ガス成分計測装置及び方法
【課題】ガス組成以外に、煤塵濃度、炭化水素濃度を一度の計測で同時に測定することができるガス成分計測装置及び方法を提供する。
【解決手段】基本レーザ光（ＹＡＧレーザ光：１０６４ｎｍ）１１Ａを発振するレーザ装置１３と、発振された基本レーザ光１１Ａを５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換する第１の波長変換部１２Ａと、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂを導入し、被測定ガスＧに照射して第１のラマン散乱光１５を発生させる測定チャンバ２０と、発生した第１のラマン散乱光１５Ａを計測するラマン散乱光検出器１８とを具備し、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂの計測結果により、被測定ガスＧのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求める。
【解決手段】基本レーザ光（ＹＡＧレーザ光：１０６４ｎｍ）１１Ａを発振するレーザ装置１３と、発振された基本レーザ光１１Ａを５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換する第１の波長変換部１２Ａと、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂを導入し、被測定ガスＧに照射して第１のラマン散乱光１５を発生させる測定チャンバ２０と、発生した第１のラマン散乱光１５Ａを計測するラマン散乱光検出器１８とを具備し、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂの計測結果により、被測定ガスＧのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ計測において被測定ガス中のガス組成以外に、煤塵濃度、炭化水素濃度を一度の計測で同時に測定することができるガス成分計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料ガス中のダスト（煤塵）成分の濃度をレーザ照射によるミー散乱光により計測することが知られている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４２４９号公報
【特許文献２】特開２００５−２４２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のレーザ装置で煤塵濃度を求めるには、ミー散乱光を計測するという独自の操作が必要であり、レーザラマン散乱分析とは別の計測装置が必要であった。
しかしながら、独立の装置構成は大掛かりとなり、コンパクトなガス成分分析と、煤塵濃度分析とを同時にできる分析手法の確立が要望されている。
特に、単一の検知手段のみを使用することにより、複数の分析（ガス組成、煤塵濃度、炭化水素濃度）が実現することができれば、装置内部品点数を減少でき、コンパクトな分析装置が提供できることとなる。すなわち、複数の分析装置を用いる場合には、各々の装置のメンテナンスが必要となり、コストと手間がかかるという問題もある。
【０００５】
本発明は、前記問題に鑑み、ガス組成以外に、煤塵濃度、炭化水素濃度を単一の検知装置で同時に測定することができるガス成分計測装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、発振された基本レーザ光を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換部と、波長変換された第１の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、発生した第１のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測装置にある。
【０００７】
第２の発明は、基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、発振された基本レーザ光を第１波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換部と、基本レーザ光と第２の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波光を第２の波長変換レーザ光に波長変換する第２の波長変換部と、第２波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、発生した第２のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素とを濃度をベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測装置にある。
【０００８】
第３の発明は、基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、発振された基本レーザ光を第１波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換部と、第１波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、基本レーザ光と第２の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波光を第２の波長変換レーザ光に波長変換する第２の波長変換部と、第２波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、発生した第１又は第２のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素とを濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガス成分計測装置にある。
【０００９】
第４の発明は、第１乃至請求項３のいずれか一つの発明において、基本レーザ光が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光であることを特徴とするガス成分計測装置にある。
【００１０】
第５の発明は、第２又は３の発明において、基本レーザ光が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光であり、第１波長変換レーザ光が５３２ｎｍのＹＡＧレーザ光の第２高調波であり、第２波長変換レーザ光が３５５ｎｍのＹＡＧレーザ光の第３高調波であることを特徴とするガス成分計測装置にある。
【００１１】
第６の発明は、４００ｎｍ〜１，１００ｎｍのレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させ、発生した第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測方法にある。
【００１２】
第７の発明は、４００ｎｍ以下のレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させ、発生した第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度と炭化水素の濃度とをそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測方法にある。
【００１３】
