JP3771849B2 - 赤外線ガス分析方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、赤外線ガス分析方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、赤外線ガス分析装置においては、サンプルガス中に含まれる特定の測定対象成分（測定対象ガス）の濃度を測定する場合、サンプルガス中に含まれる水分の影響を可及的に低く抑える必要があるところから、図１０に示すように、ガス分析部８１に対するサンプルガスＳＧの供給ライン８２に電子冷却装置などの除湿装置８３を設けてサンプルガスＳＧを除湿し、この除湿されたサンプルガスＳＧをガス分析部８１に供給していた。
【０００３】
しかしながら、上記従来の手法においては、除湿装置８３を設けるためそれだけ測定系全体の構成が複雑になるとともに、水に対する溶解度の大きいガスを測定するのが困難である。また、上記構成においては、サンプルガスＳＧ中の水分を除去した後に測定を行うため、水分の分圧の割合だけサンプルガスＳＧ中の測定対象成分の濃度が高くなるため、測定後に水分分圧補正が必要になる。この場合、図１０に示すように、サンプルガスライン８２の除湿装置８３よりも上流側においてサンプルガスライン８２から分岐する流路８４を接続し、この分岐流路８４に水分濃度計８５を設けて、除湿前のサンプルガスＳＧ中に含まれる水分濃度を測定したり、あるいは、水分濃度計８５を設けないときは、水分濃度を推測するなどしなければならない。
【０００４】
そして、上述のように、水分分圧補正を行っても、測定対象成分の濃度を必ずしも正確に得ることはできなかった。
【０００５】
ところで、近年、走行している自動車など車両のエンジンから排出されるガスに対する規制問題が大きくクローズアップされるようになってきており、地球環境を保全または保護する上で、前記排ガスの量や濃度を確実に把握する重要性が高まってきている。しかし、上述のように、除湿装置８３を設けた場合、測定系全体が大きく嵩張るため、限られたスペースしかない車両に搭載するのは、きわめて困難であり、測定系全体もそれだけコストアップになる。
【０００６】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、構成がシンプルでありながらもサンプルガス中に含まれる水分の影響を補正し、所望の測定対象成分の濃度を精度よく測定することのできる赤外線ガス分析方法および装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の赤外線ガス分析方法および装置は、セルの一端側に赤外光源を備え、他端側に赤外線検出部を備えたガス分析部の前記セルに供給されるサンプルガスに赤外光を照射し、そのとき得られる検出出力に基づいて前記サンプルガス中の測定対象成分の濃度を求めるとともに前記サンプルガス中に含まれる水分の濃度を求め、このとき求められた水分濃度を用いて前記測定対象成分の濃度に対するゼロ点における水分干渉を補正し、その後、予め求められている水分濃度と水分共存影響との一定の関係を用いて、前記ゼロ点における水分干渉を補正した測定対象成分の濃度に対する水分共存影響を補正することにより、水分影響を補正した測定対象成分の濃度を求めるようにしたことを特徴としている（請求項１，８）。
【０００８】
上記請求項１，８に記載の赤外線ガス分析方法および装置においては、水分干渉および水分共存影響を除去した精度の高い濃度測定を行うことができる。そして、従来の赤外線ガス分析方法や装置とは異なり、除湿装置などの前処理装置を設ける必要がないので、分析の応答速度がそれだけ早くなるとともに、装置全体の構成がコンパクトになり、省スペース化が図れ、省電力、低コストで測定を行うことができる。また、高濃度の水分を含む測定対象ガスを、除湿せずに測定することができる。
【０００９】
そして、この発明の赤外線ガス分析方法および装置として、配管に形成された二つの開口のうち、一方の開口に臨むように赤外光源が設けられるとともに、他方の開口に赤外線検出部が設けられてなるガス分析部の前記配管中を流れるサンプルガスに赤外光を照射し、そのとき得られる検出出力に基づいて前記サンプルガス中の測定対象成分の濃度を求めるとともに前記サンプルガス中に含まれる水分の濃度を求め、このとき求められた水分濃度を用いて前記測定対象成分の濃度に対するゼロ点における水分干渉を補正し、その後、予め求められている水分濃度と水分共存影響との一定の関係を用いて、前記ゼロ点における水分干渉を補正した測定対象成分の濃度に対する水分共存影響を補正することにより、水分影響を補正した測定対象成分の濃度を求めるようにしてもよい（請求項２，９）。
【００１０】
上記請求項２，９に記載の赤外線ガス分析方法および装置においても、請求項１，８に記載の赤外線ガス分析方法および装置のものと同様の効果を奏する。そして、請求項２，９の赤外線ガス分析方法および装置において、開口の外部にエアーカーテンが形成されるようにしてあってもよく（請求項３，１０）、このようにした場合、開口に光学窓を設ける必要がないとともに、開口からサンプルガスが外部に流出しても、これがエアーカーテンによって速やかに排除される。また、上記請求項２，９の赤外線ガス分析方法および装置において、開口に赤外線透過性の光学窓が設けられていてもよく（請求項４，１１）、このようにした場合、サンプルガスが開口から外部に流出するのが効果的に防止される。
【００１１】
また、この発明の赤外線ガス分析方法および装置として、サンプルガスを横断するように赤外光を発する赤外光源と、この赤外光源から発せられた赤外光を受光する赤外線検出部とを備えてなるガス分析部を流れるサンプルガスに赤外光を照射し、そのとき得られる検出出力に基づいて前記サンプルガス中の測定対象成分の濃度を求めるとともに前記サンプルガス中に含まれる水分の濃度を求め、このとき求められた水分濃度を用いて前記測定対象成分の濃度に対するゼロ点における水分干渉を補正し、その後、予め求められている水分濃度と水分共存影響との一定の関係に基づいて、前記ゼロ点における水分干渉を補正した測定対象成分の濃度に対する水分共存影響を補正することにより、水分影響を補正した測定対象成分の濃度を求めるようにしてもよい（請求項５，１２）。
【００１２】
上記請求項５，１２に記載の赤外線ガス分析方法および装置においても、請求項１，８に記載の赤外線ガス分析方法および装置のものと同様の効果を奏する。
【００１３】
そして、上記いずれの赤外線ガス分析方法および装置においても、測定対象成分の濃度と水分の濃度を、複数の赤外線検出器から構成される一つの赤外線検出部を備えたガス分析部によって測定するようにしてもよく（請求項６，１３）、このようにした場合、補正の時間遅れがなくなるとともに、構成部材も少なくて済む。さらに、上記いずれの赤外線ガス分析方法および装置においても、ゼロ点における水分干渉を補正した水分濃度と水分共存影響とがほぼ直線的な比例関係であることに基づいて、前記ゼロ点における水分干渉を補正するようにしてもよい（請求項７，１４）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１〜図５は、この発明の第１の実施の形態を示すもので、まず、図１〜図３は、この発明の赤外線ガス分析装置の一例を示している。そして、図１は、この発明の赤外線ガス分析装置を自動車に搭載した実施の形態を示し、この図において、１は測定に供される自動車（例えば使用過程車）で、２は例えばディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）、３はエンジン２に連なる排気管、４，５はこの排気管３に設けられる触媒装置、マフラーである。
【００１５】
