JPS6214769B2 - - Google Patents

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JPS6214769B2
JPS6214769B2 JP51055474A JP5547476A JPS6214769B2 JP S6214769 B2 JPS6214769 B2 JP S6214769B2 JP 51055474 A JP51055474 A JP 51055474A JP 5547476 A JP5547476 A JP 5547476A JP S6214769 B2 JPS6214769 B2 JP S6214769B2
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JP
Japan
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measurement
optical path
radiant beam
gas
reflector
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JP51055474A
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Haatoman Kurausu
Fuon Bureitenbaaku Mainhaado
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ERUBIN JITSUKU OPUTEIKU EREKUTORONIKU
Original Assignee
ERUBIN JITSUKU OPUTEIKU EREKUTORONIKU
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Publication date
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Publication of JPS6214769B2 publication Critical patent/JPS6214769B2/ja
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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
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G01N21/534—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke by measuring transmission alone, i.e. determining opacity
    • 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
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は種々のガスの混合物、あるいは煙中の
ガスと煙の成分の濃度の非分散式光学測定装置に
関し、特に、測定する混合物中のガス成分または
煙成分の数に少なくとも等しい数の異なる波長の
輻射光束を上記混合物中に照射し、混合物中を通
過させた後に反射させ、再度、混合物中を通過さ
せてから周期的に受光器によりこれを検出し、そ
うした場合に当該受光器の出力として得られる当
該輻射光束伝送路の伝送特性値ないし伝送係数を
表す出力信号に基づき、ベール（Beer）の法則
によつて上記成分濃度を求める装置に関する。
輻射吸収の原理に基づく各種濃度測定の基礎は
ベールの法則であり、これによると照射された試
料の伝送特性値は次式による測定長Ｌと試料濃度
Ｃの積に指数的に依存する。
Ｔ＝Ｉ（λ）／Io（λ）＝exp.［−Ｋ（λ） ×Ｌ×Ｃ］ (1) ここにおいて、Io（λ）とＩ（λ）は、それぞ
れ上記測定長の始端と終端における所与の波長の
輻射光束強度である。
Ｋ（λ）は測定ガス成分の波長依存性吸収係数
であり、いくつかのガス成分がスペクトルの同一
点において差異をもつて吸収することが良くあ
り、これは測定においていわゆる交差感度として
現れる。
輻射光束強度の測定は、一般に一つの輻射光束
検出器によつて行なわれるので、こうした測定に
よる結果には、輻射源の輻射光束強度の変動やオ
プテイカル・パス（測定光路）中における輻射損
失の変動によるばかりではなく、輻射光束検出器
自体の感度の変動によつても誤差を生ずる。測定
光路中における吸収損失とは独立に、測定した輻
射光束強度における連続的な変動は、装置の偏差
となる。
公知の非分散式ガス分析装置は、使用するスペ
クトルの範囲に関係なく、大略すれば二つのグル
ープに分けることができる。
一つは波長選択用の複数の光学フイルタ装置ま
たは複数の選択的輻射源を用いるもので、他の一
つはガス充填容器によりスペクトル分離を行なう
ものである。
所謂交差感度（これはスペクトル上のある点に
おいて異なるガスが同様になす吸収の影響と理解
できる）を排除するため、上記後者の装置では二
本の光束を用い、一つまたは二つの輻射源から出
た二本の輻射光束の一つは測定するガス試料を充