第８の発明は、４００ｎｍ〜１，１００ｎｍのレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させ、４００ｎｍ以下のレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させ、第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素とを濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガス成分計測方法にある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、特定の波長のレーザ光を用いてラマン散乱光のピーク信号スペクトルからガス組成を求めると共に、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインを煤塵濃度として求めることができ、単一の検知装置でガス成分と煤塵濃度と炭化水素濃度とを同時に測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施例１に係るガス成分計測装置の概略図である。
【図２】図２は、実施例２に係るガス成分計測装置の概略図である。
【図３】図３は、実施例３に係るガス成分計測装置の概略図である。
【図４】図４は、バイオマスガス化ガスを第１の波長変換レーザ光（５３２ｎｍ）で計測したラマン散乱光のピーク信号スペクトルチャートである。
【図５】図５は、バイオマスガス化ガスを第２の波長変換レーザ光（３５５ｎｍ）で計測したラマン散乱光のピーク信号スペクトルチャートである。
【図６−１】図６−１は、波長５３２ｎｍにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。
【図６−２】図６−２は、波長３５５ｎｍにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【実施例１】
【００１７】
本発明による実施例に係るガス成分計測装置及び方法について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１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１０Ａは、基本レーザ光（ＹＡＧレーザ光：１０６４ｎｍ）１１Ａを発振するレーザ装置１３と、発振された基本レーザ光１１Ａを５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換する第１の波長変換部１２Ａと、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂを導入し、被測定ガスＧに照射してラマン散乱光１５を発生させる測定チャンバ２０と、発生した第１のラマン散乱光１５Ａを計測するラマン散乱光検出器１８とを具備し、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂの計測結果により、被測定ガスＧのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めるようにしたものである。
【００１８】
本発明では、基本レーザ光として、特定のレーザ光（ＹＡＧレーザの第２高調波：５３２ｎｍ）を用いることで、ガス組成成分と煤塵成分とを同時に把握することができる。
図４はバイオマスガス化ガスを第１の波長変換レーザ光（５３２ｎｍ）で計測したラマン散乱光のピーク信号スペクトルチャートである。
ここで、図４中、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインが煤塵起因のミー散乱光による濃度である。
【００１９】
一般にはベースラインは静電ノイズや迷光などのノイズ情報でしかないが、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂを用いる場合には、このベースラインの情報には煤塵に起因するミー散乱光が含まれているので、煤塵濃度情報として価値がある。
【００２０】
本発明では、波長としてＹＡＧレーザ光の第２高調波である５３２ｎｍを用いているが、本発明はこれに限定されず、４００ｎｍ以上のレーザ光、さらに好適には５００ｎｍ以上のレーザ光とするのが好ましい。なお、波長が長くなるにつれてミー散乱強度が減少するので、４００〜１，１００ｎｍの範囲、より好適には４００〜７００ｎｍの範囲のレーザ光を用いることが好ましい。
【００２１】
ここで、本実施例では、ラマン散乱光検出器１８は、第１の波長変換レーザ光１１Ｂの照射により発生する第１のラマン散乱光１５Ａを計測する分光部１６とＩＣＣＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ１７から構成されている。
ここで、図１において、符号１４は被測定ガスＧが導入され、第１の波長変換レーザ光１１Ｂを照射してガス成分を計測する測定チャンバ２０内の測定領域、２１ａは第１の波長変換レーザ光１１Ｂを反射する反射ミラー、２２は第１の波長変換レーザ光１１Ｂを集光する集光レンズ、２３はデータ処理手段（ＣＰＵ）を各々図示する。
【００２２】
ここで、レーザ装置１３からの基本レーザ光１１Ａは、第１の波長変換部１２Ａにより、基本レーザ光（ＹＡＧ：１０６４ｎｍ）１１Ａを５３２ｎｍのＹＡＧレーザの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換させ、反射ミラー２１ａ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内に第１の波長変換レーザ光１１Ｂを入射させ、測定チャンバ２０内に導入される被測定ガスＧへ照射している。
なお、測定チャンバ２０は被測定バスＧ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。
【００２３】
また、測定領域１４の中心部から散乱された第１のラマン散乱光１５Ａ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１７により各波長の光の強度を計測する。
前記ＩＣＣＤカメラ１７からの計測データは、データ処理手段（ＣＰＵ）２３に送られ、ここで計測データの処理がなされる。
また、同時に発生する煤塵起因のミー散乱光も同様に計測され、計測データの処理がなされる。
【００２４】
図４はバイオマスガス化ガスのラマン散乱光計測結果のチャートである。図４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。
本発明では、特定の５３２ｎｍのＹＡＧレーザの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂを用いてラマン散乱光のピーク信号スペクトルからガス組成を求めると共に、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインから煤塵濃度を求めることができ、一度の計測でガス成分と煤塵濃度とを同時に測定が可能となる。
【００２５】
以下に、レーザ装置を用いたガス組成及び煤塵濃度を同時に計測できるガス成分計測装置１０Ａの各構成部材について説明する。
【００２６】
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から出力される第１の波長変換レーザ光１１Ｂの進行方向上に設けられており、第１の波長変換レーザ光１１Ｂ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。
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。
【００２７】
また、反射ミラー２１ａは、波長変換された第１の波長変換レーザ光１１Ｂの進行方向を、被測定ガスＧの存在する測定チャンバ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２１ａ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。
【００２８】