６は自動車１内に搭載される赤外線ガス分析装置（その構成は後述する）で、ガス分析部６Ａと演算制御部６Ｂとからなる。ガス分析部６Ａには、排気管３において適宜の分岐接続部７を有するガスサンプリング流路８と、排気管３において適宜の合流接続部９を有する排出流路１０とが接続されている。図示する例においては、分岐接続部７および合流接続部９は、排気管３の触媒装置４とマフラー５との間に、この順で設けられている。そして、分岐接続部７は、排気管３を流れてくるエンジン２からの排ガスの一部を採取できるように構成されている。また、ガスサンプリング流路８は、分岐接続部７を含むその全流路にわたって例えばヒータ１１が巻設してあり、これを流れる排ガス（サンプルガス）が所定の温度に加熱保温されるようにしてある。このように、サンプルガスを除湿しないで加熱されたガス流路を供給するので、高濃度の水分を含む測定対象ガスを、除湿せずに測定することができる。さらに、演算制御部６Ｂは、自動車１内に搭載されるパソコン１２からの指令によりガス分析部６Ａの各部を制御したり、ガス分析部６Ａの検出器（後述する）の出力信号に基づいて濃度演算を行うように構成されている。
【００１６】
そして、パソコン１２は、演算制御部６Ｂとの間で信号を授受し、赤外線ガス分析装置６全体を制御したり、演算制御部６Ｂからの信号に基づいて測定結果などを表示したり、測定結果などをデータとして格納する。なお、図１において、１３は路面である。
【００１７】
図２は、赤外線ガス分析装置６のガス分析部６Ａの構成の一例を概略的に示すもので、この図において、１４はセルで、その両端側が赤外透過性のセル窓１５ａ，１５ｂで封止されるとともに、サンプルガスＳＧの入口１６、出口１７が形成されている。そして、ガス入口１６にはガスサンプリング流路８の下流端が接続され、ガス出口１７には排出流路１０の上流端が接続される。
【００１８】
１８はセル１４の一方のセル窓１５ａ側に設けられ、セル１４内に赤外光を照射するための赤外光源、１９は赤外光源１８とセル１４との間に介装される光チョッパで、例えばモータ（図示していない）によって回転駆動され、赤外光源１８によって発せられる赤外光を一定周期で断続（チョッピング）するように構成されている。
【００１９】
２０はセル１４の他方のセル窓１５ｂ側に設けられ赤外線検出部（以下、単に検出部という）で、複数の赤外線検出器を互いに光学的に並列的に設けてなるものである。この実施の形態においては、例えばサンプルガスＳＧ中に含まれる測定対象成分である例えばＣＯ、ＣＯ2 をそれぞれ測定するためのＣＯ検出器、ＣＯ2 検出器およびサンプルガスＳＧ中に含まれる干渉成分としての水分（Ｈ2 Ｏ）を測定するための水分検出器と、比較検出器として、図３に示すように、円周を４等分しかつ同心円上に設けられた４つの赤外線検出器（以下、単に検出器という）２１，２２，２３，２４（図２では、便宜上一直線上に表している）と、これらの検出器２１〜２４の受光側にそれぞれ対応して設けられる光学フィルタ２５〜２８からなる。
【００２０】
そして、検出器２１〜２４は、例えば半導体検出器よりなり、ＣＯ検出器および水分検出器２１〜２３に対応する光学フィルタ２５〜２７は、特定の測定対象成分のみの特性吸収帯域の赤外線を通過させるバンドパスフィルタよりなり、ＣＯ検出器２１に対応する光学フィルタ２５は、ＣＯの特性吸収帯域の赤外線のみを通過させるバンドパスフィルタよりなり、ＣＯ2 検出器２２に対応する光学フィルタ２６は、ＣＯ2 の特性吸収帯域の赤外線のみを通過させるバンドパスフィルタよりなり、水分検出器２３に対応する光学フィルタ２７は、Ｈ2 Ｏの特性吸収帯域の赤外線のみを通過させるバンドパスフィルタよりなる。さらに、比較検出器２４に対応するフィルタ２８は、サンプルガスＳＧ中のＣＯ、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏのいずれに対しても吸収帯域のないところの波長の赤外線を通過させるバンドパスフィルタよりなる。
【００２１】
２９は演算制御部６Ｂ内の濃度演算部で、検出器２１〜２４の出力に基づいて濃度演算を行うもので、３０は同期整流回路、３１は平滑回路、３２は引き算回路、３３は水分干渉並びに水分共存影響補正演算回路（以下、単に補正演算回路という）であり、検出器２１〜２４の出力に基づいて、測定対象成分としてのＣＯ、ＣＯ2 の濃度および干渉成分としての水分の濃度を演算し、さらに、これらの濃度を用いて、図４に示すような手法（後述する）によって水分影響を補正したＣＯ、ＣＯ2 の濃度を得るものである。
【００２２】
次に、上記構成の赤外線ガス分析装置６の動作について、図４および図５をも参照しながら説明する。赤外線ガス分析装置６およびパソコン１２を搭載した自動車１を走行させることにより、エンジン２から排ガスが排出され、これの一部が分岐接続部７を経てガスサンプリング流路８にサンプルガスＳＧとして採取され、赤外線ガス分析装置６のガス分析部６Ａのセル１４に供給される。この場合、分岐接続部７およびガスサンプリング流路８は、ヒータ１１によって所定の温度に加熱・保温されているので、採取されたサンプルガスＳＧ中に含まれる成分や水分が凝結するのが防止される。
【００２３】
ガス分析部６Ａにおいては、赤外光源１８によって赤外光をセル１４に照射し、光チョッパ１９が所定の周期で回転している状態で、ガスサンプリング流路８を経たサンプルガスＳＧがセル１４に供給されることにより、検出器２１〜２４からＣＯ、ＣＯ2 およびＨ2 Ｏのそれぞれの濃度に対応した交流信号および比較信号としての交流信号が出力され、これらが同期整流回路３０に入力される。
【００２４】
そして、同期整流回路３０には、例えば光チョッパ１９の回転周期に基づく整流用同期信号ｓが入力されているので、この同期信号ｓによって、濃度に対応した測定交流信号が同期整流され、さらに、平滑回路３１において平滑処理される。そして、ＣＯ、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏの濃度は、引算回路３２において、比較検出器２４の出力からＣＯ、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏに関するそれぞれの検出器２１，２２，２３の出力をそれぞれ引算することによって得ることができる。
【００２５】
ところで、上記演算によって得られるＣＯおよびＣＯ2 の濃度は、サンプルガスＳＧ中に含まれる水分による影響を受けているので、この水分影響を補正して、真の濃度（水分影響補正後濃度）を得る必要がある。以下、この濃度の補正の原理および手順について図４および図５を参照しながら説明する。
【００２６】
一般に、非分散型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）において、ＣＯやＣＯ2 を測定すると、Ｈ2 Ｏの赤外吸収帯（領域）とＣＯ、ＣＯ2 の赤外吸収帯とが重なり合っているので、図５（Ａ）に示すように、ＣＯ計、ＣＯ2 計のゼロ点における水分干渉が表れる。
【００２７】
また、スパン点では水分干渉、水分共存影響があり、このスパンでの水分影響は、図５（Ｂ）に示すようになる。水分共存影響とは、サンプルガスＳＧ中に水分が共存することにより、ＣＯ、ＣＯ2 の赤外吸収の度合い自体が変化するもので、図５（Ｃ）に示すように、水分の共存影響は、ＣＯ濃度に依存せず、水分濃度と一定の関係を有していることが分かる。そして、図５（Ｃ）の水分濃度の範囲では、水分共存影響は、水分濃度にほぼ比例している。この図５（Ｃ）は、スパン点における水分影響からゼロ点での水分干渉を差し引いたときの水分共存影響を表している。
【００２８】
そこで、この発明の赤外線ガス分析装置６においては、図４に示すような手順で、水分濃度と水分共存影響との一定の関係を用いて、水分影響を補正している。図４は、例えばＣＯ濃度における水分影響の補正を行う場合を示している。
【００２９】
まず、段落００２４において説明した通りの手法により、ＣＯ検出器２１の出力（ステップＳ１ａ）および水分検出器２３の出力（ステップＳ１ｂ）にそれぞれ基づいてＣＯ濃度（ステップＳ２ａ）および水分濃度（ステップＳ２ｂ）が得られる。なお、これらの濃度は、図２および図３に示すように、ＣＯ検出器２１および水分検出器２３が互いに光学的に並列に配置されているので、同時に得ることができる。
【００３０】
そして、ステップＳ２ｂにおいて得られた水分濃度を用いて、ステップＳ１ａにおいて得られたＣＯ濃度について、ゼロ点における水分干渉を補正する（ステップＳ３）。
【００３１】