填した測定用容器中を通過するようにされ、他の
一つは中性ガスを充填した対照用容器中を通過す
るようにされる。
そうした、これら二つの容器における異なる輻
射吸収が特定のスペクトル範囲に対応するように
構成された輻射光束検出器によつて検出され、電
気信号として出力される。
これに対し、単一の輻射光束を用いる装置もあ
るが、この装置では、試料ガスと対照ガス（ない
し基準ガス）を交互に単一の容器中に充填しなけ
ればならず、極めて煩雑である。
こうした形式のガス分析装置の詳細は、定期刊
行物である『“塵挨のない空気の維持”28
（1968）Pt.3PP.128―134』掲載のエツチ・ダブリ
ユ・セーネスおよびダブリユ・グルースの論文
「ガス放出物の連続監視用の監視および測定装置
における最近の発達状況」に見ることができる。
しかし、この装置では、試料ガスを採取して準
備するための装置を要するという基本的な欠点を
持つている。この方法の煩雑さを別にしても、試
料ガスの採取に際しては誤差を生じ易く、測定用
に得られた部分的な流れは廃ガス全体を代表する
ものではなくなることがある。また、固体の微
粉、水蒸気、及び煙霧質等、分布している異物は
測定ガス中から除去しなければならず、そのた
め、試料ガス取出しのための接続管を有する抜き
取り用浄化装置は、詰まつたり腐食したりしない
ようにしなければならない外、試料ガスの準備に
使用する濾過器、冷却器、受け器等の清浄性にも
十分、配慮しなければならない。
これに対し、廃ガスを移送するダクト、例えば
煙突における直接測定を図ることにより、上記の
欠点を克服しようとした装置もある（独国公開特
許第2324049号）。この装置では、煙突の外側にあ
るハウジング内に、輻射源、光学フイルタ装置、
検出器、電子的評価装置がまとめられており、ハ
ウジングの側部から煙突内にはガスの透過可能な
探査具が突出している。探査具の端部には鏡が設
けられ、輻射光束はここで偏向された後、測定ヘ
ツドに戻つてくるようにされている。測定はそれ
ぞれのガス成分SO2、NO2に各一つあての対応す
る二つの波長を用いてスペクトルの紫外領域にお
いて行なわれ、これら二つの伝送特性値に関して
それぞれのガス成分濃度を求めるために電子的な
評価が行なわれる。この装置では、平衡を取るた
めと定期的に中立、校正点を得るために、探査具
を測定対象の成分を含まない中性ガスにより清浄
する必要がある、 他の公知の装置としては、輻射源を収めたハウ
ジングと、検出器及び評価ユニツトを収めたハウ
ジングとを煙突を挟んで相互に対向するように装
架し、ガス透過性の管によつて相互に連結するよ
うにしたものがある。この装置における輻射源
は、紫外線SO2吸収体に同調された異なる波長の
輻射光束を発する二つの中空カソードを有してお
り、輻射光束は煙突内を通過後、検出ユニツトに
よつてその強度が測定、評価される。また、第二
の検出器が伝送部分中に設けられていて、二つの
中空カソード・ランプの輻射能力に差異が出た場
合、これを検出するようになつている。
廃ガス煙突内における直接測定を図つた更に他
の公知の非分散式および分散式輻射解析装置とし
ては、定期刊行物『“パワー”（1975年４月、頁92
―94）』におけるテイー・シー・エリオツトによ
る論文「ボイラの煙突ガスの監視」に報告された
ものである。
しかるに、煙突にそれぞれ独立して設けた伝送
ユニツトと受光ユニツトは、鏡によつて探査具内
で輻射光束を偏向させる場合と同様、調節するに
は相当に敏感で難しく、測定距離を通過する輻射
光束の強度は煙突に設けた装置の幾何学的な向き
と安定性にも依存してしまう。もちろん、常に同
一の混合物が存在する空間中を同一の光路を通つ
て行く限り、二つの波長の輻射光束を用いる上記
手法によつてもガス含有量を測定することは可能
ではある。
しかし実際上、この種の装置を用いて廃ガス中
の煙成分を測定することは殆ど不可能に近い。と
いうのも、ガス成分以外の固体成分が両方の波長
の輻射光束に共に作用し、その伝送性を共に低減
させてしまうためである。したがつてこの欠点を
補うには、減衰されることのない対照用ないし基
準用の輻射光束を別途に必要とする。
さらにこの種の装置では、調節に基づく輻射光
束強度の全ての変動は固体含有量の決定に関し測
定誤差として現れてくるであろうし、他のガス成
分に対する交差感度は二波長法を用いても排除す
ることはできず、水蒸気の吸収体を含んで赤外ス
ペクトルの広い範囲に亘り存在する広いNO2帯の
ために紫外領域においてもこれを考慮せねばなら
ない。
結局、これまでに開発された煙突における直接
測定用の装置は、既述の交差感度に対し、補償す
るための特別な装置ないし手法を全く許容しな
い。またこの種の装置による場合、輻射光束の長
期間に亘る安定性を連続的に監視することも必要
であるが、複数の光伝送器や受光器を用いる場
合、これは極めて困難である。さらに、二波長を
用いる場合には算術的に商を得ることになるが、
これは用いる光学及び光電要素が波長に依存しな
い場合にのみ、補償を要しないものであつて、波
長依存性があれば偏差を生ずる。
本発明はこのような実情に鑑みて成されたもの
で、その目的は、上述の従来例の欠点を克服し、
輻射光束の吸収に基づく濃度測定において遥かに
正確な測定を可能にすると共に、特にスペクトル