次に、第１の波長変換レーザ光１１Ｂが照射できるような形で被測定ガスＧ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Ｇ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、測定用の第１の波長変換レーザ光１１Ｂ及び被測定ガスＧからの第１のラマン散乱光１５Ａは、第１の窓２７−１及び第２の窓２７−２から出入りする。
【００２９】
第２の窓２７−２は、被測定バスＧ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、その窓を第１の波長変換レーザ光１１Ｂ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。
【００３０】
また、測定チャンバ２０の第１の波長変換レーザ光１１Ｂ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を被測定バスＧに曝しておくと、該被測定バスＧ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。
【００３１】
測定チャンバ２０は、第１の波長変換レーザ光１１Ｂの進行方向上の被測定ガスＧ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Ｇに第１の波長変換レーザ光１１Ｂ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Ｇ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。
【００３２】
また、被測定ガスＧからの第１のラマン散乱光１５Ａ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を有するラマン散乱光検出器１８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第１のラマン散乱光１５Ａは、第１の波長変換レーザ光１１Ｂ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。
【００３３】
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。
【００３４】
そして、特定の波長領域となった第１のラマン散乱光１５Ａは分光部１６で分光され、ここに接続されているＩＣＣＤカメラ１７により、光の強度を計測している。そして、このＩＣＣＤカメラ１７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。また、光検出器は、ＩＣＣＤカメラの他に、例えばアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、光電子増倍管（ＰＭＴ）等を例示することができる。
【実施例２】
【００３５】
図２は、実施例２に係るガス成分計測装置の概略図である。
図２に示すように、ガス成分計測装置１０Ｂは、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）１１Ａを発振するレーザ装置１３と、発振された基本レーザ光１１Ａを５３２ｎｍの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換する第１の波長変換部１２Ａと、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）１１Ａを第１の波長変換部１２Ａの後流側に迂回させる迂回光路と、１０６４のｎｍの基本レーザ光１１Ａと５３２ｎｍの第１高調波のレーザ光１１Ｂとの合波光１１Ｃを第３高調波（３５５ｎｍ）の第２波長変換レーザ光１１Ｄに波長変換する第２の波長変換部１２Ｂと、３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄを導入し、被測定ガスＧに照射して第２のラマン散乱光１５Ｂを発生させる測定チャンバ２０と、発生した第２のラマン散乱光１５Ｂを計測するラマン散乱光検出器１８とを具備し、波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄの計測結果により、被測定ガスＧのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵及び炭化水素（ＨＣ）濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めるようにしたものである。
ここで、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは反射ミラーであり、第１の波長変換部１２Ａを迂回する迂回光路を形成している。
【００３６】
実施例２では、１０６４ｎｍの基本レーザ光１１Ａと５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂとを合波させて合波光１１Ｃとし、この合波光１１Ｃを第２の波長変換部１２Ｂにより３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄとし、この第２の波長変換レーザ光１１Ｄを用いて、３５５ｎｍ以下の波長をカットして検出器１８で検出することで、ガス組成と、煤塵濃度（ミー散乱光）とＨＣ（蛍光）濃度とを併せたものを計測できる。
【００３７】
図５がその結果を示すチャートである。ここで、図５中、ベースラインが煤塵濃度（ミー散乱光）と炭化水素（ＨＣ）濃度（蛍光）とを併せたものである。
【００３８】
一般にはベースラインは静電ノイズや迷光などのノイズ情報でしかないが、３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄを用いる場合には、このベースラインの情報には煤塵に起因するミー散乱光と炭化水素に起因する蛍光とが含まれているので、煤塵濃度情報及び炭化水素濃度情報として価値がある。
【００３９】
本発明では、波長としてＹＡＧレーザ光の第３高調波である３５５ｎｍを用いているが、本発明はこれに限定されず、４００ｎｍ以下の蛍光を発生させるレーザ光を用いるのが好ましい。
【実施例３】
【００４０】
図３は、実施例３に係るガス成分計測装置の概略図である。
図３に示すように、ガス成分計測装置１０Ｃは、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）１１Ａを発振するレーザ装置１３と、発振された基本レーザ光１１Ａを５３２ｎｍの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換する第１の波長変換部１２Ａと、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）を第１の波長変換部１２Ａの後流側に迂回させる迂回光路と、１０６４のｎｍの基本レーザ光１１Ａと５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂとの合波光１１Ｃを、第３高調波（３５５ｎｍ）の第２の波長変換レーザ光１１Ｄに波長変換する第２の波長変換部１２Ｂと、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂと、３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄとを時間遅れで導入し、被測定ガスＧに照射して第１及び第２のラマン散乱光１５Ａ、１５Ｂを発生させる測定チャンバ２０と、発生した第１及び第２のラマン散乱光１５Ａ、１５Ｂを計測するラマン散乱光検出器１８とを具備し、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂの計測結果により、被測定ガスＧのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄの計測結果により、被測定ガスＧのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵及び炭化水素（ＨＣ）濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定するようにしたものである。なお、図３中、符号２２ａ、２２ｂはレンズ、２１ｅ〜２１ｇは反射ミラーを図示する。
