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JP5022334B2 - Gas component measuring device and optical axis adjusting method thereof - Google Patents

Gas component measuring device and optical axis adjusting method thereof Download PDF

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JP5022334B2 JP2008257668A JP2008257668A JP5022334B2 JP 5022334 B2 JP5022334 B2 JP 5022334B2 JP 2008257668 A JP2008257668 A JP 2008257668A JP 2008257668 A JP2008257668 A JP 2008257668A JP 5022334 B2 JP5022334 B2 JP 5022334B2
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Description

本発明は、排ガス等の被測定ガス中のガス成分濃度を計測するガス成分計測装置及びその光軸調整方法に関する。   The present invention relates to a gas component measuring device that measures a gas component concentration in a gas to be measured such as exhaust gas, and an optical axis adjusting method thereof.

従来、燃料ガス中のガス成分の濃度をレーザ装置により計測することが知られている(特許文献1参照)。   Conventionally, it is known that the concentration of a gas component in fuel gas is measured by a laser device (see Patent Document 1).

特開2005−24249号公報JP 2005-24249 A

ところで、レーザ装置は長期間に亙って連続計測することが求められており、その長寿命化が課題となっている。
とくに、レーザ出力の低下や光軸のずれによる、ラマン散乱光の発光効率の低下が問題となる。
そこで、長期間に亙って安定して計測が可能となるガス成分計測装置の出現が切望されている。
By the way, the laser device is required to perform continuous measurement over a long period of time, and extending its life is a problem.
In particular, there is a problem of a decrease in the emission efficiency of Raman scattered light due to a decrease in laser output or an optical axis shift.
Therefore, the advent of a gas component measuring apparatus that can stably measure over a long period of time is eagerly desired.

特に、レーザ装置は振動等の機械的な影響が大きな要因となり、産業設備に近接して設置し、排ガス等を直接計測する場合には、光軸の調整等が必要となり、その対策として簡易な光軸対策が望まれている。   In particular, mechanical effects such as vibration are a major factor in laser devices. When installed near industrial equipment and directly measuring exhaust gas, etc., it is necessary to adjust the optical axis. Optical axis measures are desired.

本発明は、前記問題に鑑み、レーザ出力の低下や光軸のずれによる、ラマン散乱光の発光効率の低下を常に監視し、必要に応じて調整して、長期間に亙って安定してガス成分の計測ができるガス成分計測装置及びその光軸調整方法を提供することを課題とする。   In view of the above problems, the present invention constantly monitors the decrease in the emission efficiency of Raman scattered light due to the decrease in the laser output and the deviation of the optical axis, adjusts as necessary, and is stable over a long period of time. It is an object of the present invention to provide a gas component measuring apparatus capable of measuring a gas component and an optical axis adjusting method thereof.

上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、被測定ガスに対して照射されるレーザ光により発生するラマン散乱から被測定ガス中のガス成分濃度を計測するガス成分計測装置において、前記被測定ガスにレーザ光を照射するレーザ装置と、前記被測定ガスが導入された測定領域内に照射されたレーザ光により発生するラマン散乱光を計測する分光部と、前記測定領域内に一時的に挿入され、ラマン散乱光以外の光を発生又は反射するプローブと、前記ラマン散乱光以外の光を検知する光検出器とを具備してなることを特徴とするガス成分計測装置にある。   A first aspect of the present invention for solving the above-described problem is a gas component measuring apparatus for measuring a gas component concentration in a measurement gas from Raman scattering generated by laser light irradiated to the measurement gas. A laser device for irradiating the measurement gas with laser light, a spectroscopic unit for measuring Raman scattered light generated by the laser light irradiated in the measurement region where the measurement gas is introduced, and A gas component measuring apparatus comprising: a probe that is temporarily inserted to generate or reflect light other than Raman scattered light; and a photodetector that detects light other than Raman scattered light. .

第2の発明は、第1の発明において、レーザ光が測定領域に無いときに、レーザ装置のレーザ光の反射ミラー光軸調整又は集光レンズの位置の調整を行うことを特徴とするガス成分計測装置にある。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the gas component according to the first aspect, wherein when the laser beam is not in the measurement region, the adjustment of the reflection mirror optical axis of the laser beam of the laser device or the position of the condenser lens is performed. In the measuring device.

第3の発明は、第1又は2の発明において、レーザ出力計測部に位置検出手段を具備することを特徴とするガス成分計測装置にある。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the gas component measuring apparatus according to the first or second aspect of the invention, wherein the laser output measuring unit includes a position detecting means.