的に異なる偏差は生じないようなガス成分濃度検
出装置の提供にある。
この目的を達成するため、本発明においては次
のような構成を提供する。
煙粒子を含み得る廃ガス混合物中のガス成分濃
度検出装置であつて、 (a) 廃ガス混合物中を通過する測定光路の一端側
に備えられ、該測定光路に沿つて輻射光束を指
向する光学的輻射源と、 (b) 上記測定光路の他端側に配され、上記輻射光
束を上記測定光路一端側に向けて反射する第一
の反転反射器と、 (c) 上記反射された輻射光束光路中に配され、測
定すべきガス成分の数に対応した数の個々のフ
イルタを有すると共に、該個々のフイルタが、
上記各ガス成分の吸収範囲に対応したスペクト
ル伝送範囲を持つフイルタ手段と、 (d) 上記光学的輻射源からの輻射光束を上記廃ガ
ス中を通過させることなく直接に上記フイルタ
手段へ照射させる光学要素と、 (e) 上記フイルタ手段の個々のフイルタを通過し
てきた輻射光束成分から、上記測定光路を通過
してきた輻射光束に対しての測定信号群と、上
記フイルタ手段を直接に照射した輻射光束に対
しての対照信号群を生ずる光電変換装置と、 (f) 同一のスペクトル範囲にある対応する各対照
信号に関して各測定信号を正規化し、かつ、ベ
ールの法則に基づいて該正規化した測定信号か
ら各ガス成分濃度を算出する処理回路と、 から成り、 (g) 上記光学要素は、測定光路４９の手前におい
て予め定められた時間に亘り周期的に輻射光束
中に挿入され、該輻射光束を上記光電変換装置
１７へ反射する第二の反転反射器２２を有し、 (h) 上記フイルタ手段は、上記第一の反転反射器
１３または第二の反転反射器２２から反射され
てきた輻射光束中に個々のフイルタ２３，２
４，２５及び該輻射光束を透過させない部分２
６を選択的に挿入する装置１８，８０を有する
と共に、 (i) 上記処理回路は、上記反射されてきた輻射光
束中に上記輻射光束を透過させない部分２６が
存在するときに生ずる暗電流に伴う測定信号及
び対照信号中の暗電流成分を補償する回路部分
３２，４７，５７を有すると共に、補償された
測定信号群及び対照信号群を記憶する回路装置
部分（５１から５６）を有すること、 を特徴とする廃ガス中のガス成分濃度検出装置。
上記のような本発明の構成によれば、受光器の
スペクトル感度の波長依存性による影響や輻射源
のスペクトル放射性による影響を始め、他の光学
要素の影響をも補償することができる。すなわ
ち、本発明装置によれば偏差の影響は完全に除去
でき、しかもこの偏差が波長に依存するものであ
つても除去できる。
また、本発明装置において周期的に作られる対
照信号は、例えば一般には10分毎に作られれば足
りる。それ以下の短い時間中においては、偏差の
影響は実際上、認められないことが多いからであ
る。原理的には更にもつと長い時間間隔でも適当
なこともあろう。
測定信号と対照信号とは、ある基準条件下で同
一のレベルに安定化できれば特に有利である。こ
れは各信号を異なる増幅器によつて増幅すること
により果たすことができ、このようにすると数値
計算が極めて簡単になる。
混合物が煙、SO2、NO2から成る場合には、測
定に供する波長は313、435、546nmが有利であ
り、したがつて輻射源としては、これらの波長を
その放射帯中に含む低圧水銀蒸気ランプを用いる
ことが合理的である。また、反射器としてはトリ
プルミラーを用いることが望ましい。
以下、本発明の望ましい実施例に即し、更に説
明する。
第１図に示すように、本発明の装置は、煙突７
２の半径方向一側面に固定された光伝送／受光部
１１と、煙突７２の半径方向反対側面に固定さ
れ、ハウジング１４とその端面に固定された反転
反射器１３とから成る反射ヘツド１２とを備えて
いる。また、煙突７２は、光伝送／受光部１１と
反射ヘツド１２との間に輻射光束を通過させる窓
ないし開口７４，７５を有している。
反射ヘツド１２のハウジング１４と、光伝送／
受光部１１のハウジング１５を煙突７２に接続す
る連結枝管７６とは、矢印ｆの方向に清掃用の空
気が吹き込まれる給気管７１を備えており、これ
により、煙突７２から連結枝管７６または前面対
物レンズ２０に不純物が堆積してそこに付着する
のを防止する。
光伝送／受光部１１のハウジング１５内に収め
られているのは輻射源１６であり、これは好まし
くは先に述べた波長を含む輻射光束を放射可能な
低圧水銀蒸気ランプであつて、該ランプは集束レ
ンズ１９とビームスプリツタ７７を介してハウジ
ング１５の端壁に設けられた前面対物レンズ２０
を良好に照射している。
前面対物レンズ２０からはほとんど平行で、好
ましくは少し発散した輻射光束５０が出射され、
該光束５０は連結枝管７６、煙道ガス４９が充満
した煙突７２を経た後、反射ヘツド１２のハウジ
ング１４内を通つて好ましくはトリプルミラーで
ある反転反射器１３に至る。
この際、反転反射器１３に当たる輻射光束５０
の直径は、当該反転反射器１３の径よりも大きい
ことが望ましい。このようにすると、反射器１３
から反射された光束の流れは、反射ヘツド１２と
光伝送／受光部１１との間にあつて光軸に関し相
対的な偏位や傾きが生じても、何の影響も受けな
いようにできるからである。
このようにした場合、当然のことではあるが、
反転反射器１３による反射光束７８は光伝送／受
光部１１から出射された輻射光束５０よりも小さ
