最も音圧の局いところを検出すべく中央部にマイクロフ
ォン１９．２０が設けられている。一方のセル１７には
その人１］１ｋを通じてパーティキュレートを含んだガ
スが導入され、出口１７ｂを通じフィルター２１、ヘン
チュリー省・３０を介してポンプ２２で排出されている
。このフィルター２１はマイクロッ１ ＞１９がポンプ
２２のノイズを拾うのを防止する作用も兼ねている。他
方のセル１８にはフィルター２３によってパーティキュ
レートが除去されたガスが入口１８ ａ＆ ＩＩじて導
入され、出口１８ｂを通じフィルター２４、ベンチュリ
ー管３１を介してポンプ２５で排出されている。このフ
ィルター２４も前記フィルター２１と同様な作用をなす
。
チョッパー１５．１６は例えば直流モータへ４１． Ｍ
２で駆動されていて、直流電圧を調整することにより各
別にチョッピング周波数を変更できるようにしである。
２で駆動されていて、直流電圧を調整することにより各
別にチョッピング周波数を変更できるようにしである。
而して、一方のチョッパー１５のチョッピング周波数は
それの設（１られた光路１３に存するセル１７に固有の
レゾナンス周波数に設定され、他方のチョッパー１５の
チョッピング周波数はそれの設けられた光路１４に存す
るセル１８に固有のレゾナンス周波数に設定されている
。つまり、第２図の音圧波形図によって説明すると、チ
ョッパー１５のチョッピング周波数はω１に、チョッパ
ー１６のチョッピング周波数はω２に夫々設定されてい
る。チョッピング周波数をこのようなところに設定する
方法としては、チョッパ−１５，１６の回転数を変化さ
せてマイクロフォン１９ 、２０の出力が最も高くなる
回転数に調整する方法が一般的である。但し、レゾナン
ス周波数は冒頭に示した式によって概算できるので、チ
ョッパーの回転数の変化範囲はあまり広くは必要でない
。
それの設（１られた光路１３に存するセル１７に固有の
レゾナンス周波数に設定され、他方のチョッパー１５の
チョッピング周波数はそれの設けられた光路１４に存す
るセル１８に固有のレゾナンス周波数に設定されている
。つまり、第２図の音圧波形図によって説明すると、チ
ョッパー１５のチョッピング周波数はω１に、チョッパ
ー１６のチョッピング周波数はω２に夫々設定されてい
る。チョッピング周波数をこのようなところに設定する
方法としては、チョッパ−１５，１６の回転数を変化さ
せてマイクロフォン１９ 、２０の出力が最も高くなる
回転数に調整する方法が一般的である。但し、レゾナン
ス周波数は冒頭に示した式によって概算できるので、チ
ョッパーの回転数の変化範囲はあまり広くは必要でない
。
この構成によれば各セル１７．１８に入射するレーザ光
は夫々のセル固有のレゾナンス周波数でチョッピングさ
れているから、両セル１７．１８内には音の基本モード
（或いはその倍数のモード）が作られることになり、両
セルに内蔵したマイクロフォン１９．２０の出力の差は
まさに第２図における川に該当する。よってこのＰｏか
ら干渉成分の影響を除去しパーティキュレートのみを正
確に測定することができるのである。尚、前記マイクロ
フォン１９゜２０は夫々１７ゾナンス周波数付近で最も
感度が高い周波数特性をもったものを選ぶのが好ましい
。その場合自然界の音を拾わないようにするため自然界
の音に対して感度が低いものを選別するのが良い。図中
２６ 、２６はレーザ光を集光するレンズ、２７・・け
パージエヤー人口、２８・・はブリニスター窓、２９．
２９はレーザパワーメータである。レーザパワーは不安
定なのでこのメータ２９でそれを検出し、コンピュータ
等で測定信号を補正するようにしている。
は夫々のセル固有のレゾナンス周波数でチョッピングさ
れているから、両セル１７．１８内には音の基本モード
（或いはその倍数のモード）が作られることになり、両
セルに内蔵したマイクロフォン１９．２０の出力の差は
まさに第２図における川に該当する。よってこのＰｏか
ら干渉成分の影響を除去しパーティキュレートのみを正
確に測定することができるのである。尚、前記マイクロ
フォン１９゜２０は夫々１７ゾナンス周波数付近で最も
感度が高い周波数特性をもったものを選ぶのが好ましい
。その場合自然界の音を拾わないようにするため自然界
の音に対して感度が低いものを選別するのが良い。図中
２６ 、２６はレーザ光を集光するレンズ、２７・・け
パージエヤー人口、２８・・はブリニスター窓、２９．
２９はレーザパワーメータである。レーザパワーは不安
定なのでこのメータ２９でそれを検出し、コンピュータ
等で測定信号を補正するようにしている。
本発明に係るパーティキュレート連続測定装置は以上の
如く２つの光音響セルに入射するレーザ光を夫々のセル
に固有のレゾナンス周波数でチョッピングするため、各
セル内に音の基本モード或いはその倍数モードを作るこ
とができ、これによって両セルに内蔵のマイクロフォン
から最も音圧の高いところの出力を得ることができる。
如く２つの光音響セルに入射するレーザ光を夫々のセル
に固有のレゾナンス周波数でチョッピングするため、各
セル内に音の基本モード或いはその倍数モードを作るこ
とができ、これによって両セルに内蔵のマイクロフォン