第4の発明は、第1乃至3のいずれか一つの発明において、レーザ出力計測部を具備し、レーザ装置のレーザ光の出力の補正を行うことを特徴とするガス成分計測装置にある。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the gas component measuring device according to any one of the first to third aspects, further comprising a laser output measuring unit, wherein the laser beam output of the laser device is corrected.

第5の発明は、第1乃至4のいずれか一つのガス成分計測装置を用い、測定領域内にプローブを挿入し、レーザ光の径の範囲にレーザ光が存在すると、正常な場合と判断し、そのまま計測を継続し、レーザ光が測定領域の範囲外にずれた場合には、レーザ装置のレーザ光の出力の補正を行うことを特徴とするガス成分計測装置の光軸調整方法にある。   According to a fifth aspect of the present invention, if any one of the first to fourth gas component measuring devices is used, a probe is inserted into the measurement region, and the laser beam is present within the range of the laser beam diameter, it is determined as normal. The measurement is continued as it is, and when the laser beam deviates outside the range of the measurement region, the output of the laser beam of the laser device is corrected, and the optical axis adjustment method of the gas component measuring device is provided.

本発明によれば、ラマン散乱光以外の光を発生又は反射するプローブ(例えばニードル)と、前記ラマン散乱光以外の光を検知する光検出器とを具備してなるので、被測定ガスの測定領域内にレーザ光が確実に存在していることを常に監視することができる。   According to the present invention, a probe (for example, a needle) that generates or reflects light other than Raman scattered light and a photodetector that detects light other than Raman scattered light are provided. It can always be monitored that laser light is reliably present in the region.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.

本発明による実施例に係る燃料ガス中の組成を計測するガス成分計測装置について、図面を参照して説明する。
図1は、実施例に係るガス成分計測装置の概略図である。
図1に示すように、ガス成分計測装置10は、被測定ガス12に対して照射されるレーザ光11により発生するラマン散乱から被測定ガス12中のガス成分濃度を計測するガス成分計測装置において、前記被測定ガス12にレーザ光11を照射するレーザ装置13と、前記被測定ガス12が導入された測定領域14内に照射されたレーザ光11により発生するラマン散乱光15を計測する分光部16と、前記測定領域14内に一時的に挿入され、ラマン散乱光以外の光17を発生(図2参照;例えば蛍光、プラズマ光等)又は反射(例えばレーザ光の多重反射)するプローブであるニードル18と、前記ラマン散乱光以外の光17を検知する光検出器19とを具備してなり、一時的に挿入されたニードル18によるラマン散乱光以外の光17の情報により、レーザ光11の光軸調整、分光部の集光位置調整のいずれか一方又は両方を行うものである。
ここで、図1において、符号20は被測定ガス12が導入され、レーザ光11を照射してガス成分を計測する測定チャンバ、21はレーザ装置13からのレーザ光11を反射する反射ミラー、22はレーザ光11を集光する集光レンズ、23はICCD(Intensified Charge Coupled Device)カメラ、24はデータ処理手段(CPU)を各々図示する。
A gas component measuring apparatus for measuring a composition in fuel gas according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of a gas component measuring apparatus according to an embodiment.
As shown in FIG. 1, the gas component measuring device 10 is a gas component measuring device that measures the gas component concentration in the measured gas 12 from Raman scattering generated by the laser light 11 irradiated to the measured gas 12. A laser device 13 for irradiating the measurement gas 12 with a laser beam 11 and a spectroscopic unit for measuring Raman scattered light 15 generated by the laser beam 11 irradiated in the measurement region 14 into which the measurement gas 12 is introduced 16 and a probe that is temporarily inserted into the measurement region 14 and generates light 17 other than Raman scattered light (see FIG. 2; for example, fluorescence, plasma light, etc.) or reflects (for example, multiple reflection of laser light). A needle 18 and a light detector 19 for detecting light 17 other than the Raman scattered light are provided, and light 17 other than the Raman scattered light by the temporarily inserted needle 18. The information, the optical axis adjustment of the laser beam 11, and performs one or both of the focusing position of the spectroscopic unit.
Here, in FIG. 1, reference numeral 20 denotes a measurement chamber in which a measurement gas 12 is introduced and irradiates a laser beam 11 to measure a gas component, 21 denotes a reflection mirror that reflects the laser beam 11 from the laser device 13, and 22. Is a condensing lens for condensing the laser beam 11, 23 is an ICCD (Intensified Charge Coupled Device) camera, and 24 is a data processing means (CPU).