ゼロ点における水分干渉を補正したＣＯ濃度は、図５（Ｃ）において説明したように、水分濃度に対してほぼ直線的に水分共存影響を受けているので、ステップＳ３に次いで、ステップＳ２ｂにおいて得られた水分濃度を用いて、ゼロ点における水分干渉を補正したＣＯ濃度について、水分共存影響を補正する（ステップＳ４）。このように、水分濃度と水分共存影響とがほぼ直線的な関係を有する場合には、例えば下記（１）式を用いて水分影響を補正することができる。
（補正後のＣＯ濃度）＝｛（補正前のＣＯ濃度）−Ｆ1 （ｗ）｝×１００／ （１００＋ｋ・ｗ） ……（１）
ここで、ｗ：水分濃度
Ｆ1 ：図５（Ａ）において計算される関数（例えば４次式）
ｋ：図５（Ｃ）における直線の傾き
とする。
これにより、ゼロ点における水分干渉およびスパン点における水分干渉（水分共存影響）の両方を除去した補正後のＣＯ濃度を得ることができる（ステップＳ５）。
【００３２】
なお、ＣＯ2 の濃度補正も、図４に示した手順によって行うことができるのはいうまでもない。
【００３３】
上述のように、この発明の赤外線ガス分析装置６においては、測定対象成分であるＣＯおよびＣＯ2 についてゼロ点における水分干渉を除いた後、水分濃度と水分共存影響の直線的な関係に基づいて水分共存影響を除去した精度の高い濃度測定を行うことができる。そして、従来の方法や装置とは異なり、除湿装置などの前処理装置を設ける必要がないので、分析の応答速度がそれだけ早くなるとともに、装置全体の構成がコンパクトになり、省スペース化が図れ、省電力、低コストで測定を行うことができる。また、サンプルガスＳＧを所定の温度以上になるように加熱保温した状態で測定しているので、水分分圧補正が不要になる。
【００３４】
そして、前記赤外線ガス分析装置６においては、測定対象成分であるＣＯおよびＣＯ2 と干渉成分である水分を一つのガス分析部６Ａによって測定するようにしているので、水分濃度を別途測定するように構成した場合に比べて、補正の時間遅れがなくなるとともに、構成部材も少なくて済む。
【００３５】
また、前記赤外線ガス分析装置６においては、構成自体がコンパクトであるので、自動車１に搭載することができる所謂車載型となるので、自動車１を走行させた状態において排ガス測定を連続的リアルタイムに行うことができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態においては、濃度算出や濃度補正などの演算を赤外線ガス分析装置６において行うようにしているが、これらの演算をパソコン１２において行うようにしてもよい。
【００３７】
なお、上述の実施の形態においては、測定対象成分であるＣＯおよびＣＯ2 と干渉成分である水分を一つのガス分析部６Ａによって測定するようにしていたが、図６に示す第２の実施の形態のように、ガスサンプリング流路８に分岐流路３４を接続し、この分岐流路３４に水分濃度測定装置３５を設け、この水分濃度測定装置３５の下流側の流路３６を排出流路１０に接続するようにして、サンプルガスＳＧ中に含まれるＣＯ、ＣＯ2 などの測定対象成分と水分とを別々の測定装置を用いて個別に測定するようにしてもよい。
【００３８】
また、ガス分析部６Ａにおける検出部２０は、上述したＣＯ、ＣＯ2 のほかに、ＨＣを測定するための検出器など複数種の特定成分を測定できるようにしてあってもよく、また、単一の特定成分のみを測定するようにしてあってもよい。
【００３９】
上述の第１および第２の実施の形態においては、エンジン２に連なる排気管３に、排気管３内を流れる排ガスの一部を採取する分岐流路（流路８，１０からなる）を設け、この分岐流路に、セル１４、赤外光源１８および検出部２０を備えたガス分析部６Ａを設けたものであったが、排気管３そのものをセルとし、この排気管３に赤外光源１８および検出部２０の互いに対向するように設けてもよい。以下、このような赤外線ガス分析装置の構成例を、第３の実施の形態として、図７および図８を参照しながら説明する。
【００４０】
まず、図７において、２Ａは自動車（図示していない）のエンジンで、３Ａはこのエンジン２Ａに連なる例えば断面視円形の排気管（配管の一例）である。４１，４２は排気管３Ａの適宜位置（図示例では下流側）の管壁３ａに形成される開口である。より詳しくは、これらの開口４１，４２は、管壁３ａの一つの直径上に互いに対向するようにして形成されている。そして、一方の開口４１の外側（排気管３Ａの外部）には開口４１に臨むようにして赤外光源１８Ａが設けられ、他方の開口４２の外側には開口４２に臨むようにして検出部２０Ａが設けられている。これらの赤外光源１８Ａおよび検出部２０Ａは、第１の実施の形態における赤外光源１８および検出部２０と同様に構成されているので、対応する部材に図２における符号と同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４１】
また、４３，４４は開口４１，４２の上流側（エンジン２Ａ側）の管壁３ａに位置するように設けられるファンで、これらのファン４３，４４は、管壁３ａと赤外光源１８Ａおよび検出部２０Ａとの間にエアーカーテン４５，４６を形成するためのものである。
【００４２】
上記図７に示す第３の実施の形態の赤外線ガス分析装置においては、エンジン２Ａからの排ガスが流れる排気管３Ａに互いに対向して形成された開口４１，４２の間の空間３ｂそのものがセルとなり、このセル３ｂの一端側に赤外光源１８Ａが設けられ、他端側に検出部２０Ａが設けられることにより、ガス分析部６Ａが形成されている。なお、図７において、２９Ａは検出部２０Ａの出力に基づいて濃度演算を行う濃度演算部で、第１の実施の形態における濃度演算部２９と同様の動作を行う。
【００４３】
このように構成された赤外線ガス分析装置においては、エンジン２Ａからの排ガスがサンプルガスＳＧとしてセル３ｂを流れ、このサンプルガスＳＧを横断するようにして赤外光源１８Ａからの赤外光がサンプルガスＳＧに一定周期でチョッピングされながら照射される。このサンプルガスＳＧを照射した赤外光が検出部２０Ａの検出器２１〜２４に入射し、それぞれの検出器２１〜２４からの出力が濃度演算部２９Ａに入力し、この濃度演算部２９Ａにおいて、第１の実施の形態と同様の演算処理を受ける。したがって、第３の実施の形態の赤外線ガス分析装置においても、第１の実施の形態における赤外線ガス分析装置と同様の作用効果、すなわち、段落００３３〜００３５において述べたような作用効果が得られる。そして、この実施の形態においては、さらに、以下のような優れた作用効果をも奏する。
【００４４】
すなわち、排ガスが流れる排気管３Ａの一部を赤外線ガス分析装置のセル３ｂとしているので、サンプルガスＳＧをサンプリングするための装置や流路などガスサンプリング系が全く不要であり、それだけ構成が簡略化される。そして、ガスサンプリング系が不要となったことにより、分析計指示に遅れが生ずることがなく、分析計指示の立ち上がり速度の低下がなくなる。そして、サンプルガスＳＧ中の水分濃度を従来の手法で測定する際、水はガスサンプリング系の配管の壁面で吸脱着を繰り返しながらガス分析部まで到達するため、分析計指示の立ち上がり速度が遅くならざるを得なかったが、この実施の形態においては、ガスサンプリングを行っていないので、このような影響は全くなくなる。
【００４５】
また、サンプルガスＳＧ中に水分が含まれる場合、直挿型の赤外線ガス分析装置では水分除去ができないために水分影響が問題となるが、この実施の形態においては、検出部２０Ａに水分検出器２３を設けているので、水分影響をリアルタイムに補正することができる。さらに、ファン４３，４４によって、管壁３ａと赤外光源１８Ａおよび検出部２０Ａとの間にエアーカーテン４５，４６を形成するようにしているので、赤外光源１８Ａの窓や検出部２０Ａにおける光学フィルタ２５〜２８や検出器２１〜２４の窓にサンプルガスＳＧが直接接触するのが効果的に防止され、所望の濃度検出出力を長期にわたって安定して得ることができる。
【００４６】
上記図７に示した赤外線ガス分析装置においては、排気管３Ａに開口４１，４２を設け、一方の開口４１に臨むように赤外光源１８Ａを設け、他方の開口４２に臨むように検出部２０Ａを設けたものであったため、前記開放された開口４１，４２に沿うようにエアーカーテン４５，４６を形成するためのファン４３，４４を設けていたが、図８に示すように、開口４１，４２に赤外線透過性素材よりなる光学窓４７，４８を適宜のシール部材４９，５０によって設け、開口４１，４２を封止するようにしてもよい。この場合、赤外光源１８Ａおよび検出部２０Ａを、光学窓４７，４８に密着させるようにしてもよい。
