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JP4566070B2 - Exhaust gas analyzer - Google Patents

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JP4566070B2 JP2005171518A JP2005171518A JP4566070B2 JP 4566070 B2 JP4566070 B2 JP 4566070B2 JP 2005171518 A JP2005171518 A JP 2005171518A JP 2005171518 A JP2005171518 A JP 2005171518A JP 4566070 B2 JP4566070 B2 JP 4566070B2
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Description

本発明は、自動車等の内燃機関から排出される排ガスに含まれる成分を分析する排ガス分析装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas analyzer that analyzes components contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile.

従来、この種の排ガス分析装置として、特許文献1に記載の半導体レーザ分光法を用いた温度・濃度・化学種の高速計測方法では、排気管にプローブとしてコリメータを設けるとともに、ミラーを設けることにより、排ガス中に含まれるHO、CO、NOなど各種燃焼生成ガスの温度・濃度の計測が可能となっている。 Conventionally, as this type of exhaust gas analyzer, in the high-speed measurement method of temperature, concentration, and chemical species using semiconductor laser spectroscopy described in Patent Document 1, a collimator is provided as a probe in the exhaust pipe, and a mirror is provided. The temperature and concentration of various combustion products such as H 2 O, CO 2 and NO contained in the exhaust gas can be measured.

この種の計測装置では、半導体レーザから波数vの入射光がセル内の気体に入射すると、入射光はガスの吸収を受けて、受光素子に受光されるが、その透過光強度はランバートベールの法則に従い入射光に対して減衰する。このため、レーザ光の気体中の透過距離を大きくすることで減衰を大きくすることができ、これにより精度の良い計測が可能となる。透過距離を大きくするために、この種の計測装置ではレーザ光を気体中で複数回反射させ、減衰量を大きくすることが行なわれている。   In this type of measuring device, when incident light having a wave number v is incident on the gas in the cell from the semiconductor laser, the incident light is absorbed by the gas and received by the light receiving element. Attenuates with respect to incident light according to the law. For this reason, it is possible to increase the attenuation by increasing the transmission distance of the laser light in the gas, thereby enabling accurate measurement. In order to increase the transmission distance, in this type of measuring apparatus, the laser beam is reflected in the gas a plurality of times to increase the attenuation.

さらに、NDIR(Non−Dispertive Infrared Analyzer)非分散型赤外分光法、FID(Flame Ionization Detector)法や、CLD(Chemical Luminescence Detector)法等を用いた各種の排ガスの計測装置や分析装置がある。これらの測定法は、すべての測定原理において、校正用の基準ガスや、分析に使用するための補助ガスが必要となる。   Further, there are various exhaust gas measuring devices and analyzers using NDIR (Non-Dispersive Infrared Analyzer) non-dispersive infrared spectroscopy, FID (Frame Ionization Detector) method, CLD (Chemical Luminescence Detector) method and the like. These measurement methods require a reference gas for calibration and an auxiliary gas for use in analysis in all measurement principles.

特開2000−74830号公報([0045]、[0012])JP 2000-74830 A ([0045], [0012])

ところで、前記特許文献1に記載の排ガスの高速計測方法では、測定用のレーザ光線を反射する反射面に、排ガスの汚れが付着して反射率が低下し、その結果排ガスの温度・濃度・化学種等の測定精度が低下して正確な分析ができないおそれがあった。特に、測定が長期間におよぶ場合は、反射率が時間の経過と共に低下していくため、長期間にわたる測定は、測定の初期と後期で精度が一定しないというおそれがある。   By the way, in the exhaust gas high-speed measurement method described in Patent Document 1, exhaust gas dirt adheres to the reflective surface that reflects the laser beam for measurement, and the reflectivity decreases. As a result, the exhaust gas temperature, concentration, chemical There was a risk that the measurement accuracy of seeds and the like would be reduced, and accurate analysis could not be performed. In particular, when the measurement takes a long time, the reflectance decreases with the passage of time, and therefore, the accuracy over a long period of measurement may not be constant between the initial stage and the late stage of the measurement.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、排ガス中を透過させる測定用のレーザ光を反射させ、その反射光を受光し、その反射光に基づいて排ガスの温度・濃度・化学種等の測定を行なう排ガス分析装置において、反射面を清浄に保つことで反射のロスを少なくして測定精度を安定させた排ガス分析装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems. The object of the present invention is to reflect a measurement laser beam that is transmitted through exhaust gas, receive the reflected light, and convert the reflected light into the reflected light. An exhaust gas analyzer that measures the temperature, concentration, chemical species, etc. of exhaust gas based on the above, and to provide an exhaust gas analyzer that stabilizes the measurement accuracy by reducing the loss of reflection by keeping the reflective surface clean. .

前記目的を達成すべく、本発明に係る排ガス分析装置は、レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、発生されたレーザ光を反射させる反射面と、該反射面で反射されたレーザ光を受光する受光手段とを備え、前記レーザ光を内燃機関から排出される排ガス中を透過させて受光し、受光された透過レーザ光に基づいて排ガスの成分の濃度や温度を測定して排ガスを分析する装置であって、この装置は前記反射面の表面に形成された光触媒層と、該光触媒層を照射する光線を発生させる光線発生手段とをさらに備えると共に、排ガスが流通する排気経路中の複数個所にセンサ部を設置して構成され、該センサ部は排ガスが通過する貫通孔と、該貫通孔に前記レーザ光発生手段から発生されたレーザ光を照射する照射部と、前記受光手段の受光部とを備えており、前記排ガス分析装置は光切替器をさらに備えており、前記照射部は、前記レーザ光発生手段から発生されたレーザ光と、前記光線発生手段から発生させた光触媒層を照射する光線とを、前記光切替器を介して切替えて照射するものであり、前記受光手段により受光されたレーザ光の光強度が所定値を下回ったとき、前記光線発生手段を動作させて光線を発生させ、前記光触媒層を照射するように構成したことを特徴としている。 In order to achieve the above object, an exhaust gas analyzer according to the present invention receives laser light generating means for generating laser light, a reflecting surface for reflecting the generated laser light, and laser light reflected by the reflecting surface. And receiving the laser beam through the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and measuring the concentration and temperature of the components of the exhaust gas based on the received transmitted laser beam to analyze the exhaust gas The apparatus further comprises a photocatalyst layer formed on the surface of the reflecting surface, and a light beam generating means for generating a light beam for irradiating the photocatalyst layer, and a plurality of locations in the exhaust path through which the exhaust gas flows. The sensor unit includes a through hole through which exhaust gas passes, an irradiation unit that irradiates the through hole with the laser light generated from the laser light generation unit, and a light receiving unit of the light receiving unit. The exhaust gas analyzer further includes an optical switch, and the irradiation unit irradiates the laser beam generated from the laser beam generation unit and the photocatalyst layer generated from the beam generation unit. When the light intensity of the laser beam received by the light receiving means falls below a predetermined value, the light generating means is operated to generate a light beam. And the photocatalyst layer is irradiated .

前記のごとく構成された本発明の排ガス分析装置は、測定用のレーザ光を反射する反射面に排ガスの成分が付着して反射率が低下しても、光触媒層を照射する光触媒用の光線を発生させる光線発生手段を動作させ、この手段から発生した光線を反射面に照射することで、反射面に付着した汚れが触媒作用で浮上り、排ガス流により流され除去されることで、反射率を向上させることができ、排ガスの成分の濃度や温度等を精度良く測定することができる。光触媒用の光線発生手段は測定時に常時点灯させておいてもよく、また汚れを検出して点灯させるように構成してもよい。   The exhaust gas analyzer of the present invention configured as described above is configured to emit a photocatalyst light beam that irradiates the photocatalyst layer even if the reflectivity decreases due to adhesion of exhaust gas components to the reflective surface that reflects the laser beam for measurement. By operating the light generating means to be generated and irradiating the reflecting surface with the light generated from this means, the dirt adhering to the reflecting surface is lifted up by the catalytic action and removed by the exhaust gas flow. The concentration of exhaust gas components, temperature, and the like can be accurately measured. The light generating means for photocatalyst may be always turned on at the time of measurement, or may be configured to turn on by detecting dirt.

た、排気経路中に排ガスが通過できる貫通孔を有するセンサ部を設置し、このセンサ部にレーザ光の照射部と、排ガス中を透過したレーザ光の受光部とを備えるように構成しているため、排気経路中への設置、特に複数個所への設置が容易に行なえる。 Also, by installing the sensor portion having a through hole which the exhaust gas can pass into the exhaust path, configured to comprise a portion irradiated with laser light, and a light receiving portion of the laser light that has passed through the exhaust gas to the sensor unit Therefore, it can be easily installed in the exhaust route, particularly at multiple locations.

さらに、本発明の排ガス分析装置によれば、光切替器により測定用のレーザ光と光触媒用の光線発生手段から発生された光線とを切替えて照射するため、反射面が排ガス成分で汚れたときに光触媒用の光線発生手段を動作させて光触媒層に照射する。この結果、光触媒層から排ガス成分が浮上り、排ガス流で排気経路外に排出され、反射面の清浄化が達成され、排ガスの成分の濃度や温度を精度良く測定することができる。 Furthermore, according to the exhaust gas analyzer of the present onset bright, for irradiating switching between light generated from the laser beam and the beam generating means for photocatalyst for measurement by the optical switch, the reflection surface is contaminated with exhaust gas components Sometimes the photocatalyst layer is irradiated by operating the photocatalyst light generating means. As a result, the exhaust gas component rises from the photocatalyst layer and is discharged out of the exhaust path by the exhaust gas flow, the reflection surface is cleaned, and the concentration and temperature of the exhaust gas component can be accurately measured.

さらにまた、本発明の排ガス分析装置によれば、排ガスを流通させない状態で、レーザ光を照射し、反射面で反射させてから受光することにより、反射面に排ガスの汚れが付着して反射率が低下すると受光されたレーザ光の光強度が低下する。そして、受光された光強度が所定値を下回ったときに光線発生手段を動作させると共に光切替器を切替えることで、反射面に付着した汚れを除去して反射面の清浄化を図ることができる。 Furthermore , according to the exhaust gas analyzer of the present invention, the exhaust gas is irradiated with laser light, reflected on the reflecting surface and then received after the exhaust gas is not circulated. When the value decreases, the light intensity of the received laser beam decreases. Then, when the received light intensity falls below a predetermined value, the light generating means is operated and the light switch is switched, so that the dirt adhering to the reflecting surface can be removed and the reflecting surface can be cleaned. .

