JP2005257358A - Gas measuring instrument and gas measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、赤外線を利用したガス測定装置およびガス測定方法に関する。 The present invention relates to a gas measuring device and a gas measuring method using infrared rays.
従来のガス測定装置として、赤外線の吸収率と被測定対象ガスの濃度とが密接に相関していることを利用して、ガス濃度を測定する赤外線式ガス検知装置があった。このような赤外線式ガス検知装置は被検知ガスを封入するガスセルを備え、赤外線を照射する光源から供給される赤外線を、ガスセルを介して赤外線センサが受光する。そして、赤外線センサの光源側には被検知ガスが吸収する赤外線に対してのみ高い透過率を有するバンドパスフィルタが設けられており、被検知ガスが存在しないときに得られる赤外線センサの検知信号(基準検知信号)を基準として、検知信号の減少割合に基づいて、被検知ガスの濃度を測定する(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記従来のガス測定装置にあっては、測定対象ガスが一種類の場合の単一ガス測定であるため、複数種類の測定対象ガスがある場合には、測定対象ガス毎にガス測定装置を設けるか、または測定対象ガス毎に赤外光源や赤外線センサを交換して、新たな測定対象ガスを注入し排出する等の処理を行う必要があり、測定に多くの労力と時間を要するという事情があった。また、被測定ガスが存在しない状態に測定された基準検知信号に基づいてガスの測定を行っていたが、実際にガスを測定するときの、赤外光源からの光量の変化等、測定環境の変化によって正確な測定を行うことができない場合があった。 However, in the conventional gas measurement device, since the measurement gas is a single gas measurement when there is one kind of measurement target gas, when there are a plurality of types of measurement target gases, the gas measurement device is provided for each measurement target gas. It is necessary to perform a process such as injecting and discharging a new measurement target gas by replacing the infrared light source or infrared sensor for each measurement target gas, and it takes a lot of labor and time for measurement. There was a situation. In addition, the gas was measured based on the reference detection signal measured in the absence of the gas to be measured, but the measurement environment such as the change in the amount of light from the infrared light source when actually measuring the gas was measured. In some cases, accurate measurement could not be performed due to changes.
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、簡単かつ正確に複数種類の測定対象ガスを同時に測定することが可能なガス測定装置およびガス測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and an object thereof is to provide a gas measuring device and a gas measuring method capable of simultaneously measuring a plurality of types of measurement target gas easily and accurately. To do.
本発明のガス測定装置は、所定の波長の赤外光を検出する基準赤外線センサを含み、赤外光源からの赤外光を、被測定ガスを介して複数の異なる波長の光をそれぞれ検出する複数の赤外線センサと、
前記複数の赤外線センサのうち、少なくとも、測定対象となるガスの固有赤外線吸収波長の赤外光を受光する赤外線センサの検出信号を、前記基準赤外線センサの検出信号に基づいて正規化する測定対象正規化手段と、
を備える。
The gas measurement apparatus of the present invention includes a reference infrared sensor that detects infrared light of a predetermined wavelength, and detects infrared light from an infrared light source and light of a plurality of different wavelengths through the gas to be measured. Multiple infrared sensors;
Among the plurality of infrared sensors, at least a measurement target normalization that normalizes a detection signal of an infrared sensor that receives infrared light having an intrinsic infrared absorption wavelength of a gas to be measured based on the detection signal of the reference infrared sensor And
Is provided.
この構成により、異なる波長の赤外光をそれぞれ検出する複数の赤外線センサの検出信号を、赤外光源の赤外線強度等の変化に左右されずに測定環境が同じ状態で測定可能な基準赤外線センサの検出信号に基づいて正規化するので、複数種類の測定対象ガスを簡単かつ正確に測定することができる。 With this configuration, the reference infrared sensor that can measure the detection signals of a plurality of infrared sensors that detect infrared light of different wavelengths in the same measurement environment without being influenced by changes in the infrared intensity of the infrared light source, etc. Since normalization is performed based on the detection signal, a plurality of types of measurement target gases can be measured easily and accurately.
また、本発明のガス測定装置において、前記複数の赤外線センサはそれぞれ異なる感度波長を有する。 In the gas measurement device of the present invention, the plurality of infrared sensors have different sensitivity wavelengths.
この構成により、異なる波長にそれぞれ対応した複数の赤外線センサの検出信号を用いて検出するので、複数種類の測定対象ガスを簡単かつ正確に測定することができる。 With this configuration, detection is performed using detection signals from a plurality of infrared sensors respectively corresponding to different wavelengths, so that a plurality of types of measurement target gases can be measured easily and accurately.
また、本発明のガス測定装置は、前記赤外光源からの赤外光から複数の異なる波長を選択する波長選択手段をさらに備え、前記複数の赤外線センサは前記選択された複数の異なる波長の光をそれぞれ検出する。 The gas measuring device of the present invention further includes wavelength selecting means for selecting a plurality of different wavelengths from the infrared light from the infrared light source, and the plurality of infrared sensors are the light of the selected plurality of different wavelengths. Are detected respectively.
この構成により、波長選択手段により、複数の赤外線センサを複数の異なる波長にそれぞれ対応するように波長を選択するので、複数種類の測定対象ガスを簡単かつ正確に測定することができる。 With this configuration, the wavelength selection means selects the wavelengths so that the plurality of infrared sensors correspond to the plurality of different wavelengths, respectively, and therefore it is possible to easily and accurately measure a plurality of types of measurement target gases.
また、本発明のガス測定装置において、前記波長選択手段は前記赤外光源からの赤外光を分光して前記異なる波長の光を出力する分光器を含む。 In the gas measurement device of the present invention, the wavelength selection unit includes a spectroscope that splits infrared light from the infrared light source and outputs light of different wavelengths.
この構成により、波長選択手段を簡単に且つ小型にすることができ、持ち運び可能なガス測定装置を提供することができる。 With this configuration, it is possible to provide a portable gas measuring device in which the wavelength selecting means can be easily and miniaturized.
また、本発明のガス測定装置において、前記波長選択手段は、前記複数の赤外線センサに対応して設けられた複数の赤外線フィルタを含む。 In the gas measurement device of the present invention, the wavelength selection means includes a plurality of infrared filters provided corresponding to the plurality of infrared sensors.
この構成により、波長選択手段を簡単にすることができ、複雑な光学素子が不要なため保守が少なく堅牢なガス測定装置を提供することができる。 With this configuration, it is possible to simplify the wavelength selection means, and to provide a robust gas measuring apparatus with little maintenance because a complicated optical element is unnecessary.
また本発明のガス測定装置は、前記赤外光源の発光波長出力特性、前記波長選択手段の各選択波長毎の波長選択特性、および前記複数の赤外線センサの各センサ毎の受光波長感度特性のうち、少なくとも一つの特性に基づいて、波長毎の発光出力、選択波長透過率および各検出波長毎の受光波長感度が略均一になるように前記赤外線センサからの出力信号を補正する受発光波長特性補正手段をさらに備える。 Further, the gas measuring device of the present invention includes a light emission wavelength output characteristic of the infrared light source, a wavelength selection characteristic for each selected wavelength of the wavelength selection means, and a received wavelength sensitivity characteristic for each sensor of the plurality of infrared sensors. Based on at least one characteristic, light emission / emission wavelength characteristic correction for correcting the output signal from the infrared sensor so that the light emission output for each wavelength, the selected wavelength transmittance, and the light receiving wavelength sensitivity for each detection wavelength are substantially uniform Means are further provided.
