(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にガスが導入されるセルと、前記セルに設けられた光導入窓を介して該セルの内部に検査光を照射する光源と、前記セル内を通過して該セルに設けられた光導出窓から射出された前記検査光を受光する光センサとを備え、前記光センサで検出された検査光の強度に基づいて前記ガスに含まれる特定成分の濃度を測定するものであって、
前記セルを収容するとともに、前記光導入窓に連通する検査光導入口及び前記光導出窓に連通する検査光導出口を表面に開口させたセル収容体と、
前記光源を収容するとともに、該光源の発光面に連通する検査光出射口を表面に開口させた光源収容体と、
前記光センサを収容するとともに、該光センサの受光面に連通する検査光入射口を表面に開口させたセンサ収容体とを具備し、
前記光源収容体における検査光出射口が設けられた面と前記セル収容体における検査光導入口が設けられた面とを離間させるとともに、これら検査光出射口及び前記検査光導入口を接続する第１導光管を設けてこの第１導光管を露出させる一方、
前記センサ収容体における検査光入射口が設けられた面と前記セル収容体における検査光導出口が設けられた面とを離間させるとともに、これら検査光入射口及び検査光導出口を接続する第２導光管を設けてこの第２導光管を露出させており、
露出した前記第１導光管及び露出した前記第２導光管の周囲に空気の流れを生じさせて、前記第１導光管及び前記第２導光管から放熱させる送風機構が設けられている非分散型光分析装置。
【請求項２】
前記光源収容体、前記セル収容体及び前記センサ収容体をこの順でメインシャーシ内に直列に配置されている請求項１記載の非分散型光分析装置。
【請求項３】
前記メインシャーシにおける前記センサ収容体側の端面に通風口が設けられており、
前記光源収容体の下方に送風機構が設けられており、
前記送風機構の下方における前記メインシャーシの底面に通風口が設けられている請求項２記載の非分散型光分析装置。
【請求項４】
前記各導光管におけるセル収容体側の端面を気密に封止する透明封止板をさらに具備していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の非分散型光分析装置。
【請求項５】
前記第１導光管が、前記セル収容体の検査光導入口を貫通して、前記セルの光導入窓近傍まで延伸するとともに、前記第２導光管が、前記セル収容体の検査光導出口を貫通して、前記セルの光導出窓近傍まで延伸していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の非分散型光分析装置。
【請求項６】
前記第１導光管と光導入窓との間、及び第２導光管と光導出窓との間に、断熱性部材を介在させたことを特徴とする請求項５記載の非分散型光分析装置。
【請求項７】
前記光源にＬＥＤを用いていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の非分散型光分析装置。
【請求項８】
前記光導入窓及び光導出窓に設けた透明板を暖めるためのヒータをさらに具備していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の非分散型光分析装置。
【請求項９】
内部にガスが導入されるセルと、前記セルに設けられた光導入窓を介して該セルの内部に検査光を照射する光源と、前記セル内を通過して該セルに設けられた光導出窓から射出された前記検査光を受光する光センサとを備え、前記光センサで検出された検査光の強度に基づいて前記ガスに含まれる特定成分の濃度を測定するものであって、
前記セルを収容するとともに、前記光導入窓に連通する検査光導入口及び前記光導出窓に連通する検査光導出口を表面に開口させたセル収容体と、
前記光源を収容するとともに、該光源の発光面に連通する検査光出射口を表面に開口させた光源収容体とを具備し、
前記光源収容体における検査光出射口が設けられた面と前記セル収容体における検査光導入口が設けられた面とを離間させるとともに、これら検査光出射口及び前記検査光導入口を接続する第１導光管を設けてこの第１導光管を露出させており、