ここで、前記ラマン散乱光以外の光17を発生(例えば蛍光、プラズマ光等)又は反射(例えばレーザ光の多重反射)するプローブであるニードル18とは、例えばステンレス製のものを用い、鉄、ニッケル、クロム等の成分が合わさったプラズマ光を発生されるものとするのが好ましい。
また、ニードル18の表面に蛍光剤を塗布又は、連続して供給することにより、蛍光を発生させるようにしてもよい。
Here, the needle 18 which is a probe for generating (for example, fluorescence, plasma light, etc.) or reflecting (for example, multiple reflection of laser light) other than the Raman scattered light is made of, for example, stainless steel, iron, It is preferable to generate plasma light in which components such as nickel and chromium are combined.
Alternatively, fluorescence may be generated by applying or continuously supplying a fluorescent agent to the surface of the needle 18.

また、図2に示すように、ニードル18の挿入により発生するプラズマ光17は光検出器19で検出しており、検出器としては、例えば光電子増倍管、フォトダイオード等を挙げることができる。
前記プラズマ光17はレーザ光が高いものとなるが、多重反射はレーザ光密度が低いものとなるので、計測対象に応じて光検出器19の感度を調整するようにしている。
そして、後述するように、このニードル18の挿入により、レーザ光11が正しく、測定領域14内に照射されているか否かを判断することができる。よって、この監視を所定期間毎行うようにすることで、レーザ光11の光軸のずれを監視し、もしレーザ光の光軸がずれているような場合には、光軸調整を行うようにすることで、長期間に亙って連続して安定したガス成分の計測が可能となる。
As shown in FIG. 2, plasma light 17 generated by inserting the needle 18 is detected by a photodetector 19, and examples of the detector include a photomultiplier tube and a photodiode.
The plasma light 17 has a high laser light, but the multiple reflection has a low laser light density. Therefore, the sensitivity of the photodetector 19 is adjusted according to the measurement target.
Then, as will be described later, it is possible to determine whether or not the laser beam 11 is correctly irradiated into the measurement region 14 by inserting the needle 18. Therefore, by performing this monitoring every predetermined period, the deviation of the optical axis of the laser beam 11 is monitored, and if the optical axis of the laser beam is deviated, the optical axis is adjusted. By doing so, it becomes possible to continuously and stably measure gas components over a long period of time.

ここで、レーザ装置13からのレーザ光11は、反射ミラー21を介して測定チャンバ20側へ反射させて、集光手段である集光レンズ22により集光し、次いで測定チャンバ20内へ送られ、測定領域14内にレーザ光11を入射させ、測定チャンバ20内に導入される被測定ガス12へ照射している。
なお、測定チャンバ20は被測定ガス12を内部に導入、保持又は排出させる機能を有するものであり、この導入は、生成ガスを送球する送給管の一部を又は送給管から分枝させて導入するようにしてもよい。
Here, the laser beam 11 from the laser device 13 is reflected to the measurement chamber 20 side via the reflection mirror 21, condensed by the condenser lens 22 that is a condenser, and then sent into the measurement chamber 20. The laser beam 11 is incident on the measurement region 14 and irradiates the measurement gas 12 introduced into the measurement chamber 20.
Note that the measurement chamber 20 has a function of introducing, holding, or discharging the gas 12 to be measured inside, and this introduction causes a part of the supply pipe for sending the product gas to be branched or branched from the supply pipe. May be introduced.

また、測定領域14の中心部から散乱されたラマン散乱光15は、例えば偏光子、集光レンズ及びフィルタ等の光学群(図示せず)を介して分光部16で分光され、該分光部16に接続されたICCDカメラ23により各波長の光の強度を計測する。
前記ICCDカメラ23からの計測データは、CPU24に送られ、ここで、例えばガス成分計測データとして取り出すようにしている。
Further, the Raman scattered light 15 scattered from the center of the measurement region 14 is spectrally separated by the spectroscopic unit 16 via an optical group (not shown) such as a polarizer, a condenser lens, and a filter, for example, and the spectroscopic unit 16 The intensity of light of each wavelength is measured by the ICCD camera 23 connected to the.
The measurement data from the ICCD camera 23 is sent to the CPU 24, where it is extracted as, for example, gas component measurement data.