この構成により、赤外光源の発光波長出力特性および波長選択手段の各選択波長毎の波長選択特性および複数の赤外線センサの各センサ毎の受光波長感度特性のうちに少なくとも一つの特性に基づいて、波長毎の発光出力および選択波長透過率および各検出波長毎の受光波長感度が見掛け上、均一になるように赤外線センサ信号を補正するので、複数種類の測定対象ガスを簡単かつ正確に測定することができる。 With this configuration, based on at least one of the emission wavelength output characteristics of the infrared light source, the wavelength selection characteristics for each selected wavelength of the wavelength selection means, and the received wavelength sensitivity characteristics for each sensor of the plurality of infrared sensors, Since the infrared sensor signal is corrected so that the emission output and selected wavelength transmittance for each wavelength and the received light wavelength sensitivity for each detection wavelength are apparently uniform, multiple types of measurement target gases can be measured easily and accurately. Can do.
また、本発明のガス測定装置は、前記正規化される前の信号に関して、前記発光波長出力特性、前記波長選択特性および前記受光波長感度特性のうち少なくとも一つと、前記被測定ガスの赤外線センサ検出信号との相関に基づいて作成された受発光波長特性補正テーブルが記憶された受発光波長特性補正テーブル記憶手段をさらに備え、
前記受発光波長特性補正手段は、前記受発光波長特性補正テーブルを参照して前記正規化される前の信号の補正を行う。
Further, the gas measuring device of the present invention is configured to detect at least one of the emission wavelength output characteristic, the wavelength selection characteristic, and the light receiving wavelength sensitivity characteristic with respect to the signal before normalization, and an infrared sensor detection of the gas to be measured. A light receiving / emitting wavelength characteristic correction table storing means in which a light receiving / emitting wavelength characteristic correction table created based on the correlation with the signal is stored;
The light emitting / receiving wavelength characteristic correcting unit performs correction of the signal before normalization with reference to the light receiving / emitting wavelength characteristic correction table.
この構成により、容易に受発光波長特性に対する補正を行うことができる。 With this configuration, the light receiving / emitting wavelength characteristics can be easily corrected.
また、本発明のガス測定装置は、前記測定時の被測定ガスの温度を検出する温度センサ、および前記測定時の被測定ガスの圧力を検出する圧力センサのうち、少なくとも一方を有する測定環境検出手段と、
前記測定環境検出手段の検出結果に基づいて、前記正規化された信号が環境変化に依存しないように環境変化に対して補正する測定環境特性補正手段と、をさらに備える。
Further, the gas measuring device of the present invention is a measurement environment detection having at least one of a temperature sensor for detecting the temperature of the gas under measurement at the time of measurement and a pressure sensor for detecting the pressure of the gas under measurement at the time of measurement. Means,
Measurement environment characteristic correcting means for correcting the environmental change so that the normalized signal does not depend on the environmental change based on the detection result of the measurement environment detecting means.
この構成により、被測定ガスの温度または圧力に起因する測定結果の変化にも追従することが可能となり、より正確な測定結果を得ることができる。 With this configuration, it is possible to follow a change in the measurement result due to the temperature or pressure of the gas to be measured, and a more accurate measurement result can be obtained.
また、本発明のガス測定装置は、前記正規化された信号に関して、前記温度および前記圧力のうち少なくとも一方と前記被測定ガスの濃度との相関に基づいて作成された測定環境特性補正テーブルが記憶された測定環境特性補正テーブル記憶手段をさらに備え、
前記測定環境特性補正手段は、前記測定環境特性補正テーブルを参照して前記正規化された信号の測定環境特性補正を行う。
Further, the gas measuring apparatus of the present invention stores a measurement environment characteristic correction table created based on a correlation between at least one of the temperature and the pressure and the concentration of the gas to be measured with respect to the normalized signal. The measurement environment characteristic correction table storage means is further provided,
The measurement environment characteristic correction unit performs measurement environment characteristic correction of the normalized signal with reference to the measurement environment characteristic correction table.
この構成により、容易に温度または圧力に対する補正を行うことができる。 With this configuration, correction for temperature or pressure can be easily performed.
また、本発明のガス測定装置は、前記正規化および前記補正がなされた信号を、前記測定対象ガス毎に濃度信号に変換する濃度変換手段をさらに備える。 In addition, the gas measurement device of the present invention further includes concentration conversion means for converting the normalized and corrected signal into a concentration signal for each measurement target gas.
この構成により、測定対象ガスの測定結果として、その濃度情報を得ることができる。 With this configuration, the concentration information can be obtained as the measurement result of the measurement target gas.
また、本発明のガス測定装置では、前記濃度変換手段は前記濃度変換テーブルを参照して前記濃度変換を行う。 In the gas measuring device of the present invention, the concentration conversion means performs the concentration conversion with reference to the concentration conversion table.
この構成により、容易に濃度変換を行うことができる。 With this configuration, the density conversion can be easily performed.
また、前記所定の波長は、被測定ガス中の赤外線透過率が所定値以上となる波長である。 The predetermined wavelength is a wavelength at which the infrared transmittance in the gas to be measured is a predetermined value or more.
この構成により、基準赤外線センサとして赤外線透過率が高い波長に対応したものを選択すれば、基準赤外線センサの出力は大気中に含まれるガスに起因して変化することが少ないので、安定して正確な測定結果を得ることができる。 With this configuration, if a reference infrared sensor corresponding to a wavelength with high infrared transmittance is selected, the output of the reference infrared sensor is less likely to change due to gas contained in the atmosphere. Measurement results can be obtained.
また、前記複数の赤外線センサが、1次元または2次元のアレイ状に配置されてケースに格納された赤外線センサユニットを有する。 The plurality of infrared sensors have an infrared sensor unit arranged in a one-dimensional or two-dimensional array and stored in a case.
この構成により、前記複数の赤外線センサを整列して配置し、赤外ユニットとして筐体に収納するので、ガス測定装置を小型化することができる。 With this configuration, the plurality of infrared sensors are aligned and housed in the housing as an infrared unit, so that the gas measuring device can be reduced in size.
また、前記複数の赤外線センサは、焦電型赤外線センサである。 The plurality of infrared sensors are pyroelectric infrared sensors.
この構成により、赤外線センサが焦電型赤外線センサであるため、モジュール化等の小型化が可能となり、可搬型のガス測定器を実現することができる。 With this configuration, since the infrared sensor is a pyroelectric infrared sensor, downsizing such as modularization is possible, and a portable gas measuring instrument can be realized.