【００４７】
前記図８に示した赤外線ガス分析装置においても、図７における赤外線ガス分析装置と同様の効果を奏することは言うまでもない。そして、この図８に示したものにおいては、排気管３Ａの途中に形成した開口４１，４２から排ガスが流出するおそれがなく、したがって、ガス分析部６Ａの設置位置は任意である。
【００４８】
そして、上述の図７および図８にそれぞれ示す実施の形態のものにおいては、ガス分析部６Ａがエンジン２Ａに直結された排気管３Ａに形成されていたが、排気管３Ａにさらに別の配管を直列接続し、この配管にガス分析部６Ａを設けるようにしてもよい。
【００４９】
なお、上記３つの実施の形態においては、濃度算出や濃度補正などの演算を赤外線ガス分析装置６において行うようにしているが、これらの演算をパソコンなど適宜の演算装置（図示していない）において行うようにしてもよい。また、これらの実施の形態におけるエンジン２，２Ａは、路面を走行している自動車に搭載されているものであっても、あるいは、シャシダイナモ上に載置された自動車に搭載されたものであってもよく、さらには、エンジンダイナモ上に載置されたエンジン単体であってもよい。
【００５０】
上述した実施の形態においては、サンプルガスＳＧが排気管３と並列的な流路に設けられるセル１４に導入されたものであったり、排気管３Ａ内を通過するものであり、これらのサンプルガスＳＧにおける特定成分の測定に際して影響を与える水分の干渉影響を補正して、所望の測定対象成分の濃度を精度よく測定するものであったが、この発明はこれらに限られるものではなく、ある特定の領域や空間において特定成分の測定を行う所謂リーモートセンシングにも利用することができる。
【００５１】
すなわち、図９は、前記リーモートセンシングの一例を示すもので、この図において、５１は自動車などの車両が通行する道路、５２，５３はその両側の歩道である。そして、これらの歩道５２，５３のうち、一方５２には例えば赤外光源１８Ｂが設けられ、他方５３には検出部２０Ｂおよび濃度演算部２９Ｂが設けられている。赤外光源１８Ｂ、検出部２０Ｂおよび濃度演算部２９Ｂは、図２に示された赤外光源１８、検出部２０Ｂおよび濃度演算部２９Ｂと同様の構成を備えている。この場合、赤外光源１８Ｂと検出部２０Ｂとは互いに対向するように設けられ、これらの赤外光源１８Ｂと検出部２０Ｂとの間の道路５１の上方の空間部分５１ａがセルとなり、これら１８Ｂ，２０Ｂ，５１ａによってガス分析部が形成されることとなる。なお、赤外光源１８Ｂと検出部２０Ｂは、路面に対してあまり高くなく、また、人等の通行の妨げにならないように設けるのが好ましい。
【００５２】
上記構成においては、例えば自動車が道路上を走行したときに排出される排ガスが前記空間部分５１ａに存在すると、この排ガスがサンプルガスとなり、このサンプルガスを横断するようにして赤外光源１８Ｂからの赤外光が一定周期でチョッピングされながら照射される。このサンプルガスを照射した赤外光は、検出部２０Ｂの検出器（図示していない）に入射し、それぞれの検出器からの出力が濃度演算部２９Ｂに入力し、この濃度演算部２９Ｂにおいて、第１の実施の形態と同様の演算処理を受ける。
【００５３】
前記図９に示した第４の実施の形態においても、サンプルガス中に含まれる水分の影響を補正し、所望の測定対象成分の濃度を精度よく測定することができ、所謂リモートセンシングが好適に行われる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の赤外線ガス分析方法および装置は、構成がシンプルでありながらもサンプルガス中に含まれる水分の影響を補正することができ、所望の測定対象成分の濃度を精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施の形態における赤外線ガス分析装置を自動車に搭載した状態を示す図である。
【図２】 前記赤外線ガス分析装置におけるガス分析部の構成の一例を概略的に示す図である。
【図３】 前記ガス分析部の検出部における赤外線検出器の配置の一例を模式的に示す図である。
【図４】 前記赤外線ガス分析装置において行われる水分干渉影響の補正手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】 水分の干渉影響を説明するための図である。
【図６】 この発明の第２の実施の形態を概略的に示す図である。
【図７】 この発明の第３の実施の形態を概略的に示す図である。
【図８】 この発明の第３の実施の形態の他の変形態様を概略的に示す図である。
【図９】 この発明の第４の実施の形態を概略的に示す図である。
【図１０】 従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
３Ａ 配管
６ 赤外線ガス分析装置
６Ａ ガス分析部
１４ セル
１８，１８Ａ，１８Ｂ 赤外光源
２０，２０Ａ，２０Ｂ 赤外線検出部
２９，２９Ａ，２９Ｂ 濃度演算部
４１，４２ 開口
４５，４６ エアーカーテン
４７，４８ 光学窓
ＳＧ サンプルガス
【発明の属する技術分野】
この発明は、赤外線ガス分析方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、赤外線ガス分析装置においては、サンプルガス中に含まれる特定の測定対象成分（測定対象ガス）の濃度を測定する場合、サンプルガス中に含まれる水分の影響を可及的に低く抑える必要があるところから、図１０に示すように、ガス分析部８１に対するサンプルガスＳＧの供給ライン８２に電子冷却装置などの除湿装置８３を設けてサンプルガスＳＧを除湿し、この除湿されたサンプルガスＳＧをガス分析部８１に供給していた。
【０００３】
しかしながら、上記従来の手法においては、除湿装置８３を設けるためそれだけ測定系全体の構成が複雑になるとともに、水に対する溶解度の大きいガスを測定するのが困難である。また、上記構成においては、サンプルガスＳＧ中の水分を除去した後に測定を行うため、水分の分圧の割合だけサンプルガスＳＧ中の測定対象成分の濃度が高くなるため、測定後に水分分圧補正が必要になる。この場合、図１０に示すように、サンプルガスライン８２の除湿装置８３よりも上流側においてサンプルガスライン８２から分岐する流路８４を接続し、この分岐流路８４に水分濃度計８５を設けて、除湿前のサンプルガスＳＧ中に含まれる水分濃度を測定したり、あるいは、水分濃度計８５を設けないときは、水分濃度を推測するなどしなければならない。
【０００４】
そして、上述のように、水分分圧補正を行っても、測定対象成分の濃度を必ずしも正確に得ることはできなかった。
【０００５】
ところで、近年、走行している自動車など車両のエンジンから排出されるガスに対する規制問題が大きくクローズアップされるようになってきており、地球環境を保全または保護する上で、前記排ガスの量や濃度を確実に把握する重要性が高まってきている。しかし、上述のように、除湿装置８３を設けた場合、測定系全体が大きく嵩張るため、限られたスペースしかない車両に搭載するのは、きわめて困難であり、測定系全体もそれだけコストアップになる。
【０００６】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、構成がシンプルでありながらもサンプルガス中に含まれる水分の影響を補正し、所望の測定対象成分の濃度を精度よく測定することのできる赤外線ガス分析方法および装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の赤外線ガス分析方法および装置は、セルの一端側に赤外光源を備え、他端側に赤外線検出部を備えたガス分析部の前記セルに供給されるサンプルガスに赤外光を照射し、そのとき得られる検出出力に基づいて前記サンプルガス中の測定対象成分の濃度を求めるとともに前記サンプルガス中に含まれる水分の濃度を求め、このとき求められた水分濃度を用いて前記測定対象成分の濃度に対するゼロ点における水分干渉を補正し、その後、予め求められている水分濃度と水分共存影響との一定の関係を用いて、前記ゼロ点における水分干渉を補正した測定対象成分の濃度に対する水分共存影響を補正することにより、水分影響を補正した測定対象成分の濃度を求めるようにしたことを特徴としている（請求項１，８）。