本発明の排ガス分析装置は、前記レーザ光発生手段と前記光線発生手段の動作を所定のタイミングで切替える信号発生器を備えることが好ましい。このように構成すると、測定用のレーザ光と光触媒用の光線とを所定のタイミングで切替えて発生させるため、レーザ光を反射させる反射面に汚れが付着すると、光触媒用の光線を照射して光触媒層を活性化させ、汚れを浮かして排ガス流で除去することができる。そして、汚れが除去され清浄化された反射面で測定用のレーザ光を反射し、排ガス中の透過距離を長くできるため測定精度を高めることができる。   The exhaust gas analyzer of the present invention preferably includes a signal generator that switches the operations of the laser light generating means and the light beam generating means at a predetermined timing. With this configuration, the laser beam for measurement and the light beam for photocatalyst are generated by switching at a predetermined timing. Therefore, if dirt is deposited on the reflecting surface that reflects the laser light, the photocatalyst beam is irradiated with the photocatalyst light beam. The layer can be activated and the dirt can be lifted and removed with an exhaust gas stream. Further, the measurement laser light can be reflected on the reflective surface from which dirt has been removed and cleaned, and the transmission distance in the exhaust gas can be increased, so that the measurement accuracy can be increased.

また、本発明の排ガス分析装置では、前記光線発生装置は、前記センサ部に設置されるように構成してもよい。この構成によれば、センサ部に測定用レーザ光の照射部と、排ガス中を透過したレーザ光の受光部と、さらに光触媒用の光線を発生させる光線発生手段が固定され、センサ部に固定された反射面を清浄に維持することができるため、レーザ光の照射と受光および反射面の清浄化を、一体化したセンサユニットとして機能させることができる。   Moreover, in the exhaust gas analyzer of the present invention, the light beam generator may be configured to be installed in the sensor unit. According to this configuration, the measurement laser beam irradiation unit, the laser beam receiving unit that has passed through the exhaust gas, and the light generating unit that generates the photocatalyst beam are fixed to the sensor unit and fixed to the sensor unit. Since the reflecting surface can be kept clean, laser light irradiation, light reception, and cleaning of the reflecting surface can function as an integrated sensor unit.

さらに、本発明の排ガス分析装置は、前記光触媒用の光線を常時照射するように構成してもよい。このように構成すると、測定用のレーザ光を反射する反射部材の表面の光触媒層を光触媒用の光線で常時照射して清浄にするため、排ガスの成分の濃度や温度等の測定データが反射面の状態により変化することがなくなり、安定したデータ取得が可能となり、排ガスの分析精度を向上できる。   Furthermore, the exhaust gas analyzer of the present invention may be configured to always irradiate the light beam for the photocatalyst. With this configuration, the photocatalyst layer on the surface of the reflecting member that reflects the measurement laser beam is constantly irradiated with the photocatalyst beam to clean it, so that the measurement data such as the concentration and temperature of the exhaust gas components are reflected on the reflecting surface. Therefore, stable data acquisition is possible, and exhaust gas analysis accuracy can be improved.

本発明の排ガス分析装置は、排ガス中を透過させるレーザ光を排ガス中で反射させるため透過距離を長くできて測定精度を向上させることができ、しかも、レーザ光を反射させる反射面の表面に光触媒層を形成してあるため、反射面に排ガスの汚れが付着して反射率が低下しても、光触媒層を機能させて汚れを除去して清浄にでき、測定精度の高い状態を維持することができ、排ガス分析の精度を高めることができる。   The exhaust gas analyzer of the present invention reflects the laser light transmitted through the exhaust gas in the exhaust gas, so that the transmission distance can be increased and the measurement accuracy can be improved, and the photocatalyst is formed on the surface of the reflective surface that reflects the laser light. Because the layer is formed, the photocatalyst layer can function to remove the dirt and keep it clean even if the dirt of the exhaust gas adheres to the reflective surface and the reflectivity decreases. It is possible to improve the accuracy of exhaust gas analysis.

以下、本発明に係る排ガス分析装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る排ガス分析装置を自動車に搭載した要部構成図、図2は、図1の排ガス分析装置をエンジンベンチに設置した状態の要部構成図、図3は、センサ部の要部の分解した状態の斜視図を含む排ガス分析装置の要部構成図、図4は、図3のセンサ部の詳細を示す一部を破断した正面図と、A−A線断面図、B−B線断面図およびC−C線要部断面図、図5は、レーザ発振・受光コントローラの要部構成および信号解析装置を含む排ガス分析装置の全体構成を示すブロック図である。   Hereinafter, an embodiment of an exhaust gas analyzer according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a main part configuration diagram in which the exhaust gas analyzer according to the present embodiment is mounted on an automobile, FIG. 2 is a main part configuration diagram in a state where the exhaust gas analyzer of FIG. 1 is installed on an engine bench, and FIG. FIG. 4 is a front view showing a detail of the sensor unit in FIG. 3 and a cross-sectional view taken along line AA. FIG. 5 is a block diagram showing an overall configuration of an exhaust gas analyzer including a main configuration of a laser oscillation / light receiving controller and a signal analyzer.

図1〜5において、本実施形態の排ガス分析装置は、自動車1に設置されたエンジン2から排出される排ガスを分析する装置である。また、図2に示すように、エンジンベンチ1Aに設置されたエンジン2の排ガスを分析する装置である。エンジン2の各気筒から排出される排ガスは、エキゾーストマニホルド3で合流され、排気管4を通して第1触媒装置5に導入され、さらに第2触媒装置6に導入され、そのあとマフラー7を通して排気パイプ8から大気中に放出される。排気経路は、エキゾーストマニホルド3、排気管4、第1触媒装置5、第2触媒装置6、マフラー7、排気パイプ8から構成され、エンジン2から排出された排ガスを2つの触媒装置5,6で浄化し、マフラー7により消音、減圧して大気中に放出する。なお、マフラーはメインマフラーとサブマフラーの2つを有するものでもよい。   1-5, the exhaust gas analyzer of this embodiment is an apparatus which analyzes the exhaust gas discharged | emitted from the engine 2 installed in the motor vehicle 1. In FIG. Moreover, as shown in FIG. 2, it is an apparatus which analyzes the exhaust gas of the engine 2 installed in the engine bench 1A. The exhaust gas discharged from each cylinder of the engine 2 is merged in the exhaust manifold 3, introduced into the first catalyst device 5 through the exhaust pipe 4, further introduced into the second catalyst device 6, and then through the muffler 7 to the exhaust pipe 8. From the atmosphere. The exhaust path is composed of an exhaust manifold 3, an exhaust pipe 4, a first catalyst device 5, a second catalyst device 6, a muffler 7, and an exhaust pipe 8. Exhaust gas discharged from the engine 2 is separated by two catalyst devices 5 and 6. It is purified, muffled with a muffler 7 and depressurized and released into the atmosphere. The muffler may have two main mufflers and sub mufflers.

排気経路を構成する複数の部材は、フランジ部同士を対接させてボルト等で接続されている。例えば、第1、第2触媒装置5,6は大径の本体部の上流、下流側に排気パイプ部が連結され、これらの排気パイプ部の端部にフランジ部F,Fが溶接等により固着されている。また、マフラー7は大径の本体部の上流、下流側に排気パイプ部が連結され、これらの排気パイプ部の端部にフランジ部F,Fが固着されている。なお、末端の排気パイプ8はマフラー7に直接溶接等により固着されている。このように、排気経路を構成する複数の部材はフランジ部により接続され、排ガスが通過する断面形状が直径dの円形に形成されている。   The plurality of members constituting the exhaust path are connected by bolts or the like with the flange portions in contact with each other. For example, the first and second catalytic devices 5 and 6 have exhaust pipe portions connected upstream and downstream of the large-diameter main body portion, and flange portions F and F are fixed to the end portions of these exhaust pipe portions by welding or the like. Has been. The muffler 7 has exhaust pipes connected to the upstream and downstream sides of the large-diameter main body, and flanges F and F are fixed to the ends of the exhaust pipes. The exhaust pipe 8 at the end is fixed directly to the muffler 7 by welding or the like. In this way, the plurality of members constituting the exhaust path are connected by the flange portion, and the cross-sectional shape through which the exhaust gas passes is formed in a circle having a diameter d.

本実施形態の排ガス分析装置10は、前記の排気経路の複数個所に設置された複数のセンサ部11〜14を備えて構成される。第1のセンサ部11は第1触媒装置5より上流側のエンジン側の排気管4との間に設置され、第2のセンサ部12は第1触媒装置5の下流側に設置され、第3のセンサ部13は第2触媒装置6の下流側に設置されている。そして、第4のセンサ部14はマフラー7の下流の排気パイプ8に設置されている。センサ部14は排気パイプの途中に設置されても、排気パイプの末端の開口部に挿入して設置するものでもよい。第1のセンサ部11の上流側の、エキゾーストマニホルド3で合流する前の1気筒毎の排気管にセンサ部を設置してもよい。   The exhaust gas analyzer 10 of the present embodiment includes a plurality of sensor units 11 to 14 installed at a plurality of locations in the exhaust path. The first sensor unit 11 is installed between the exhaust pipe 4 on the engine side upstream of the first catalyst device 5, the second sensor unit 12 is installed on the downstream side of the first catalyst device 5, and the third The sensor unit 13 is installed on the downstream side of the second catalyst device 6. The fourth sensor unit 14 is installed in the exhaust pipe 8 downstream of the muffler 7. The sensor unit 14 may be installed in the middle of the exhaust pipe or may be installed by being inserted into the opening at the end of the exhaust pipe. You may install a sensor part in the exhaust pipe for every cylinder of the upstream of the 1st sensor part 11 before merging with the exhaust manifold 3.

排気管4や第1触媒装置5、第2触媒装置6、マフラー7はフランジ部F,Fをボルトで締め付けることで連結されており、排気経路を構成する部材の間に設置されるセンサ部11,12,13は、フランジ部F,Fで挟まれた状態で設置されている。フランジ部F,Fは、排気経路を構成する部材の両端部に形成され、フランジ部同士の接合面は排気経路の中心線に対して直角に交差している。この結果、センサ部11〜13はフランジ部F,Fに挟まれて排気経路を横切るように設置される。第4のセンサ部14は排ガスが大気中に放出される直前の分析を行うものであり、マフラー7から突出する排気パイプ8の中間部にフランジ部F,Fで挟んで設置してもよい。なお、センサ部の設置数は任意に設定すればよい。   The exhaust pipe 4, the first catalyst device 5, the second catalyst device 6, and the muffler 7 are connected by tightening the flange portions F and F with bolts, and the sensor portion 11 is installed between members constituting the exhaust path. , 12 and 13 are installed in a state of being sandwiched between the flange portions F and F. The flange portions F and F are formed at both end portions of the member constituting the exhaust path, and the joint surfaces of the flange portions intersect at right angles to the center line of the exhaust path. As a result, the sensor parts 11 to 13 are installed so as to cross the exhaust path between the flange parts F and F. The fourth sensor unit 14 performs analysis immediately before the exhaust gas is released into the atmosphere, and may be installed between the flanges F and F in the middle of the exhaust pipe 8 protruding from the muffler 7. In addition, what is necessary is just to set the number of installation of a sensor part arbitrarily.