本実施例では、被測定ガス12としては、産業設備から排出される排ガスであればいずれでもよい。
一例として、バイオマスガス化ガスの計測チャート一例を図3に示す。図3に示すように、水素(H2)が8%、水(H2O)が62%、二酸化炭素(CO2)が12%、一酸化炭素(CO)が6%、メタン(CH4)が1%、窒素(N2)が12%である。なお割合はチャートからの計算による。
In the present embodiment, the gas to be measured 12 may be any exhaust gas discharged from industrial equipment.
As an example, an example of a measurement chart of biomass gasification gas is shown in FIG. As shown in FIG. 3, hydrogen (H 2 ) is 8%, water (H 2 O) is 62%, carbon dioxide (CO 2 ) is 12%, carbon monoxide (CO) is 6%, methane (CH 4 ) Is 1%, and nitrogen (N 2 ) is 12%. The ratio is calculated from the chart.

以下に、レーザ装置を用いたガス成分計測装置10の各構成部材について説明する。
先ず、レーザ光11を出力し被測定ガス12へ照射する機能を有するレーザ装置13について説明する。
レーザ装置13は、レーザ発振によりレーザ光11を出力するものであり、使用するレーザにより、レーザ光11の波長は、所望のものを使用できる。
本発明では、波長が可視光域(400nm〜700nm)のものを使用するのが好ましい。ここでは、532nmのものを用いている。
Below, each structural member of the gas component measuring device 10 using a laser apparatus is demonstrated.
First, the laser device 13 having a function of outputting the laser beam 11 and irradiating the measurement gas 12 will be described.
The laser device 13 outputs laser light 11 by laser oscillation, and the desired wavelength of the laser light 11 can be used depending on the laser used.
In the present invention, it is preferable to use one having a wavelength of visible light (400 nm to 700 nm). Here, the one of 532 nm is used.

なお、測定チャンバ20内に設けられるパワーメータ26は、レーザ装置13から出力されるレーザ光11の進行方向上に設けられており、レーザ光11の出力を正確に計測することが出来る計算機器である。この数値をフィードバックし、レーザ装置13の出力を調整する。
なお、パワーメータの代わりに、レーザ光プロファイラを設置してレーザ光の光軸のずれを検知するようにしてもよい。
これにより、レーザ光の位置検出精度が向上し、光軸修正を迅速に行うことが可能となる。ただし、劣悪環境では不向きである。
Note that the power meter 26 provided in the measurement chamber 20 is provided in the traveling direction of the laser beam 11 output from the laser device 13 and is a computing device that can accurately measure the output of the laser beam 11. is there. This numerical value is fed back to adjust the output of the laser device 13.
Instead of the power meter, a laser beam profiler may be installed to detect the deviation of the optical axis of the laser beam.
Thereby, the position detection accuracy of the laser beam is improved, and the optical axis can be corrected quickly. However, it is not suitable for poor environments.

また、反射ミラー21は、出力されたレーザ光11の進行方向を、被測定ガス12の存在する計測チャンバ20の方向へ、反射により向けさせるミラーである。このミラー21の角度を調整することにより、測定領域14内で任意の位置での計測を可能としている。   The reflection mirror 21 is a mirror that reflects the traveling direction of the output laser beam 11 toward the measurement chamber 20 where the measurement target gas 12 exists by reflection. By adjusting the angle of the mirror 21, measurement at an arbitrary position in the measurement region 14 is possible.

次に、レーザ光11が照射できるような形で被測定ガス12を保持又は流通させる機能を有する測定チャンバ20について説明する。測定チャンバ20は、計測される被測定ガス12が内部に存在しており、それを外部(レーザ部や分光器を含む)にリークさせないような構造をしている。なお、測定用のレーザ光11及び被測定ガス12からのラマン散乱光15は、第1の窓27−1及び第2の窓27−2から出入りする。   Next, a description will be given of the measurement chamber 20 having a function of holding or circulating the measurement gas 12 in such a manner that the laser beam 11 can be irradiated. The measurement chamber 20 has a structure in which the measured gas 12 to be measured is present inside and does not leak to the outside (including the laser unit and the spectroscope). Note that the measurement laser beam 11 and the Raman scattered light 15 from the measured gas 12 enter and exit from the first window 27-1 and the second window 27-2.