な径を有するものとなるが、相対的に略ゞ平行の
関係は保たれている。
反射光束７８は、対物レンズ２０により、ビー
ムスプリツタ７７を介しての反射後、受光器１７
に入射するが、受光器１７の前にはモータ８０に
よつて回転軸７９の周りに回転されるフイルタ円
板１８が挿入されている。
また、制御フイルタ７３を第１図に示すように
フイルタ円板１８の前に押し込むこともできる
が、この制御フイルタ７３は廃ガス４９の成分の
特定の分布に関して本装置の機能を点検するのに
使うものである。
第２図に示すように、フイルタ円板１８は主要
要素として三つのフイルタ２３，２４，２５を有
し、これらフイルタは円周方向に細長くなつてい
て、それぞれ90゜よりも少し小さい角度範囲に亘
つている。
輻射源１６として既述のように低圧水銀蒸気ラ
ンプを用いるときには、これらフイルタは単なる
色付きガラスから構成することができ、例えばフ
イルタ２３は波長313nmの光束を、フイルタ２４
は波長435nmの光束を、そしてフイルタ２５は波
長546nmの光束をのみ、通すようにする。
こうした場合、実際の製品例を挙げれば、フイ
ルタ２３としては色付きガラスUG11／１mmと
GG10／１mmの組合せが、フイルタ２４としては
色付きガラスBG3／１mmとNG3／１mmの組合せ
が、そしてフイルタ２５としては色付きガラス
OG515／１mmとNG3／１mmの組合せを使用するこ
とができる。それぞれの品番はシヨツト
（Schott）社のものである。
このように、輻射源１６を適当に選択すれば、
高帯域輻射源を用いたときのように高価で紫外線
にのみ、低透明度を示す干渉フイルタ等は使用し
ないで済む。
第２図に示すフイルタ円板１８にあつて第四象
限に相当する部分は、受光器１７の暗電流を規定
する暗黒帯となつていて、これにより、フイルタ
２３，２４，２５を透過した光量の測定基準が作
られる。
第１図に示すように、フイルタ円板１８の回転
によつてその一回転当たり、フイルタ２３，２
４，２５及び暗黒帯２６が順に光路中に挿入され
る。
フイルタ円板１８にあつて各フイルタが設けら
れている円周と同心円で、それより内周に位置す
る円周には図示の場合、四つのスロツト３４，…
…が配され、各スロツト３４はそれぞれ円周方向
に90゜よりも小さい角度範囲に亘つて細長く伸
び、各フイルタ及び暗黒帯の一つあてに関連して
いる。
ただし、この配置は図示の通りでなければなら
ない必然性はなく、円周に沿つて当該スロツトと
協働する光バリア装置（フオトインタラプタとか
光スイツチ等とも呼称される）３５の配置の如何
による。このスロツト３４の働きは、後述するよ
うに、電子装置を適切に作動させるためのマスタ
クロツクを作ることにある。
フイルタのある第一の円周とスロツトのある第
二の円周との間の第三の円周には、第１図に概略
的に示された別な光バリア装置３７と協働する小
さい制御用円孔３６が設けられていて、これはマ
スタクロツクの再セツト信号を作るために用いら
れ、したがつて各周期の始まりのマークと考えて
良い。
スロツト３４と円孔３６の代わりに、反射型の
光バリア装置を用いたときには、それに応じた反
射型のマークを使うこともできる。
更に、測定するガスの成分数を増加または低減
するために、フイルタ円板１８に設けるフイルタ
の数をそれに応じて増加または低減しても良い。
上記形式のフイルタ２３，２４を用いたこの実
施例においては、煙突７２内の廃ガス４９中にあ
つて、煙成分とガス成分SO2、NO2の測定が可能
になる。
第２図中の矢印Ｆ方向にフイルタ円板１８が回
転すると、反射光束７８は三つの波長546、435、
313nmに順番に連続的に分離されてくる。
下記に詳記のように、評価を単純にするため
に、ガス成分SO2は波長313nmにおいてのみ、吸
収を起こすことは重要な特性である。
また、当該SO2の測定のために、NO2の著しい
広帯域吸収特性による交差感度を排除し、この成
分自体の濃度を表示し得るようにすべく、波長
435nmの光束が利用される。これらの波長におい
て、測定に対して煙道ガスの固体含有量が及ぼす
影響は、下記に述べるように、波長546nmにおけ
る対照信号の形成によつて排除することができ
る。
受光器１７は好ましくはフオトマルチプライヤ
である。
完全な偏差補償用に、光伝送／受光部１１と煙
突７２の入口開口部７４との間には本発明による
対照反射器２２が設けられており、この反射器２
２は先に述べた第一の反転反射器１３と同様、ト
リプルミラーとして構成されているのが良い。
第１図に示されるように、反射器２２は常時は
測定光路の外側に位置している。しかし、第１図
中、仮想線で示した二方向矢印f′で表されるよう
に、当該反射器２２は測定光路中の位置をも取る
ことができ、その位置にあるときには輻射光束５
０を反射し返すこともできる。
最も有利な配置関係は第１図に示されるような
ものであり、対照反射器２２が測定光路中に挿入
されたとき、当該反射器２２が対物レンズ２０の
直前に位置するのが良い。給気管７１から導入さ
れる清浄用空気によつてこの反射器の清掃が容易
だからである。
ただし、例えば前面対物レンズ２０自体に波長
に依存する偏差のおそれがない場合には、反射器
２２をハウジング１５の内部、すなわち対物レン
ズ２０の後方に配置しても良い。
