(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスの煙道に設けられた透過窓に照射した検査光の透過光に基づいて排ガスの成分を検査する場合において、前記透過窓の位置変動に対して検査光の光軸を調整する装置であって、
前記透過窓近傍の煙道上に固定配置され、位置検出光を光センサに向けて照射する光照射手段と、
前記光照射手段に対向するように固定され、前記位置検出光の光軸を検出し検出値として出力する前記光センサと、
該光センサの検出値に基づいて検査光を反射する反射鏡の位置を可変することにより検査光の光軸を調節する光軸調節手段と、
を具備することを特徴とする光軸調整装置。
【請求項２】
光センサは、透過窓の２次元位置変動を検出する２次元光センサであり、光軸調節手段は、このような光センサの検出値に基づいて検査光の光軸を２次元的に調節する、ことを特徴とする請求項１記載の光軸調整装置。
【請求項３】
検査光は、排ガスに含まれる各成分の吸収スペクトルに応じた波長のレーザ光である、ことを特徴とする請求項１または２記載の光軸調整装置。
【請求項４】
排ガスの煙道に設けられた透過窓に照射した検査光の透過光に基づいて排ガスの成分を検査する場合において、前記透過窓の位置変動に対して検査光の光軸を調整する方法であって、
前記透過窓近傍の煙道上に位置検出光を光センサに向けて照射する光照射手段を配置すると共に、前記光照射手段に対向するように前記光センサを固定することにより、前記透過窓の位置変動を前記位置検出光の光軸の変化として検出し、この位置検出光の光軸の変化に基づいて検査光を反射する反射鏡の位置を可変することにより検査光の光軸を調節する、
ことを特徴とする光軸調整方法。
【請求項５】
位置検出光の光軸の２次元的な変動を検出することにより透過窓の２次元位置変動を検出し、検査光の光軸を２次元的に調節する、ことを特徴とする請求項４記載の光軸調整方法。
【請求項６】
検査光は、排ガスに含まれる各成分の吸収スペクトルに応じた波長のレーザ光である、ことを特徴とする請求項４または５記載の光軸調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光軸調整装置及び方法に係わり、特に対象物の通過路に設けられた透過窓に照射した検査光の透過光に基づいて対象物の状態を検査する場合において、透過窓（２）の位置変動に対して検査光の光軸を調整する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
上記検査光を用いて対象物の状態を検査する技術として、例えば特定波長のレーザ光（検査光）を煙道（通過路）の途中部位に対向配置された１対の透過窓の一方から排ガス（対象物）に照射し、もう一方の透過窓から得られる透過光の強度に基づいて排ガス中に含まれる特定ガス成分の濃度を測定する技術がある。このような技術は、排ガス中に含まれる各ガス成分が特定の光吸収スペクトルを有しており、濃度によって光吸収スペクトルの吸収率が異なることを利用したものである。
【０００３】
しかしながら、対象物が排ガスの場合、例えば煙道の熱収縮に起因して透過窓の位置が変動し、透過窓に対して正確にレーザ光を照射し得ない場合がある。排ガスの温度は５００°Ｃ程度にまで昇り、煙道の強度や耐熱性を考慮する必要から煙道に大きな透過窓を設けることには限界がある。また、比較的大型の設備の場合、煙道の直径は１０ｍ程度と比較的大口径であり、この分透過窓の位置変動の変動スパンが大きくなる。特に、ボイラ等の装置が稼働を開始して、煙道に排ガスが通過し始めたときには、煙道が常温から排ガスの温度近くまで過熱されるので、透過窓の位置変動が大きい。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、透過窓の位置変動に対して検査光の光軸を追従変化させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、光軸調整装置に係わる第１の手段として、対象物の通過路に設けられた透過窓に照射した検査光の透過光に基づいて対象物の状態を検査する場合において、透過窓の位置変動に対して検査光の光軸を調整する装置であって、通過路に固定配置され、位置検出光を放射する光照射手段と、位置検出光の光軸を検出し検出値として出力する光センサと、該光センサの検出値に基づいて検査光の光軸を調節する光軸調節手段とを具備する手段を採用する。
【０００６】
光軸調整装置に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、光センサは、透過窓の２次元位置変動を検出する２次元光センサであり、光軸調節手段は、このような光センサの検出値に基づいて検査光の光軸を２次元的に調節するという手段を採用する。
【０００７】
光軸調整装置に係わる第３の手段として、上記第１または第２の手段において、対象物は排ガスであり、検査光は、排ガスに含まれる各成分の吸収スペクトルに応じた波長のレーザ光であるという手段を採用する。