各センサ部11〜14は同一構成であり、1つのセンサ部11について図3,4を参照して説明する。センサ部11は矩形状の薄板材から形成されたセンサ本体20を有し、このセンサ本体は中心部に排気パイプ部の円形断面の内径dと同じ直径dの貫通孔21が形成されており、貫通孔内を排ガスが通過する。板状のセンサ本体20の厚さはレーザ光の照射部と受光部とを固定できる範囲で、できるだけ薄いことが好ましい。具体的にはセンサ本体20の厚さは、例えば5〜20mm程度が好適である。20mmを超えると排ガス流に乱れが生じやすく、5mmより薄いと測定用のレーザ光の照射部や、排ガス中を透過したレーザ光の受光部の取付固定が煩雑となる。また、排気経路の任意の個所に必要に応じて容易に設置できる。なお、センサ本体20の厚さは任意に設定できる。   Each sensor part 11-14 is the same structure, and demonstrates the one sensor part 11 with reference to FIG. The sensor unit 11 has a sensor main body 20 formed of a rectangular thin plate material. The sensor main body has a through hole 21 having a diameter d equal to the inner diameter d of the circular cross section of the exhaust pipe portion at the center. Exhaust gas passes through the through hole. The thickness of the plate-shaped sensor body 20 is preferably as thin as possible within a range in which the laser beam irradiation part and the light receiving part can be fixed. Specifically, the thickness of the sensor body 20 is preferably about 5 to 20 mm, for example. If it exceeds 20 mm, the flue gas flow is likely to be disturbed, and if it is thinner than 5 mm, the mounting and fixing of the laser beam irradiation part for measurement and the light receiving part of the laser beam that has passed through the flue gas become complicated. Moreover, it can be easily installed as required at any location in the exhaust path. The thickness of the sensor body 20 can be set arbitrarily.

このように、センサ本体20に形成された貫通孔21の形状は、排ガス流を乱さないように排気パイプ部の内径と同じ直径の円形に形成され、しかもセンサ本体20は薄く形成されている。このため、排気経路中にセンサ部11〜14を取付けても排ガス流を乱すことがなく、圧力損失が少なく円滑に排気させることができる。センサ本体20を構成する板材としては金属板材やセラミック製の板材を用いているが、材質については特に問わない。   Thus, the shape of the through hole 21 formed in the sensor main body 20 is formed in a circular shape having the same diameter as the inner diameter of the exhaust pipe portion so as not to disturb the exhaust gas flow, and the sensor main body 20 is formed thin. For this reason, even if the sensor units 11 to 14 are attached in the exhaust path, the exhaust gas flow is not disturbed, and the exhaust can be smoothly performed with little pressure loss. A metal plate or a ceramic plate is used as the plate constituting the sensor body 20, but the material is not particularly limited.

センサ本体20はフランジ部F,Fに挟まれた状態で固定され、フランジ部F,Fとセンサ本体20との間にはガスケット22,22が挟まれた状態で図示していないボルト、ナット等により固定される。ガスケット22は石綿等で形成され、排気管の内径と同じ直径の貫通孔が開けられている。この構成により、フランジ部F,Fの間にセンサ本体20を挟んで排気経路を接続しても、排ガスが途中で漏れることはなく、排気経路の長さの増加も少ない。図3は、排気管4の下流端に溶接されたフランジ部Fと、触媒装置5の上流側の排気パイプ部5aの端部に溶接されたフランジ部Fとの間に、ガスケット22,22を挟んでセンサ本体20が固定される構成を示している。   The sensor body 20 is fixed in a state sandwiched between the flange portions F, F, and a bolt, a nut, etc., not shown in the state where the gaskets 22 are sandwiched between the flange portions F, F and the sensor body 20. It is fixed by. The gasket 22 is made of asbestos or the like, and has a through hole having the same diameter as the inner diameter of the exhaust pipe. With this configuration, even if the exhaust path is connected with the sensor body 20 sandwiched between the flange portions F and F, the exhaust gas does not leak in the middle, and the increase in the length of the exhaust path is small. FIG. 3 shows gaskets 22, 22 between a flange portion F welded to the downstream end of the exhaust pipe 4 and a flange portion F welded to the end of the exhaust pipe portion 5 a on the upstream side of the catalyst device 5. The structure which the sensor main body 20 is fixed on both sides is shown.

センサ本体20には、板厚の中央を端面から貫通孔に向けて貫通する2つのセンサ孔23,24が形成されている。センサ孔23,24は貫通孔21に向けて開口しており、排ガスの流れる方向と直交して開口している。センサ部11はレーザ光を照射する照射部として光ファイバ25がセンサ孔23に固定され、光ファイバ25から照射され貫通孔21内に存在する排ガス中を透過したレーザ光を受光する受光部として、ディテクタ26がセンサ孔24に固定されている。すなわち、センサ部11は、照射側の光ファイバ25から排気経路を横切るように照射されたレーザ光が、2つのミラー30,31で反射され、排ガス中を透過して減衰し、ディテクタ26で受光される構成となっている。   The sensor body 20 is formed with two sensor holes 23 and 24 that penetrate the center of the plate thickness from the end surface toward the through hole. The sensor holes 23 and 24 are open toward the through hole 21 and open perpendicular to the direction in which the exhaust gas flows. The sensor unit 11 has an optical fiber 25 fixed to the sensor hole 23 as an irradiating unit for irradiating laser light, and a light receiving unit that receives the laser light irradiated from the optical fiber 25 and transmitted through the exhaust gas existing in the through hole 21. A detector 26 is fixed to the sensor hole 24. That is, the sensor unit 11 reflects the laser beam irradiated from the irradiation side optical fiber 25 so as to cross the exhaust path, is reflected by the two mirrors 30 and 31, attenuates through the exhaust gas, and is received by the detector 26. It becomes the composition which is done.

2つのミラー30,31は、図4に詳細に示すようにセンサ本体20の中心部の円形の貫通孔21の外側に、測定用の赤外レーザ光や光触媒用の光線を反射させるように上下に設置固定される。ミラー30,31は貫通孔21の外周側に平行に形成された2つの挿入溝32,33内に着脱可能に固定されている。ミラー30,31は厚さが数mm程度の長方形状の基板状に形成され、基板の一方の面に金やプラチナの薄膜が反射面として形成され、その上に保護層として、MgFやSiOの薄膜が形成されている。なお、保護膜は形成しなくてもよい。 As shown in detail in FIG. 4, the two mirrors 30 and 31 are vertically moved so as to reflect the infrared laser beam for measurement and the light beam for photocatalyst on the outside of the circular through hole 21 at the center of the sensor body 20. Fixed to the installation. The mirrors 30 and 31 are detachably fixed in two insertion grooves 32 and 33 formed in parallel to the outer peripheral side of the through hole 21. The mirrors 30 and 31 are formed in the shape of a rectangular substrate having a thickness of about several millimeters. A thin film of gold or platinum is formed as a reflective surface on one surface of the substrate, and MgF 2 or SiO 2 is used as a protective layer thereon. Two thin films are formed. Note that the protective film may not be formed.

ミラー30,31は、表面に形成された反射面、保護膜の表面に光触媒層35が形成されている。光触媒層35は、例えば二酸化チタン(TiO)の薄膜が好ましい。光触媒層35は塗布、あるいはコーティングによってミラーの表面に薄膜として形成されている。光触媒層が二酸化チタンの場合、この薄膜は紫外光等の光触媒用の光線を吸収して活性化し、表面に付着した汚れを浮上らせ、浮上った汚れは排ガス流により流されて排気経路から外部に排出されるように機能する。 The mirrors 30 and 31 have a photocatalyst layer 35 formed on the reflection surface formed on the surface and the surface of the protective film. For example, the photocatalyst layer 35 is preferably a thin film of titanium dioxide (TiO 2 ). The photocatalyst layer 35 is formed as a thin film on the surface of the mirror by coating or coating. When the photocatalyst layer is titanium dioxide, this thin film absorbs light for photocatalyst such as ultraviolet light and activates it, and the dirt adhering to the surface floats up. It functions to be discharged to the outside.

センサ本体20の貫通孔21の外周に形成された挿入溝32,33は、ミラー30,31が緩く挿入できる程度の大きさに設定されている。挿入溝32,33はセンサ本体20を貫通して両面側に開口しても、あるいは片面側に開口して他面側が閉塞している形状でもよい。ミラー30,31は挿入溝32,33内で取付ビス36によりスペーサ37を介して固定されている。ミラーが熱ショック等により破損した場合は、取付ビス36を緩めることで取り外して新しいミラーを固定することができる。また、ミラーが汚れたときに、センサ本体20から取り外して清掃することもできる。   The insertion grooves 32 and 33 formed on the outer periphery of the through hole 21 of the sensor body 20 are set to a size that allows the mirrors 30 and 31 to be inserted loosely. The insertion grooves 32 and 33 may penetrate the sensor body 20 and be opened on both sides, or may be formed on one side and closed on the other side. The mirrors 30 and 31 are fixed in the insertion grooves 32 and 33 by spacers 37 with mounting screws 36. If the mirror is damaged by heat shock or the like, it can be removed by loosening the mounting screw 36 to fix the new mirror. Further, when the mirror becomes dirty, it can be removed from the sensor body 20 and cleaned.