露出した前記第１導光管の周囲に空気の流れを生じさせて、前記第１導光管から放熱させる送風機構が設けられている非分散型光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス中にある測定対象成分の濃度を、特定波長の光の吸収によって測定する非分散型光分析装置に関し、特にガスが導入されるセルの温度を一定以上に保つ構成の非分散型光分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の非分散型光分析装置として、特許文献１に示すように、セル内のサンプルガスに赤外光を透過させ、その透過光強度を光センサで測定することにより、赤外光のサンプルガスでの吸収度を算定し、サンプルガス中の測定対象成分の濃度を特定するようにしたものが知られている。
【０００３】
この特許文献１では、セル又はこのセルを収容するセル収容体に対して、前記光源を保持する光源収容体及び光センサを保持するセンサ収容体がいずれも密接乃至近接させて配置してある。その理由は、これらを離間させると、その間の大気での検査光の吸収度に変動が生じるなどして、測定精度の点で不利になるためである。もちろん、概念図などでは、これらを大きく離間させたものも散見されるが、実情は異なる。
【０００４】
ところで、車両の排ガスなどでは、温度が下がりすぎるとガス中の所定成分がセル内で液化乃至固化し、窓等が汚れて測定に悪影響を及ぼすため、ヒータによってセル温度を一定以上に保つようにしたものがある。
【０００５】
そして、この種の高温セルタイプの場合、セルに密接する光源収容体やセンサ収容体はセルからの伝熱で高温温度影響を大きく受けることとなる。このとき、前記赤外光源には、従来、フィラメントを用いた高温で動作するものがよく使用されているため、セルの高温化による影響は少ないが、光センサは、高温による動作不良等が生じ得るため、当該光センサに対して放熱フィンやファンなどのクーリング機構を設けて十分な温度対策を施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２７４３９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、光源としてより安価なＬＥＤやあるいは紫外光源を用いる場合は、その動作温度の上限が低いため、セル温度の影響が看過できないものとなる。したがって、光源側にも十分な放熱対策が必要となるが、光センサと光源との双方にクーリング機構を設けることで、装置が大型化するうえ、逆にコストアップを招いて光源に安価なＬＥＤを用いるメリットが小さくなるおそれがある。また、セルの熱が、光源及び光センサに設けた放熱機構から逃げることになり、セルの保温のためにより大きな熱量が必要となる。
【０００８】
本発明は、かかる問題を解決すべくなされたものであって、その主たる目的は測定精度の劣化や放熱機構の過大化を招くことなく、光源やセンサの適温動作環境を担保するとともに、そのことによってセルを保温するための熱量を低減し省電力化をも達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明に係る非分散型光分析装置は、内部にガスが導入されるセルと、前記セルに設けられた光導入窓を介して該セルの内部に検査光を照射する光源と、前記セル内を通過して該セルに設けられた光導出窓から射出された前記検査光を受光する光センサとを備え、前記光センサで検出された検査光の強度に基づいて前記ガスに含まれる特定成分の濃度を測定するものである。
【００１０】