【０００８】
一方、本発明では、光軸調整方法に係わる第１の手段として、対象物の通過路に設けられた透過窓に照射した検査光の透過光に基づいて対象物の状態を検査する場合において、透過窓の位置変動に対して検査光の光軸を調整する方法であって、通過路に位置検出光を放射する光照射手段を固定配置することにより、透過窓の位置変動を位置検出光の光軸の変化として検出し、この位置検出光の光軸の変化に基づいて検査光の光軸を調節するという手段を採用する。
【０００９】
光軸調整方法に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、位置検出光の光軸の２次元的な変動を検出することにより透過窓の２次元位置変動を検出し、検査光の光軸を２次元的に調節するという手段を採用する。
【００１０】
光軸調整方法に係わる第３の手段として、上記第１または第２の手段において、対象物は排ガスであり、検査光は、排ガスに含まれる各成分の吸収スペクトルに応じた波長のレーザ光であるという手段を採用する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係わる光軸調整装置及び方法の一実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係わる光軸調整装置のシステム構成である。この図において、符号１は煙道（通過路）、２は透過窓、３は位置検出用レーザ光源（光照射手段）、４はリニアアレイセンサ（光センサ）、５は制御駆動部、６は照射側光軸調節部、７は受光側光軸調節部、８はレーザ発振器、９Ａ〜９Ｃは受光器、またＸは排ガス（対象物）である。なお、制御駆動部５及び照射側光軸調節部６は、本発明の光軸調節手段Ｋを構成する構成要素である。
【００１３】
煙道１は、石炭焚き、重油焚きあるいはガス焚きのボイラの排ガスＸを導くものであり、例えば直径１０ｍの円管形状に形成されている。排ガスＸは、例えば５００°Ｃ程度の高温ガスであり、例えば酸化硫黄（ＳＯ2）、一酸化窒素（ＮＯ）及びアンモニア（ＮＨ3）等の成分を含んでいる。透過窓２は、このような煙道１の途中部位に設けられており、光の透過が可能なように例えば耐熱ガラスによって形成されている。なお、この図では、１つの透過窓２（出射側透過窓）が描かれているが、当該出射側透過窓２に対向する位置にも透過窓２（入射側透過窓）が設けられている。これら１対の透過窓２は、図示するように垂直方向に延在する煙道１の中心軸線を挟むように対向配置されている。
【００１４】
照射側光軸調節部６は、このような入射側透過窓２に光軸及び波長が互いに異なる３つの検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3（検査光）を入射させるものであり、制御駆動部５による制御の下に検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3の光軸を入射側透過窓２に対向する垂直平面内で移動させることにより、入射側透過窓２に対する検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3の２次元位置を調節する。
【００１５】
この照射側光軸調節部６は、例えば各検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3を反射すると共に上記垂直平面内の水平方向（左右方向）に移動自在な反射鏡（垂直反射鏡）と、該垂直反射鏡から出射された各検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3を反射すると共に上記垂直平面内の垂直方向（上下方向）に移動自在な反射鏡（水平反射鏡）とから構成されている。このような構成を採用することにより、照射側光軸調節部６は、各検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3の光軸を入射側透過窓２に対して２次元的に変位させる。
【００１６】
レーザ発振器８は、このような上記照射側光軸調節部６に対して、所定波長の検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3を発振し出射するものである。各検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3の波長は、濃度測定しようとする上記酸化硫黄（ＳＯ2）、一酸化窒素（ＮＯ）及びアンモニア（ＮＨ3）の各吸収スペクトルに設定されている。
【００１７】
受光側光軸調節部７は、上記照射側光軸調節部６と同様に構成されており、出射側透過窓２から出射される各検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3の透過光ｐt1〜ｐt3を反射して受光器９Ａ〜９Ｃに入射させる。上述したように各検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3の光軸は照射側光軸調節部６によって変位するように構成されているので、受光側光軸調節部７は、出射側透過窓２に対向する垂直平面内において２次元移動することにより、各透過光ｐt1〜ｐt3を確実に反射して受光器９Ａ〜９Ｃに入射させる。