貫通孔21の内周面とミラーを固定する挿入溝32,33との間には、光が通過できる通路が形成されている。通路としては貫通するスリットや、貫通する通過孔等が形成される。本実施形態では、排気経路に直交する方向に幅が数mm程度のスリット38,38が貫通孔21の内周面から挿入溝32,33まで貫通して形成されている。この構成により、測定用の赤外レーザ光が照射部である光ファイバ25から貫通孔21内に照射されると下方のスリット38を通して下方のミラー31に到達し、下方のミラーで上方に反射され、次いで上方のスリット38を通して上方のミラー30に到達し、上方のミラーで下方に反射され、上下で反射を繰返したあと上方に固定されたディテクタ26に受光される構成となっている。   A passage through which light can pass is formed between the inner peripheral surface of the through hole 21 and the insertion grooves 32 and 33 for fixing the mirror. As the passage, a slit that penetrates, a passage hole that penetrates, and the like are formed. In the present embodiment, slits 38 and 38 having a width of about several millimeters are formed from the inner peripheral surface of the through hole 21 to the insertion grooves 32 and 33 in a direction orthogonal to the exhaust path. With this configuration, when the measurement infrared laser light is irradiated into the through hole 21 from the optical fiber 25 that is the irradiation section, it reaches the lower mirror 31 through the lower slit 38 and is reflected upward by the lower mirror. Then, the light reaches the upper mirror 30 through the upper slit 38, is reflected downward by the upper mirror, and is reflected by the upper and lower detectors 26 after being repeatedly reflected up and down.

光ファイバ25およびディテクタ26はレーザ発振・受光コントローラ40に接続され、レーザ発振・受光コントローラ40から出射される赤外レーザ光が光ファイバ25Aを通してセンサ本体20の貫通孔21内に照射され、排ガス中を透過した赤外レーザ光が受光側のディテクタ26で受光され、信号線28Aを介してレーザ発振・受光コントローラ40に入力される構成となっている。光ファイバ25Aから照射された発光強度と、排ガスを透過してディテクタ26で受光された受光強度等が、分析装置であるパーソナルコンピュータ55に供給される。このように、排ガス分析装置10は、複数のセンサ部11〜14と、レーザ発振・受光コントローラ40と、パーソナルコンピュータ55とを備えて構成される。   The optical fiber 25 and the detector 26 are connected to a laser oscillation / light reception controller 40, and infrared laser light emitted from the laser oscillation / light reception controller 40 is irradiated into the through-hole 21 of the sensor body 20 through the optical fiber 25A, and in the exhaust gas. The infrared laser beam that has passed through is received by the detector 26 on the light receiving side, and is input to the laser oscillation / light receiving controller 40 via the signal line 28A. The intensity of light emitted from the optical fiber 25A, the intensity of light received through the exhaust gas and received by the detector 26, and the like are supplied to a personal computer 55 as an analyzer. As described above, the exhaust gas analyzer 10 includes the plurality of sensor units 11 to 14, the laser oscillation / light reception controller 40, and the personal computer 55.

ここで、レーザ発振・受光コントローラ40について、図5を参照して説明する。レーザ発振・受光コントローラ40は、複数の波長の赤外レーザ光を照射する照射装置として、複数のレーザダイオードLD1〜LD5に、図示していないファンクションジェネレータ等の信号発生器から複数の周波数の信号を供給し、レーザダイオードLD1〜LD5は各周波数に対応してそれぞれ複数の波長の赤外レーザ光を照射する。レーザ発振・受光コントローラ40の信号発生器から出力される複数の周波数の信号がレーザダイオードLD1〜LD5に供給されて発光し、例えばLD1は波長が1300〜1330nm程度、LD2は1330〜1360nmというように、検出しようとする成分ガスのピーク波長が存在する波長帯が連続するような波長帯の赤外レーザ光を発生させるように設定されている。   Here, the laser oscillation / light reception controller 40 will be described with reference to FIG. The laser oscillation / light reception controller 40 is an irradiation device for irradiating infrared laser beams having a plurality of wavelengths, and receives signals having a plurality of frequencies from a signal generator such as a function generator (not shown) to the plurality of laser diodes LD1 to LD5. The laser diodes LD1 to LD5 irradiate infrared laser beams having a plurality of wavelengths corresponding to the respective frequencies. A plurality of frequency signals output from the signal generator of the laser oscillation / light reception controller 40 are supplied to the laser diodes LD1 to LD5 to emit light. For example, LD1 has a wavelength of about 1300 to 1330 nm and LD2 has a wavelength of 1330 to 1360 nm. The infrared laser beam having a wavelength band in which the wavelength band in which the peak wavelength of the component gas to be detected exists is continuous is set.

排ガス中を透過させる赤外レーザ光の波長は、検出する排ガスの成分に合わせて設定され、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO)、アンモニア(NH)、メタン(CH)、水(HO)を検出する場合は、5つの波長の赤外レーザ光を使用する。例えば、アンモニアを検出するのに適した波長は1530nmであり、一酸化炭素を検出するのに適した波長は1560nmであり、二酸化炭素を検出するのに適した波長は1570nmである。また、メタンを検出するのに適した波長は1680nmであり、水を検出するのに適した波長は1350nmである。さらに、他の排ガスの成分の濃度を検出する場合は、排ガス成分の数に合わせて異なる波長の赤外レーザ光を使用する。なお、ガス濃度の検出は、同じ成分でも異なる波長である場合があり、異なる波長の中から選択して用いるようにしてもよい。 The wavelength of the infrared laser beam that passes through the exhaust gas is set in accordance with the component of the exhaust gas to be detected. Carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), ammonia (NH 3 ), methane (CH 4 ), When detecting water (H 2 O), infrared laser beams having five wavelengths are used. For example, the wavelength suitable for detecting ammonia is 1530 nm, the wavelength suitable for detecting carbon monoxide is 1560 nm, and the wavelength suitable for detecting carbon dioxide is 1570 nm. The wavelength suitable for detecting methane is 1680 nm, and the wavelength suitable for detecting water is 1350 nm. Further, when detecting the concentration of other exhaust gas components, infrared laser beams having different wavelengths are used in accordance with the number of exhaust gas components. The gas concentration may be detected at different wavelengths even for the same component, and may be selected from different wavelengths.

本実施形態の排ガス分析装置10は、測定用の赤外レーザ光をミラー30,31で反射させ排ガス中の透過距離を大きくするように構成されており、このミラーの表面に形成されている光触媒層35に光触媒用の光線である紫外光を発生させる光線発生器としてLD6を備えている。すなわち、LD6は光触媒層35を活性化させるために適した波長帯の光線として、例えば波長が360nm程度の紫外光を発生する。この紫外光を光触媒層35に照射することで、光触媒層は活性化して超親水性を発揮し、ミラー30,31の表面に排ガスの微粒子等の汚れが付着しても排ガス中の水分により表面から浮上り、排ガス流によって排気経路外に排出され、容易に除去することができる。   The exhaust gas analyzer 10 of the present embodiment is configured to reflect infrared laser light for measurement by mirrors 30 and 31 to increase the transmission distance in the exhaust gas, and the photocatalyst formed on the surface of the mirror The layer 35 is provided with an LD 6 as a light generator for generating ultraviolet light that is a light for photocatalyst. That is, the LD 6 generates, for example, ultraviolet light having a wavelength of about 360 nm as a light beam having a wavelength band suitable for activating the photocatalytic layer 35. By irradiating the photocatalyst layer 35 with this ultraviolet light, the photocatalyst layer is activated and exhibits superhydrophilicity. Even if dirt such as fine particles of the exhaust gas adheres to the surfaces of the mirrors 30 and 31, the surface of the mirror 30 and 31 is caused by moisture in the exhaust gas. From the exhaust path, and can be easily removed.

各レーザダイオードLD1〜LD5から照射された赤外レーザ光は光ファイバ42…により分波器43…に導光され、センサ部の数に合わせて分波器33…により分波される。図5では3つのセンサ部11〜13に合わせて各レーザダイオードLD1〜LD5から照射されたレーザ光は3つに分波される。そして分波器43…で分波されたレーザ光は、分波器44A…、44B…、44C…により信号光と測定光に分けられる。分波器44A…はセンサ部11用であり、分波器44B…はセンサ部12用、分波器44C…はセンサ部13用である。センサ部11用の5つの分波器44A…で分けられた信号光は光ファイバを通して合波器45Aで合波され、合波された複数の波長帯の信号光は光ファイバ47Aを通して後述する差分型光検出器50Aに導光される。一方、5つの分波器44A…で分けられた測定光は光ファイバを通して合波器46Aで合波され、光ファイバ25Aにより光切替器48Aを経由してセンサ部11の照射部に導光される。   The infrared laser light emitted from each of the laser diodes LD1 to LD5 is guided to the duplexers 43 through the optical fibers 42 and is demultiplexed by the duplexers 33 according to the number of sensor units. In FIG. 5, the laser beams emitted from the laser diodes LD1 to LD5 in accordance with the three sensor units 11 to 13 are divided into three. The laser beams demultiplexed by the demultiplexers 43 are separated into signal light and measurement light by the demultiplexers 44A, 44B, 44C. The duplexers 44A are for the sensor unit 11, the duplexers 44B are for the sensor unit 12, and the duplexers 44C are for the sensor unit 13. The signal light divided by the five demultiplexers 44A for the sensor unit 11 is multiplexed by the multiplexer 45A through the optical fiber, and the combined signal light in a plurality of wavelength bands is the difference which will be described later through the optical fiber 47A. The light is guided to the mold photodetector 50A. On the other hand, the measurement light divided by the five demultiplexers 44A is multiplexed by the multiplexer 46A through the optical fiber, and is guided to the irradiation unit of the sensor unit 11 by the optical fiber 25A via the optical switch 48A. The

また、分波器43…で分波された赤外レーザ光は、センサ部12用の5つの分波器44B…により信号光と測定光に分けられ、信号光は合波器45Bで複数の波長帯を合波した信号光となり、光ファイバ47Bを通して差分型光検出器50Bに導光される。5つの分波器44B…により分けられた測定光は合波器46Bで合波され、光ファイバ25Bにより光切替器48Bを経由してセンサ部12の照射部に導光される。さらに、分波器43…で分波された赤外レーザ光は、センサ部13用の5つの分波器44C…により信号光と測定光に分けられ、信号光は合波器45Cで複数の波長帯の信号光となり、光ファイバ47Cを通して差分型光検出器50Cに導光される。5つの分波器44C…により分けられた測定光は合波器46Cで合波され、光ファイバ25Cにより光切替器48Cを経由してセンサ部13の照射部に導光される。   Further, the infrared laser light demultiplexed by the demultiplexers 43 is divided into signal light and measurement light by the five demultiplexers 44B for the sensor unit 12, and the signal light is divided into a plurality of signals by the multiplexer 45B. The signal light is obtained by combining the wavelength bands, and is guided to the differential photodetector 50B through the optical fiber 47B. The measurement light divided by the five demultiplexers 44B is multiplexed by the multiplexer 46B and guided to the irradiation unit of the sensor unit 12 by the optical fiber 25B via the optical switch 48B. Further, the infrared laser light demultiplexed by the demultiplexers 43 is divided into signal light and measurement light by the five demultiplexers 44C for the sensor unit 13, and the signal light is divided into a plurality of signals by the multiplexer 45C. It becomes signal light in the wavelength band and is guided to the differential photodetector 50C through the optical fiber 47C. The measurement light divided by the five demultiplexers 44C is multiplexed by the multiplexer 46C and guided to the irradiation unit of the sensor unit 13 via the optical switch 25C by the optical fiber 25C.