本発明のガス測定方法は、被測定ガスを通過させた赤外光源からの赤外光より所定の波長の光と、測定対象となるガスの固有赤外線吸収波長の赤外光を検出するステップと、
前記測定対象となるガスの固有赤外線吸収波長に対応した赤外線センサの検出信号を、前記基準赤外線センサの検出信号に基づいて正規化するステップと、
を備える。
The gas measurement method of the present invention includes a step of detecting light having a predetermined wavelength from infrared light from an infrared light source that has passed a gas to be measured, and infrared light having an intrinsic infrared absorption wavelength of the gas to be measured. ,
Normalizing the detection signal of the infrared sensor corresponding to the intrinsic infrared absorption wavelength of the gas to be measured based on the detection signal of the reference infrared sensor;
Is provided.
この方法により、異なる波長の赤外光をそれぞれ検出する複数の赤外線センサの検出信号を、赤外光源の赤外線強度等の変化に左右されずに測定環境が同じ状態で測定可能な基準赤外線センサの検出信号に基づいて正規化するので、複数種類の測定対象ガスを簡単かつ正確に測定することができる。 By this method, the detection signal of a plurality of infrared sensors that respectively detect infrared light of different wavelengths can be measured by a reference infrared sensor that can be measured in the same measurement environment without being affected by changes in the infrared intensity of the infrared light source. Since normalization is performed based on the detection signal, a plurality of types of measurement target gases can be measured easily and accurately.
本発明によれば、簡単かつ正確に複数種類の測定対象ガスを測定することが可能なガス測定装置およびガス測定方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gas measuring device and gas measuring method which can measure several types of measuring object gas easily and correctly can be provided.
以下、本発明のガス測定装置およびガス測定方法の実施形態として、大気ガス測定装置および大気ガス測定方法について、図面を用いて説明する。なお、本実施形態では、被測定ガスを大気ガスとし、測定対象ガスとして温室効果ガスや排気ガス等を測定する大気ガス測定装置および大気ガス測定方法を例にとって説明する。 Hereinafter, as an embodiment of a gas measuring device and a gas measuring method of the present invention, an atmospheric gas measuring device and an atmospheric gas measuring method will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an explanation will be given by taking as an example an atmospheric gas measuring apparatus and an atmospheric gas measuring method for measuring a greenhouse gas, an exhaust gas, or the like as a measurement target gas.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の大気ガス測定装置の概略構成を示す図である。図1に示すように、大気ガス測定装置10は、赤外光源1からの赤外線を、大気ガス2を介して測定するものである。赤外光源1としては、太陽光のほか、800nmから12μm程度の広帯域の波長成分を持ち、各波長における出力がほぼ一定である赤外線等を発生する光源でもよく、また測定に必要な波長成分を持つ単独赤外発光源を寄せ集めたものでも良い。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an atmospheric gas measurement device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the atmospheric
まず、本実施形態の大気ガス測定装置および測定方法の原理について説明する。前述したようにガスの種類によって、そのガス毎に固有の波長の赤外線を吸収する特質をもっている。例えば、大気ガス2中に含まれる炭酸ガスやメタンガス等の地球温暖化の原因になっている温室効果ガスや、NOx、SOx、COx等の排気ガス等では、例えば、メタンガスは約3.311μm、二酸化炭素は約4.35μm、一酸化炭素は約4.65μm、一酸化窒素は約5.26μm、二酸化窒素は約6.21μm等の波長の赤外線を吸収する特質を持っている。また、赤外光の吸収率は各被測定対象ガスの濃度に対して指数関数的に比例する関係にある。
First, the principle of the atmospheric gas measurement device and measurement method of this embodiment will be described. As described above, depending on the type of gas, each gas has a characteristic of absorbing infrared light having a specific wavelength. For example, in the greenhouse gas that causes global warming such as carbon dioxide gas and methane gas contained in the
このため、測定対象ガスを通過させた対象ガス固有の吸収波長の赤外光を赤外線センサで検出し測定した時の出力は、測定対象ガスの濃度の増加に対し指数関数的に減少する。各固有波長の赤外線を吸収する特質を持つ、つまり、ある固有波長の赤外線を吸収する測定対象ガスの濃度が高くなると、その測定対象ガスによりその固有波長の赤外線も多く吸収されるようになるので、その固有波長の赤外線を測定する赤外線センサの測定出力は低下する。一方、その測定対象ガスの濃度が低くなれば、その固有波長の赤外線を測定している赤外線センサの測定出力は高くなる関係にある。 For this reason, the output when the infrared light having the absorption wavelength unique to the target gas that has passed through the measurement target gas is detected and measured by the infrared sensor decreases exponentially with the increase in the concentration of the measurement target gas. Because it has the property of absorbing infrared of each specific wavelength, that is, when the concentration of the measurement target gas that absorbs infrared of a specific wavelength increases, the measurement target gas also absorbs a large amount of infrared of that specific wavelength. The measurement output of the infrared sensor that measures the infrared light of the specific wavelength decreases. On the other hand, if the concentration of the measurement target gas is low, the measurement output of the infrared sensor that measures the infrared light of the specific wavelength is high.
本実施形態の大気ガス測定装置10は、大気ガス2を通過した赤外光源1からの赤外光を受光する複数個の赤外線センサ11〜1Nが、その受光量に応じた測定出力を発生し、測定時の測定環境に基づき調整処理をしてガスの濃度を求めるものである。
In the atmospheric
次に、この第1の実施形態の大気ガス測定装置10の内部構成について説明する。本実施形態の大気ガス測定装置10は、図1に示すように、異なるN(Nは2以上の任意の整数)個の波長の光を選択する波長選択手段40と、波長選択手段40により選択されたN個の波長に対応して設けられるN個の赤外線センサ11〜1Nと、各赤外線センサ11〜1Nからの測定出力を夫々増幅する増幅器21〜2Nと、各赤外線センサ11〜1Nの測定時の温度を測定する温度センサ31と、その測定時の気圧を測定する気圧センサ32と、演算処理部33と、演算処理部33に内蔵または隣接して設けられ、補正テーブルや濃度変換テーブル等の参照テーブル等が記憶されたRAMやROM等の記憶部34とを有している。