【００４１】
ここで、両者の差分から煤塵濃度を推定する工程を説明する。
図６−１は、波長５３２ｎｍにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。図６−２は、波長３５５ｎｍにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。
【００４２】
工程１） 実施例３では、実施例１と実施例２とを組合せた構成であり、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂの計測結果により、計測値（例えば１．８Ａ．Ｕ）から煤塵濃度（１．０ｍｇ／ｍ３Ｎ）を、第１の検量線（図６−１）により求める。
工程２） 次に、波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄの計測結果により、煤塵濃度（１．０ｍｇ／ｍ３Ｎ）から、ミー散乱光強度（例えば１５Ａ．Ｕ）を、第２の検量線（図６−２）により求める。
工程３） そして、波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄでの実際の計測値から、工程２）により求めたミー散乱光強度（例えば１５Ａ．Ｕ）を除して、炭化水素（ＨＣ）の濃度を求める。
【００４３】
ここで、炭化水素（ＨＣ）は、アントラセンやナフタレンといった炭化水素類の集合物であり、その濃度の傾向により燃焼状況を予測することができる。
さらには、特定のＨＣ（例えばアントラセンやナフタレン等）を予め検量線を作成しておき、その検量線にＨＣ濃度を当てはめて、大凡のアントラセンやナフタレン等濃度を求めるようにしてもよい。
【００４４】
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煤塵濃度の計測や、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ガス中の煤塵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）のガス組成を計測することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係る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と共に、被測定ガス中の煤塵濃度、炭化水素（ＨＣ）濃度を同時に得られる。
【符号の説明】
【００４６】
１０Ａ〜１０Ｃ ガス成分計測装置
１１Ａ 基本レーザ光（１０６４ｎｍ）
１１Ｂ 第１の波長変換レーザ光（５３２ｎｍ）
１１Ｃ 合波光
１１Ｄ 第２の波長変換レーザ光（３５５ｎｍ）
１２Ａ 第１の波長変換部
１２Ｂ 第２の波長変換部
Ｇ 被測定ガス
１３ レーザ装置
１４ 測定領域
１５Ａ 第１のラマン散乱光
１５Ｂ 第２のラマン散乱光
１８ ラマン散乱光検出器
２０ 測定チャンバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ計測において被測定ガス中のガス組成以外に、煤塵濃度、炭化水素濃度を一度の計測で同時に測定することができるガス成分計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料ガス中のダスト（煤塵）成分の濃度をレーザ照射によるミー散乱光により計測することが知られている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４２４９号公報
【特許文献２】特開２００５−２４２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のレーザ装置で煤塵濃度を求めるには、ミー散乱光を計測するという独自の操作が必要であり、レーザラマン散乱分析とは別の計測装置が必要であった。
しかしながら、独立の装置構成は大掛かりとなり、コンパクトなガス成分分析と、煤塵濃度分析とを同時にできる分析手法の確立が要望されている。
特に、単一の検知手段のみを使用することにより、複数の分析（ガス組成、煤塵濃度、炭化水素濃度）が実現することができれば、装置内部品点数を減少でき、コンパクトな分析装置が提供できることとなる。すなわち、複数の分析装置を用いる場合には、各々の装置のメンテナンスが必要となり、コストと手間がかかるという問題もある。
【０００５】
本発明は、前記問題に鑑み、ガス組成以外に、煤塵濃度、炭化水素濃度を単一の検知装置で同時に測定することができるガス成分計測装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、発振された基本レーザ光を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換部と、波長変換された第１の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、発生した第１のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測装置にある。
【０００７】
第２の発明は、基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、発振された基本レーザ光を第１波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換部と、基本レーザ光と第２の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波光を第２の波長変換レーザ光に波長変換する第２の波長変換部と、第２波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、発生した第２のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素とを濃度をベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測装置にある。
【０００８】
第３の発明は、基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、発振された基本レーザ光を第１波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換部と、第１波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、基本レーザ光と第２の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波光を第２の波長変換レーザ光に波長変換する第２の波長変換部と、第２波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、発生した第１又は第２のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素とを濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガス成分計測装置にある。
【０００９】
第４の発明は、第１乃至請求項３のいずれか一つの発明において、基本レーザ光が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光であることを特徴とするガス成分計測装置にある。