【０００８】
上記請求項１，８に記載の赤外線ガス分析方法および装置においては、水分干渉および水分共存影響を除去した精度の高い濃度測定を行うことができる。そして、従来の赤外線ガス分析方法や装置とは異なり、除湿装置などの前処理装置を設ける必要がないので、分析の応答速度がそれだけ早くなるとともに、装置全体の構成がコンパクトになり、省スペース化が図れ、省電力、低コストで測定を行うことができる。また、高濃度の水分を含む測定対象ガスを、除湿せずに測定することができる。
【０００９】
そして、この発明の赤外線ガス分析方法および装置として、配管に形成された二つの開口のうち、一方の開口に臨むように赤外光源が設けられるとともに、他方の開口に赤外線検出部が設けられてなるガス分析部の前記配管中を流れるサンプルガスに赤外光を照射し、そのとき得られる検出出力に基づいて前記サンプルガス中の測定対象成分の濃度を求めるとともに前記サンプルガス中に含まれる水分の濃度を求め、このとき求められた水分濃度を用いて前記測定対象成分の濃度に対するゼロ点における水分干渉を補正し、その後、予め求められている水分濃度と水分共存影響との一定の関係を用いて、前記ゼロ点における水分干渉を補正した測定対象成分の濃度に対する水分共存影響を補正することにより、水分影響を補正した測定対象成分の濃度を求めるようにしてもよい（請求項２，９）。
【００１０】
上記請求項２，９に記載の赤外線ガス分析方法および装置においても、請求項１，８に記載の赤外線ガス分析方法および装置のものと同様の効果を奏する。そして、請求項２，９の赤外線ガス分析方法および装置において、開口の外部にエアーカーテンが形成されるようにしてあってもよく（請求項３，１０）、このようにした場合、開口に光学窓を設ける必要がないとともに、開口からサンプルガスが外部に流出しても、これがエアーカーテンによって速やかに排除される。また、上記請求項２，９の赤外線ガス分析方法および装置において、開口に赤外線透過性の光学窓が設けられていてもよく（請求項４，１１）、このようにした場合、サンプルガスが開口から外部に流出するのが効果的に防止される。
【００１１】
また、この発明の赤外線ガス分析方法および装置として、サンプルガスを横断するように赤外光を発する赤外光源と、この赤外光源から発せられた赤外光を受光する赤外線検出部とを備えてなるガス分析部を流れるサンプルガスに赤外光を照射し、そのとき得られる検出出力に基づいて前記サンプルガス中の測定対象成分の濃度を求めるとともに前記サンプルガス中に含まれる水分の濃度を求め、このとき求められた水分濃度を用いて前記測定対象成分の濃度に対するゼロ点における水分干渉を補正し、その後、予め求められている水分濃度と水分共存影響との一定の関係に基づいて、前記ゼロ点における水分干渉を補正した測定対象成分の濃度に対する水分共存影響を補正することにより、水分影響を補正した測定対象成分の濃度を求めるようにしてもよい（請求項５，１２）。
【００１２】
上記請求項５，１２に記載の赤外線ガス分析方法および装置においても、請求項１，８に記載の赤外線ガス分析方法および装置のものと同様の効果を奏する。
【００１３】
そして、上記いずれの赤外線ガス分析方法および装置においても、測定対象成分の濃度と水分の濃度を、複数の赤外線検出器から構成される一つの赤外線検出部を備えたガス分析部によって測定するようにしてもよく（請求項６，１３）、このようにした場合、補正の時間遅れがなくなるとともに、構成部材も少なくて済む。さらに、上記いずれの赤外線ガス分析方法および装置においても、ゼロ点における水分干渉を補正した水分濃度と水分共存影響とがほぼ直線的な比例関係であることに基づいて、前記ゼロ点における水分干渉を補正するようにしてもよい（請求項７，１４）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１〜図５は、この発明の第１の実施の形態を示すもので、まず、図１〜図３は、この発明の赤外線ガス分析装置の一例を示している。そして、図１は、この発明の赤外線ガス分析装置を自動車に搭載した実施の形態を示し、この図において、１は測定に供される自動車（例えば使用過程車）で、２は例えばディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）、３はエンジン２に連なる排気管、４，５はこの排気管３に設けられる触媒装置、マフラーである。
【００１５】
６は自動車１内に搭載される赤外線ガス分析装置（その構成は後述する）で、ガス分析部６Ａと演算制御部６Ｂとからなる。ガス分析部６Ａには、排気管３において適宜の分岐接続部７を有するガスサンプリング流路８と、排気管３において適宜の合流接続部９を有する排出流路１０とが接続されている。図示する例においては、分岐接続部７および合流接続部９は、排気管３の触媒装置４とマフラー５との間に、この順で設けられている。そして、分岐接続部７は、排気管３を流れてくるエンジン２からの排ガスの一部を採取できるように構成されている。また、ガスサンプリング流路８は、分岐接続部７を含むその全流路にわたって例えばヒータ１１が巻設してあり、これを流れる排ガス（サンプルガス）が所定の温度に加熱保温されるようにしてある。このように、サンプルガスを除湿しないで加熱されたガス流路を供給するので、高濃度の水分を含む測定対象ガスを、除湿せずに測定することができる。さらに、演算制御部６Ｂは、自動車１内に搭載されるパソコン１２からの指令によりガス分析部６Ａの各部を制御したり、ガス分析部６Ａの検出器（後述する）の出力信号に基づいて濃度演算を行うように構成されている。
【００１６】
そして、パソコン１２は、演算制御部６Ｂとの間で信号を授受し、赤外線ガス分析装置６全体を制御したり、演算制御部６Ｂからの信号に基づいて測定結果などを表示したり、測定結果などをデータとして格納する。なお、図１において、１３は路面である。
【００１７】
図２は、赤外線ガス分析装置６のガス分析部６Ａの構成の一例を概略的に示すもので、この図において、１４はセルで、その両端側が赤外透過性のセル窓１５ａ，１５ｂで封止されるとともに、サンプルガスＳＧの入口１６、出口１７が形成されている。そして、ガス入口１６にはガスサンプリング流路８の下流端が接続され、ガス出口１７には排出流路１０の上流端が接続される。
【００１８】
１８はセル１４の一方のセル窓１５ａ側に設けられ、セル１４内に赤外光を照射するための赤外光源、１９は赤外光源１８とセル１４との間に介装される光チョッパで、例えばモータ（図示していない）によって回転駆動され、赤外光源１８によって発せられる赤外光を一定周期で断続（チョッピング）するように構成されている。
【００１９】
２０はセル１４の他方のセル窓１５ｂ側に設けられ赤外線検出部（以下、単に検出部という）で、複数の赤外線検出器を互いに光学的に並列的に設けてなるものである。この実施の形態においては、例えばサンプルガスＳＧ中に含まれる測定対象成分である例えばＣＯ、ＣＯ2 をそれぞれ測定するためのＣＯ検出器、ＣＯ2 検出器およびサンプルガスＳＧ中に含まれる干渉成分としての水分（Ｈ2 Ｏ）を測定するための水分検出器と、比較検出器として、図３に示すように、円周を４等分しかつ同心円上に設けられた４つの赤外線検出器（以下、単に検出器という）２１，２２，２３，２４（図２では、便宜上一直線上に表している）と、これらの検出器２１〜２４の受光側にそれぞれ対応して設けられる光学フィルタ２５〜２８からなる。
【００２０】
そして、検出器２１〜２４は、例えば半導体検出器よりなり、ＣＯ検出器および水分検出器２１〜２３に対応する光学フィルタ２５〜２７は、特定の測定対象成分のみの特性吸収帯域の赤外線を通過させるバンドパスフィルタよりなり、ＣＯ検出器２１に対応する光学フィルタ２５は、ＣＯの特性吸収帯域の赤外線のみを通過させるバンドパスフィルタよりなり、ＣＯ2 検出器２２に対応する光学フィルタ２６は、ＣＯ2 の特性吸収帯域の赤外線のみを通過させるバンドパスフィルタよりなり、水分検出器２３に対応する光学フィルタ２７は、Ｈ2 Ｏの特性吸収帯域の赤外線のみを通過させるバンドパスフィルタよりなる。さらに、比較検出器２４に対応するフィルタ２８は、サンプルガスＳＧ中のＣＯ、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏのいずれに対しても吸収帯域のないところの波長の赤外線を通過させるバンドパスフィルタよりなる。