から最も音圧の高いところの出力を得ることができる。
従って両マイクロフォンで検出される音圧の差によって
干渉成分が除去された純粋なパーティキュレートのみの
測定が可能となるのである。また各セルの長さが多少異
なっても夫々の光路に設けられた子ヨツバのチョッピン
グ周波数を調整することによリレーザ光のチョッピング
を各セルのレゾナンス周波数に一致できる。従って両セ
ルのセル長の機械的誤差は本発明にあっては測定精度に
形番を及ぼすことはない。このためセルの製作が比較的
容易になる。
干渉成分が除去された純粋なパーティキュレートのみの
測定が可能となるのである。また各セルの長さが多少異
なっても夫々の光路に設けられた子ヨツバのチョッピン
グ周波数を調整することによリレーザ光のチョッピング
を各セルのレゾナンス周波数に一致できる。従って両セ
ルのセル長の機械的誤差は本発明にあっては測定精度に
形番を及ぼすことはない。このためセルの製作が比較的
容易になる。
第１図は従来のパーティキュレート連続測定装置を示す
図、第２図はチョッピング周波数に対する各セルの音圧
の変化を示す図、第３図は本発明の一実施例を示す構成
図である。 １３．１４・・・２つの光路、１５．１６・・・チョッ
パ、１７゜】８・・・光音曽セル。 第１図 第２図 ω１ ω２
図、第２図はチョッピング周波数に対する各セルの音圧
の変化を示す図、第３図は本発明の一実施例を示す構成
図である。 １３．１４・・・２つの光路、１５．１６・・・チョッ
パ、１７゜】８・・・光音曽セル。 第１図 第２図 ω１ ω２
Claims (1)
- 光音静効果を利用したパーティキュレート連続測定装置
において、レーザ光線の光路を２つ作り、夫々の光路Ｇ
こチョッパーと光音１セルとを各別に設け、一方の光音
響セルにはパーティキュレートを包むガスを導入し、他
方の光音響セルにはパーティキュレートを含まないガス
を導入しかつ前記各チョッパーがそれの設けられた光路
に存する光音響セルが個別に侑するレゾナンス周波数で
チョッピング作用するように構成したことを特徴とする
パーティキュレート連続測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57116444A JPS595939A (ja) | 1982-07-03 | 1982-07-03 | パ−テイキユレ−ト連続測定装置 |
| DE3322870A DE3322870C2 (de) | 1982-07-03 | 1983-06-24 | Optoakustische Meßvorrichtung zum Bestimmen einer Partikelkonzentration |
| GB08317377A GB2123145B (en) | 1982-07-03 | 1983-06-27 | Continuous particulate-measuring apparatus using an optoacoustic effect |
| US06/509,229 US4594004A (en) | 1982-07-03 | 1983-06-28 | Continuous particulate-measuring apparatus using an optoacoustic effect |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57116444A JPS595939A (ja) | 1982-07-03 | 1982-07-03 | パ−テイキユレ−ト連続測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS595939A true JPS595939A (ja) | 1984-01-12 |
| JPS6321131B2 JPS6321131B2 (ja) | 1988-05-02 |
Family
ID=14687258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57116444A Granted JPS595939A (ja) | 1982-07-03 | 1982-07-03 | パ−テイキユレ−ト連続測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4594004A (ja) |
| JP (1) | JPS595939A (ja) |
| DE (1) | DE3322870C2 (ja) |
| GB (1) | GB2123145B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008267919A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 成分濃度測定装置 |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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