【００１０】
第５の発明は、第２又は３の発明において、基本レーザ光が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光であり、第１波長変換レーザ光が５３２ｎｍのＹＡＧレーザ光の第２高調波であり、第２波長変換レーザ光が３５５ｎｍのＹＡＧレーザ光の第３高調波であることを特徴とするガス成分計測装置にある。
【００１１】
第６の発明は、４００ｎｍ〜１，１００ｎｍのレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させ、発生した第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測方法にある。
【００１２】
第７の発明は、４００ｎｍ以下のレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させ、発生した第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度と炭化水素の濃度とをそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測方法にある。
【００１３】
第８の発明は、４００ｎｍ〜１，１００ｎｍのレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させ、４００ｎｍ以下のレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させ、第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素とを濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガス成分計測方法にある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、特定の波長のレーザ光を用いてラマン散乱光のピーク信号スペクトルからガス組成を求めると共に、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインを煤塵濃度として求めることができ、単一の検知装置でガス成分と煤塵濃度と炭化水素濃度とを同時に測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施例１に係るガス成分計測装置の概略図である。
【図２】図２は、実施例２に係るガス成分計測装置の概略図である。
【図３】図３は、実施例３に係るガス成分計測装置の概略図である。
【図４】図４は、バイオマスガス化ガスを第１の波長変換レーザ光（５３２ｎｍ）で計測したラマン散乱光のピーク信号スペクトルチャートである。
【図５】図５は、バイオマスガス化ガスを第２の波長変換レーザ光（３５５ｎｍ）で計測したラマン散乱光のピーク信号スペクトルチャートである。
【図６−１】図６−１は、波長５３２ｎｍにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。
【図６−２】図６−２は、波長３５５ｎｍにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【実施例１】
【００１７】
本発明による実施例に係るガス成分計測装置及び方法について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１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１０Ａは、基本レーザ光（ＹＡＧレーザ光：１０６４ｎｍ）１１Ａを発振するレーザ装置１３と、発振された基本レーザ光１１Ａを５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換する第１の波長変換部１２Ａと、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂを導入し、被測定ガスＧに照射してラマン散乱光１５を発生させる測定チャンバ２０と、発生した第１のラマン散乱光１５Ａを計測するラマン散乱光検出器１８とを具備し、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂの計測結果により、被測定ガスＧのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めるようにしたものである。
【００１８】
本発明では、基本レーザ光として、特定のレーザ光（ＹＡＧレーザの第２高調波：５３２ｎｍ）を用いることで、ガス組成成分と煤塵成分とを同時に把握することができる。
図４はバイオマスガス化ガスを第１の波長変換レーザ光（５３２ｎｍ）で計測したラマン散乱光のピーク信号スペクトルチャートである。
ここで、図４中、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインが煤塵起因のミー散乱光による濃度である。
【００１９】
一般にはベースラインは静電ノイズや迷光などのノイズ情報でしかないが、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂを用いる場合には、このベースラインの情報には煤塵に起因するミー散乱光が含まれているので、煤塵濃度情報として価値がある。
【００２０】
本発明では、波長としてＹＡＧレーザ光の第２高調波である５３２ｎｍを用いているが、本発明はこれに限定されず、４００ｎｍ以上のレーザ光、さらに好適には５００ｎｍ以上のレーザ光とするのが好ましい。なお、波長が長くなるにつれてミー散乱強度が減少するので、４００〜１，１００ｎｍの範囲、より好適には４００〜７００ｎｍの範囲のレーザ光を用いることが好ましい。
【００２１】
ここで、本実施例では、ラマン散乱光検出器１８は、第１の波長変換レーザ光１１Ｂの照射により発生する第１のラマン散乱光１５Ａを計測する分光部１６とＩＣＣＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ１７から構成されている。
ここで、図１において、符号１４は被測定ガスＧが導入され、第１の波長変換レーザ光１１Ｂを照射してガス成分を計測する測定チャンバ２０内の測定領域、２１ａは第１の波長変換レーザ光１１Ｂを反射する反射ミラー、２２は第１の波長変換レーザ光１１Ｂを集光する集光レンズ、２３はデータ処理手段（ＣＰＵ）を各々図示する。
【００２２】
ここで、レーザ装置１３からの基本レーザ光１１Ａは、第１の波長変換部１２Ａにより、基本レーザ光（ＹＡＧ：１０６４ｎｍ）１１Ａを５３２ｎｍのＹＡＧレーザの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換させ、反射ミラー２１ａ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内に第１の波長変換レーザ光１１Ｂを入射させ、測定チャンバ２０内に導入される被測定ガスＧへ照射している。
なお、測定チャンバ２０は被測定バスＧ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。
【００２３】
また、測定領域１４の中心部から散乱された第１のラマン散乱光１５Ａ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１７により各波長の光の強度を計測する。
前記ＩＣＣＤカメラ１７からの計測データは、データ処理手段（ＣＰＵ）２３に送られ、ここで計測データの処理がなされる。
また、同時に発生する煤塵起因のミー散乱光も同様に計測され、計測データの処理がなされる。
【００２４】
図４はバイオマスガス化ガスのラマン散乱光計測結果のチャートである。図４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。