第３図には反射器２２を測定光路中に選択的に
挿入する装置として好適な揺動型の装置が示され
ている。反射器２２はレバー腕５８に固定され、
レバー腕５８は光軸に平行な回転軸心５９を有
し、前面対物レンズの直ぐ横で関節接合されてい
る。回転軸心５９から少し離れてレバー腕５８に
作用する略図的に仮想線で示した作動桿６０によ
り、図示していないモータによつて駆動されるク
ランク６１を用いてレバー腕５８にトルクを発生
させ、反射器２２を対物レンズ２０の前方に侵入
させることが可能となる。
しかし、第５図にダツシユを付して示すよう
に、測定光路の側方にあつて当該光路と平行に反
射器２２′を固定し、鏡４０が輻射光束５０をこ
の反射器２２′に向けて反射するようにしても良
い。
こうした場合、輻射光束５０を反射器２２′に
指向させるか、または煙道ガス４９を挟んで対向
する位置に設けられている反射器１３に指向させ
るかを決めるのに、偏向用の鏡４０を二方向矢印
f″で示されるように移動可能に構成するか、また
は鏡４０を固定したままのビームスプリツタとし
て構成すると良い。
鏡４０をビームスプリツタとした場合には、そ
のときどきに応じ、二つの反転反射器１３，２
２′の中、必要な一方のみが輻射光束５０を受け
られるようにするため、例えば旋回用のダイアフ
ラム３９を設けて、第５図中、実線で示した位置
にあるときには反転反射器１３への輻射光束５０
が遮断され、仮想線で示した位置にあるときには
第二の反転反射器２２′の方への輻射光束５０が
遮断されるようにすると良い。符号４８は模式的
にダイアフラムの旋回路を示したものである。特
にこうした構造とする場合には、当該鏡４０ない
しビームスプリツタ４０を、既述の光伝送／受光
部１１内のビームスプリツタ７７で流用すること
もできる。そのようにしたときには、第１図にお
ける集束レンズ１９は対物レンズにより構成する
と良いが、有利なことに、ダイアフラム３９また
は３９′の移動質量は小さく抑えることができ
る。なお、トリプルミラーを使用しているため、
調整による問題は生じない。
測定モードから対照モードに変換する際の可動
部分の任意の個所、例えば第１図中にあつては対
照反射器２２′の端部に、接触片ないしカム片２
９が設けられており、これに対して、反射器２
２′が測定光路中に押し込まれたとき、これを知
らせる信号がマスタクロツク２８に送られるよう
に、当該カム片２９に接触する接点３０が固定的
に設けられている。
以下、本実施例に用いられている電子装置部分
について説明を続けると、受光器１７には測定を
行なうためにバラスト抵抗３８が付され、それと
のタツプからは前置増幅器２１に供給される電圧
が取出される。
前置増幅器２１の出力は、本発明を実施する場
合、設けてあると極めて有用なチヤネル平衡段へ
の入力として適当に増幅された電圧ＵVとなる。
前置増幅器２１の出力信号は、七つの増幅器４
１〜４７に片衡を保つて並列に入力される。
増幅器４１，４２，４３は、測定光路中に対照
反射器２２，２２′を挿入した場合の三波長313、
435、546nmの各々に関連し、増幅器４４，４
５，４６は、対照反射器２２を測定光路中から外
し、測定用の反射器１３を有効とした場合の上記
三波長の各々に関連する。
七番目の増幅器４７はフイルタ円板１８の暗黒
体２６に関連しており、測定用及び対照用の各反
射器による個々の波長の輻射光束強度測定のため
のベースを作る働きをしている。
平衡を取られた増幅器４１〜４７の出力はマス
タクロツク２８によつて制御される電子スイツチ
２７に入力される。マスタクロツク２８は、フイ
ルタ円板１８に関して備えられた光バリア装置３
７からの制御信号ＵRと、光バリア装置３５から
の信号ＵTとを受信すると共に、接点３０を介
し、対照反射器２２，２２′が有効となつている
か否か（すなわち測定光路中に挿入されているか
否か）の情報を得ている。
保持回路５１〜５６は、それぞれ対照反射器２
２，２２′が有効である場合と無効な場合とでの
各波長に関連している。七番目の保持回路５７
は、暗黒体２６に関連して得られる暗電流を表示
する信号を記憶し、インピーダンス変換器３２に
よつてこの信号をチヤネル平衡段３１の入力に帰
還することにより、上記した基準ないしベースを
確立する。
マスタクロツク２８に伴う走査は第４図に示さ
れるように行なわれる。
各走査周期の終りには、制御孔３６が光バリア
装置３７によつて読取られたことに対応して、第
４図最下段右手に模式的に示されるようなパルス
信号３６が現れる。この信号が、次の新たな周期
を開始しなければならないというマスタクロツク
２８への信号ＵRとなる。
次に、暗黒体２６が測定光路中に入ると、スイ
ツチ２７の保持回路５７が平衡増幅器４７に接続
され、したがつてインピーダンス変換器３２によ
り、第４図の最上段の最も左手に符号Ｄで示され
るように、測定のためのベースないし基準電位２
６が形成される。
フイルタ２５が測定光路中に投入されると、こ
れに関連した制御スロツト３４は光バリア装置３
５に光信号を送り、これによつて当該光バリア装
置３５からは第４図中央の段にあつて二番目のパ
ルス信号３４として示された既述のパルス信号Ｕ
Tが出力され、これに基づき、平衡増幅器４６が
保持回路５６に接続されるようになる。なおこの
ときまでに、第一のパルス３４の立ち下がりによ