図5では、3つのセンサ部11〜13を示しているが、さらに多くのセンサ部14…を設置する場合は、分波器43でさらに多くのレーザ光に分波し、分波したレーザ光をさらに多くの分波器44…で測定光と信号光に分波し、信号用のレーザ光を合波器45…で合波してから差分型光検出器50…に導光すると共に、測定用のレーザ光をさらに多くの光切替器48…を経由してさらに多くのセンサ部14…に導光する。   In FIG. 5, three sensor units 11 to 13 are shown. However, when more sensor units 14... Are installed, the demultiplexer 43 demultiplexes into more laser beams, and the demultiplexed laser beams. Are further divided into measurement light and signal light by a number of demultiplexers 44..., The signal laser light is multiplexed by a multiplexer 45, and then guided to a differential photodetector 50. Laser light for measurement is guided to more sensor units 14 through more optical switches 48.

また、光触媒用のLD6から照射された光触媒用の紫外光は光ファイバを通して分波器41に導光され、センサ部の数に合わせて3つに分波された光触媒用の紫外光は光切替器48A,48B,48Cに導光される。3つの光切替器は測定用の赤外レーザ光が光ファイバにより導光されると共に、光触媒を清浄にする紫外光が光ファイバにより導光され、測定用の赤外レーザ光または光触媒用の紫外光の一方を光ファイバ25A,25B,25Cに出力するもので、例えば、内蔵する可動ミラーを切替えて一方の光ファイバと出力光ファイバの光軸を合わせて導光するように構成されている。なお、光切替器は可動ミラーを備えるものに限らず、他の適宜の方式のものを用いることができる。   The photocatalyst ultraviolet light irradiated from the photocatalyst LD 6 is guided to the demultiplexer 41 through the optical fiber, and the photocatalyst ultraviolet light demultiplexed into three in accordance with the number of sensor units is optically switched. Light is guided to devices 48A, 48B, 48C. In the three optical switching devices, infrared laser light for measurement is guided by the optical fiber, and ultraviolet light for cleaning the photocatalyst is guided by the optical fiber, and the infrared laser light for measurement or the ultraviolet for the photocatalyst is used. One of the light is output to the optical fibers 25A, 25B, and 25C. For example, the built-in movable mirror is switched so that the optical axes of the one optical fiber and the output optical fiber are aligned and guided. Note that the optical switch is not limited to the one provided with the movable mirror, and other appropriate methods can be used.

本実施形態では、光切替器48A,48B,48Cによる測定用の赤外レーザ光と光触媒用の紫外光との切替は、ミラー30,31の汚れが確認されたときに、測定用の赤外レーザ光から光触媒用の紫外光に切替え、照射部から照射される。例えば、センサ部11のミラー30,31の汚れが検出されると、光切替器48Aにより光ファイバ25Aに光触媒用の紫外光が供給され、この紫外光はセンサ本体20の貫通孔21内に照射され、上下のミラー30,31を照射する構成となっている。   In the present embodiment, switching between the infrared laser light for measurement and the ultraviolet light for photocatalyst by the optical switching devices 48A, 48B, and 48C is performed when the mirrors 30 and 31 are confirmed to be dirty. Switch from laser light to ultraviolet light for photocatalyst and irradiate from the irradiation part. For example, when contamination on the mirrors 30 and 31 of the sensor unit 11 is detected, ultraviolet light for photocatalyst is supplied to the optical fiber 25A by the optical switch 48A, and this ultraviolet light is irradiated into the through hole 21 of the sensor body 20. The upper and lower mirrors 30 and 31 are irradiated.

光触媒用の紫外光はビーム径が大きく設定され、測定用の赤外レーザ光と同じ光路を通るように照射され、赤外レーザ光が反射されるミラーの表面を広い範囲で照射するように構成されている。したがって、紫外光により照射された上下のミラー30,31は、測定用の赤外レーザ光が反射される領域を広い範囲で照射して汚れを除去し、この領域の反射率の低減を防止することができる。紫外光のビーム形をさらに広げてミラーの全面を紫外光で照射すると、ミラーの全面を清浄にできて好ましい。   The UV light for photocatalyst has a large beam diameter and is irradiated so that it passes through the same optical path as the infrared laser light for measurement, and the surface of the mirror that reflects the infrared laser light is irradiated over a wide range. Has been. Therefore, the upper and lower mirrors 30 and 31 irradiated with the ultraviolet light irradiate the area where the measurement infrared laser light is reflected in a wide range to remove the dirt, and prevent the reduction of the reflectance in this area. be able to. It is preferable to further expand the beam shape of the ultraviolet light and irradiate the entire surface of the mirror with ultraviolet light because the entire surface of the mirror can be cleaned.

センサ部11〜13の受光部に接続された受光側のディテクタ26A,26B,26Cはレーザ発振・受光コントローラ40の差分型光検出器50A,50B,50Cに信号線28A,28B,28Cを介して接続される。また、合波器45A,45B,45Cで合波された信号光は光ファイバ47A,47B,47Cを通して差分型光検出器50A,50B,50Cに導光される。差分型光検出器では、排ガス中を透過して減衰した透過レーザ光と、排ガス中を透過していない信号レーザ光との差を取る構成となっている。信号レーザ光はフォトダイオード等に入力され、電気信号に変換される。差分型光検出器で算出された信号光と参照光の差分に相当する電気信号は、例えば図示していないプリアンプで増幅され、A/D変換器を介して信号解析装置であるパーソナルコンピュータ55に入力される。パーソナルコンピュータ55では、入力された信号から排ガスの成分の濃度や、排ガスの温度を算出して排ガスを分析する。   The detectors 26A, 26B, and 26C on the light receiving side connected to the light receiving units of the sensor units 11 to 13 are connected to the differential photodetectors 50A, 50B, and 50C of the laser oscillation / light receiving controller 40 via signal lines 28A, 28B, and 28C. Connected. The signal light combined by the multiplexers 45A, 45B, and 45C is guided to the differential photodetectors 50A, 50B, and 50C through the optical fibers 47A, 47B, and 47C. The differential photodetector is configured to take the difference between the transmitted laser light that has been transmitted and attenuated through the exhaust gas and the signal laser light that has not been transmitted through the exhaust gas. The signal laser light is input to a photodiode or the like and converted into an electric signal. An electrical signal corresponding to the difference between the signal light and the reference light calculated by the differential photodetector is amplified by, for example, a preamplifier (not shown), and is passed to the personal computer 55 which is a signal analysis device via an A / D converter. Entered. The personal computer 55 analyzes the exhaust gas by calculating the concentration of the exhaust gas component and the temperature of the exhaust gas from the input signal.

本発明の排ガス分析装置10は、例えば赤外レーザ光を排ガス中に透過させ、入射光の強度と排ガス中を透過したあとの透過光の強度に基づいて排ガスの成分の濃度を算出し、排ガスを分析するものである。すなわち、排ガスの成分の濃度Cは、以下の数式(1)から算出される。   The exhaust gas analyzer 10 of the present invention transmits, for example, infrared laser light into exhaust gas, calculates the concentration of exhaust gas components based on the intensity of incident light and the intensity of transmitted light after passing through the exhaust gas, Is to analyze. That is, the concentration C of the exhaust gas component is calculated from the following formula (1).

C=−ln(I/I)/kL…(1) C = −ln (I / I 0 ) / kL (1)

この数式(1)において、Iは透過光強度、Iは入射光強度、kは吸収率、Lは透過距離である。したがって、信号光である入射光強度(I)に対する透過光強度(I)の比、シグナル強度(I/I)に基づいて排ガスの成分の濃度Cは算出される。透過光強度Iは、ディテクタ26A,26B,26Cを通して出力され、入射光強度Iは、光ファイバ47A,47B,47Cを通して差分型光検出器50内のフォトダイオード等の光電変換器から出力される。本実施形態では入射光強度Iとして、排ガス中を透過しない信号光強度を用いている。 In Equation (1), I is the transmitted light intensity, I 0 is the incident light intensity, k is the absorptance, and L is the transmission distance. Therefore, the concentration C of the exhaust gas component is calculated based on the ratio of the transmitted light intensity (I) to the incident light intensity (I 0 ), which is signal light, and the signal intensity (I / I 0 ). Transmitted light intensity I, the detector 26A, 26B, are output through 26C, the incident light intensity I 0 is output optical fiber 47A, 47B, the photoelectric converter such as a photodiode differential photodetector 50 through 47C . As the incident light intensity I 0 in the present embodiment uses a signal light intensity that does not transmit the exhaust gas.

前記の如く構成された本実施形態の排ガス分析装置10の動作について以下に説明する。排ガスの成分の濃度を測定するときは、レーザ発振・受光コントローラ40の信号発生器を作動させて各レーザダイオードLD1〜LD5に信号を供給して各レーザダイオードLD1〜LD5から所定の波長の赤外レーザ光を発光させる。各レーザダイオードLD1〜LD5から発光された赤外レーザ光は、光ファイバ42…を通して分波器43…に至り、ここでセンサ部の数に合わせて分波される。   The operation of the exhaust gas analyzer 10 of the present embodiment configured as described above will be described below. When measuring the concentration of the exhaust gas component, the signal generator of the laser oscillation / light reception controller 40 is operated to supply a signal to each of the laser diodes LD1 to LD5, and the infrared of a predetermined wavelength is transmitted from each of the laser diodes LD1 to LD5. Laser light is emitted. The infrared laser light emitted from each of the laser diodes LD1 to LD5 reaches the duplexers 43 through optical fibers 42, and is demultiplexed according to the number of sensor units.