第2の窓27−2は、被測定ガス12を外部へ流出させないための石英ガラス製の窓である。石英ガラス製にしているのは、その窓をレーザ光11が透過できるようにするためである。なお、この窓は二重にしており、石英ガラス1枚が破損しても、ガスがリークしないようにしている。   The second window 27-2 is a quartz glass window for preventing the measured gas 12 from flowing out. The reason why it is made of quartz glass is to allow the laser beam 11 to pass through the window. This window is doubled so that gas does not leak even if one piece of quartz glass is broken.

また、測定チャンバ20のレーザ光11の通路には、電磁弁(図示せず)が設けられており、通常は、閉じている。これは、長期間に亙って測定チャンバ20側の第2の窓27−2を被測定ガス12に曝しておくと、該被測定ガス12中の不純物により、第2の窓27−2が汚れてしまい、その汚れの為にレーザによる測定が困難となるからである。なお、前記電磁弁は測定時には開口される。   Further, an electromagnetic valve (not shown) is provided in the passage of the laser beam 11 in the measurement chamber 20 and is normally closed. This is because if the second window 27-2 on the measurement chamber 20 side is exposed to the gas 12 to be measured for a long period of time, the second window 27-2 is caused by impurities in the gas 12 to be measured. This is because it becomes dirty and measurement with a laser becomes difficult due to the contamination. The solenoid valve is opened during measurement.

測定チャンバ20は、レーザ光11の進行方向上の被測定ガス12が存在している測定領域14を含む場所であり、該測定領域14に存在する被測定ガス12にレーザ光11が照射されることにより測定がなされる。ただし、被測定ガス12は、この場所で留まっている必要は無く、ガス供給用の配管の途中であって、その配管中をガスが滞留することなく流れている(動いている)状態であっても測定可能である。   The measurement chamber 20 is a place including the measurement region 14 where the measurement gas 12 in the traveling direction of the laser beam 11 exists, and the measurement target gas 12 existing in the measurement region 14 is irradiated with the laser beam 11. The measurement is made. However, the gas to be measured 12 does not need to stay in this place, and is in the middle of the gas supply pipe, and the gas is flowing (moving) in the pipe without stagnation. Can be measured.

次に、被測定ガス12からのラマン散乱光15を分光し、測定データとして取り出す機能を有する分光部16について説明する。ここで、測定領域14の中心部から散乱されたラマン散乱光15は、レーザ光11からある角度をなして、第2の窓27−2及び第1の窓27−1を経由して分光部16へ入る。   Next, the spectroscopic unit 16 having a function of separating the Raman scattered light 15 from the measured gas 12 and taking it out as measurement data will be described. Here, the Raman scattered light 15 scattered from the central portion of the measurement region 14 forms an angle from the laser light 11 and passes through the second window 27-2 and the first window 27-1, and the spectroscopic unit. Enter 16.

上記分光部16内に設けられる偏光子(図示せず)は、特定の偏光面を持つ散乱光のみを進行方向は変えずに透過させる偏光手段であり、この偏光子で透過した散乱光は、集光レンズ(図示せず)により集光された後に、フィルタ(図示せず)により、特定の波長の散乱光のみ透過させるようにしている。本実施の形態では、570〜700nmの領域の光が透過するフィルタを使用する。   The polarizer (not shown) provided in the spectroscopic unit 16 is a polarizing means that transmits only the scattered light having a specific polarization plane without changing the traveling direction. The scattered light transmitted by the polarizer is After being condensed by a condenser lens (not shown), only scattered light having a specific wavelength is transmitted by a filter (not shown). In this embodiment, a filter that transmits light in a region of 570 to 700 nm is used.

そして、特定の波長領域となったラマン散乱光15は分光部16で分光され、ここに接続されているICCDカメラ23により、光の強度を計測している。そして、このICCDカメラ23は光電子増倍型のデバイスであり、ここで分光部16により分光された各波長の光の強度を計測するようにしている。   And the Raman scattered light 15 which became a specific wavelength area | region is spectral-divided by the spectroscopy part 16, and the intensity | strength of light is measured with the ICCD camera 23 connected here. The ICCD camera 23 is a photomultiplier type device that measures the intensity of light of each wavelength separated by the spectroscopic unit 16.