り、平衡増幅器４７は保持回路５７から切り離さ
れている。
この平衡増幅器４６によつて保持回路５６に保
持された情報は、測定用反射器１３における測定
用信号として、第４図最上段に示される二番目の
パルス信号Ｕ（546nm）と記したように、波長
546nmの輻射光束に関して得られたものとなる。
同様にして、その後に順番にフイルタ２４，２３
が測定光路中に挿入されるに伴い、それぞれ保持
回路５５，５４には波長435nm、313nmに関連す
る測定用の信号が記憶される。
こうしたサイクルは測定中、連続的に繰返さ
れ、マスタクロツク２８の出力７，３，２，１
は、それぞれ周期的に保持回路５７，５６，５
５，５４を平衡増幅器４７，４６，４５，４４に
接続するものとなる。
これに対し、例えば約10分の間隔で、対照反射
器２２が測定光路中に挿入される。これにより、
接点２９，３０間が導通し、そのことを現す信
号、すなわち“測定モード”から“対照モード”
に変換されたことを示す信号がマスタクロツク２
８に与えられる。
すると、マスタクロツク２８の動作モードが変
化し、出力７，６，５，４が保持回路５７，５
３，５２，５１を順番に平衡増幅器４７，４３，
４２，４１に接続するように変わる。
こうしたときには、得られるパルス信号列の波
形は、第４図最上段に示されたものと相似になる
が、ただ、それぞれのパルス波形は実際上、より
高いものとなる。
以上の結果、電子スイツチ２７の出力には七つ
の信号群が得られ、信号U1′，U2′，U3′は対照反
射器２２を挿入したときの各波長313、435、
546nm用の受信信号に対応し、一方、信号U1，
U2，U3は、測定用反射器１３が有効ないし作用
しているときの各波長313、435、546nm用の受信
信号に対応する。
しかるに、増幅器４１〜４７を調整すると、全
ての保持回路５１〜５７の出力レベルを同一のレ
ベルにすることができる。これは個々の波長に関
連した信号間でのみ、適用できるだけではなく、
測定用反射器が挿入されている場合と対照用反射
器が挿入されている場合との相違についても適用
することができる。したがつて、このように最も
簡単で直接的な手法によつて測定用反射器と対照
用反射器の相互の反射特性の相違を補償すること
ができるが、場合によつてはさらに、測定用反射
器と対照用反射器の粗平衡を取るため、第６図に
示されるように精密に調整可能な絞り８１を反射
器の前に設けても良い。
次に、上記のようにして得られた信号群に対し
て施されるこの実施例における演算回路３３中の
処理につき説明する。
第７図に演算回路３３の内部構成を示すよう
に、各信号U1′，U2′，U3′，U1，U2，U3は、内部
クロツク８２を有する呼掛け応答器６２により、
第７図中に略図的に示したように、それぞれ同じ
サフイツクスの数字１，２，３が付されたものと
同志が対の信号Ui′，Uiとなつて次の対数化計算
段６３に送られる。
この出力信号には後述のように、Ｅ１，Ｅ２，
Ｅ３の三つがあるが、代表的にEiとして示して
ある。
これらの信号Eiは、仮想線の信号線路８３で
示したように、クロツク８２により制御される信
号分岐段６４にて個々の波長に関連する吸収信号
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３に分かたれ、それぞれ選択的に
専用の保持回路６５，６６，６７に送られる。こ
の保持回路としては、限定的ではないが公知技術
を援用して組まれる等した、演算増幅器を利用し
てキヤパシタに電荷の大小を貯蔵する型のものが
好ましい。
演算回路３３における他の適当な構造として
は、クロツク８２と呼掛け応答器６２を省略し、
それぞれ専用の三つの対数化計算段を用意して並
列に三つの組同志につき演算をしていくようなも
のも可能であり、このようにすると、信号Ｅ１，
Ｅ２，Ｅ３に関し、中間的な記憶回路を要するこ
となく、後述の演算段６８にての演算処理が可能
となつてくる。
本発明により構成された装置においては、受光
器によつて受信した信号を処理した結果、得られ
た信号Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は、完全に偏差からは独
立したものとなり得る。これは、受光器１７のス
ペクトル感度や輻射源１６のスペクトル放射特性
等の全ての変動要素が対照信号U1′，U2′，U3′に
含まれているからである。特にランプやフオトマ
ルチプライヤにおける経年変化等は測定に全く影
響しない。そして比較が一つの同一波長について
行なわれ、他の波長における異なる偏差に基づく
擾乱が排除されていることも特筆できるものであ
る。
さらに、回路段３１におけるチヤネル間の平衡
は、装置特性を電子的に平坦化することに相当す
る。したがつて特に、測定用及び対照用反射器の
１３，２２の反射に関しての差異の外に、個々の
波長に関し、別々にスペクトル特性の相違を補償
できるので、こうしたことから逆に、用いる反射
器の製造や調整は単純なもので済むようになる。
保持回路６５，６６，６７に接続して演算段６
８があり、ここにおいて煙、SO2、及びNO2の濃
度が偏差のない修正された吸光値Ｅ１，Ｅ２，Ｅ
３から計算される。
この実施例においては先に述べてきたように、
波長313、435、546nmを用いてきたが、ここで便