このあと、分波された赤外レーザ光は分波器44A…,44B…,44C…で測定光と信号光に分波される。1つのセンサ部11について詳細に説明すると、5つの分波器44Aで分波された信号光は合波器45Aで合波されて信号用レーザ光となり、差分型光検出器50Aに導光される。また、5つの分波器44Aで分波された測定光は合波器46Aで合波されて測定用レーザ光となり、光切替器48Aを経由してセンサ部11の照射部に光ファイバ25Aを通して導光される。他のセンサ部12,13についても、同様に分波器43…で分波されたあと、分波器44B,44Cで信号光と測定光に分波され、合波器45B,45Cで合波されて、信号光は差分型光検出器50B,50Cに導光され、測定光がセンサ部12,13に導光される。   Thereafter, the demultiplexed infrared laser light is demultiplexed into measurement light and signal light by demultiplexers 44A... 44B. The one sensor unit 11 will be described in detail. The signal light demultiplexed by the five demultiplexers 44A is multiplexed by the multiplexer 45A to become a signal laser beam and guided to the differential photodetector 50A. The The measurement light demultiplexed by the five demultiplexers 44A is multiplexed by the multiplexer 46A to become measurement laser light, and passes through the optical switch 25A to the irradiation unit of the sensor unit 11 through the optical fiber 25A. Light is guided. Similarly, the other sensor units 12 and 13 are demultiplexed by the demultiplexers 43, and then demultiplexed into signal light and measurement light by the demultiplexers 44B and 44C, and are multiplexed by the multiplexers 45B and 45C. Then, the signal light is guided to the differential photodetectors 50B and 50C, and the measurement light is guided to the sensor units 12 and 13.

そして、センサ部11〜13の光ファイバ25A,25B,25Cから照射された測定用の赤外レーザ光は、排ガスが通過している貫通孔21内に照射される。赤外レーザ光は排気経路である貫通孔21内を横切り、下方のミラー31で上方に反射され、ついで上方のミラー30で下方に反射され、反射を繰返すことで排ガス中の透過距離が大きくなり、最後にディテクタ26で受光される。すなわち、測定用の赤外レーザ光は排ガス中を透過して減衰され、減衰された透過光が受光部であるディテクタ26で受光され、透過光(測定光)の光強度が測定される。   And the infrared laser beam for measurement irradiated from the optical fibers 25A, 25B, and 25C of the sensor units 11 to 13 is irradiated into the through hole 21 through which the exhaust gas passes. The infrared laser beam traverses the inside of the through-hole 21 which is an exhaust path, is reflected upward by the lower mirror 31, is then reflected downward by the upper mirror 30, and is repeatedly reflected to increase the transmission distance in the exhaust gas. Finally, the light is received by the detector 26. That is, the infrared laser light for measurement is transmitted through the exhaust gas and attenuated, and the attenuated transmitted light is received by the detector 26 as a light receiving unit, and the light intensity of the transmitted light (measurement light) is measured.

このように、測定用の赤外レーザ光は排気経路を構成するセンサ部の貫通孔21内の、排気経路と直交する面内を横切って受光されるため、直交する1断面における排ガスの成分の濃度や温度をスポット的に測定することができる。すなわち、排気経路に沿った、ある長さの範囲の排ガスの成分の濃度や温度を測定するのでなく、排気経路を横切る所定の1面を基準とした排ガスの成分の濃度や温度を測定することができるので、スポット的な測定が可能となる。   In this way, the measurement infrared laser light is received across the plane perpendicular to the exhaust path in the through-hole 21 of the sensor section that constitutes the exhaust path. Concentration and temperature can be measured in spots. That is, the concentration and temperature of the exhaust gas components in a certain range along the exhaust path are not measured, but the concentration and temperature of the exhaust gas components based on a predetermined plane crossing the exhaust path are measured. Therefore, spot-like measurement is possible.

排ガス中を通り減衰して受光部に到達した測定用の赤外レーザ光はディテクタ26A,26B,26Cで電気信号として出力され、信号線28A,28B,28Cを介して差分型光検出器50A,50B,50Cに供給される。一方、信号用レーザ光は差分型光検出器50A,50B,50Cに供給され、差分型光検出器では、複数の波長成分毎に透過光(測定光)と信号光の差を取り、透過光のうちの特定ガス成分のピーク波長を検出する。このようにして、差分型光検出器からの出力が信号解析装置であるパーソナルコンピュータ55に入力される。パーソナルコンピュータ55は、入力された複数の周波数帯ごとのピーク波長に基づいて、排ガスの成分の濃度測定や温度測定を実施して分析する。   The measurement infrared laser light that has attenuated through the exhaust gas and reached the light receiving section is output as an electrical signal by the detectors 26A, 26B, and 26C, and is supplied to the differential photodetector 50A, via the signal lines 28A, 28B, and 28C. 50B and 50C. On the other hand, the signal laser light is supplied to the differential photodetectors 50A, 50B, and 50C, and the differential photodetector detects the difference between the transmitted light (measurement light) and the signal light for each of a plurality of wavelength components, and transmits the transmitted light. The peak wavelength of the specific gas component is detected. In this way, the output from the differential photodetector is input to the personal computer 55 which is a signal analysis device. The personal computer 55 performs the concentration measurement and temperature measurement of the components of the exhaust gas based on the input peak wavelength for each of the plurality of frequency bands and analyzes it.

気体は、それぞれ固有の吸収波長帯を持っており、その吸収波長帯には、例えば図6に示すように、多くの吸収線が存在している。図6aは低温のときのシグナル強度(=分子数割合)を示しており、図6bは高温のときのシグナル強度を示している。このように、シグナル強度は温度に依存して変化するため、シグナル強度比を測定することにより、測定時の排ガスの温度を算出することができる。   Each gas has its own absorption wavelength band, and many absorption lines exist in the absorption wavelength band, for example, as shown in FIG. FIG. 6a shows the signal intensity at the low temperature (= number of molecules), and FIG. 6b shows the signal intensity at the high temperature. Thus, since the signal intensity changes depending on the temperature, the temperature of the exhaust gas at the time of measurement can be calculated by measuring the signal intensity ratio.

そして、図7に示すように、吸収線のうちの1本、例えば波長λ1に対してレーザ光の発振波長を掃引することによって吸収を測定する。この波形と信号レーザ光の波形との比をとることによって、スペクトルプロファイルを測定する。また、温度測定は、前記のスペクトルプロファイルを異なる2つの吸収線λ1、λ2について測定し、それらの面積比A1/A2(またはピークの高さの比P1/P2)をとることにより求めることができる。従来の波長変調法では、図7aに示すように、吸収スペクトルピークの先端の曲率により排ガスの成分の濃度を算出していたが、本発明では、図7bに示すように、吸収スペクトルの面積により排ガスの成分の濃度を算出するため、圧力の影響を受けにくい排ガスの成分の濃度の算出が可能となる。   Then, as shown in FIG. 7, the absorption is measured by sweeping the oscillation wavelength of the laser light with respect to one of the absorption lines, for example, the wavelength λ1. The spectrum profile is measured by taking the ratio between this waveform and the waveform of the signal laser beam. Further, the temperature measurement can be obtained by measuring the spectrum profile for two different absorption lines λ1 and λ2 and taking the area ratio A1 / A2 (or the peak height ratio P1 / P2). . In the conventional wavelength modulation method, as shown in FIG. 7a, the concentration of the exhaust gas component is calculated based on the curvature of the tip of the absorption spectrum peak. However, in the present invention, as shown in FIG. Since the concentration of the exhaust gas component is calculated, it is possible to calculate the concentration of the exhaust gas component that is not easily affected by pressure.

本実施形態の排ガス分析装置10では、排ガス中を透過して減衰した赤外レーザ光をディテクタ26…で検出して排ガスの成分の濃度や温度を測定して分析するため、ディテクタの出力値からミラー30,31の反射率低下を判定することができる。すなわち、排ガスを通さない状態で赤外レーザ光を照射し、反射のみによる減衰をディテクタ26…で検出し、排ガス成分がミラー30,31の表面に付着し、反射率が所定の閾値(例えば数10%)より低下したとき、光触媒用のLD6を動作させ、光切替器48A,48B,48Cを切替えて赤外レーザ光を照射せずに光触媒用の紫外光を照射するように切替え、紫外光をミラーの表面に照射してミラー30,31の清浄化を行ない、低下した反射率を復帰させることができる。   In the exhaust gas analyzer 10 of the present embodiment, the infrared laser light transmitted through the exhaust gas and attenuated is detected by the detectors 26, and the concentrations and temperatures of the components of the exhaust gas are measured and analyzed. Therefore, from the output value of the detector. Decrease in the reflectivity of the mirrors 30 and 31 can be determined. That is, the infrared laser light is irradiated in a state where the exhaust gas is not passed through, the attenuation due to only reflection is detected by the detectors 26..., The exhaust gas component adheres to the surfaces of the mirrors 30 and 31, and the reflectance is a predetermined threshold (for example, several 10%), the photocatalyst LD 6 is operated, and the optical switch 48A, 48B, 48C is switched to switch to irradiate the photocatalyst ultraviolet light without irradiating the infrared laser light. Is applied to the surface of the mirror to clean the mirrors 30 and 31, and the lowered reflectance can be restored.

LD6を動作させると光触媒用の紫外光が照射され、光切替器48A,48B,48Cを通してミラー30,31の表面に紫外光が照射されるとミラーの表面に形成された光触媒層35が活性化され、ミラー面に付着していた排ガス成分が浮上り、排ガス流で流されてミラー30,31の表面が清浄となる。すなわち、紫外光が照射されると光触媒層35は超親水性を発揮し、排ガス中の水分を吸着して汚れを浮上らせ、排ガス流により除去される。これにより、ミラー30,31の反射率が向上し、再び精度の良い排ガスの成分の濃度測定や温度測定が可能となる。このように、ミラー面が汚れたときにLD6を動作させて紫外光を照射してミラー面を清浄にすることで、測定精度の高い状態に長期間にわたって維持できる。また、光触媒用の光線のビーム径を大きくしてミラーに照射することで広い領域の洗浄が行なえ、ミラー全面の清浄化を行なうこともできる。   When the LD 6 is operated, ultraviolet light for photocatalyst is irradiated, and when the ultraviolet light is irradiated to the surfaces of the mirrors 30 and 31 through the optical switches 48A, 48B and 48C, the photocatalyst layer 35 formed on the mirror surface is activated. Then, the exhaust gas component adhering to the mirror surface rises and flows in the exhaust gas flow, and the surfaces of the mirrors 30 and 31 are cleaned. That is, when irradiated with ultraviolet light, the photocatalyst layer 35 exhibits super hydrophilicity, adsorbs moisture in the exhaust gas, raises dirt, and is removed by the exhaust gas flow. Thereby, the reflectivity of the mirrors 30 and 31 is improved, and it is possible to measure the concentration and temperature of the exhaust gas component with high accuracy again. As described above, when the mirror surface is soiled, the LD 6 is operated and the mirror surface is cleaned by irradiating ultraviolet light, so that a state with high measurement accuracy can be maintained for a long period of time. Further, by irradiating the mirror with a beam diameter of the photocatalyst light beam, a wide area can be cleaned and the entire mirror surface can be cleaned.

