(57)【要約】【課題】比較信号が測定信号の大きさの影響を受けにくいようにする。【解決手段】セクタ２が回転駆動されることで、光源４からの赤外線を透過窓２ａ−１，２ａ−２と、２ｂ−１，２ｂ−２を介して、試料セル１ａを２回照射し、その後比較セル１ｂを２回照射し、さらにその後試料セル１ａを２回照射するというように繰り返すことにより、それぞれ２周期ずつの検出信号が得られる。そのうち、最初の周期の信号はその前の信号の干渉を受けるため、使用しないで、その後の周期の信号に基づいて濃度演算を行なう。【選択図】  図１
2004233308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準ガスが封入された比較セル、試料ガスが流通する試料セル、これらの両セルに赤外線を透過させる測定光学系、前記両セルを透過した赤外線を検出する赤外検出器、及び前記比較セルの透過赤外線による検出信号を比較信号とし前記試料セルの透過赤外線による検出信号を測定信号として両信号に基づいて試料ガス中の特定ガス濃度を算出するデータ処理装置を備えた赤外線ガス分析計において、
前記測定光学系は少なくとも比較信号については測定信号から次の測定信号までの間に複数周期の交流信号からなる一連の信号として得られるように前記両セルから前記赤外検出器に赤外線を入射させるものであり、
前記データ処理装置は前記比較信号の一連の信号のうち少なくとも最初の１周期の信号は除いて残りの周期の信号をガス濃度算出のための比較信号として用いるものであることを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項２】
前記測定光学系は測定信号についても一連の信号からなる比較信号から次の一連の信号からなる比較信号までの間に複数周期の交流信号からなる一連の信号として得られるように前記両セルから前記赤外検出器に赤外線を入射させるものであり、
前記データ処理装置は前記測定信号についてもその一連の信号のうち少なくとも最初の１周期の信号は除いて残りの周期の信号をガス濃度算出のための測定信号として用いるものである請求項１に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項３】
前記測定光学系は、前記両セルの入射面に同時に赤外線を入射させうる大きさの光束をもつ光源と、前記光源と前記両セルの入射面との間に配置されて、各セルに連続して複数回ずつ赤外線を入射させるように両セルへの赤外線入射を切り替える断続機構を備えたものである請求項２に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項４】
前記測定光学系は、前記両セルの入射面に同時に赤外線を入射させうる大きさの光束をもつ光源と、前記両セルの出射面と前記赤外検出器との間に配置されて、各セルから前記赤外検出器に連続して複数回ずつ赤外線を入射させるように前記赤外検出器への赤外線入射を切り替える断続機構を備えたものである請求項２に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項５】
前記測定光学系は、前記両セルの入射面に同時に赤外線を入射させうる大きさの光束をもつ光源と、前記光源と前記両セルの入射面との間に配置されて前記両セルに同時に断続して赤外線を入射させる断続機構と、一方のセルの入射部又は出射部を遮蔽し他方のセルの入射部及び出射部を解放し、各セルの透過赤外線による前記赤外検出器の検出信号がそれぞれ複数周期の交流信号を単位とするように前記両セル間で移動させられる遮蔽板とを備えたものである請求項２に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項６】
前記測定光学系は、前記両セルの入射面に同時に赤外線を入射させうる大きさの光束をもつ光源と、前記両セルの出射面と前記赤外検出器との間に配置されて前記両セルから前記赤外検出器に入射する透過赤外線を同時に断続する断続機構と、一方のセルの入射部又は出射部を遮蔽し他方のセルの入射部及び出射部を解放し、各セルの透過赤外線による前記赤外検出器の検出信号がそれぞれ複数周期の交流信号を単位とするように前記両セル間で移動させられる遮蔽板とを備えたものである請求項２に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項７】