本発明では、特定の５３２ｎｍのＹＡＧレーザの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂを用いてラマン散乱光のピーク信号スペクトルからガス組成を求めると共に、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインから煤塵濃度を求めることができ、一度の計測でガス成分と煤塵濃度とを同時に測定が可能となる。
【００２５】
以下に、レーザ装置を用いたガス組成及び煤塵濃度を同時に計測できるガス成分計測装置１０Ａの各構成部材について説明する。
【００２６】
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から出力される第１の波長変換レーザ光１１Ｂの進行方向上に設けられており、第１の波長変換レーザ光１１Ｂ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。
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。
【００２７】
また、反射ミラー２１ａは、波長変換された第１の波長変換レーザ光１１Ｂの進行方向を、被測定ガスＧの存在する測定チャンバ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２１ａ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。
【００２８】
次に、第１の波長変換レーザ光１１Ｂが照射できるような形で被測定ガスＧ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Ｇ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、測定用の第１の波長変換レーザ光１１Ｂ及び被測定ガスＧからの第１のラマン散乱光１５Ａは、第１の窓２７−１及び第２の窓２７−２から出入りする。
【００２９】
第２の窓２７−２は、被測定バスＧ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、その窓を第１の波長変換レーザ光１１Ｂ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。
【００３０】
また、測定チャンバ２０の第１の波長変換レーザ光１１Ｂ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を被測定バスＧに曝しておくと、該被測定バスＧ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。
【００３１】
測定チャンバ２０は、第１の波長変換レーザ光１１Ｂの進行方向上の被測定ガスＧ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Ｇに第１の波長変換レーザ光１１Ｂ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Ｇ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。
【００３２】
また、被測定ガスＧからの第１のラマン散乱光１５Ａ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を有するラマン散乱光検出器１８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第１のラマン散乱光１５Ａは、第１の波長変換レーザ光１１Ｂ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。
【００３３】
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。
【００３４】
そして、特定の波長領域となった第１のラマン散乱光１５Ａは分光部１６で分光され、ここに接続されているＩＣＣＤカメラ１７により、光の強度を計測している。そして、このＩＣＣＤカメラ１７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。また、光検出器は、ＩＣＣＤカメラの他に、例えばアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、光電子増倍管（ＰＭＴ）等を例示することができる。
【実施例２】
【００３５】
図２は、実施例２に係るガス成分計測装置の概略図である。
図２に示すように、ガス成分計測装置１０Ｂは、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）１１Ａを発振するレーザ装置１３と、発振された基本レーザ光１１Ａを５３２ｎｍの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換する第１の波長変換部１２Ａと、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）１１Ａを第１の波長変換部１２Ａの後流側に迂回させる迂回光路と、１０６４のｎｍの基本レーザ光１１Ａと５３２ｎｍの第１高調波のレーザ光１１Ｂとの合波光１１Ｃを第３高調波（３５５ｎｍ）の第２波長変換レーザ光１１Ｄに波長変換する第２の波長変換部１２Ｂと、３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄを導入し、被測定ガスＧに照射して第２のラマン散乱光１５Ｂを発生させる測定チャンバ２０と、発生した第２のラマン散乱光１５Ｂを計測するラマン散乱光検出器１８とを具備し、波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄの計測結果により、被測定ガスＧのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵及び炭化水素（ＨＣ）濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めるようにしたものである。
ここで、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは反射ミラーであり、第１の波長変換部１２Ａを迂回する迂回光路を形成している。
【００３６】
実施例２では、１０６４ｎｍの基本レーザ光１１Ａと５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂとを合波させて合波光１１Ｃとし、この合波光１１Ｃを第２の波長変換部１２Ｂにより３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄとし、この第２の波長変換レーザ光１１Ｄを用いて、３５５ｎｍ以下の波長をカットして検出器１８で検出することで、ガス組成と、煤塵濃度（ミー散乱光）とＨＣ（蛍光）濃度とを併せたものを計測できる。
【００３７】
図５がその結果を示すチャートである。ここで、図５中、ベースラインが煤塵濃度（ミー散乱光）と炭化水素（ＨＣ）濃度（蛍光）とを併せたものである。
【００３８】
一般にはベースラインは静電ノイズや迷光などのノイズ情報でしかないが、３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄを用いる場合には、このベースラインの情報には煤塵に起因するミー散乱光と炭化水素に起因する蛍光とが含まれているので、煤塵濃度情報及び炭化水素濃度情報として価値がある。
【００３９】
本発明では、波長としてＹＡＧレーザ光の第３高調波である３５５ｎｍを用いているが、本発明はこれに限定されず、４００ｎｍ以下の蛍光を発生させるレーザ光を用いるのが好ましい。
【実施例３】