【００２１】
２９は演算制御部６Ｂ内の濃度演算部で、検出器２１〜２４の出力に基づいて濃度演算を行うもので、３０は同期整流回路、３１は平滑回路、３２は引き算回路、３３は水分干渉並びに水分共存影響補正演算回路（以下、単に補正演算回路という）であり、検出器２１〜２４の出力に基づいて、測定対象成分としてのＣＯ、ＣＯ2 の濃度および干渉成分としての水分の濃度を演算し、さらに、これらの濃度を用いて、図４に示すような手法（後述する）によって水分影響を補正したＣＯ、ＣＯ2 の濃度を得るものである。
【００２２】
次に、上記構成の赤外線ガス分析装置６の動作について、図４および図５をも参照しながら説明する。赤外線ガス分析装置６およびパソコン１２を搭載した自動車１を走行させることにより、エンジン２から排ガスが排出され、これの一部が分岐接続部７を経てガスサンプリング流路８にサンプルガスＳＧとして採取され、赤外線ガス分析装置６のガス分析部６Ａのセル１４に供給される。この場合、分岐接続部７およびガスサンプリング流路８は、ヒータ１１によって所定の温度に加熱・保温されているので、採取されたサンプルガスＳＧ中に含まれる成分や水分が凝結するのが防止される。
【００２３】
ガス分析部６Ａにおいては、赤外光源１８によって赤外光をセル１４に照射し、光チョッパ１９が所定の周期で回転している状態で、ガスサンプリング流路８を経たサンプルガスＳＧがセル１４に供給されることにより、検出器２１〜２４からＣＯ、ＣＯ2 およびＨ2 Ｏのそれぞれの濃度に対応した交流信号および比較信号としての交流信号が出力され、これらが同期整流回路３０に入力される。
【００２４】
そして、同期整流回路３０には、例えば光チョッパ１９の回転周期に基づく整流用同期信号ｓが入力されているので、この同期信号ｓによって、濃度に対応した測定交流信号が同期整流され、さらに、平滑回路３１において平滑処理される。そして、ＣＯ、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏの濃度は、引算回路３２において、比較検出器２４の出力からＣＯ、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏに関するそれぞれの検出器２１，２２，２３の出力をそれぞれ引算することによって得ることができる。
【００２５】
ところで、上記演算によって得られるＣＯおよびＣＯ2 の濃度は、サンプルガスＳＧ中に含まれる水分による影響を受けているので、この水分影響を補正して、真の濃度（水分影響補正後濃度）を得る必要がある。以下、この濃度の補正の原理および手順について図４および図５を参照しながら説明する。
【００２６】
一般に、非分散型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）において、ＣＯやＣＯ2 を測定すると、Ｈ2 Ｏの赤外吸収帯（領域）とＣＯ、ＣＯ2 の赤外吸収帯とが重なり合っているので、図５（Ａ）に示すように、ＣＯ計、ＣＯ2 計のゼロ点における水分干渉が表れる。
【００２７】
また、スパン点では水分干渉、水分共存影響があり、このスパンでの水分影響は、図５（Ｂ）に示すようになる。水分共存影響とは、サンプルガスＳＧ中に水分が共存することにより、ＣＯ、ＣＯ2 の赤外吸収の度合い自体が変化するもので、図５（Ｃ）に示すように、水分の共存影響は、ＣＯ濃度に依存せず、水分濃度と一定の関係を有していることが分かる。そして、図５（Ｃ）の水分濃度の範囲では、水分共存影響は、水分濃度にほぼ比例している。この図５（Ｃ）は、スパン点における水分影響からゼロ点での水分干渉を差し引いたときの水分共存影響を表している。
【００２８】
そこで、この発明の赤外線ガス分析装置６においては、図４に示すような手順で、水分濃度と水分共存影響との一定の関係を用いて、水分影響を補正している。図４は、例えばＣＯ濃度における水分影響の補正を行う場合を示している。
【００２９】
まず、段落００２４において説明した通りの手法により、ＣＯ検出器２１の出力（ステップＳ１ａ）および水分検出器２３の出力（ステップＳ１ｂ）にそれぞれ基づいてＣＯ濃度（ステップＳ２ａ）および水分濃度（ステップＳ２ｂ）が得られる。なお、これらの濃度は、図２および図３に示すように、ＣＯ検出器２１および水分検出器２３が互いに光学的に並列に配置されているので、同時に得ることができる。
【００３０】
そして、ステップＳ２ｂにおいて得られた水分濃度を用いて、ステップＳ１ａにおいて得られたＣＯ濃度について、ゼロ点における水分干渉を補正する（ステップＳ３）。
【００３１】
ゼロ点における水分干渉を補正したＣＯ濃度は、図５（Ｃ）において説明したように、水分濃度に対してほぼ直線的に水分共存影響を受けているので、ステップＳ３に次いで、ステップＳ２ｂにおいて得られた水分濃度を用いて、ゼロ点における水分干渉を補正したＣＯ濃度について、水分共存影響を補正する（ステップＳ４）。このように、水分濃度と水分共存影響とがほぼ直線的な関係を有する場合には、例えば下記（１）式を用いて水分影響を補正することができる。
（補正後のＣＯ濃度）＝｛（補正前のＣＯ濃度）−Ｆ1 （ｗ）｝×１００／ （１００＋ｋ・ｗ） ……（１）
ここで、ｗ：水分濃度
Ｆ1 ：図５（Ａ）において計算される関数（例えば４次式）
ｋ：図５（Ｃ）における直線の傾き
とする。
これにより、ゼロ点における水分干渉およびスパン点における水分干渉（水分共存影響）の両方を除去した補正後のＣＯ濃度を得ることができる（ステップＳ５）。
【００３２】
なお、ＣＯ2 の濃度補正も、図４に示した手順によって行うことができるのはいうまでもない。
【００３３】
上述のように、この発明の赤外線ガス分析装置６においては、測定対象成分であるＣＯおよびＣＯ2 についてゼロ点における水分干渉を除いた後、水分濃度と水分共存影響の直線的な関係に基づいて水分共存影響を除去した精度の高い濃度測定を行うことができる。そして、従来の方法や装置とは異なり、除湿装置などの前処理装置を設ける必要がないので、分析の応答速度がそれだけ早くなるとともに、装置全体の構成がコンパクトになり、省スペース化が図れ、省電力、低コストで測定を行うことができる。また、サンプルガスＳＧを所定の温度以上になるように加熱保温した状態で測定しているので、水分分圧補正が不要になる。
【００３４】
そして、前記赤外線ガス分析装置６においては、測定対象成分であるＣＯおよびＣＯ2 と干渉成分である水分を一つのガス分析部６Ａによって測定するようにしているので、水分濃度を別途測定するように構成した場合に比べて、補正の時間遅れがなくなるとともに、構成部材も少なくて済む。
【００３５】
また、前記赤外線ガス分析装置６においては、構成自体がコンパクトであるので、自動車１に搭載することができる所謂車載型となるので、自動車１を走行させた状態において排ガス測定を連続的リアルタイムに行うことができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態においては、濃度算出や濃度補正などの演算を赤外線ガス分析装置６において行うようにしているが、これらの演算をパソコン１２において行うようにしてもよい。
【００３７】
なお、上述の実施の形態においては、測定対象成分であるＣＯおよびＣＯ2 と干渉成分である水分を一つのガス分析部６Ａによって測定するようにしていたが、図６に示す第２の実施の形態のように、ガスサンプリング流路８に分岐流路３４を接続し、この分岐流路３４に水分濃度測定装置３５を設け、この水分濃度測定装置３５の下流側の流路３６を排出流路１０に接続するようにして、サンプルガスＳＧ中に含まれるＣＯ、ＣＯ2 などの測定対象成分と水分とを別々の測定装置を用いて個別に測定するようにしてもよい。
【００３８】