図4は、ガス成分計測装置10により、レーザ光の光軸のずれを調整する手法を図示するものであり、レーザ装置13とICCDカメラ23とニードル18とを同期させている模式図である。
先ず同期装置からは3つのタイミング信号を出す。これらの信号を信号1〜3として表すと、信号1はレーザ装置13からの発振タイミングを制御する信号であり、信号2はICCDカメラ23からの撮影タイミングを制御する信号であり、信号3はニードル18の動作を制御する信号である。
先ず、同期装置から信号1及び2が出力され、レーザ装置13及びICCDカメラ23にそれぞれ入力される。
レーザ装置13は、信号1の入力後、レーザ発振がなされる(信号1入力後、レーザ発振されるまでに遅延時間は、ナノ秒オーダと短いために考慮しない)。
例えば同期装置より発振される信号1の信号が10Hzであったとすると、レーザ発振は1秒間に10回の周期で発振される。レーザ発振の後、ナノ秒オーダで燃料ガス成分のラマン散乱光15がICCDカメラ23に届くので、当該ICCDカメラ23のシャッターを開く。
このとき、本例においては、例えば9回分を被測定ガスのラマン散乱光15の検出のために用い、残りの1回をニードル挿入のために使用するようにしている。
なお、このときのニードル挿入時間は100ms未満となる。
挿入されたニードル18により発生した光(プラズマ光等)を光検出器19で検出する。
これにより、ラマン散乱光15の測定領域14におけるレーザ光11の位置をオンラインで確認することができる。
FIG. 4 illustrates a method for adjusting the deviation of the optical axis of the laser beam by the gas component measuring device 10, and is a schematic diagram in which the laser device 13, the ICCD camera 23, and the needle 18 are synchronized.
First, three timing signals are output from the synchronizer. When these signals are expressed as signals 1 to 3, signal 1 is a signal for controlling the oscillation timing from the laser device 13, signal 2 is a signal for controlling the imaging timing from the ICCD camera 23, and signal 3 is a needle. 18 is a signal for controlling the operation of 18.
First, signals 1 and 2 are output from the synchronization device and input to the laser device 13 and the ICCD camera 23, respectively.
The laser device 13 performs laser oscillation after the signal 1 is input (the delay time until the laser oscillation is performed after the signal 1 is input is not considered because the delay time is as short as nanoseconds).
For example, if the signal 1 oscillated from the synchronization device is 10 Hz, laser oscillation is oscillated at a cycle of 10 times per second. After the laser oscillation, the Raman scattered light 15 of the fuel gas component reaches the ICCD camera 23 in nanosecond order, so the shutter of the ICCD camera 23 is opened.
At this time, in this example, for example, nine times are used for detecting the Raman scattered light 15 of the gas to be measured, and the remaining one time is used for needle insertion.
The needle insertion time at this time is less than 100 ms.
Light (plasma light or the like) generated by the inserted needle 18 is detected by a photodetector 19.
Thereby, the position of the laser beam 11 in the measurement region 14 of the Raman scattered light 15 can be confirmed online.

次に、ニードル挿入と光軸調整について図1、図2及び図5を参照しつつ説明する。
図5はその監視及び調整のフローチャートである。
図2及び図5に示すように、測定領域14内にニードル18を挿入する(S11)。
次に、光検出器19でプラズマ光17を検出し、レーザ光11の光軸のずれが無い(正常)か、光軸のずれが有る(異常)か否かを判断する(S12)。
光軸のずれが無い(正常)の場合には、計測を続行する。
これに対し、光軸のずれが有る(異常)の場合には、レーザ光の光軸調整(反射ミラー21、集光レンズ22)を行う(S13)。
再度、ニードル挿入操作を行い、光軸のずれが許容されるまで光軸調整を行う。
Next, needle insertion and optical axis adjustment will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a flowchart of the monitoring and adjustment.
As shown in FIGS. 2 and 5, the needle 18 is inserted into the measurement region 14 (S11).
Next, the plasma light 17 is detected by the photodetector 19, and it is determined whether there is no deviation of the optical axis of the laser beam 11 (normal) or there is a deviation of the optical axis (abnormal) (S12).
If there is no optical axis deviation (normal), continue measurement.
On the other hand, if there is a deviation of the optical axis (abnormal), the optical axis adjustment of the laser light (reflection mirror 21 and condenser lens 22) is performed (S13).
The needle insertion operation is performed again, and the optical axis is adjusted until the deviation of the optical axis is allowed.