前記断続機構は、前記各セルから前記赤外検出器への赤外線入射時間と非入射時間が略同一となるように赤外線入射時間を断続するものである請求項３から６のいずれかに記載の赤外線ガス分析計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学工場や製鉄所のガス濃度を測定するプロセスモニター、ボイラーや燃焼炉の燃焼ガス分析、大気汚染の監視、自動車排ガス測定などに使用され、ガス分子固有の赤外線吸収効果を利用してガス又は蒸気中にある特定成分の濃度を連続的に測定する赤外線ガス分析計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の赤外線ガス分析計では、光源からの赤外線がセクタによって試料セルと比較セルに交互に照射され、それぞれのセルを透過した赤外線が赤外線検出器で受光され、それぞれ交流信号の測定信号と比較信号として検出される。検出された両信号は、信号処理回路で積分され、それぞれの積分値の比に基づいて測定対象成分の濃度が計測される（特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３２７５４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
得られた比較信号は、測定信号を補正するために用いられるため、試料ガスの測定ガス濃度に係る測定信号の大きさ（交流信号の振幅）が変化しても、比較信号の大きさが変化しないことが理想的である。
【０００５】
しかしながら、測定信号から比較信号に移る過程で、比較信号は直前の測定信号に引きずられて、測定信号の大きさの違いによって比較信号の大きさ変動する。そして、測定信号の補正に用いられる比較信号が変わると、ガス濃度測定の安定性を損ねる結果となる。
そこで、本発明は、比較信号が測定信号の大きさの影響を受けにくいようにすることにより、ガス濃度測定の安定性を高めることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基準ガスが封入された比較セル、試料ガスが流通する試料セル、これらの両セルに赤外線を透過させる測定光学系、前記両セルを透過した赤外線を検出する赤外検出器、及び前記比較セルの透過赤外線による検出信号を比較信号とし前記試料セルの透過赤外線による検出信号を測定信号として両信号に基づいて試料ガス中の特定ガス濃度を算出するデータ処理装置を備えた赤外線ガス分析計において、前記測定光学系は少なくとも比較信号については測定信号から次の測定信号までの間に複数周期の交流信号からなる一連の信号として得られるように前記両セルから前記赤外検出器に赤外線を入射させるものであり、前記データ処理装置は前記比較信号の一連の信号のうち少なくとも最初の１周期の信号は除いて残りの周期の信号をガス濃度算出のための比較信号として用いるものである。
【０００７】
本発明では、少なくとも比較信号は複数周期の交流信号からなる一連の信号として得られるようにし、測定信号から比較信号へ切り替わった直後の少なくとも１周期の比較信号は用いないようにすることにより、比較信号が測定信号の大きさの影響を受けにくくする。その結果、比較信号が測定信号による干渉を避けられるため、より安定した測定が可能となる。
【０００８】
測定信号についても比較信号からの干渉を受けにくくするためには、測定光学系は測定信号についても一連の信号からなる比較信号から次の一連の信号からなる比較信号までの間に複数周期の交流信号からなる一連の信号として得られるように両セルから赤外検出器に赤外線を入射させるものとし、データ処理装置は測定信号についてもその一連の信号のうち少なくとも最初の１周期の信号は除いて残りの周期の信号をガス濃度算出のための測定信号として用いるものとするのが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