Next, the internal configuration of the atmospheric
波長選択手段40は、N個の波長フィルター41〜4Nを有し、赤外光源1からの赤外光を、異なるN個の波長の光を出力する。
The
赤外線センサ11〜1Nは、波長選択手段40の波長フィルター41〜4Nの近傍にそれぞれ設けられる。また、N個の赤外線センサ11〜1Nのうち少なくとも1個以上の赤外線センサは基準となる検出信号を出力する赤外線センサであり、それに対応した波長選択手段40の波長フィルターは被測定ガスの吸収波長以外の所定の波長選択特性を有する。本実施形態においては、この基準となる検出信号を出力する赤外線センサが、赤外線センサ1Nの1個の場合を例にとって説明する。
The
この所定の波長は、大気ガス2中に含まれるどのガスにも吸収されにくい波長が好ましい。この場合、大気ガスを測定する際に、大気ガス2中に含まれるガスによる影響がないため、安定して正確な測定を行うことが可能となる。
The predetermined wavelength is preferably a wavelength that is not easily absorbed by any gas contained in the
ここで、大気ガス2中に含まれるどのガスにも吸収されにくい波長としては、大気中の赤外線透過率が所定値、例えば70%以上となる波長帯域である。具体的には、気温25度、1気圧の条件で、赤外線透過率が70%以上となる波長は、約1.5μm以上約1.7μm以下、約2.1μm以上約2.3μm以下、3.8μm以上約4.0μm以下、約8.4μm以上約9.3μm以下、約9.9μm以上約12.7μm以下、等である。したがって、波長フィルター4Nの選択波長は、これらの波長に含まれていることが好ましい。また、各々の波長フィルター41〜4Nの選択波長には帯域幅を有するがこの帯域幅はできるだけ不要な波長を含まないほうが好ましくその値は、0.1μm程度が好ましい。
Here, the wavelength that is hardly absorbed by any gas contained in the
演算処理部33はA/D変換およびD/A変換機能を有し、赤外光測定時の測定環境に基づいたリアルタイムの正規化処理や、赤外光源1の発光波長出力特性と波長選択手段40の波長選択特性と各赤外線センサ11〜1Nの受光波長感度特性とのうち少なくとも一つの特性に基づく受発光波長特性補正処理や、温度や気圧に基づく測定環境特性補正処理等の調整処理や、濃度変換処理を行って、複数種類の被測定対象ガスの濃度を求める。
The
記憶部34には、接続されている各赤外線センサ11〜1Nと、波長選択手段40で選択された受光波長とが対応付けられて記憶されている。
In the
次に、本実施形態の大気ガス測定装置10の動作を説明する。
Next, operation | movement of the atmospheric
大気ガス2を通過した赤外光源1からの赤外光は、波長選択手段40を通過する。波長選択手段40は、大気ガス2中に含まれる複数種類の測定対象ガス夫々の固有吸収波長の光及び大気ガス2中に含まれるどの物質にも吸収されにくい波長の光とをN種類選択する。夫々の選択された波長の光は、その選択された波長と1対1で対応する複数個の赤外線センサ11〜1Nに夫々投射される。
The infrared light from the infrared
赤外線センサ11〜1Nは、投射された夫々の波長の光の入射赤外光量を測定し、測定した値を電気信号に変換して増幅器21〜2Nへ出力する。そして、増幅器21〜2Nによって、各赤外線センサ11〜1Nからの測定出力が所定の倍率で信号増幅して演算処理部33へ出力される。また、温度センサ31および気圧センサ32は、それぞれ、赤外光量測定時の大気中の温度および気圧を検出して演算処理部33へ出力する。
The
演算処理部33は、先ず、増幅器21〜2NのN個の出力信号をA/D変換する。そして、測定のハードウェアである赤外光源1、波長フィルター41〜4N、および赤外線センサ11〜1Nについて、各波長毎の個々の特性のばらつきによる誤差を最小限にするため受発光波長特性補正等の調整処理を行う。
The
この受発光波長特性補正は、たとえば、演算処理部33が記憶部34を利用することで行われる。記憶部34には、予め、赤外光源1の波長別発光強度を示す発光波長出力特性、波長選択手段40の各波長別透過率を示す波長選択特性、および各赤外線センサ11〜1Nの波長別受光感度を示す受光波長感度特性における夫々のN個の波長別特性と、被測定ガスの赤外線センサ検出信号との相関に基づいて作成されたに受発光波長特性テーブルが記憶されている。そして、演算処理部33は、この受発光波長特性テーブルに基づいて、これらの波長別特性、すなわち各ハードウェア毎に関して波長特性が見掛け上すべて均一になるようにA/D変換されたN個の出力に対してリアルタイムでN個の出力を補正する受発光波長特性補正等の調整処理を行う。なお、この受発光波長特性補正は、発光波長出力特性、波長選択特性、受光波長感度特性のうち少なくとも一つに基づいて行われればよい。
This light receiving / emitting wavelength characteristic correction is performed by the
次に、赤外光源1の発光強度の変化や、大気ガス2中を通過する際の赤外線の透過強度の変化に対しても測定精度を向上させることができるように、測定環境変化に基づく補正処理の一つとして、固有ガスのセンシング信号である各赤外線センサ11〜1(N−1)からの増幅および受発光波長特性補正がなされた後の値を、大気ガス2中に含まれるどの物質にも吸収されにくい波長の光を測定する赤外線センサ1Nからの信号を増幅した増幅器2Nの出力信号の特性補正後の値で除する等の処理を行って正規化処理をする。
Next, correction based on changes in the measurement environment so that the measurement accuracy can be improved with respect to changes in the emission intensity of the infrared
さらに、ガスの濃度は温度および気圧に対し変化が大きいため、演算処理部33では、測定環境変化に基づく補正処理の一つとして、温度センサ31と気圧センサ32のうち少なくとも一方の検出出力に基づいて、正規化した赤外線センサ11〜1(N−1)の出力信号の値を、基準温度または基準気圧のときの値になるようにリアルタイムで測定環境特性補正等の調整処理を行う。
Further, since the gas concentration greatly changes with respect to the temperature and the atmospheric pressure, the
温度圧力等の測定環境変化に対する補正については、温度および圧力のうち少なくとも一方の値と、各ガスの濃度との関係を予め測定して、正規化された赤外線センサ11〜1(N−1)を補正するための測定環境特性補正テーブルを作成して記憶部34に記憶しておき、正規化した赤外線センサ11〜1(N−1)の出力信号と、温度センサ31および気圧センサ32の少なくとも一方とからの検出出力を入力にして、測定環境特性補正テーブルの値を参照して、測定環境特性補正を行う。これにより、簡単に補正処理を行うことができる。
For correction of measurement environment changes such as temperature and pressure, the relationship between at least one of temperature and pressure and the concentration of each gas is measured in advance, and normalized
なお、温度や気圧が、大気ガス2中に含まれるどの物質にも吸収されにくい感度波長をもつ赤外線センサ1Nからの出力信号にも影響を与える場合には、前記正規化処理の前に赤外線センサ1Nからの出力信号の値も補正するか、正規化した赤外線センサ11〜1(N−1)の出力信号の値にその影響がなくなるような補正を行うようにする。
If the temperature or atmospheric pressure also affects the output signal from the
ここで、被測定対象ガス毎にガス濃度に対する赤外線吸収量が異なる。また、上記の正規化および補正を行った信号のレベルは、固有のガス濃度が高いときには低く、固有のガス濃度が低いときには高くなる。そこで、演算処理部33が各ガス毎に正規化および補正された信号を、要求された任意の精度の濃度信号に変換することで、より正確な濃度信号を出力することができる。
Here, the amount of infrared absorption relative to the gas concentration differs for each gas to be measured. Further, the level of the signal subjected to the normalization and correction described above is low when the specific gas concentration is high, and is high when the specific gas concentration is low. Therefore, the
これは、演算処理部33では、各ガス毎に濃度と赤外線センサ11〜1(N−1)の測定出力との関係を予め測定して、各ガス毎に、濃度と、正規化および補正された赤外線センサ11〜1(N−1)の出力との関係を対応付けた濃度変換テーブルを作成して、記憶部34に記憶しておく。そして、濃度変換を行うときには、その濃度変換テーブルを参照して各測定対象ガス毎に濃度変換を行う。これにより、簡単に濃度変換処理を行うことができる。
This is because the
演算処理部33は、以上説明したような正規化や補正等の調整処理、および濃度変換処理を赤外線センサ11〜1(N−1)の各測定出力に対して行ない、必要に応じて、各赤外線センサ11〜1(N−1)による各測定対象ガスの測定濃度としてディジタル値で出力したり、また必要あればD/A変換をしてアナログ値で出力したり、また必要に応じて数字表示等の出力を行う。
The