そして、前記セルを収容するとともに、前記光導入窓に連通する検査光導入口及び前記光導出窓に連通する検査光導出口を表面に開口させたセル収容体と、前記光源を収容するとともに、該光源の発光面に連通する検査光出射口を表面に開口させた光源収容体と、前記光センサを収容するとともに、該光センサの受光面に連通する検査光入射口を表面に開口させたセンサ収容体とを具備してなり、前記光源収容体における検査光出射口が設けられた面と前記セル収容体における検査光導入口が設けられた面とを離間させ、これら検査光出射口及び前記検査光導入口を接続する第１導光管を設けてこの第１導光管を露出させる一方、前記センサ収容体における検査光入射口が設けられた面と前記セル収容体における検査光導出口が設けられた面とを離間させ、これら検査光入射口及び検査光導出口を接続する第２導光管を設けてこの第２導光管を露出させたことを特徴とするものである。
【００１１】
このようなものであれば、光源収容体やセンサ収容体がセル収容体から離間しているにもかかわらず、その間での光路が第１導光管又は第２導光管によって外気に晒されることなく覆われるので、大気の変動影響、特には水分濃度の変動による影響を受けることなく測定精度を担保できる。
【００１２】
また、セルを高温化しても、前述したように光源収容体及びセンサ収容体がセル収容体から離間しているので、セルから伝熱影響を小さくできる。もちろん、前記導光管によって若干の伝熱は生じるものの、この導光管が露出しているので、そこでの放熱効果によってセルから伝熱を遮断できる。
【００１３】
その結果、光源収容体及びセンサ収容体での放熱構造を可及的に小さくできるようになり、コストアップや大型化を抑制できる。また、光源収容体及びセンサ収容体を一定温度に調整しやすくなり、測定精度の向上にも寄与し得る。さらに言えば、セルから光源収容体やセンサ収容体を伝わって放出される熱量を小さくできるので、セルを保温するための熱量を低減して省電力化をも促進することができるようになる。
【００１４】
前記導光管内は気密に封止されていることが測定精度を担保する上で望ましい。そのためには、少なくともセル収容体側の端面を透明封止板によって略気密に封止すればよい。
【００１５】
大気変動の影響をより小さくするためには、前記導光管をセル収容体の内部に延伸させ、セルの光導入窓及び光導出窓に接触乃至近接するように構成したものが望ましい。このとき、セルからの伝熱影響をより小さくするためには、前記第１導光管と光導入窓との間、及び第２導光管と光導出窓との間に、断熱性部材を介在させておくことが好適である。
前記光源にＬＥＤを用いれば、本発明の効果が特に顕著なものとなる。
前記光導入窓及び光導出窓に設けた透明板は、汚れ防止のためにヒータで暖めておくことが好ましい。
なお、第１導光管と第２導光管との双方を必ず設ける必要はなく、いずれか一方のみでも構わない。
【発明の効果】
【００１６】
以上に述べた本発明によれば、光源収容体やセンサ収容体がセル収容体から離間しているにもかかわらず、その間での光路が第１導光管又は第２導光管によって外気に晒されることなく覆われるので、大気の変動影響を受けることなく測定精度を担保できる。また、セルを高温化しても、前述したように光源収容体及びセンサ収容体がセル収容体から離間しているので、セルから伝熱影響を小さくできる。さらに、前記導光管を介した若干の伝熱も、この導光管が露出しているので、そこでの放熱効果によって遮断できる。
【００１７】
その結果、光源収容体及びセンサ収容体での放熱構造を可及的に小さくできるので、適温環境による測定精度向上を図れ、さらにはコストアップや大型化を抑制できる。また、セルから光源収容体やセンサ収容体を伝わって放出される熱量を小さくできるので、セルを保温するための熱量を低減して省電力化をも促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態における非分散型光分析装置の測定原理図。
【図２】同実施形態における非分散型光分析装置の全体斜視図。
【図３】同実施形態における非分散型光分析装置の各収容体を示す分解斜視図。
【図４】同実施形態におけるセル収容体の分解斜視図。
【図５】同実施形態におけるセルの分解斜視図。
【図６】同実施形態における光源収容体の分解斜視図。
【図７】同実施形態におけるセンサ収容体の分解斜視図。
【図８】同実施形態における導光管及びその近傍部材の縦断面図。