また、ガス分析部６Ａにおける検出部２０は、上述したＣＯ、ＣＯ2 のほかに、ＨＣを測定するための検出器など複数種の特定成分を測定できるようにしてあってもよく、また、単一の特定成分のみを測定するようにしてあってもよい。
【００３９】
上述の第１および第２の実施の形態においては、エンジン２に連なる排気管３に、排気管３内を流れる排ガスの一部を採取する分岐流路（流路８，１０からなる）を設け、この分岐流路に、セル１４、赤外光源１８および検出部２０を備えたガス分析部６Ａを設けたものであったが、排気管３そのものをセルとし、この排気管３に赤外光源１８および検出部２０の互いに対向するように設けてもよい。以下、このような赤外線ガス分析装置の構成例を、第３の実施の形態として、図７および図８を参照しながら説明する。
【００４０】
まず、図７において、２Ａは自動車（図示していない）のエンジンで、３Ａはこのエンジン２Ａに連なる例えば断面視円形の排気管（配管の一例）である。４１，４２は排気管３Ａの適宜位置（図示例では下流側）の管壁３ａに形成される開口である。より詳しくは、これらの開口４１，４２は、管壁３ａの一つの直径上に互いに対向するようにして形成されている。そして、一方の開口４１の外側（排気管３Ａの外部）には開口４１に臨むようにして赤外光源１８Ａが設けられ、他方の開口４２の外側には開口４２に臨むようにして検出部２０Ａが設けられている。これらの赤外光源１８Ａおよび検出部２０Ａは、第１の実施の形態における赤外光源１８および検出部２０と同様に構成されているので、対応する部材に図２における符号と同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４１】
また、４３，４４は開口４１，４２の上流側（エンジン２Ａ側）の管壁３ａに位置するように設けられるファンで、これらのファン４３，４４は、管壁３ａと赤外光源１８Ａおよび検出部２０Ａとの間にエアーカーテン４５，４６を形成するためのものである。
【００４２】
上記図７に示す第３の実施の形態の赤外線ガス分析装置においては、エンジン２Ａからの排ガスが流れる排気管３Ａに互いに対向して形成された開口４１，４２の間の空間３ｂそのものがセルとなり、このセル３ｂの一端側に赤外光源１８Ａが設けられ、他端側に検出部２０Ａが設けられることにより、ガス分析部６Ａが形成されている。なお、図７において、２９Ａは検出部２０Ａの出力に基づいて濃度演算を行う濃度演算部で、第１の実施の形態における濃度演算部２９と同様の動作を行う。
【００４３】
このように構成された赤外線ガス分析装置においては、エンジン２Ａからの排ガスがサンプルガスＳＧとしてセル３ｂを流れ、このサンプルガスＳＧを横断するようにして赤外光源１８Ａからの赤外光がサンプルガスＳＧに一定周期でチョッピングされながら照射される。このサンプルガスＳＧを照射した赤外光が検出部２０Ａの検出器２１〜２４に入射し、それぞれの検出器２１〜２４からの出力が濃度演算部２９Ａに入力し、この濃度演算部２９Ａにおいて、第１の実施の形態と同様の演算処理を受ける。したがって、第３の実施の形態の赤外線ガス分析装置においても、第１の実施の形態における赤外線ガス分析装置と同様の作用効果、すなわち、段落００３３〜００３５において述べたような作用効果が得られる。そして、この実施の形態においては、さらに、以下のような優れた作用効果をも奏する。
【００４４】
すなわち、排ガスが流れる排気管３Ａの一部を赤外線ガス分析装置のセル３ｂとしているので、サンプルガスＳＧをサンプリングするための装置や流路などガスサンプリング系が全く不要であり、それだけ構成が簡略化される。そして、ガスサンプリング系が不要となったことにより、分析計指示に遅れが生ずることがなく、分析計指示の立ち上がり速度の低下がなくなる。そして、サンプルガスＳＧ中の水分濃度を従来の手法で測定する際、水はガスサンプリング系の配管の壁面で吸脱着を繰り返しながらガス分析部まで到達するため、分析計指示の立ち上がり速度が遅くならざるを得なかったが、この実施の形態においては、ガスサンプリングを行っていないので、このような影響は全くなくなる。
【００４５】
また、サンプルガスＳＧ中に水分が含まれる場合、直挿型の赤外線ガス分析装置では水分除去ができないために水分影響が問題となるが、この実施の形態においては、検出部２０Ａに水分検出器２３を設けているので、水分影響をリアルタイムに補正することができる。さらに、ファン４３，４４によって、管壁３ａと赤外光源１８Ａおよび検出部２０Ａとの間にエアーカーテン４５，４６を形成するようにしているので、赤外光源１８Ａの窓や検出部２０Ａにおける光学フィルタ２５〜２８や検出器２１〜２４の窓にサンプルガスＳＧが直接接触するのが効果的に防止され、所望の濃度検出出力を長期にわたって安定して得ることができる。
【００４６】
上記図７に示した赤外線ガス分析装置においては、排気管３Ａに開口４１，４２を設け、一方の開口４１に臨むように赤外光源１８Ａを設け、他方の開口４２に臨むように検出部２０Ａを設けたものであったため、前記開放された開口４１，４２に沿うようにエアーカーテン４５，４６を形成するためのファン４３，４４を設けていたが、図８に示すように、開口４１，４２に赤外線透過性素材よりなる光学窓４７，４８を適宜のシール部材４９，５０によって設け、開口４１，４２を封止するようにしてもよい。この場合、赤外光源１８Ａおよび検出部２０Ａを、光学窓４７，４８に密着させるようにしてもよい。
【００４７】
前記図８に示した赤外線ガス分析装置においても、図７における赤外線ガス分析装置と同様の効果を奏することは言うまでもない。そして、この図８に示したものにおいては、排気管３Ａの途中に形成した開口４１，４２から排ガスが流出するおそれがなく、したがって、ガス分析部６Ａの設置位置は任意である。
【００４８】
そして、上述の図７および図８にそれぞれ示す実施の形態のものにおいては、ガス分析部６Ａがエンジン２Ａに直結された排気管３Ａに形成されていたが、排気管３Ａにさらに別の配管を直列接続し、この配管にガス分析部６Ａを設けるようにしてもよい。
【００４９】
なお、上記３つの実施の形態においては、濃度算出や濃度補正などの演算を赤外線ガス分析装置６において行うようにしているが、これらの演算をパソコンなど適宜の演算装置（図示していない）において行うようにしてもよい。また、これらの実施の形態におけるエンジン２，２Ａは、路面を走行している自動車に搭載されているものであっても、あるいは、シャシダイナモ上に載置された自動車に搭載されたものであってもよく、さらには、エンジンダイナモ上に載置されたエンジン単体であってもよい。
【００５０】
上述した実施の形態においては、サンプルガスＳＧが排気管３と並列的な流路に設けられるセル１４に導入されたものであったり、排気管３Ａ内を通過するものであり、これらのサンプルガスＳＧにおける特定成分の測定に際して影響を与える水分の干渉影響を補正して、所望の測定対象成分の濃度を精度よく測定するものであったが、この発明はこれらに限られるものではなく、ある特定の領域や空間において特定成分の測定を行う所謂リーモートセンシングにも利用することができる。
【００５１】
すなわち、図９は、前記リーモートセンシングの一例を示すもので、この図において、５１は自動車などの車両が通行する道路、５２，５３はその両側の歩道である。そして、これらの歩道５２，５３のうち、一方５２には例えば赤外光源１８Ｂが設けられ、他方５３には検出部２０Ｂおよび濃度演算部２９Ｂが設けられている。赤外光源１８Ｂ、検出部２０Ｂおよび濃度演算部２９Ｂは、図２に示された赤外光源１８、検出部２０Ｂおよび濃度演算部２９Ｂと同様の構成を備えている。この場合、赤外光源１８Ｂと検出部２０Ｂとは互いに対向するように設けられ、これらの赤外光源１８Ｂと検出部２０Ｂとの間の道路５１の上方の空間部分５１ａがセルとなり、これら１８Ｂ，２０Ｂ，５１ａによってガス分析部が形成されることとなる。なお、赤外光源１８Ｂと検出部２０Ｂは、路面に対してあまり高くなく、また、人等の通行の妨げにならないように設けるのが好ましい。
【００５２】