このような本発明の第1の実施形態の大気ガス測定装置および大気ガス測定方法によれば、被測定対象物である大気中のガス2を介し赤外光源1からの赤外光を、大気中のガスにより吸収されにくい波長を含めた複数個の吸収波長を選択する波長選択手段40と、選択した波長に夫々対応した複数個の赤外線センサ11〜1Nを設け、それら複数個の赤外線センサ11〜1Nにより受光し、吸収されにくい波長の赤外線センサNの測定出力を用いて、他の赤外線センサ11〜1(N−1)の測定出力を正規化すると共に、参照テーブルを用いて発光波長出力特性、波長選択特性、受光波長感度特性により受発光赤外光測定条件を均一にするために測定出力を受発光波長特性補正し、さらに測定時の温度と気圧を計測してその値により測定出力を測定環境特性補正し、濃度換算を行うことにより、大気ガス2中に含まれる複数種類の被測定対象ガスの濃度を測定する場合でも、赤外光源1および波長選択手段40および赤外線センサ11〜1Nの夫々について個々の特性の違いや、測定環境の変化や赤外光源1の出力変化や、温度や気圧等の測定環境の変化に依存せず、簡単かつ正確に一度に測定することができる。
According to the atmospheric gas measuring apparatus and the atmospheric gas measuring method of the first embodiment of the present invention, the infrared light from the infrared
なお、上記第1の実施形態の説明では、説明の便宜上、大気ガス2中に含まれるどの物質にも吸収されにくい波長として1波長について説明したが、本発明では、これに限らず、2波長でも、3波長でも、少なくとも1波長以上であれば良い。このような大気ガス2中に含まれるどの物質にも吸収されにくい波長に対応した赤外線センサの測定出力は、上述したように、大気ガス2中に含まれる被測定対象ガスの濃度を測定する複数個の赤外線センサの測定出力を正規化するために使用するものであるので、このような正規処理のための赤外線センサを多く設けるほど、赤外光源1の発光強度の変化や、大気ガス2中を通過する際の赤外線の透過強度の変化をより正確に検出することが可能となり、各被測定対象ガスの濃度の測定精度をより向上させることが可能になる。
In the description of the first embodiment, for convenience of explanation, one wavelength has been described as a wavelength that is difficult to be absorbed by any substance contained in the
また、演算処理部は、全ての赤外線センサ入力を演算処理する必要はなく、複数個の基準センサ出力を平均、分散等の演算処理をして使用することにより正規化する選択された測定対象ガスの固有吸収波長を含むような波長に対応する赤外線センサからの入力のみを演算処理してもよい。また、予め測定対象ガスを決定している場合は、その測定対象ガスの固有吸収波長の波長選択手段とその波長に対応した赤外線センサのみを配置してもよい。 In addition, the arithmetic processing unit does not need to perform arithmetic processing on all infrared sensor inputs, and the selected measurement target gas that is normalized by using a plurality of reference sensor outputs by performing arithmetic processing such as averaging and dispersion. Only the input from the infrared sensor corresponding to the wavelength including the intrinsic absorption wavelength may be processed. Further, when the measurement target gas is determined in advance, only the wavelength selection means for the intrinsic absorption wavelength of the measurement target gas and the infrared sensor corresponding to the wavelength may be arranged.
また、上記第1の実施形態の説明では、赤外光源1の波長別発光強度を示す発光波長出力特性、波長フィルター41〜4Nを包含する波長選択手段40の各波長別透過率を示す波長選択特性、各赤外線センサ11〜1Nの波長別受光感度を示す受光波長感度特性、の波長別特性の受発光波長特性補正を正規化処理の前に行う場合について説明したが、正規化処理の後に行ってもよい。この場合は、発光波長出力特性、波長選択特性、受光波長感度特性、のそれぞれについて、被測定ガスの波長における特性が基準となる検出信号を出力する赤外線センサ1Nの受光波長である所定の波長における特性と同じになるように、正規化処理後の(N−1)個の信号に対し、受発光波長特性補正処理をする。
Further, in the description of the first embodiment, the wavelength selection indicating the emission wavelength output characteristic indicating the emission intensity for each wavelength of the infrared
また、上記第1の実施形態の説明では、演算処理部33における測定環境に基づく調整処理の一例として、大気ガス2中に含まれるどの物質にも吸収されにくい感度波長を波長選択手段により選択しその波長に対応した赤外線センサによって被測定対象ガスの濃度を測定する複数個の赤外線センサの測定出力を正規化することや、参照テーブルを用いて赤外光源1の波長別発光強度や波長フィルター41〜4Nを包含する波長選択手段40の各波長別透過率や各赤外線センサ11〜1Nの波長別受光感度に対するばらつきの補正処理、および温度と気圧とによる補正処理等を全て行うように説明したが、本発明では、これらに限らず、測定環境によっては、正規化処理や、波長別特性の補正処理や、温度や気圧に基づく補正処理等の処理に不要な処理があれば、省略しても勿論よい。
In the description of the first embodiment, as an example of the adjustment process based on the measurement environment in the
また、本実施形態では、演算処理部33において測定環境に基づく調整処理として、(N−1)個の赤外線センサ11〜1(N−1)からの各測定出力全てに対し正規化処理や参照テーブルを用いての補正処理を一律に行うように説明したが、本発明では、これに限らず、例えば、(N−1)個の赤外線センサ11〜1(N−1)からの測定出力毎に、測定環境に基づく調整処理を変えたり、さらには、各被測定対象ガス毎に基準温度や基準圧力等の測定環境の精度に対する要求が異なっている場合には、測定出力毎に演算精度を変えて演算するようにしても良い。要は、演算処理部33は、被測定対象ガス毎に必要とされる、ないしは最適な測定環境に合わせて、適応的ないしは選択的に調整処理を行えばよい。このようにすれば、重要な被測定対象ガスに対しては、測定環境に基づく調整処理をより細かく行うことが可能となり、効率良く測定することが可能となる。なお、演算処理部33は、図示しないプログラムにより動作するものであるが、半導体回路等を用いてハードウエアにより構成しても勿論よい。
Further, in the present embodiment, as the adjustment processing based on the measurement environment in the
また、本実施形態において、ある重要な測定対象ガスに対しては、複数個の赤外線センサを用いて濃度を測定するようにして勿論良い。このようにすれば、その重要な被測定対象ガスは、複数個の赤外線センサの測定出力を用いて平均や分散等をとることにより、より精度の高い濃度を測定することが可能となる。 In the present embodiment, it is of course possible to measure the concentration of a certain important measurement target gas using a plurality of infrared sensors. In this way, it is possible to measure the concentration of the important measurement target gas with higher accuracy by taking the average, dispersion, and the like using the measurement outputs of the plurality of infrared sensors.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態の大気ガス測定装置について説明する。本発明の第2の実施形態の大気ガス測定装置は、赤外線センサ11〜1Nの具体的配置例を示すもので、図1と重複する部分には同一の符号を付す。
(Second Embodiment)
Next, an atmospheric gas measurement device according to a second embodiment of the present invention will be described. The atmospheric gas measurement device according to the second embodiment of the present invention shows a specific arrangement example of the
本発明の第2の実施形態の大気ガス測定装置おける赤外線センサの配列の一例を、図2および図3に示す。 An example of the arrangement of the infrared sensors in the atmospheric gas measurement device according to the second embodiment of the present invention is shown in FIGS.