比較信号と測定信号の両方が複数周期の交流信号からなる一連の信号として得られるように両セルから赤外検出器に赤外線を入射させる測定光学系は、両セルの入射面に同時に赤外線を入射させうる大きさの光束をもつ光源を備えて、種々の形態として実現することができる。
【００１０】
第１の形態の測定光学系は、その光源と両セルの入射面との間に配置されて、各セルに連続して複数回ずつ赤外線を入射させるように両セルへの赤外線入射を切り替える断続機構を備えたものである。
【００１１】
第２の形態の測定光学系は、両セルの出射面と赤外検出器との間に配置されて、各セルから赤外検出器に連続して複数回ずつ赤外線を入射させるように赤外検出器への赤外線入射を切り替える断続機構を備えたものである。
【００１２】
第３の形態の測定光学系は、その光源と両セルの入射面との間に配置されて両セルに同時に断続して赤外線を入射させる断続機構と、一方のセルの入射部又は出射部を遮蔽し他方のセルの入射部及び出射部を解放し、各セルの透過赤外線による赤外検出器の検出信号がそれぞれ複数周期の交流信号を単位とするように両セル間で移動させられる遮蔽板とを備えたものである。
【００１３】
第４の形態の測定光学系は、両セルの出射面と赤外検出器との間に配置されて両セルから赤外検出器に入射する透過赤外線を同時に断続する断続機構と、一方のセルの入射部又は出射部を遮蔽し他方のセルの入射部及び出射部を解放し、各セルの透過赤外線による赤外検出器の検出信号がそれぞれ複数周期の交流信号を単位とするように両セル間で移動させられる遮蔽板とを備えたものである。
【００１４】
各形態の測定光学系における断続機構は、各セルから赤外検出器への赤外線入射時間と非入射時間が略同一となるように赤外線入射時間を断続するものであることが好ましい。その場合には、赤外線入射時に生じる信号のみならず、非入射時に生じる信号についても積分値を求め、それらを検出データとして利用することができるようになるため、断続機構１回転当たり倍のデータ取得が可能となり、濃度測定が従来の半分の時間ですむようになる。そのため、測定対象ガスの濃度が比較的早く時間変動する場合であっても、精度の高い濃度測定が可能となり、また、測定対象ガスの濃度の時間変動が比較的遅い場合には、従来と同じ計測時間で倍のデータ取得が可能となるため、Ｓ／Ｎ（信号対ノイズ）比が向上し、ノイズの少ない正確な濃度計測が可能となる利点がある。
【００１５】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
（第１実施例）
第１の実施例を図１〜図３に基づいて説明する。
【００１６】
図１（Ａ）は本発明にかかる赤外線分析計の概略図、（Ｂ）は同実施例で使用されている断続機構としてのセクタを平面図で表わしたものである。
試料セル１ａはガス導入口１ａ’とガス排出ロ１ａ”を有し、試料ガスがガス導入口１ａ’から試料セル１ａ内に供給されガス排出ロ１ａ”から排出される。比較セル１ｂには、基準ガスであるいわゆるゼロガスが封入されている。
【００１７】
比較信号と測定信号の両方が複数周期、例えば２周期の交流信号からなる一連の信号として得られるように両セル１ａ，１ｂを透過して赤外検出器５に赤外線を入射させる測定光学系は、光源４と、断続機構としてのセクタ２を備えている。
【００１８】
光源４は両セル１ａ，１ｂの入射面に同時に赤外線を入射させうる大きさの光束をもっている。
セクタ２は光源４と試料セル１ａ及び比較セル１ｂ間に配設されて、モータ３によって所定速度で回転駆動される。セクタ２は円板状に形成され、セクタ２には試料セル１ａに赤外線を照射する隣接した２つの透過窓２ａ−１，２ａ−２と、比較セル１ｂに赤外線を照射する隣接した２つの透過窓２ｂ−１，２ｂ−２とが、偏心した位置にそれぞれほぼ４５°角に渡って均等に配置されて設けられている。
【００１９】
セクタ２にはさらに、透過窓２ａ−１に近接した外周寄りの位置に、試料セル１ａに赤外線が照射されていることを認識するための識別孔２ｃが穿設されており、セクタ２の回転によりこの識別孔２ｃが通過する試料セル１ａの端部位置にはフォトダイオード等の光検出器７が配置されている。その光検出器７によって、識別孔２ｃが試料セル１ａの位置を通過したことが検出される。
【００２０】
検出器５は、その内部に測定対象ガスが封入されており、測定対象ガスに固有の波長光が入射した場合に生じる圧力変化によって、試料セル１ａ内の測定対象ガスの濃度に応じた信号を発生する。