上記構成においては、例えば自動車が道路上を走行したときに排出される排ガスが前記空間部分５１ａに存在すると、この排ガスがサンプルガスとなり、このサンプルガスを横断するようにして赤外光源１８Ｂからの赤外光が一定周期でチョッピングされながら照射される。このサンプルガスを照射した赤外光は、検出部２０Ｂの検出器（図示していない）に入射し、それぞれの検出器からの出力が濃度演算部２９Ｂに入力し、この濃度演算部２９Ｂにおいて、第１の実施の形態と同様の演算処理を受ける。
【００５３】
前記図９に示した第４の実施の形態においても、サンプルガス中に含まれる水分の影響を補正し、所望の測定対象成分の濃度を精度よく測定することができ、所謂リモートセンシングが好適に行われる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の赤外線ガス分析方法および装置は、構成がシンプルでありながらもサンプルガス中に含まれる水分の影響を補正することができ、所望の測定対象成分の濃度を精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施の形態における赤外線ガス分析装置を自動車に搭載した状態を示す図である。
【図２】 前記赤外線ガス分析装置におけるガス分析部の構成の一例を概略的に示す図である。
【図３】 前記ガス分析部の検出部における赤外線検出器の配置の一例を模式的に示す図である。
【図４】 前記赤外線ガス分析装置において行われる水分干渉影響の補正手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】 水分の干渉影響を説明するための図である。
【図６】 この発明の第２の実施の形態を概略的に示す図である。
【図７】 この発明の第３の実施の形態を概略的に示す図である。
【図８】 この発明の第３の実施の形態の他の変形態様を概略的に示す図である。
【図９】 この発明の第４の実施の形態を概略的に示す図である。
【図１０】 従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
３Ａ 配管
６ 赤外線ガス分析装置
６Ａ ガス分析部
１４ セル
１８，１８Ａ，１８Ｂ 赤外光源
２０，２０Ａ，２０Ｂ 赤外線検出部
２９，２９Ａ，２９Ｂ 濃度演算部
４１，４２ 開口
４５，４６ エアーカーテン
４７，４８ 光学窓
ＳＧ サンプルガス
Claims (14)
- セルの一端側に赤外光源を備え、他端側に赤外線検出部を備えたガス分析部の前記セルに供給されるサンプルガスに赤外光を照射し、そのとき得られる検出出力に基づいて前記サンプルガス中の測定対象成分の濃度を求めるとともに前記サンプルガス中に含まれる水分の濃度を求め、このとき求められた水分濃度を用いて前記測定対象成分の濃度に対するゼロ点における水分干渉を補正し、その後、予め求められている水分濃度と水分共存影響との一定の関係を用いて、前記ゼロ点における水分干渉を補正した測定対象成分の濃度に対する水分共存影響を補正することにより、水分影響を補正した測定対象成分の濃度を求めるようにしたことを特徴とする赤外線ガス分析方法。
- 配管に形成された二つの開口のうち、一方の開口に臨むように赤外光源が設けられるとともに、他方の開口に赤外線検出部が設けられてなるガス分析部の前記配管中を流れるサンプルガスに赤外光を照射し、そのとき得られる検出出力に基づいて前記サンプルガス中の測定対象成分の濃度を求めるとともに前記サンプルガス中に含まれる水分の濃度を求め、このとき求められた水分濃度を用いて前記測定対象成分の濃度に対するゼロ点における水分干渉を補正し、その後、予め求められている水分濃度と水分共存影響との一定の関係を用いて、前記ゼロ点における水分干渉を補正した測定対象成分の濃度に対する水分共存影響を補正することにより、水分影響を補正した測定対象成分の濃度を求めるようにしたことを特徴とする赤外線ガス分析方法。
- 前記開口の外部にエアーカーテンが形成されるようにしてある請求項２に記載の赤外線ガス分析方法。
- 前記開口に赤外線透過性の光学窓が設けられている請求項２に記載の赤外線ガス分析方法。
- サンプルガスを横断するように赤外光を発する赤外光源と、この赤外光源から発せられた赤外光を受光する赤外線検出部とを備えてなるガス分析部を流れるサンプルガスに赤外光を照射し、そのとき得られる検出出力に基づいて前記サンプルガス中の測定対象成分の濃度を求めるとともに前記サンプルガス中に含まれる水分の濃度を求め、このとき求められた水分濃度を用いて前記測定対象成分の濃度に対するゼロ点における水分干渉を補正し、その後、予め求められている水分濃度と水分共存影響との一定の関係を用いて、前記ゼロ点における水分干渉を補正した測定対象成分の濃度に対する水分共存影響を補正することにより、水分影響を補正した測定対象成分の濃度を求めるようにしたことを特徴とする赤外線ガス分析方法。
- 測定対象成分の濃度と水分の濃度を、複数の赤外線検出器から構成される一つの赤外線検出部を備えたガス分析部によって測定するようにしてある請求項１〜５のいずれかに記載の赤外線ガス分析方法。
- 水分濃度と水分共存影響との一定の関係がほぼ直線的な比例関係である請求項１〜６のいずれかに記載の赤外線ガス分析方法。
- サンプルガスが供給されるセルの一端側に赤外光源を備えるとともに他端側に赤外線検出部を備えたガス分析部と、前記赤外線検出部からの検出出力を処理する濃度演算部を備えた赤外線ガス分析装置において、前記濃度演算部は、前記検出部からの検出出力に基づいて前記サンプルガス中の測定対象成分の濃度を求めるとともに前記サンプルガス中に含まれる水分の濃度を求め、このとき求められた水分濃度に基づいて前記測定対象成分の濃度に対するゼロ点における水分干渉を補正し、その後、予め求められている水分濃度と水分共存影響との一定の関係に基づいて、前記ゼロ点における水分干渉を補正した測定対象成分の濃度に対する水分共存影響を補正することにより、水分影響を補正した測定対象成分の濃度を得る演算を行うことを特徴とする赤外線ガス分析装置。
- 配管に形成された二つの開口のうち、一方の開口に臨むように赤外光源が設けられるとともに、他方の開口に赤外線検出部が設けられてなるガス分析部と、前記検出部からの検出出力を処理する濃度演算部を備えた赤外線ガス分析装置において、前 記濃度演算部は、前記赤外線検出部からの検出出力に基づいて前記サンプルガス中の測定対象成分の濃度を求めるとともに前記サンプルガス中に含まれる水分の濃度を求め、このとき求められた水分濃度に基づいて前記測定対象成分の濃度に対するゼロ点における水分干渉を補正し、その後、予め求められている水分濃度と水分共存影響との一定の関係に基づいて、前記ゼロ点における水分干渉を補正した測定対象成分の濃度に対する水分共存影響を補正することにより、水分影響を補正した測定対象成分の濃度を得る演算を行うことを特徴とする赤外線ガス分析装置。
- 前記開口の外部にエアーカーテンが形成されるようにしてある請求項９に記載の赤外線ガス分析装置。
- 前記開口に赤外線透過性の光学窓が設けられている請求項９に記載の赤外線ガス分析装置。
- サンプルガスを横断するように赤外光を発する赤外光源と、この赤外光源から発せられた赤外光を受光する赤外線検出部と、この赤外線検出部からの検出出力が入力される濃度演算部を備えた赤外線ガス分析装置において、前記濃度演算部は、前記赤外線検出部からの検出出力に基づいて前記サンプルガス中の測定対象成分の濃度を求めるとともに前記サンプルガス中に含まれる水分の濃度を求め、このとき求められた水分濃度に基づいて前記測定対象成分の濃度に対するゼロ点における水分干渉を補正し、その後、予め求められている水分濃度と水分共存影響との一定の関係に基づいて、前記ゼロ点における水分干渉を補正した測定対象成分の濃度に対する水分共存影響を補正することにより、水分影響を補正した測定対象成分の濃度を得る演算を行うことを特徴とする赤外線ガス分析装置。
- 測定対象成分の濃度と水分の濃度を、複数の赤外線検出器から構成される一つの赤外線検出部を備えたガス分析部によって測定するようにしてある請求項８〜１２のいずれかに記載の赤外線ガス分析装置。
- 水分濃度と水分共存影響との一定の関係がほぼ直線的な比例関係である請求項８〜１３のいずれかに記載の赤外線ガス分析装置。
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