図2は、N個の赤外線センサ11〜1Nをアレイ状に配列して1つのケースに集積し、小型化したアレイ状赤外線センサユニット1Aであり、図3は、N個の赤外線センサ11〜1Nを面状に配列して1つのケースに集積し、小型化した面状赤外線センサユニット1Bである。
FIG. 2 shows a miniaturized array-type
このような本発明の第2の実施形態の大気ガス測定装置によれば、複数個の赤外線センサ11〜1Nを、図2に示す1次元のアレイ状、または図3に示す例えば面状を含む2次元のアレイ状に、整列して配列されるので、赤外線センサ全体の面積を減少させ、大気ガス測定装置の小型化を図ることが可能である。また、これらの赤外線センサをケースに格納して赤外線センサユニット1A、1Bとして提供されるので、赤外線センサの取り扱いが簡単になる。
According to the atmospheric gas measuring apparatus of the second embodiment of the present invention, the plurality of
なお、前記第2の実施の形態の説明では、N個の赤外線センサ11〜1Nを図2に示すようなアレイ状赤外線センサユニット1A、または図3に示す面状赤外線センサユニット1Bとして配列して説明したが、本発明では、これらの配列は一例であり、これらの配列に限定されるものではなく、N個の赤外線センサ11〜1Nを適当に並べても、正方状ではなく、長方形状や、円形状や、円周状等、被測定対象ガスの測定環境に合わせて任意の形状に配列するようにしても勿論良い。
In the description of the second embodiment, N
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態の大気ガス測定装置について説明する。本発明の第3の実施形態は第1の実施形態における波長選択手段40を他の方法で具現化したものである。図4ないし図6は、本発明の第3の実施形態である大気ガス測定装置における波長選択手段40を示す概略構成図である。なお、第1及び第2の実施形態図を示す図1〜図3と重複する部分には同一の符号を付す。
(Third embodiment)
Next, an atmospheric gas measurement device according to a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment of the present invention, the wavelength selection means 40 in the first embodiment is embodied by another method. 4 to 6 are schematic configuration diagrams showing the wavelength selection means 40 in the atmospheric gas measurement device according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which overlaps FIGS. 1-3 which shows the 1st and 2nd embodiment figure.
第1の実施形態の説明では、波長選択手段40として波長フィルター41〜4Nを用いた場合について説明したが、本実施形態では、波長選択手段40としてプリズム、回折格子のような分散型の分光素子や、フーリェ分光素子のような2光測干渉型の分光素子やエタロンのような多重干渉分光素子で代表される干渉型分光素子等の分光器を用いた場合について説明する。
In the description of the first embodiment, the case where the wavelength filters 41 to 4N are used as the
図4は、複数の赤外線センサ11〜1Nと本実施形態の波長選択手段40との関係を示す図であり、複数の赤外線センサとしてアレイ状赤外線センサユニット1Aを用いた場合について示している。なお、図4において、アレイ状赤外線センサユニット1Aは、図2に示されたアレイ状赤外線センサユニットのX−Y断面図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the plurality of
図4に示すように、波長選択手段40は透過型の波長選択手段であり、その中の結像レンズによりアレイ状赤外線センサユニット1Aのセンサ間隔に応じて各センサ上に所望の波長の赤外光を投射することが可能なものである。
As shown in FIG. 4, the
次に、本実施形態の波長選択手段の概略構成を説明する。図5は波長選択手段40が分散型分光素子であるプリズムや透過型回折格子を含む場合の例を示し、図6は波長選択手段40が分散型分光素子である反射型回折格子を含む場合の例を示す。 Next, a schematic configuration of the wavelength selection unit of the present embodiment will be described. FIG. 5 shows an example in which the wavelength selection means 40 includes a prism that is a dispersion type spectroscopic element or a transmission type diffraction grating, and FIG. 6 shows a case in which the wavelength selection means 40 includes a reflection type diffraction grating that is a dispersion type spectroscopic element. An example is shown.
回折格子を用いた場合には、回折基板へのグレーティングを適切に行うことにより必要な波長のみを選択して分光することができ、また所望の方向、位置に分光した光を投射することが出来る。このような分光型の波長選択手段40を用いたときは分光後の光を結像レンズ54により受光素子のサイズに応じて所望の大きさに絞ることが出来るので受光素子である赤外線センサ11〜1Nは第2の実施例で説明したようにコンパクトに、集積化できる。
In the case of using a diffraction grating, it is possible to select and split only the necessary wavelength by appropriately performing grating on the diffraction substrate, and to project the split light in a desired direction and position. . When such a spectral type
図5に示すように、本実施形態の大気ガス測定装置の波長選択手段40において、大気ガス2を通過した赤外光源1からの赤外光は、集光レンズ51でスリット板52のスリットに集光される。スリット板52のスリットを通過し発散した赤外光は、コリメートレンズ53に入って平行光となり、プリズムや透過型回折格子等の透過型分散素子41NAに入射する。透過型分散素子41NAに入射した赤外光は透過型分散素子41NAにより波長スペクトラム状に分光される。分光の大きさを結像レンズ54によって、赤外線センサ11〜1Nが集積されたアレイ状赤外線センサユニット1Aのセンサ間隔に合わせ、夫々の赤外線センサ11〜1N上に集光される。
As shown in FIG. 5, in the
ここでは帯状の分光赤外光に対し、赤外線センサ11〜1Nが集積されたアレイ状赤外線センサユニット1Aは各センサが等間隔に配置された場合でもよく、この場合は基準信号に対応する所定の波長と被測定ガスの吸収波長とに対応させた赤外線センサの出力のみを取り出すようにすればよい。またセンサユニットを作製する時点で予め不要な波長に対応させた赤外線センサを設けないようにしてもよい。
Here, the arrayed
また、回折格子を使用する場合は回折基板へのグレーティングを適切に行うことにより必要な波長のみを選択して分光し、所望の方向、位置に分光した光を投射することが出来るので、図2のような赤外線センサを等間隔に配置したアレイ状赤外線センサユニット1Aや図3のような二次元に配置された面状赤外線センサユニット1Bにも対応できる。
In addition, when a diffraction grating is used, only a necessary wavelength can be selected and dispersed by appropriately performing grating on the diffraction substrate, and the dispersed light can be projected in a desired direction and position. It is also possible to correspond to an array-shaped
図6は、コリメートおよび結像の光学素子としてコリメート鏡57および結像鏡58を用い、分散素子として反射型分散素子41NBを用いた場合を示している。このように、光学系にミラーを用いたことにより、レンズを用いた場合の収差の影響を軽減させることができる。
FIG. 6 shows a case in which a
上述のように、第3の実施形態では、前記第2の実施形態のようにアレイ状赤外線センサユニット1A等によりN個の赤外線センサ11〜1Nを小型化しても、各赤外線センサに選択した波長の赤外光を投射させることができる。その結果、この第3の実施形態によれば、コンパクトに且つ効率よく入射光を集光させることができる。
As described above, in the third embodiment, even if the N
このような本発明の第3の実施の形態の大気ガス測定装置によれば、波長選択手段40にプリズムや回折格子で代表される分散型分光素子を用い赤外光を波長ごとにスペクトラム状に分解できるために、波長選択手段として小型になり、赤外線センサも小さくモジュール化できる。その結果、持ち運びのできる大気ガス測定装置を提供することができる。
According to the atmospheric gas measuring apparatus of the third embodiment of the present invention as described above, the
なお、この第3の実施形態の説明では、分散型分光素子を用いた例について説明したが、エタロン等を用いた干渉型分光素子でも実現できる。 In the description of the third embodiment, an example using a dispersion type spectroscopic element has been described. However, an interference type spectroscopic element using an etalon or the like can also be realized.