【図９】同実施形態における導光管及びその近傍部材の縦断面図。
【図１０】同実施形態における非分散型光分析装置の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
まず、本実施形態に係る非分散型光分析装置１００は、図１にその原理図を示すように、内部にガスが導入されるセル４と、前記セル４の光導入窓４１ａから該セル４の内部に検査光を照射する光源７と、前記セル４内を通過して該セル４の光導出窓４１ｂから射出された前記検査光を受光する光センサ８１、８２とを備え、前記光センサ８１、８２で検出された検査光の強度に基づいて前記ガスに含まれる特定成分の濃度を測定するものであり、例えばディーゼル内燃機関の排ガス測定に用いられる。
【００２１】
ここでは、同図に示すように、ビームスプリッタＢＳで検査光を２つに分岐させ、各検査光を、サンプルガス用のセル本体４１（Ｂ）と標準ガス用のセル本体４１（Ａ）に導くようにしている。ここでは、標準ガス用のセル本体４１（Ａ）にミラーＭＲの曇り影響等が及ばないようにするために、ミラーＭＲで反射される検査光をサンプルガス用のセル本体４１（Ｂ）に導くようにしている。なお、以下において、区別する必要があるときは（Ａ）、（Ｂ）と表記することとする。
【００２２】
そして、標準ガスを透過した検査光（以下透過光とも言う）の強度と、サンプルガスを透過した検査光の強度から、当該サンプルガスでの光の吸収度を測定し、そのことによってサンプルガス中に含まれる測定対象成分の濃度を算出する。一方、標準ガスの透過光の強度は、サンプルガスの透過強度との比較をして、光源の出力ドリフト等をキャンセルするために用いられる。
【００２３】
また、前記光源７としては、例えば紫外光源７１と赤外光源７２との２種類を用いている。これは、迅速かつ精度の良いＮＯ２測定を行うためである。具体的には、前記光源７１、７２を交互に点灯させ、紫外光の吸収度によってＮＯ２の濃度を測定する一方、その際のＨ２ＯやＨＣによる干渉影響を赤外光の吸収度測定結果によって補正するようにしている。
次に、この非分散型光分析装置１００の各部の構成について説明する。
【００２４】
セル４は、図４、図５に示すように、円筒状をなす金属（ステンレス）製のセル本体４１と、このセル本体４１の各端部に取り付けられて光導入窓４１ａ及び光導出窓４１ｂを形成する石英ガラス等の透明板４３とを主体として構成されたものである。ここでは、前記セル本体４１の端部に取り付けられる厚板状の端部部材４２をさらに設け、その端部部材４２の厚み方向に貫通させた貫通孔４２ａに対し、一方向からセル本体４１を挿入するとともに他方向から前記透明板４３を挿入し、セル本体４１を気密に閉塞するようにしている。また、前記透明板４３のさらに外側には、鍔部を有した円筒状の押さえリング４４をさらに取り付け、その押さえリング４４のさらに外側に、やはり貫通孔４５ａを有した樹脂やセラミック等の断熱性部材である押さえ板４５を前記端部部材４２にネジ止めして固定している。
【００２５】
なお、図５中、符号Ｏ１、Ｏ２は、前記端部部材４２の貫通孔４２ａ内に挿入されてセル本体４１の気密性を保つためのＯリングである。符号４７は、セル４にガスを導入するためのガス導入ポートであり、ここでは前記端部部材４２に設けている。なお、標準ガス側のガス導入ポートは、導入後は封止してある。符号４６は、セル本体４１の外側周面を覆う被覆ブロックであり、その内部には、図示しないヒータが設けられている。符号Ｈ１は、端部部材４２の外周に巻回されるヒータであり、符号Ｈ２は、押さえリング４４の外周に巻回されるヒータである。そして、これらヒータを含む温調機構によって、セル本体４１及び透明板４３を一定温度（約９０℃〜約１２０℃）に保っている。
【００２６】