ここで、光軸のずれの有無の判断の手法について図6を参照しつつ説明する。
図6に示すように、測定領域14内にニードル18を挿入する様子を示す模式図である。なお、図1では、ニードル18を図示しているが、これは構成を説明するものであり、実際の挿入は、図6において紙面に鉛直な方向をレーザ光11の光軸とすると、この光軸に対して直交する鉛直方向(紙面では上から下への方向)から挿入するようにしている。
よって、正常な範囲であると、レーザ光の径(略3mm)の範囲にレーザ光が存在すると、正常な場合として、判断される。
そして、レーザ光が測定領域の上側([1]方向)にずれた場合には、出力が大きくなる。これに対して、レーザ光が測定領域の下側、左右側([2]〜[4]方向)にずれた場合には、出力が小さくなる。
Here, a method for determining the presence or absence of optical axis deviation will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6, it is a schematic diagram showing how the needle 18 is inserted into the measurement region 14. In FIG. 1, the needle 18 is illustrated. However, this is for explaining the configuration, and the actual insertion is performed when the direction perpendicular to the paper surface in FIG. The insertion is made from the vertical direction perpendicular to the axis (from the top to the bottom in the drawing).
Therefore, if the laser beam is within the range of the diameter (approximately 3 mm) of the laser beam, it is determined as a normal case.
When the laser beam is shifted to the upper side ([1] direction) of the measurement region, the output is increased. On the other hand, when the laser beam is shifted to the lower side and the left and right sides ([2] to [4] directions) of the measurement region, the output is reduced.

よって、出力が所定範囲の場合(例えば出力100±10%)と判断された場合には、光軸調整は行わず、計測モードに切替て、ガス成分を計測するようにしている。
これに対し、出力が所定範囲を超えた場合(例えば出力100±10以上)と判断された場合には、光軸調整を行なう。そして、この光軸調整モードを継続し、所定範囲内にあることを確認してから、計測モードに切替て、ガス成分を計測するようにしている。
Therefore, when it is determined that the output is within a predetermined range (for example, output 100 ± 10%), the optical axis is not adjusted and the gas component is measured by switching to the measurement mode.
On the other hand, when it is determined that the output exceeds the predetermined range (for example, the output is 100 ± 10 or more), the optical axis is adjusted. The optical axis adjustment mode is continued, and after confirming that the optical axis adjustment mode is within a predetermined range, the measurement mode is switched to measure the gas component.

この計測モードは、一日に2〜3回、又は数回行うようにすればよいが、レーザ装置の設置環境が劣悪の場合等、光軸調整が頻繁に必要であると判断される場合には、さらに回数を増加するようにすればよい。   This measurement mode may be performed 2-3 times a day or several times a day, but when it is determined that optical axis adjustment is frequently required, such as when the installation environment of the laser device is poor. The number of times may be further increased.

図7はレーザ光によるラマン散乱信号強度とレーザ出力との相関関係を示す図であり、レーザ出力が低下すると、それに比例してラマン散乱が低下することが確認できる。
よって、前述したレーザ装置の光軸調整と共に、レーザ出力の低下の有無を確認することにより、常に適正なラマン散乱信号強度を計測することとなる。
ここで、レーザ装置の出力の調整は、電圧値の補正又は電流値の補正を行うことで対応できる。電圧により制御する場合としては、フラッシュランプ励起型レーザ装置等があり、電流により制御する場合としては、レーザダイオード励起型レーザ装置等がある。
FIG. 7 is a diagram showing the correlation between the Raman scattering signal intensity by the laser beam and the laser output, and it can be confirmed that the Raman scattering decreases in proportion to the decrease in the laser output.
Therefore, the appropriate Raman scattering signal intensity is always measured by checking the optical axis adjustment of the laser device described above and confirming whether or not the laser output has decreased.
Here, adjustment of the output of the laser device can be handled by correcting the voltage value or the current value. Examples of the case of controlling by voltage include a flash lamp excitation type laser device, and examples of cases of controlling by current include a laser diode excitation type laser device.

本発明にかかるガス成分計測装置は、例えば加圧流動床ボイラ、ガス化炉、コークス炉等からの生成ガスの組成の計測や、例えばタービンやガスエンジン、各種ボイラに供給される導入ガスの気相成分濃度を計測する際において、レーザ光の光軸を常に監視することで長期間に亙って安定してガス成分計測を行うことができることとなる。
また、発電プラントのみならず、化学プラントから得られる有用ガス(例えばGTL)の気相成分濃度を計測することができる。
The gas component measuring apparatus according to the present invention measures the composition of a product gas from, for example, a pressurized fluidized bed boiler, a gasification furnace, a coke oven, etc. When the phase component concentration is measured, the gas component measurement can be stably performed over a long period of time by constantly monitoring the optical axis of the laser beam.
Moreover, the gaseous-phase component density | concentration of the useful gas (for example, GTL) obtained from not only a power plant but a chemical plant can be measured.