(第4の実施形態)
図7は、本発明の第4の実施形態の大気ガス測定装置における赤外線センサの概略構成を示す図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an infrared sensor in the atmospheric gas measurement device according to the fourth embodiment of the present invention.
本発明の第4の実施形態の大気ガス測定装置における赤外線センサとして焦電型赤外線センサを用いた例を示すもので、図1〜図6と重複する部分には同一の符号を付す。 The example which used the pyroelectric infrared sensor as an infrared sensor in the atmospheric gas measuring device of the 4th Embodiment of this invention is shown, and the same code | symbol is attached | subjected to the part which overlaps with FIGS.
この焦電型赤外線センサは、赤外線の受光波長感度特性がほぼ均一で、安定しており、基板上に焦電材料を印刷等で塗布して形成できるので多くのセンサを集積できるために小型で比較的安価に作製でき、多種類の波長つまり多種類のガスを検出することができる。ただし、この焦電型赤外線センサは電荷蓄積型であり、雑音を除去するために入射光をチョッピングし、充放電を繰り返して使用する必要がある。 This pyroelectric infrared sensor is almost uniform and stable in the wavelength sensitivity characteristics of infrared light, and can be formed by applying pyroelectric material on the substrate by printing, etc. It can be produced at a relatively low cost, and can detect many kinds of wavelengths, that is, many kinds of gases. However, this pyroelectric infrared sensor is a charge storage type, and it is necessary to chop incident light and remove and charge it in order to remove noise.
そのため、この第4の実施形態では、図7に示すように、入射光をチョッピングするためのチョッピング用孔61aが形成された円盤61と、円盤61を回転させるためのモータ71と、波長選択手段40の波長フィルター41と、焦電型赤外線センサ11Pyと、焦電型赤外線センサ11Pyのセンサ信号を増幅する増幅器81と、増幅器81よりの矩形状の出力を正弦波に変換したり、あるいは積分して直流信号に変換する低域フィルター91とを有している。なお、その他の図示していない構成は、図1に示す第1の実施形態の構成や、図2、図3に示す第2の実施形態の構成、さらには図4〜図6に示す第3の実施形態の構成が適用可能である。
Therefore, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 7, a
次に動作を説明する、図7に示す本発明の第4の実施形態の大気ガス測定装置では、第1の実施形態で説明した赤外光源1からの赤外光は被測定対象物である大気ガス2を通過し、チョッピング用円盤61に入射し、チョッピング用孔61aにより断続した光となる。
Next, in the atmospheric gas measuring apparatus according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 7, the infrared light from the infrared
この断続的な光は波長選択手段40の波長フィルター41に入射し選択された波長の赤外光のみが焦電型赤外線センサ11Pyに入射される。焦電型赤外線センサ11Pyは選択された波長の光を断続的に受光しその赤外光強度に対応した信号を増幅器81に出力する。増幅器81は焦電型赤外線センサ11Pyからの赤外線の矩形状出力信号を増幅し、低域フィルター91は増幅後の焦電型赤外線センサ11Pyの出力信号を直流信号にする。
The intermittent light is incident on the
なお、この低域フィルター91からの直流信号は、本発明の第1の実施形態の大気ガス測定装置を示すブロック図である図1の増幅器21の出力に対応するものであり、演算処理部33に入力することにより、第1の実施の形態で示したと全く同じ方法で正規化や、補正、変換等を行って、大気ガス2中に含まれる複数個の被測定対象ガスの濃度を測定することができる。以上の例では波長選択手段および赤外線センサ毎にチョッパーが設けられている場合について説明した。
The DC signal from the low-
次に本発明の第2及び第3の実施形態で説明した図2〜図6に示すような集積化された焦電型赤外線センサの場合について、図8を用いて説明する。図8において40は波長選択手段であり、第3の実施形態で説明した図4〜図6と同等のものである。1APyは集積化し小型化された焦電型赤外線センサ11Py〜1NPyであり、第2の実施形態で説明した図2、図3のセンサユニットにおける赤外線センサの配置と同等のものである。
Next, the case of the integrated pyroelectric infrared sensor as shown in FIGS. 2 to 6 described in the second and third embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 8,
各焦電型赤外線センサ11Py〜1NPyは夫々増幅器81〜8Nに接続されており、増幅器81〜8Nの出力は夫々低域フィルター91〜9Nに接続されている。それ以外の円盤61およびモータ71は図7での例と同じである。なお、その他の図示していない構成は、図1に示す第1の実施形態の構成や、図2、図3に示す第2の実施形態の構成、さらには図4〜図6に示す第3の実施形態の構成が適用可能である。
The pyroelectric infrared sensors 11Py to 1NPy are connected to
図8においてモータ71により回転する円盤61のチョッピング用孔61aを通って断続的な赤外光が波長手段40に入り、ここで選択された複数の波長の断続的な赤外光を夫々の波長に対応した焦電型赤外線センサ11Py〜1NPyへ入射する。焦電型赤外線センサ11Py〜1NPyは、夫々選択された波長の光を断続的に受光しその赤外光強度に対応した信号を増幅器81〜8Nに出力する。増幅器81〜8Nは焦電型赤外線センサ11Py〜1NPyからの赤外線の矩形状出力信号を増幅し、低域フィルター91〜9Nは増幅後の焦電型赤外線センサ11Py〜1NPyの出力信号を直流信号にする。
In FIG. 8, intermittent infrared light enters the wavelength means 40 through the
なお、この低域フィルター91〜9Nよりの直流信号は、本発明の第1の実施形態の大気ガス測定装置を示すブロック図である図1の増幅器21〜2Nの出力に対応するものであり、演算処理部33に入力することにより、第1の実施の形態で示したと全く同じ方法で正規化や、補正、変換等を行って、大気ガス2中に含まれる複数個の被測定対象ガスの濃度を測定することができる。
The DC signals from the low-
このような本発明の第4の実施形態の大気ガス測定装置によれば、焦電型赤外線センサとセンサ信号の正規化、補正、変換方法を用いるので、安定して、小型でかつ比較的安価に、簡単かつ正確により多くの種類の被測定対象ガスの濃度を一度に測定することができる。 According to the atmospheric gas measuring apparatus of the fourth embodiment of the present invention, since the pyroelectric infrared sensor and the sensor signal normalization, correction, and conversion method are used, it is stable, small and relatively inexpensive. In addition, it is possible to easily and accurately measure the concentrations of many types of gases to be measured at once.