【００１８】
受光器９Ａ〜９Ｃは、各透過光ｐt1〜ｐt3に対応して設けられており、各々に透過光ｐt1〜ｐt3の強度に応じた電気信号を出力する。当該電気信号は、図示しない演算装置によって演算処理されることにより、上記酸化硫黄（ＳＯ2）、一酸化窒素（ＮＯ）及びアンモニア（ＮＨ3）の濃度が取得される。
【００１９】
位置検出用レーザ光源３は、出射側透過窓２近傍の煙道１上に固定配置されており、位置検出用レーザ光ｐrをリニアアレイセンサ４に向けて照射する。位置検出用レーザ光源３は、位置検出用レーザ光ｐrが煙道１の伸縮による出射側透過窓２の位置変動をより正確に示すように出射側透過窓２近傍に設けられる。また位置検出用レーザ光ｐrの光軸は、出射側透過窓２に対向する垂直平面に直交するするように設定されている。
【００２０】
リニアアレイセンサ４は、上記位置検出用レーザ光ｐrの光軸の２次元位置を検出し、検出値ｓを制御駆動部５に出力する。リニアアレイセンサ４の検出面はは、出射側透過窓２に対向する垂直平面と面一に設定されており、当該垂直平面内の２次元位置（水平位置と垂直位置）を検出値ｓとして出力する。制御駆動部５は、検出値ｓを制御量として照射側光軸調節部６及び受光側光軸調節部７による光軸変位を制御するものである。
【００２１】
次に、このように構成された光軸調整装置の動作について詳説する。
【００２２】
本光軸調整装置によれば、位置検出用レーザ光源３が出射側透過窓２近傍の煙道１上に固定配置されているので、煙道１の伸縮による出射側透過窓２の変位は、位置検出用レーザ光源３からリニアアレイセンサ４に照射される位置検出用レーザ光ｐrの光軸の変位と等価である。また、煙道１の同一位置における水平断面の伸縮状態はほぼ同一と考えられるので、入射側透過窓２の変位は出射側透過窓２の変位同様であると考えられる。したがって、位置検出用レーザ光ｐrの光軸変位は、入射側透過窓２及び出射側透過窓２の変位と同等である。
【００２３】
このようにして入射側透過窓２及び出射側透過窓２の変位と同様な位置検出用レーザ光ｐrの光軸変位（２次元的変位）は、ニアアレイセンサ４によって検出され、検出値ｓとして制御駆動部５に供給される。そして、制御駆動部５は、この検出値ｓを制御量として照射側光軸調節部６を制御することにより、入射側透過窓２の変位に追従するように各検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3の光軸を調節する。したがって、各検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3は、確実に入射側透過窓２に照射されると共に煙道１内の排ガスＸに照射され、透過光ｐt1〜ｐt3として出射側透過窓２から出射する。
【００２４】
また、制御駆動部５は、このような照射側光軸調節部６に同期して受光側光軸調節部７を制御するので、照射側光軸調節部６による各透過光ｐt1〜ｐt3（すなわち検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3）の光軸変位に追従するように、各透過光ｐt1〜ｐt3を確実に反射して受光器９Ａ〜９Ｃに入射させる。したがって、煙道１の伸縮に関わりなく、酸化硫黄（ＳＯ2）、一酸化窒素（ＮＯ）及びアンモニア（ＮＨ3）の濃度が確実に取得される。
【００２５】
なお、上記実施形態では、位置検出用レーザ光ｐrの光軸の２次元位置を検出するリニアアレイセンサ４を用いる共に、照射側光軸調節部６及び受光側光軸調節部７についても光軸を２次元的に変位させるものを用いることにより、透過窓の２次元的な位置変動に対して検査用レーザ光ｐ1〜ｐ3及び透過光ｐt1〜ｐt3の光軸を同じく２次元的に追従させるようにした。しかしながら、２次元のいずれか１軸のみにおける透過窓２の位置変動を考慮すれば良い場合も考えられる。この場合には、リニアアレイセンサ４、照射側光軸調節部６及び受光側光軸調節部７を１軸対応に変更すれば良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、透過窓の位置変動に対して検査光の光軸を追従変化させることができるので、検査光が確実に透過窓に照射、かつ検査光の透過光を取得することができ、よって対象物の状態を確実に検査することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係わる光軸調整装置のシステム構成図である。
【符号の説明】
１……煙道（通過路）
２……透過窓
３……位置検出用レーザ光源（光照射手段）
４……リニアアレイセンサ（光センサ）
５……制御駆動部
６……照射側光軸調節部
７……受光側光軸調節
８……レーザ発振器
９Ａ〜９Ｃ……受光器
Ｘ……排ガス（対象物）
【図１】
0003923357.tif 000002