つぎに、本発明の他の実施形態について図8を参照して説明する。この実施形態では、光触媒用の光線は測定用の赤外レーザ光と共に組み合わせてセンサ部の照射部から貫通孔内に照射されることを特徴としている。この実施形態では光切替え器により、測定用の赤外レーザ光と光触媒用の光線とを、所定のタイミングで切替え、照射部である光ファイバに赤外レーザ光と光触媒用の光線を切替えて供給する。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the photocatalyst light beam is combined with an infrared laser beam for measurement and irradiated from the irradiation part of the sensor part into the through hole. In this embodiment, the optical switching device switches between the infrared laser light for measurement and the light beam for photocatalyst at a predetermined timing, and the infrared laser light and the light beam for photocatalyst are switched and supplied to the optical fiber as the irradiation unit. To do.

この実施形態においては、測定用の赤外レーザ光の発光中に一定のタイミングで光触媒用の光線を発生させるパルスが信号発生器から出力される。すなわち、レーザダイオードを発振させる信号発生器は、図8に示す光検出器の出力のように、測定しようとしている複数の排ガスの成分の濃度の波長帯を有する赤外レーザ光を発生させる駆動パルスRの中に、光触媒層清浄用の紫外光の駆動パルスVを組み込んで、測定用赤外レーザ光と紫外光とを切替えて発生させている。紫外光の駆動パルスVは、10mW程度の光強度を発生できる電流が印加されることが好ましい。そして、一定のタイミングで、すなわち紫外光の駆動パルスVに対応して、図5に示す光切替器を切替えるようにしている。   In this embodiment, a pulse for generating a photocatalytic light beam is output from the signal generator at a fixed timing during the emission of the infrared laser light for measurement. That is, the signal generator that oscillates the laser diode is a drive pulse that generates infrared laser light having wavelength bands of concentrations of a plurality of exhaust gas components to be measured, such as the output of the photodetector shown in FIG. A driving pulse V of ultraviolet light for cleaning the photocatalyst layer is incorporated in R, and the measurement infrared laser light and ultraviolet light are switched and generated. The drive pulse V of ultraviolet light is preferably applied with a current that can generate a light intensity of about 10 mW. Then, the optical switch shown in FIG. 5 is switched at a constant timing, that is, in response to the drive pulse V of ultraviolet light.

このように構成された排ガス分析装置は、排ガス中の成分の濃度や、排ガスの温度を測定する赤外レーザ光に、この赤外レーザ光を反射させるミラー表面に形成された光触媒層を活性化させる光触媒用の光線として紫外光を組み込んでいるため、排ガス測定中にミラー表面に排ガスの微粒子等が付着して反射率が低下しても、赤外レーザ光に組み込まれた紫外光によりミラー表面の光触媒層が活性化され、微粒子等の汚れが浮上って排ガス流により排気経路外に排出されるため、ミラーの反射率低下を常に防止することができ、排ガスの成分の濃度測定や温度測定を安定した精度で行なうことができる。   The exhaust gas analyzer configured in this way activates the photocatalyst layer formed on the mirror surface that reflects this infrared laser light to the infrared laser light that measures the concentration of the components in the exhaust gas and the temperature of the exhaust gas. Since ultraviolet light is incorporated as the photocatalyst beam to be used, even if the exhaust gas particles adhere to the mirror surface during exhaust gas measurement and the reflectivity decreases, the mirror surface is affected by the ultraviolet light incorporated into the infrared laser light. As the photocatalyst layer is activated, dirt such as fine particles floats up and is discharged out of the exhaust path by the exhaust gas flow, so it is possible to always prevent the mirror reflectivity from decreasing, and to measure the concentration of exhaust gas components and temperature Can be performed with stable accuracy.

本発明のさらに他の実施形態を図9に基づき詳細に説明する。図9は本発明に係る排ガス分析装置のセンサ部の他の実施形態の正面図である。なお、この実施形態は前記した実施形態に対し、光触媒用の光線を発生させる光線発生手段がセンサ部のセンサ本体に直接設置されており、必要時、あるいは常時、光線発生手段を動作させることで光切替器を使用しないことを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。   Still another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 9 is a front view of another embodiment of the sensor unit of the exhaust gas analyzer according to the present invention. In this embodiment, the light generating means for generating light for photocatalyst is directly installed in the sensor body of the sensor unit, and the light generating means is operated when necessary or always. It is characterized by not using an optical switch. Other substantially equivalent configurations are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

この実施形態では、ミラー30A,31の表面に形成された光触媒層35を清浄な状態にすることができる光線(紫外光)を照射する光線発生器であるレーザダイオード(以下、LDという)60は、センサ本体20の測定用の赤外レーザ光を照射する照射部と対向する位置に固定されており、LD60から照射される光触媒用の光線はセンサ本体20のセンサ孔61を通して貫通孔21内に照射される構成となっている。なお、LDの位置はセンサ本体のどの位置でもミラーに光触媒用の光線を照射できる位置であればよい。   In this embodiment, a laser diode (hereinafter referred to as LD) 60 that is a light generator that emits a light beam (ultraviolet light) that can clean the photocatalytic layer 35 formed on the surfaces of the mirrors 30A and 31 includes: The light beam for photocatalyst irradiated from the LD 60 passes through the sensor hole 61 of the sensor main body 20 into the through hole 21 and is fixed to a position facing the irradiation portion of the sensor main body 20 that irradiates the measurement infrared laser light. It becomes the structure irradiated. The LD may be located at any position on the sensor body as long as it can irradiate the mirror with a photocatalytic beam.

この実施形態のセンサ部15では、上方のミラー30Aは、図において左端の赤外レーザ光を反射させる反射面が一部除去され、紫外光を反射する反射面が形成されており、測定用の赤外レーザ光が透過できるように構成されている。これにより、測定用のレーザ光はミラー30Aの左端部を透過して下方のミラー31で上方に反射され、上方のミラー30Aの反射面で下方に反射され、反射を繰返してディテクタ26で受光される構成となっている。そして、光触媒用のLD60から照射される紫外光は上方のミラー30Aで下方に反射され、次いで下方のミラー31で上方に反射されることを繰り返し、ミラー30A,31の全表面を照射する構成となっている。なお、図示していないが、貫通孔の内周面とミラーの反射面とは貫通したスリットで赤外レーザ光や紫外光が到達できるように構成されている。   In the sensor unit 15 of this embodiment, the upper mirror 30A has a reflection surface that reflects the infrared laser light at the left end in the drawing partially removed to form a reflection surface that reflects ultraviolet light. An infrared laser beam can be transmitted. As a result, the measurement laser beam passes through the left end of the mirror 30A, is reflected upward by the lower mirror 31, is reflected downward by the reflecting surface of the upper mirror 30A, and is repeatedly reflected and received by the detector 26. It is the composition which becomes. The ultraviolet light emitted from the photocatalyst LD 60 is repeatedly reflected downward by the upper mirror 30A and then reflected upward by the lower mirror 31 to irradiate the entire surface of the mirrors 30A and 31. It has become. Although not shown, the inner peripheral surface of the through hole and the reflecting surface of the mirror are configured so that infrared laser light and ultraviolet light can reach through a slit penetrating.

このように構成された本実施形態のセンサ部15では、ミラー30A,31が汚れて光触媒用の紫外光を照射させたいときにLD60に電圧を印加して動作させると、LD60から紫外光が発生され上下のミラーの表面に照射される。ミラー30A,31の表面には光触媒層35が形成されており、紫外光が照射されると活性化され、ミラー表面に付着している汚れを浮かすことができ、浮き上げられた排ガス成分の汚れは排ガス流とともに排気経路から外部に排出される。これによりミラー面は清浄となり、反射率が高く復帰して排ガスの成分の濃度や温度の測定精度を上げることができる。また、この実施形態では、測定用の赤外レーザ光と光触媒用の紫外光とを切替える光切替器が不要となるため、構成を簡単にできる特長をさらに備える。   In the sensor unit 15 of this embodiment configured as described above, when the mirrors 30A and 31 are soiled and it is desired to irradiate ultraviolet light for photocatalyst, when the LD 60 is operated by applying a voltage, ultraviolet light is generated from the LD 60. Then, the surfaces of the upper and lower mirrors are irradiated. A photocatalyst layer 35 is formed on the surfaces of the mirrors 30A, 31 and is activated when irradiated with ultraviolet light. The dirt adhering to the mirror surface can be lifted, and the exhaust gas component that has been lifted is dirtied. Is discharged from the exhaust path together with the exhaust gas flow. As a result, the mirror surface becomes clean, and the reflectance is restored to be high, so that the measurement accuracy of the concentration and temperature of exhaust gas components can be increased. Further, in this embodiment, an optical switch for switching between the infrared laser light for measurement and the ultraviolet light for photocatalyst is not necessary, and thus the configuration can be further simplified.

この実施形態の場合、光触媒用の光線は常時照射させておいてもよい。すなわち、排ガスの成分の濃度や温度を測定中はセンサ部の貫通孔21内には常に排ガスが流れており、測定用の赤外レーザ光を反射させるミラー30A,31の表面には排ガス成分の微粒子等の汚れが付着するため、ミラー表面の光触媒層35に常時紫外光を照射することでミラー30A,31の表面を常時清浄な状態とすることができ、排ガスの成分の濃度や温度の測定精度が安定して、測定精度のばらつきを防ぐことができる。   In the case of this embodiment, the photocatalytic light beam may be always irradiated. That is, during the measurement of the concentration and temperature of the exhaust gas component, the exhaust gas always flows in the through hole 21 of the sensor unit, and the surface of the mirrors 30A and 31 that reflect the infrared laser light for measurement reflects the exhaust gas component. Since dirt such as fine particles adheres, the photocatalyst layer 35 on the mirror surface is always irradiated with ultraviolet light, so that the surfaces of the mirrors 30A and 31 can be always kept clean, and the concentration and temperature of exhaust gas components are measured. The accuracy is stable, and variations in measurement accuracy can be prevented.