かかるセル４は、セル収容体１に収容保持されている。このセル収容体１は、図２〜図４等に示すように、メインシャーシＳ内に配置した長尺直方体形状をなす金属板製のものであり、ここでは、セル４の各端面にそれぞれ対向配置される端板部材１３と、上面及び側面を形成するコの字型の上板部材１１と、底面を形成する底板部材１２とから構成してある。前記各端板部材１３は、セル４の端面がネジ止めされてこれを支持する。これら端板部材１３には、セル４の光導入窓４１ａ及び光導出窓４１ｂに連通する一対の開口１ａ、１ｂが設けてあり、一方の端板部材１３に設けた開口１ａが請求項における検査光導入口であり、他方の端板部材１３に設けた開口１ｂが請求項における検査光導出口である。なお、このセル収容体１の内面は、所定の厚みを有する断熱部材Ｐで略覆ってあり、セル収容体１内の保温を図っている。なお、符号１０は、このセル４をメインシャーシＳの底板から浮かせて配置するための支持脚である。
【００２７】
光源７には、図１、図６、図８に示すように、砲弾型の紫外ＬＥＤ７１及び赤外ＬＥＤ７２の２種類を用いている。この光源７は、図６に示すように、ブロック状をなす光源ホルダ２４の保持孔２４ａ内に保持されている。そして、この光源ホルダ２４が、ビームを２分岐させるためのビームスプリッタＢＳやミラーＭＲ、あるいは光学フィルタＦ等を保持するブロック状の光学素子ホルダ２５にネジ止めしてある。この光学素子ホルダ２５には、前記光源ホルダ２４の保持孔開口２４ａから射出されるＬＥＤ７１、７２からの光を受光する受光口（図示しない）と、その光が前記ビームスプリッタＢＳで２つに分岐されて出てくる２つの光射出口２５ａが設けられている。
【００２８】
かかる光源７は、前記光源ホルダ２４や光学素子ホルダ２５とともに、メインシャーシＳ内に配置した光源収容体２に収容保持されている。この光源収容体２は、図３、図６等に示すように、直方体形状をなす金属板製のものであり、ここでは、上面、底面及び後端面を形成する第１板部材２１と、側面及び前端面を形成する第２板部材２２とを組み合わせてなる。そして、セル収容体１に対向する前記前端面には、前記光学素子ホルダ２５の光射出口２５ａに連通する２つの開口孔２ａが設けてある。これら開口孔２ａが請求項における検査光出射口として機能する。なお、この光源収容体２の内面は、所定の厚みを有する断熱部材Ｐで略覆ってあるとともに、光源収容体２内の温度を調節するための温調機構（図示しない）が設けてある。
【００２９】
光センサ８１、８２には、図９に示すように、例えば焦電センサやＣＣＤなどを用いることができ、ここでは、各セル４を通過した透過光を測定するために１対の光センサ８１、８２を設けている。この光センサ８１、８２は、図７、図９に示すように、ブロック状をなすセンサホルダ３４の保持孔３４ａ内にその受光面を開口方向に向けて保持されている。そして、このセンサホルダ３４が、メインシャーシＳ内に配置したセンサ収容体３内に収容保持されている。
【００３０】
このセンサ収容体３は、図３、図７等に示すように、直方体形状をなす金属板製のものであり、ここでは、上面、底面及び後端面を形成する第１板部材３１と、側面及び前端面を形成する第２板部材３２とを組み合わせてなる。そして、セル収容体１に対向する前端面には、前記センサホルダ保持孔３４ａに連通する２つの開口孔３ａが設けてあり、それら開口孔３ａが請求項における検査光入射口として機能する。なお、このセンサ収容体３の内面は、所定の厚みを有する断熱部材Ｐで略覆ってあるとともに、センサ収容体３内の温度を調節するための温調機構（図示しない）が設けてある。
【００３１】
しかして、この実施形態では、図６〜図１０に示すように、光源収容体２、セル収容体１、センサ収容体３をこの順で前記メインシャーシＳ内に直列させるとともに、隣り合う収容体１，２，３の対向する面が互いに離間するように配置して、その間に隙間ＳＰ１、ＳＰ２が形成されるようにしている。なお、図３等に示す符号２３、３３は、セル収容体１の各端面に、光源収容体２及びセンサ収容体３をそれぞれ離間させて取り付けるためのブラケットである。
【００３２】