なお本実施例では光を断続した後に波長選択手段40のフィルター41で赤外光を選択する例について説明したが、図7においてフィルター41をチョッピング用孔61aが形成された円盤61の左側に設け、選択された赤外光のみを断続してもよい。また本実施例では入射光をチョッピングする手段としてチョッピング用孔61aが形成された円盤61と、円盤61を回転させるためのモータ71とを用いた例について説明したが、液晶による光の断続、つまり液晶チョッパーや圧電を用いた圧電チョッパーを用いても実現でき、これを用いることによりさらに小型化できる。
In the present embodiment, an example in which infrared light is selected by the
なお、上記第1〜第4の実施の形態の受光素子である赤外線センサ11〜1Nとしては熱型と量子型に大別されるが本発明ではどちらの赤外線センサでも適用できる。
The
また上記第1〜第4の実施の形態の説明では、本発明のガス測定装置の実施形態として、大気ガス2中に含まれる炭酸ガス等の地球温暖化ガスや、NOx等の排気ガス等の複数種類の被測定対象ガスの濃度を測定する大気ガス測定装置について説明したが、本発明では、このような大気ガス2に含まれる複数種類の被測定対象ガスのガス測定装置に限られるものではなく、それ以外の複数種類の被測定対象ガスの濃度を測定するガス測定装置であっても良い。要は、選択された複数個の波長に対応して設けられた複数個の赤外線センサにより複数種類の被測定対象ガスを測定して、当該複数種類の被測定対象ガスの濃度を測定するものであれば、いかなる複数種類の被測定対象ガスの濃度測定にも本発明は適用可能である。
In the description of the first to fourth embodiments, as an embodiment of the gas measuring device of the present invention, a global warming gas such as carbon dioxide contained in the
以上のように、本発明は、簡単かつ正確に複数種類の測定対象ガスを測定することが可能な効果を有し、大気ガス測定装置および方法等のガス測定装置およびガス測定方法等に好適である。 As described above, the present invention has an effect capable of easily and accurately measuring a plurality of types of measurement target gases, and is suitable for a gas measurement device and a gas measurement method such as an atmospheric gas measurement device and method. is there.
1 赤外光源
2 大気ガス
10 大気ガス測定装置(ガス測定装置)
11〜1N 赤外線センサ
21〜2N 増幅器
31 温度センサ
32 気圧センサ
33 演算処理部(処理部)
34 記憶部
1A アレイ状赤外線センサユニット
1B 面状赤外線センサユニット
40 波長選択手段
41〜4N フィルター等の波長選択素子
41NA プリズム等の透過型分散素子
41NB 反射型回折格子等の反射型分散素子
51 集光光学系
52 スリット板
53、57 コリメート光学系
54、58 結像光学系
61 円盤
71 モータ
11Py〜1NPy 焦電型赤外線センサ
1APy アレイ状焦電型赤外線センサユニット
81〜8N 増幅器
91〜9N 低域フィルター
1 Infrared
11 to 1N
34
Claims (15)
前記複数の赤外線センサのうち、少なくとも、測定対象となるガスの固有赤外線吸収波長の赤外光を受光する赤外線センサの検出信号を、前記基準赤外線センサの検出信号に基づいて正規化する測定対象正規化手段と、
を備えるガス測定装置。 Including a reference infrared sensor for detecting infrared light of a predetermined wavelength, and a plurality of infrared sensors that respectively detect infrared light from an infrared light source through a gas to be measured and a plurality of different wavelengths of light;
Among the plurality of infrared sensors, at least a measurement target normalization that normalizes a detection signal of an infrared sensor that receives infrared light having an intrinsic infrared absorption wavelength of a gas to be measured based on the detection signal of the reference infrared sensor And
A gas measuring device comprising:
前記受発光波長特性補正手段は、前記受発光波長特性補正テーブルを参照して前記正規化される前の信号の補正を行う請求項6に記載のガス測定装置。 The signal before normalization was created based on a correlation between at least one of the emission wavelength output characteristic, the wavelength selection characteristic, and the light receiving wavelength sensitivity characteristic and an infrared sensor detection signal of the gas to be measured. A light receiving / emitting wavelength characteristic correction table storing means storing a light receiving / emitting wavelength characteristic correction table;
The gas measuring apparatus according to claim 6, wherein the light receiving / emitting wavelength characteristic correcting unit corrects the signal before normalization with reference to the light receiving / emitting wavelength characteristic correction table.
前記測定環境検出手段の検出結果に基づいて、前記正規化された信号が環境変化に依存しないように環境変化に対して補正する測定環境特性補正手段と、をさらに備える請求項1ないし7のいずれか一項記載のガス測定装置。 A measurement environment detection means having at least one of a temperature sensor for detecting the temperature of the gas under measurement at the time of measurement and a pressure sensor for detecting the pressure of the gas under measurement at the time of measurement;
The measurement environment characteristic correcting means for correcting the environmental change so that the normalized signal does not depend on the environmental change based on the detection result of the measurement environment detecting means. The gas measuring device according to claim 1.
前記測定環境特性補正手段は、前記測定環境特性補正テーブルを参照して前記正規化された信号の測定環境特性補正を行う請求項8に記載のガス測定装置。 Measurement environment characteristic correction table storage means for storing a measurement environment characteristic correction table created based on the correlation between at least one of the temperature and the pressure and the concentration of the gas to be measured with respect to the normalized signal; In addition,
The gas measurement apparatus according to claim 8, wherein the measurement environment characteristic correction unit performs measurement environment characteristic correction of the normalized signal with reference to the measurement environment characteristic correction table.
前記濃度変換手段は前記濃度変換テーブルを参照して前記濃度変換を行う請求項10記載のガス測定装置。 Concentration conversion table storage means for storing a concentration conversion table indicating a correlation between the normalized signal characteristic and the measurement target gas concentration for each measurement target gas,
The gas measuring device according to claim 10, wherein the concentration conversion unit performs the concentration conversion with reference to the concentration conversion table.
前記測定対象となるガスの固有赤外線吸収波長に対応した赤外線センサの検出信号を、前記基準赤外線センサの検出信号に基づいて正規化するステップと、
を備えるガス測定方法。 Detecting light of a predetermined wavelength from infrared light from an infrared light source that has passed the gas to be measured, and infrared light having an intrinsic infrared absorption wavelength of the gas to be measured;
Normalizing the detection signal of the infrared sensor corresponding to the intrinsic infrared absorption wavelength of the gas to be measured based on the detection signal of the reference infrared sensor;
A gas measurement method comprising:
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