宜のため、一般化して上記波長に番号を付け、波
長１，２，３の三波長を用いたものとする（した
がつて波長１は313nmに、波長２は435nmに、そ
して波長３は546nmに相当する）と、各波長番号
をサフイツクスに持つ吸光値Ei（ｉ＝１、２、
３）は、それぞれ下記の関係式で表される。
E1＝ＥR＋K1SO2×ＣSO2×Ｌ ＋K1NO2×ＣNO2×Ｌ …(2) E2＝ＥR＋K2NO2×ＣNO2×Ｌ …(3) E3＝ＥR＋K3NO2×ＣNO2×Ｌ …(4) ＥR：煙の吸光値 Ｃ：指標で識別し得るようにしたガス濃度 Ki（ｉ＝１、２、３）：上述の波長番号
ｉ＝１、２、３で示される波長に対す
る各ガスのスペクトル吸収係数 Ｌ：測定煙道長 ただし、Ki及びＣに付されたサフイツクス
SO2、NO2は、それぞれ、そのガスに対応するも
のであることを示す。
しかるに、煙の吸光値ＥRは、次のように塵挨
の含有量に関係する。
ＥR＝ＫR×ＣR×Ｌ ＬとＫが定数であるとすると、NO2の濃度に関
し、次式が得られる。
ｆ（ＣNO2）＝E2−E3 ＝Ｌ×ＣNO2（K2NO2−K3NO2） …(5) また、煙の濃度に関する基準は次式から得られ
る。
ｆ（ＣR）＝E3−β×（E2−E3）＝ＥR …(6) β＝K3／（K2−K3） …(7) 最後に、SO2の濃度は次式から求められる。
ｆ（ＣSO2）＝E1−γ×E2＋δ×E3 ＝Ｌ×ＣSO2×ＫSO2 …(8) γ＝（K1−K3）／（K2−K3） …(9) δ＝（K1−K2）／（K2−K3） …(10) 上述の計算を行なうため、保持回路６７の出力
はインバータと抵抗８４と抵抗８５を介し、差動
増幅器８６の一入力に与えられ、保持回路６６の
出力は、抵抗８７を経て演算増幅器８８の入力に
与えられており、また演算増幅器８８は可変抵抗
８９を介してインバータ８４の出力にも接続して
いる一方、その出力は、可変抵抗９０を介して差
動増幅器８６の他入力に接続している。
保持回路６５の出力は抵抗９４を介して演算増
幅器９１の入力に与えられ、当該演算増幅器９１
の入力はまた、それぞれ抵抗９２、可変抵抗９３
を介して演算増幅器８８の出力とインバータ８４
の出力に接続が取られている。
したがつて、演算増幅器９１の出力にはSO2の
濃度を表す信号が、演算増幅器８８の出力には
NO2の濃度を表す信号が、そして差動増幅器８６
の出力には煙成分を表す信号が現れる。
既述の係数β、γの各値は、抵抗９２，９４と
抵抗８５，９０の比によつて上述の(7)式及び(9)式
に従うよう、調整、決定することができる。
また、一回だけ行なえば良い平衡調整は、試料
ガスと煙のない条件下で制御フイルタ７３を光路
中に挿入することでなすことができる。
なお、第１図に併合されているように、演算回
路３３の出力する三つの出力信号を例えば電圧―
電流変換し、それぞれに一つあての三つの電流計
を有する表示装置６９で表示すれば、濃度の変動
を視覚的に連続して監視することができる。本出
願人の作成例においては、電流計はそれぞれ０〜
20mAを表示し得るものを用いている。
もちろん、第１図中においての輻射源１６、フ
イルタ円板及び対照反射器用駆動装置、光バリア
装置のランプ、その他の電子系統は、共通の電源
から電力を供給すれば良い。
第３図の装置を用いて第１図のように構成した
場合、これは望ましい配置となる。輻射光束の出
射口は堆積物の変化によつて光伝送特性に変化を
及ぼすが、このような配置となつていると、本発
明装置の既述の補償機能により、この偏差も補償
できるからである。
マスタクロツクへの対照反射器の位置の情報
は、対照反射器２２が光路中に挿入されると直ち
にリレーにスイツチを入れる同期回転カム板等に
よつても得ることができる。
第６図に示されるように、この実施例において
用いられたトリプルミラー１３または２２は、や
や特殊な構造をしている。通常の反転反射器は、
研磨またはプレス加工したガラスまたは合成樹脂
によるトリプルミラーで構成され、平らな表面面
から入射した光は内部三面で全反射後、横方向に
ある距離進んだ後、再度向きを変えて入射した面
から出射するようになつている。
しかし、本発明のような用途には、こうした通
常のトリプルミラー構成による反転反射器は余り
望ましくない。というのも、必要な紫外線の伝送
がこうした反射器ではほとんど得られず、得よう
とするなら極めて高価な、十分に研磨した石英ガ
ラスによるトリプルミラーを使わなければならな
いからである。
これに対し、第６図に示される反転反射器は、
廉価に構成できるにもかかわらず、十分有効に作
用する。
従来の製造法によりプレス成形されたトリプル
ミラー用合成樹脂加工品９５を基材とし、事前に
クリーニングを施した後、表面にアルミニウム蒸
着膜９６を形成する。このようにすれば、当該表
面において他の波長成分と同様、紫外線も有効に
反射される。また、弗化マグネシウム等、紫外線
の透過可能な保護層を更に蒸着すれば、アルミニ
ウム蒸着膜９６の経年変化による反射特性の変化
を防止することができる。
このようにして作成されたトリプルミラー９５
は、図示の場合、マウント９７にて保持されてい
て、敏感なトリプルミラー面は自由な状態になつ
ている。また、トリプルミラー９５の前面に設け
られた絞り８１は、既に述べた理由のために反射
面の実効面積を変えるべく、大小に絞ることが可