そして、図９、図１０等に示すように、前記光源収容体２の検査光出射口２ａとセル収容体１の検査光導入口１ａとを直管金属製（アルミ製）の第１導光管９１で接続するとともに、前記センサ収容体３の検査光入射口３ａとセル収容体１の検査光導出口１ｂとを、第１導光管９１同様の第２導光管９２で接続し、これら各導光管９１、９２の中間部分が露出するように構成している。ここで露出とは、導光管９１、９２の外表面が、外気、あるいはこのメインシャーシＳ内空間のように、ある程度の大きさがあるとか、外気とある程度の流通性を有しているといった空間に、直接又は実質的にほとんど熱抵抗の無い部材を介して接触している状態を言う。
【００３３】
より具体的には、この第１導光管９１は、図６、図８等に示すように、各端部が前記検査光出射口２ａ及び検査光導入口１ａを貫通して、その一端が前記光学素子ホルダ２５の光射出口２５ａに嵌入し、他端が一方の押さえ板４５の貫通孔４５ａに嵌入させてある。なお、この第１導光管９１は、その他端面を石英ガラス等の透明封止板９１１で封止してあり、図６に示すように、組み立ての都合上、予め前記光学素子ホルダ２５に取着してある。
【００３４】
一方、前記第２導光管９２は、図７、図９等に示すように、各端部が前記検査光入射口３ａ及び検査光導出口１ｂを貫通して、その一端は前記センサホルダ３４の保持孔３４ａに嵌入し、他端は他方の押さえ板４５の貫通孔４５ａに嵌入させてある。そして、第１導光管９１同様、その他端面は、石英ガラス等の透明封止板９２１で封止してある。
【００３５】
さらに、この実施形態では、図１０に示すように、前記メインシャーシＳにおけるセンサ収容体３側の端面に通風口Ａ１を設けるとともに、光源収容体２の下方に吹き出しファンＦを設け、さらにその下方のメインシャーシＳ底面に通風口Ａ２を設けている。
【００３６】
しかして、このように構成した光源収容体２やセンサ収容体３がセル収容体１から離間しているにもかかわらず、その間での光路が第１導光管９１又は第２導光管９２によって外気に晒されることなく覆われるので、例えばＣＯ２濃度を測定するときに測定誤差を及ぼす大気の水分濃度変動等の影響を受けることなく測定精度を担保できる。また、セル４を高温化しても、前述したように光源収容体２及びセンサ収容体３がセル収容体１から離間しているので、セル４から伝熱影響を小さくできる。さらに、前記導光管９１、９２を介した若干の伝熱も、これら導光管９１、９２が露出しているので、そこでの放熱効果によって遮断できる。
【００３７】
その結果、例えば、図１０に示すように、光源収容体２及びセンサ収容体３にそれぞれファンを設けることなく、一方には通風口Ａ１を設けるだけといった簡単な放熱構造によって、光源７及び光センサ８１、８２の適正動作温度を維持できる。
【００３８】
また、セル４から光源収容体２やセンサ収容体３を伝わって放出される熱量を小さくできるので、セル４を保温するための熱量を低減して省電力化をも促進することができるようになる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３９】
例えば、前記実施形態では、光源に波長の異なる２種類のＬＥＤを用いたが、赤外線分析装置（ＮＤＩＲ）のように、１種類の光源でも構わないし、さらに他種の光源を用いたものでも構わない。光源も。ＬＥＤに限られず、半導体レーザ等でも本発明の効果は顕著に発揮される。
【００４０】
さらに、光源やセンサの耐熱性によっては、センサ収容体のみをセル収容体から離間させたり、光源収容体のみをセル収容体から離間させたりする態様も可能である。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１００・・・非分散型光分析装置
１・・・セル収容体
１ａ・・・検査光導入口
１ｂ・・・検査光導出口
２・・・光源収容体
２ａ・・・検査光出射口
３・・・センサ収容体
３ａ・・・検査光入射口
４・・・セル
４１ａ・・・光導入窓
４１ｂ・・・光導出窓
４５・・・断熱性部材
７・・・光源
８１、８２・・・光センサ
９１・・・第１導光管
９２・・・第２導光管
９１１、９２１・・・透明封止板
ヒータＨ２
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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