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、光触媒層として、二酸化チタンの例を示したが、酸化亜鉛(ZnO)等の他の光触媒膜を用いてもよいのは勿論である。排ガスの成分として、窒素酸化物(NOx)の測定を行うこともできる。この場合は、排ガス中を透過させる赤外レーザ光として、NOxに適した波長を用いることは勿論である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, an example of titanium dioxide is shown as the photocatalyst layer, but other photocatalyst films such as zinc oxide (ZnO) may be used. Nitrogen oxide (NOx) can also be measured as an exhaust gas component. In this case, as a matter of course, a wavelength suitable for NOx is used as the infrared laser light that transmits through the exhaust gas.

また、照射部から照射されるレーザ光は赤外レーザ光に限られず、可視レーザ光や紫外レーザ光でもよい。反射面を有する反射部材として1枚のミラーを貫通孔に面して配置し、照射部から照射された赤外レーザ光を1度だけ反射させ、光路長を2倍程度として受光部で受光するように構成してもよい。   The laser light emitted from the irradiation unit is not limited to infrared laser light, and may be visible laser light or ultraviolet laser light. As a reflecting member having a reflecting surface, one mirror is arranged facing the through-hole, the infrared laser light emitted from the irradiation unit is reflected only once, and the light path length is about doubled and received by the light receiving unit. You may comprise as follows.

センサ部のセンサ本体に照射部として光ファイバを、受光部としてディテクタを備える例を示したが、センサ本体に直接レーザダイオード等の照射部を備えてもよく、フォトダイオード等のディテクタの代わりに受光用の光ファイバを装着する構成としてもよい。また、光ファイバの照射部にコリメータレンズを設け、コリメータレンズを通して貫通孔内にレーザ光を照射するようにしてもよい。さらに、センサ部は内燃機関のシリンダブロックとエキゾーストマニホルドとの間に設置してもよい。   Although the sensor body of the sensor unit has an optical fiber as an irradiating unit and a detector as a light receiving unit, the sensor body may be directly equipped with an irradiating unit such as a laser diode, and receives light instead of a detector such as a photodiode. It is good also as a structure which mounts the optical fiber for use. Moreover, a collimator lens may be provided in the irradiation part of an optical fiber, and you may make it irradiate a laser beam in a through-hole through a collimator lens. Further, the sensor unit may be installed between the cylinder block of the internal combustion engine and the exhaust manifold.

本発明の活用例として、この排ガス分析装置を用いてボイラー等の燃焼装置の排ガス分析を行うことができ、自動車の排ガス分析の他に船舶や発電機等で使用する内燃機関の排ガス分析の用途にも適用できる。また、ガソリンエンジンの排ガス分析の他にディーゼルエンジンの排ガス分析を行なうことができ、さらに他の内燃機関の排ガス分析の用途にも適用できる。   As an application example of the present invention, this exhaust gas analyzer can be used for exhaust gas analysis of combustion devices such as boilers, and in addition to automobile exhaust gas analysis, it is used for exhaust gas analysis of internal combustion engines used in ships, generators, etc. It can also be applied to. In addition to the exhaust gas analysis of a gasoline engine, exhaust gas analysis of a diesel engine can be performed, and further, it can be applied to the use of exhaust gas analysis of other internal combustion engines.

本発明に係る排ガス分析装置を車両に搭載した一実施形態の要部構成図。The principal part block diagram of one Embodiment which mounted the exhaust gas analyzer which concerns on this invention in the vehicle. 本発明に係る排ガス分析装置をエンジンベンチに搭載した他の実施形態の要部構成図。The principal part block diagram of other embodiment which mounted the exhaust gas analyzer which concerns on this invention in the engine bench. 1つのセンサ部の要部の分解した状態の斜視図を含む排ガス分析装置の要部構成図。The principal part block diagram of the exhaust gas analyzer containing the perspective view of the state which the principal part of one sensor part decomposed | disassembled. (a)は図3のセンサ部の正面図、(b)は(a)のA−A線断面図、(c)は(a)のB−B線断面図、(d)は(c)のC−C線要部断面図。(A) is a front view of the sensor unit of FIG. 3, (b) is a cross-sectional view taken along line AA of (a), (c) is a cross-sectional view taken along line BB of (a), and (d) is (c). CC sectional view taken on line C-C. レーザ発振・受光コントローラの要部構成および信号解析装置を含む排ガス分析装置の全体構成を示すブロック図。The block diagram which shows the whole structure of the exhaust gas analyzer containing the principal part structure of a laser oscillation and light reception controller, and a signal analyzer. 吸収スペクトルの圧力の影響を示し、(a)は低温のときのシグナル強度の説明図、(b)は高温のときのシグナル強度の説明図。The influence of the pressure of an absorption spectrum is shown, (a) is explanatory drawing of signal intensity at the time of low temperature, (b) is explanatory drawing of signal intensity at the time of high temperature. (a)は従来の吸収スペクトルから排ガスの成分の濃度を算出する説明図、(b)は本発明の吸収スペクトルから排ガスの成分の濃度を算出する説明図。(A) is explanatory drawing which calculates the density | concentration of the component of exhaust gas from the conventional absorption spectrum, (b) is explanatory drawing which calculates the density | concentration of the component of exhaust gas from the absorption spectrum of this invention. センサ部の照射部に供給される赤外レーザ光と光触媒用の光線とを合波した光検出器の出力を示す図。The figure which shows the output of the photodetector which combined the infrared laser beam supplied to the irradiation part of a sensor part, and the light ray for photocatalysts. センサ部の他の実施形態の正面図。The front view of other embodiments of a sensor part.

符号の説明Explanation of symbols

1:自動車、1A:エンジンベンチ、2:エンジン、3:エキゾーストマニホルド(排気経路)、4:排気管(排気経路)、5:第1触媒装置(排気経路)、6:第2触媒装置(排気経路)、7:マフラー(排気経路)、8:排気パイプ(排気経路)、10:排ガス分析装置、11〜15:センサ部、20:センサ本体、21:貫通孔、25:光ファイバ(照射部)、26:ディテクタ(受光部)、30,30A,31:ミラー、35:光触媒層、40:レーザ発振・受光コントローラ、43:分波器、44A,44B,44C:分波器、45A,45B,45C,46A,46B,46C:合波器、48A,48B,48C:光切替器、50A,50B,50C:差分型光検出器、55:パーソナルコンピュータ(信号解析装置)、LD1〜LD5:レーザダイオード(レーザ光発生手段)、LD6,LD60:レーザダイオード(光触媒用の光線発生装置)、F:フランジ部、d:排気通路、貫通孔の直径   1: automobile, 1A: engine bench, 2: engine, 3: exhaust manifold (exhaust path), 4: exhaust pipe (exhaust path), 5: first catalyst device (exhaust path), 6: second catalyst device (exhaust gas) Path), 7: muffler (exhaust path), 8: exhaust pipe (exhaust path), 10: exhaust gas analyzer, 11-15: sensor unit, 20: sensor body, 21: through hole, 25: optical fiber (irradiation unit) ), 26: detector (light receiving unit), 30, 30A, 31: mirror, 35: photocatalytic layer, 40: laser oscillation / light receiving controller, 43: duplexer, 44A, 44B, 44C: duplexer, 45A, 45B , 45C, 46A, 46B, 46C: multiplexer, 48A, 48B, 48C: optical switch, 50A, 50B, 50C: differential photodetector, 55: personal computer (signal analysis device), LD1 LD5: a laser diode (laser light generating means), LD6, LD60: a laser diode (light generator for photocatalyst), F: flange portion, d: the exhaust passage, the diameter of the through hole

Claims (3)

レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、発生されたレーザ光を反射させる反射面と、該反射面で反射されたレーザ光を受光する受光手段とを備え、前記レーザ光を内燃機関から排出される排ガス中を透過させて受光し、受光された透過レーザ光に基づいて排ガスの成分の濃度や温度を測定して排ガスを分析する装置であって、
該装置は、前記反射面の表面に形成された光触媒層と、該光触媒層を照射する光線を発生させる光線発生手段とをさらに備えると共に、排ガスが流通する排気経路中の複数個所にセンサ部を設置して構成され、
該センサ部は排ガスが通過する貫通孔と、該貫通孔に前記レーザ光発生手段から発生されたレーザ光を照射する照射部と、前記受光手段の受光部とを備えており、
前記排ガス分析装置は光切替器をさらに備えており、前記照射部は、前記レーザ光発生手段から発生されたレーザ光と、前記光線発生手段から発生させた光触媒層を照射する光線とを、前記光切替器を介して切替えて照射するものであり、
前記受光手段により受光されたレーザ光の光強度が所定値を下回ったとき、前記光線発生手段を動作させて光線を発生させ、前記光触媒層を照射するように構成したことを特徴とする排ガス分析装置。
Laser light generating means for generating laser light, a reflecting surface for reflecting the generated laser light, and light receiving means for receiving the laser light reflected by the reflecting surface, the laser light being emitted from the internal combustion engine An apparatus for analyzing the exhaust gas by measuring the concentration and temperature of the components of the exhaust gas based on the received transmitted laser light.
The apparatus further includes a photocatalyst layer formed on the surface of the reflecting surface, and a light beam generating means for generating a light beam for irradiating the photocatalyst layer, and sensor units at a plurality of locations in the exhaust path through which the exhaust gas flows. Installed and configured,
The sensor unit includes a through-hole through which exhaust gas passes, an irradiation unit that irradiates the through-hole with laser light generated from the laser light generation unit, and a light-receiving unit of the light-receiving unit.
The exhaust gas analyzer further includes an optical switch, and the irradiating unit includes a laser beam generated from the laser beam generating unit and a beam for irradiating the photocatalyst layer generated from the beam generating unit, It switches and irradiates via a light switch,
The exhaust gas analysis is characterized in that when the light intensity of the laser beam received by the light receiving means falls below a predetermined value, the light generating means is operated to generate a light beam and irradiate the photocatalyst layer. apparatus.
前記排ガス分析装置は、前記レーザ光発生手段と前記光線発生手段の動作を所定のタイミングで切替える信号発生器を備えることを特徴とする請求項に記載の排ガス分析装置。 The exhaust gas analyzer according to claim 1 , further comprising a signal generator that switches operations of the laser light generator and the light generator at a predetermined timing. 前記光線発生手段は、前記センサ部に設置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の排ガス分析装置。 The exhaust gas analyzer according to claim 1 or 2 , wherein the light beam generation unit is installed in the sensor unit.
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