【００４０】
図３は、実施例３に係るガス成分計測装置の概略図である。
図３に示すように、ガス成分計測装置１０Ｃは、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）１１Ａを発振するレーザ装置１３と、発振された基本レーザ光１１Ａを５３２ｎｍの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換する第１の波長変換部１２Ａと、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）を第１の波長変換部１２Ａの後流側に迂回させる迂回光路と、１０６４のｎｍの基本レーザ光１１Ａと５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂとの合波光１１Ｃを、第３高調波（３５５ｎｍ）の第２の波長変換レーザ光１１Ｄに波長変換する第２の波長変換部１２Ｂと、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂと、３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄとを時間遅れで導入し、被測定ガスＧに照射して第１及び第２のラマン散乱光１５Ａ、１５Ｂを発生させる測定チャンバ２０と、発生した第１及び第２のラマン散乱光１５Ａ、１５Ｂを計測するラマン散乱光検出器１８とを具備し、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂの計測結果により、被測定ガスＧのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄの計測結果により、被測定ガスＧのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵及び炭化水素（ＨＣ）濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定するようにしたものである。なお、図３中、符号２２ａ、２２ｂはレンズ、２１ｅ〜２１ｇは反射ミラーを図示する。
【００４１】
ここで、両者の差分から煤塵濃度を推定する工程を説明する。
図６−１は、波長５３２ｎｍにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。図６−２は、波長３５５ｎｍにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。
【００４２】
工程１） 実施例３では、実施例１と実施例２とを組合せた構成であり、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂの計測結果により、計測値（例えば１．８Ａ．Ｕ）から煤塵濃度（１．０ｍｇ／ｍ３Ｎ）を、第１の検量線（図６−１）により求める。
工程２） 次に、波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄの計測結果により、煤塵濃度（１．０ｍｇ／ｍ３Ｎ）から、ミー散乱光強度（例えば１５Ａ．Ｕ）を、第２の検量線（図６−２）により求める。
工程３） そして、波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄでの実際の計測値から、工程２）により求めたミー散乱光強度（例えば１５Ａ．Ｕ）を除して、炭化水素（ＨＣ）の濃度を求める。
【００４３】
ここで、炭化水素（ＨＣ）は、アントラセンやナフタレンといった炭化水素類の集合物であり、その濃度の傾向により燃焼状況を予測することができる。
さらには、特定のＨＣ（例えばアントラセンやナフタレン等）を予め検量線を作成しておき、その検量線にＨＣ濃度を当てはめて、大凡のアントラセンやナフタレン等濃度を求めるようにしてもよい。
【００４４】
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煤塵濃度の計測や、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ガス中の煤塵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）のガス組成を計測することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係る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と共に、被測定ガス中の煤塵濃度、炭化水素（ＨＣ）濃度を同時に得られる。
【符号の説明】
【００４６】
１０Ａ〜１０Ｃ ガス成分計測装置
１１Ａ 基本レーザ光（１０６４ｎｍ）
１１Ｂ 第１の波長変換レーザ光（５３２ｎｍ）
１１Ｃ 合波光
１１Ｄ 第２の波長変換レーザ光（３５５ｎｍ）
１２Ａ 第１の波長変換部
１２Ｂ 第２の波長変換部
Ｇ 被測定ガス
１３ レーザ装置
１４ 測定領域
１５Ａ 第１のラマン散乱光
１５Ｂ 第２のラマン散乱光
１８ ラマン散乱光検出器
２０ 測定チャンバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振された基本レーザ光を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換部と、
波長変換された第１の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、
発生した第１のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、
第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測装置。
【請求項２】
基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振された基本レーザ光を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換部と、
基本レーザ光と第１の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波光を第２の波長変換レーザ光に波長変換する第２の波長変換部と、
第２の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、
発生した第２のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、
第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素とを濃度をベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測装置。
【請求項３】
基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振された基本レーザ光を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換部と、
第１の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、
基本レーザ光と第１の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波光を第２の波長変換レーザ光に波長変換する第２の波長変換部と、
第２の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、
発生した第１又は第２のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、
第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、