【００２１】
データ処理装置としての信号処理回路６は、図２に示されるように、全波整流回路６ａ、比較回路６ｂ及び演算回路６ｃからなる。信号処理回路６は光検出器７の検出信号に基づいて検出器５による検出信号が比較セル１ｂの透過赤外線による比較信号であるか、試料セル１ａの透過赤外線による測定信号であるかを識別し、比較セル１ｂの透過赤外線による検出信号を比較信号とし試料セル１ａの透過赤外線による検出信号を測定信号として両信号に基づいて試料ガス中の特定ガス濃度を算出する。さらに、信号処理回路６は、比較信号と測定信号のそれぞれ最初の１周期の信号は除いて残りの周期の信号をガス濃度算出のための比較信号、測定信号として用いて演算を行なうものである。
【００２２】
次に、この実施例の動作について説明する。
セクタ２は、モータ３によって所定速度で回転駆動されることで、図３（Ａ）に示されるように、光源４からの赤外線を透過窓２ａ−１，２ａ−２と、２ｂ−１，２ｂ−２を介して、試料セル１ａを２回照射し、その後比較セル１ｂを２回照射し、さらにその後試料セル１ａを２回照射するというように繰り返す。これらの透過窓窓２ａ−１，２ａ−２，２ｂ−１，２ｂ−２はそれぞれほぼ４５°の角度範囲にわたって均等に設けられているため、それぞれ赤外線の照射、非照射の時間が略同一となる。
【００２３】
検出器５による検出信号を図３（Ｂ）に示す。比較セル１ｂを透過した赤外線は比較セル１ｂでは測定対象ガスに固有の波長が吸収されないため、比較信号として示されているように大きな信号変化として検出されるのに対して、試料セル１ａを透過した赤外線は試料セル１ａで測定対象ガスに固有の波長成分が試料ガスに含まれている測定対象ガスの濃度に応じて吸収されるため、測定信号として示されているように吸収された分だけ小さな信号変化として検出される。
【００２４】
信号処理回路６は全波整流回路６ａ、比較回路６ｂ及び演算回路６ｃを備えており、全波整流回路６ａは図３（Ｂ）に示される検出器５からの出力信号を、図３（Ｃ）に示される全波整流された信号として出力し、比較回路６ｂはかかる全波整流された信号を所定の基準電圧Ｖｒと比較することで、比較信号及び測定信号の各立ち上がりを検出してパルス信号として出力する。演算回路６ｃは、そのパルス信号の立ち下がりをトリガとして検出信号の積算を開始し、次のパルス信号の立ち上がりで積算を中止し、一時的にその値を保持する。このとき、演算回路６ｃは、測定信号から比較信号へ切り替わった直後の比較信号Ｒｌ、Ｒ２は測定信号の大きさにより影響をうけるため、比較信号Ｒｌ、Ｒ２は使用しないでＲ３、Ｒ４を比較信号とし、同様に比較信号から測定信号へ切り替わった直後の測定信号Ｍ１，Ｍ２は比較信号の大きさにより影響を受けるため、測定信号Ｍ１，Ｍ２は使用しないで、Ｍ３，Ｍ４を測定信号として使用し、積算を行なう。
【００２５】
比較信号Ｒ３，Ｒ４、測定信号Ｍ３，Ｍ４は、それぞれの信号が他の信号からほとんど干渉されないで得られるため、これらの信号によりガス濃度測定を行うことで、測定の安定性が向上する。
【００２６】
本実施例において、セクタ２はセル１ａ，１ｂと検出器５の間に配置し、光源４からの赤外線は両セル１ａ，１ｂを同時に透過するようにし、検出器５に入射する赤外線をセクタ２により断続するようにしてもよい。その場合、識別孔２ｃを検出する光源として、光源４からの赤外線を使用しにくくなるので、光源と光検出器を備えたホトインタラプタを使用すればよい。
【００２７】
また、本実施例では、比較信号と測定信号はそれぞれ２周期ずつ連続して得られるようになっているが、セクタ構造を変更することにより、それぞれ３周期以上ずつ連続して得られるようにすることができる。信号が干渉する一周期目の信号を捨てた場合、この様に多周期の信号が得られると、残り２周期又はそれ以上の周期の信号を濃度測定に使用できるので感度が向上する利点がある。比較信号と測定信号をそれぞれ３周期以上得た場合、信号が干渉するために捨てる信号を２周期以上にして、より干渉を受けない比較信号と測定信号を用いて濃度測定を行うことができるようになる。
【００２８】
（第２実施例）