能であり、適当な絞り状態に調整後、その状態に
固定される。こうした構成要素は、保護のため、
紫外線を透過する窓９８によつて覆われていると
好ましい。
第８図は、輻射光束強度を時間的に走査したの
と等価な形態を得、輻射光束強度の零点を設ける
ように改変した本発明によるガス濃度検出装置を
示している。
この装置では、チヨツパ９９が追加され、モー
タ１００によりシヤフト１０２の周りに回転する
ようにされている。チヨツパ９９に備えられてい
る小開口１０１は、収束レンズ１９の焦点に位置
するようにされ、したがつてこの点には中間映像
が生ずる。
フイルタ円板１８′は、チヨツパ回転用のシヤ
フト１０２によつて同期的に回転される。
このようにすると、フイルタ円板に備えられた
各フイルタに関し、それぞれ複数の輻射光束パル
スが得られる。これと同様な効果は、輻射源１６
ないし輻射光束をパルス化しても得られる。既述
したように輻射源に低圧水銀蒸気ランプを用いる
場合にも、何の問題もなく、これをパルス駆動で
きる。もつとも、このようにした場合には、電子
回路系の入力部の方に、電流の切替接続部やバン
ドパスフイルタ等を要する。
この第８図は、本発明で用いるフイルタ円板が
第１図に示されたそれ１８に限られるものでない
ことを示すもので、同様に、本発明の趣旨に即し
た他の改変は数多く考えられるものである。
もちろん、先にも少し述べたが、ガス混合物中
における測定すべきガスまたは煙成分の数が三つ
以上であれば、それに必要な波長のさらに数多く
の波長を用いても本発明装置はこれに完全に適応
することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のガス成分濃度検出装置の一実
施例の概略構成図、第２図は同上の装置に用いる
フイルタ円板の一例の正面図、第３図は第１図中
の光伝送／受光部の正面図、第４図は受光器に得
られるパルス波形例の説明図、第５図は対照反射
器の挿入機構に関する他の例の概略構成図、第６
図は測定用の反射器の一例の縦断面図、第７図は
演算回路の一例の概略構成図、第８図はさらに他
の実施例の概略構成図、である。 図中、１１は光伝送／受光部、１３は測定用の
反射器、１６は輻射源、１７は受光器、１８，１
８′はフイルタ円板、２０は全面対物レンズ、２
２，２２′は対照用の反射器、２３，２４，２５
はフイルタ、２６は暗電流を規定するための暗黒
体、２７は電子スイツチ、２８はマスタクロツ
ク、３３は演算回路、３４は制御用スロツト、３
５，３７は光バリア装置、３６は制御孔、４９は
煙道または当該煙道内のガス、８０，１００は回
転駆動源ないしモータ、９５はトリプルミラー基
材、９６はアルミニウム蒸着膜、９９はチヨツ
パ、である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 煙粒子を含み得る廃ガス混合物中のガス成分
    濃度検出装置であつて、 (a) 廃ガス混合物中を通過する測定光路の一端側
    に備えられ、該測定光路に沿つて輻射光束を指
    向する光学的輻射源と、 (b) 上記測定光路の他端側に配され、上記輻射光
    束を上記測定光路一端側に向けて反射する第一
    の反転反射器と、 (c) 上記反射された輻射光束光路中に配され、測
    定すべきガス成分の数に対応した数の個々のフ
    イルタを有すると共に、該個々のフイルタが、
    上記各ガス成分の吸収範囲に対応したスペクト
    ル伝送範囲を持つフイルタ手段と、 (d) 上記光学的輻射源からの輻射光束を上記廃ガ
    ス中を通過させることなく直接に上記フイルタ
    手段へ照射させる光学要素と、 (e) 上記フイルタ手段の個々のフイルタを通過し
    てきた輻射光束成分から、上記測定光路を通過
    してきた輻射光束に対しての測定信号群と、上
    記フイルタ手段を直接に照射した輻射光束に対
    しての対照信号群を生ずる光電変換装置と、 (f) 同一のスペクトル範囲にある対応する各対照
    信号に関して各測定信号を正規化し、かつ、ベ
    ールの法則に基づいて該正規化した測定信号か
    ら各ガス成分濃度を算出する処理回路と、 からなり、 (g) 上記光学要素は、測定光路４９の手前におい
    て予め定められた時間に亘り周期的に輻射光束
    中に挿入され、該輻射光束を上記光電変換装置
    １７へ反射する第二の反転反射器２２を有し、 (h) 上記フイルタ手段は、上記第一の反転反射器
    １３または第二の反転反射器２２から反射され
    てきた輻射光束中に個々のフイルタ２３，２
    ４，２５及び該輻射光束を透過させない部分２
    ６を選択的に挿入する装置１８，８０を有する
    と共に、 (i) 上記処理回路は、上記反射されてきた輻射光
    束中に上記輻射光束を透過させない部分２６が
    存在するときに生ずる暗電流に伴う測定信号及
    び対照信号中の暗電流成分を補償する回路部分
    ３２，４７，５７を有すると共に、補償された
    測定信号群及び対照信号群を記憶する回路装置
    部分（５１から５６）を有すること、 を特徴とする廃ガス中のガス成分濃度検出装置。
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