以上のように、本発明のガス成分計測装置によれば、係る長期間に亙って安定してガス成分の計測ができ、種々の気相成分濃度の計測を安定してできる。   As described above, according to the gas component measuring apparatus of the present invention, the gas component can be stably measured over such a long period, and various gas phase component concentrations can be stably measured.

実施例に係るガス成分計測装置の概略図である。It is the schematic of the gas component measuring device which concerns on an Example. 実施例に係るガス成分計測装置の概略図である。It is the schematic of the gas component measuring device which concerns on an Example. バイオマスガス化ガスの計測チャートである。It is a measurement chart of biomass gasification gas. レーザ装置とICCDカメラとニードルとを同期させている模式図である。It is a schematic diagram which synchronizes a laser apparatus, an ICCD camera, and a needle. 監視及び調整のフローチャートである。It is a flowchart of monitoring and adjustment. 光軸のずれの有無の判断の手法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of judgment of the presence or absence of the deviation | shift of an optical axis. ラマン散乱信号強度とレーザ出力との相関関係図である。FIG. 6 is a correlation diagram between Raman scattering signal intensity and laser output.

符号の説明Explanation of symbols

10 ガス成分計測装置
11 レーザ光
12 被測定ガス
13 レーザ装置
14 測定領域
15 ラマン散乱光
16 分光部
17 ラマン散乱光以外の光
18 ニードル
19 光検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas component measuring device 11 Laser beam 12 Gas to be measured 13 Laser device 14 Measurement area 15 Raman scattered light 16 Spectrometer 17 Light other than Raman scattered light 18 Needle 19 Photo detector

Claims (5)

被測定ガスに対して照射されるレーザ光により発生するラマン散乱から被測定ガス中のガス成分濃度を計測するガス成分計測装置において、
前記被測定ガスにレーザ光を照射するレーザ装置と、
前記被測定ガスが導入された測定領域内に照射されたレーザ光により発生するラマン散乱光を計測する分光部と、
前記測定領域内に一時的に挿入され、ラマン散乱光以外の光を発生又は反射するプローブと、
前記ラマン散乱光以外の光を検知する光検出器とを具備してなることを特徴とするガス成分計測装置。
In the gas component measuring device that measures the gas component concentration in the gas to be measured from the Raman scattering generated by the laser light irradiated to the gas to be measured,
A laser device for irradiating the measurement gas with laser light;
A spectroscopic unit for measuring Raman scattered light generated by laser light irradiated in the measurement region into which the measurement gas is introduced;
A probe that is temporarily inserted into the measurement region and generates or reflects light other than Raman scattered light;
A gas component measuring apparatus comprising a photodetector for detecting light other than the Raman scattered light.
請求項1において、
レーザ光が測定領域内に無いときに、レーザ装置のレーザ光の反射ミラー光軸調整又は集光レンズの位置の調整を行うことを特徴とするガス成分計測装置。
In claim 1,
A gas component measuring apparatus that performs adjustment of an optical axis of a reflection mirror of a laser beam of a laser apparatus or adjustment of a position of a condensing lens when the laser beam is not within a measurement region.
請求項1又は2において、
レーザ出力計測部に位置検出手段を具備することを特徴とするガス成分計測装置。
In claim 1 or 2,
A gas component measuring apparatus comprising a position detection means in a laser output measuring section.
請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
レーザ出力計測部を具備し、
レーザ装置のレーザ光の出力の補正を行うことを特徴とするガス成分計測装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
It has a laser output measurement unit,
A gas component measuring device for correcting the output of laser light from a laser device.
請求項1乃至4のいずれか一つのガス成分計測装置を用い、
測定領域内にプローブを挿入し、
レーザ光の径の範囲にレーザ光が存在すると、正常な場合と判断し、
そのまま計測を継続し、
レーザ光が測定領域の範囲外にずれた場合には、レーザ装置のレーザ光の出力の補正を行うことを特徴とするガス成分計測装置の光軸調整方法。
Using the gas component measuring device according to any one of claims 1 to 4,
Insert the probe into the measurement area,
If the laser beam exists within the range of the laser beam diameter, it is determined to be normal,
Continue measuring,
A method of adjusting an optical axis of a gas component measuring device, comprising: correcting a laser beam output of a laser device when the laser beam deviates outside a measurement region.
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