図４（Ａ）第２の実施例の赤外線分析計の概略図、（Ｂ）は同実施例で使用されている断続機構としてのセクタを平面図で表わしたものである。
【００２９】
図１に示されている実施例と比較すると、検出器５にセル１ａ，１ｂを透過した赤外線を断続して入射させるための機構が相違し、他の構成は同じである。
図４においては、セクタ形状は図３（Ｂ）に示されるように、比較セル１ｂと試料セル１ａへの光源４からの赤外線入射を同時に断続できるように、ほぼ９０°の角度範囲にわたる扇型の開口が２つ均等に配置されて設けられている。このセクタ１２は光源４とセル１ａ，１ｂの間に配置され、モータ３により一定の回転数で回転させられる。
【００３０】
セクタ１２により同時に断続されてセル１ａ，１ｂを透過した赤外線を選択して検出器５に入射させるために、セル１ａ，１ｂと検出器５の間に遮蔽板８が配置されている。遮蔽板８は、比較セル１ｂの透過赤外線を遮断して試料セル１ａの透過赤外線だけを検出器５へ入射させる位置（これを「第１の位置」と呼ぶ）と、逆に試料セル１ａの透過赤外線を遮断して比較セル１ｂの透過赤外線だけを検出器５へ入射させる位置（これを「第２の位置」と呼ぶ）との間をソレノイド等で移動することができるように取り付けられている。
【００３１】
遮蔽板８が第１の位置にあるときに、セクタ１２は複数回回転し、検出器５からはセクタ１２の回転数の２倍の周期の測定信号を得る。次に、遮蔽板８が第２の位置に切り替えられ、同様にセクタ１２が複数回回転して検出器５からはセクタ１２の回転数の２倍の周期の比較信号を得る。
【００３２】
このように、遮蔽板８の切替とセクタ１２の回転により、検出器５からは図５（Ａ）に示される信号が得られ、その信号は信号処理回路６で全波整流されて図５（Ｂ）に示される信号となる。この多周期の比較信号と測定信号から、第１の実施例と同様に、それぞれの最初の１〜数周期の信号を採用しないようにして濃度演算が行なわれる。
【００３３】
また、この実施例では、セクタ１２には第１の実施例のセクタ２に設けられていた識別孔２ｃとその透過光を検出する光検出器は必要ではなく、遮蔽板８を移動させる信号で判別可能である。
図４の実施例で、セクタ１２と遮蔽板８の位置は、光源４とセル１ａ，１ｂの間と、セル１ａ，１ｂと検出器５の間のいずれに配置してもよい。
【００３４】
また、遮蔽板８の位置の切換えのデューティ比は１：１でなくてもよく、第１の位置の時間の方が第２の位置の時間より長くなるよう設定して、測定信号を得る時間を長くしてもよい。この場合、測定信号が得られる時間が長いため、測定感度が向上する。
【００３５】
セクタ１２の形状は、図４（Ｂ）に示されたものに限るものではなく、両セル１ａ，１ｂへの赤外線の入射を一定周期で同時に断続させるものであればよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明では、少なくとも比較信号は複数周期の交流信号からなる一連の信号として得られるようにし、測定信号から比較信号へ切り替わった直後の少なくとも１周期の比較信号は用いないようにすることにより、比較信号が測定信号による干渉を避けられるため、より安定した測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は一実施例の赤外線分析計を示す概略構成図、（Ｂ）は同実施例で使用されているセクタを示す平面図である。
【図２】同実施例で使用されている信号処理回路を示すブロック図である。
【図３】同実施例の動作を示す波形図である。
【図４】（Ａ）は他の実施例の赤外線分析計を示す概略構成図、（Ｂ）は同実施例で使用されているセクタを示す平面図である。
【図５】同実施例の動作を示す波形図である。
【符号の説明】
１ａ      試料セル
１ｂ      比較セル
２，１２      断続機構としてのセクタ
４      光源
５      赤外検出器
６      データ処理装置としての信号処理回路
８      遮蔽板
【図１】
2004233308.tif 000003
【図２】
2004233308.tif 000004
【図３】
2004233308.tif 000005
【図４】
2004233308.tif 000006
【図５】
2004233308.tif 000007