第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガス成分計測装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一つにおいて、
基本レーザ光が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光であることを特徴とするガス成分計測装置。
【請求項５】
請求項２又は３において、
基本レーザ光が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光であり、
第１の波長変換レーザ光が５３２ｎｍのＹＡＧレーザ光の第２高調波であり、
第２の波長変換レーザ光が３５５ｎｍのＹＡＧレーザ光の第３高調波であることを特徴とするガス成分計測装置。
【請求項６】
４００ｎｍ〜１，１００ｎｍのレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させ、
発生した第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測方法。
【請求項７】
４００ｎｍ以下のレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させ、
発生した第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度と炭化水素の濃度とをそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測方法。
【請求項８】
４００ｎｍ〜１，１００ｎｍのレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させ、
４００ｎｍ以下のレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させ、
第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、
第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガス成分計測方法。
【請求項１】
基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振された基本レーザ光を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換部と、
波長変換された第１の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、
発生した第１のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、
第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測装置。
【請求項２】
基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振された基本レーザ光を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換部と、
基本レーザ光と第１の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波光を第２の波長変換レーザ光に波長変換する第２の波長変換部と、
第２の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、
発生した第２のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、
第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素とを濃度をベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測装置。
【請求項３】
基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振された基本レーザ光を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換部と、
第１の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、
基本レーザ光と第１の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波光を第２の波長変換レーザ光に波長変換する第２の波長変換部と、
第２の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、
発生した第１又は第２のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、
第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、
第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガス成分計測装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一つにおいて、
基本レーザ光が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光であることを特徴とするガス成分計測装置。
【請求項５】
請求項２又は３において、
基本レーザ光が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光であり、
第１の波長変換レーザ光が５３２ｎｍのＹＡＧレーザ光の第２高調波であり、
第２の波長変換レーザ光が３５５ｎｍのＹＡＧレーザ光の第３高調波であることを特徴とするガス成分計測装置。
【請求項６】
４００ｎｍ〜１，１００ｎｍのレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させ、
発生した第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測方法。
【請求項７】
４００ｎｍ以下のレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させ、
発生した第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度と炭化水素の濃度とをそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測方法。
【請求項８】
４００ｎｍ〜１，１００ｎｍのレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させ、
４００ｎｍ以下のレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させ、
第１のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、
第２のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガス成分計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【公開番号】特開２０１１−１２３０３１（Ｐ２０１１−１２３０３１Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８３２８１（Ｐ２００９−２８３２８１）
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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