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WO2021085331A1 - レーザー式ガス濃度計 - Google Patents

レーザー式ガス濃度計 Download PDF

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Publication number
WO2021085331A1
WO2021085331A1 PCT/JP2020/039933 JP2020039933W WO2021085331A1 WO 2021085331 A1 WO2021085331 A1 WO 2021085331A1 JP 2020039933 W JP2020039933 W JP 2020039933W WO 2021085331 A1 WO2021085331 A1 WO 2021085331A1
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WO
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laser
optical path
absorbance
gas
transmitted
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/039933
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English (en)
French (fr)
Inventor
雅志 大島
Original Assignee
ゼネラルパッカー株式会社
雅志 大島
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ゼネラルパッカー株式会社, 雅志 大島 filed Critical ゼネラルパッカー株式会社
Publication of WO2021085331A1 publication Critical patent/WO2021085331A1/ja

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
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    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59—Transmissivity
    • G01N21/61—Non-dispersive gas analysers

Definitions

  • a laser beam having a specific wavelength is transmitted through a packaging container or bag sealed by gas substitution or similar packaging, and an absorption spectrum of a specific wavelength that changes before and after transmission of the packaging.
  • the present invention relates to a laser gas densitometer for measuring the gas concentration of a specific gas remaining inside the package based on the above.
  • the air in the packaging bag containing a specific oxidation-causing gas that may shorten the storage period or the taste period of the packaged object is removed, and the gas is converted into an inert gas such as nitrogen or carbon dioxide.
  • Gas replacement packaging is performed after replacement and sealing.
  • the oxidation-causing gas inside the packaging bag is removed, and the packaged object, particularly the food, can secure a long storage period and a shelf life.
  • inspection step after the gas replacement packaging inspection is performed to see if the concentration of the oxidation-causing gas, particularly oxygen, is equal to or less than the predetermined value.
  • the current mainstream method for measuring oxygen concentration is a sampling test in which an injection needle is inserted into a packaging bag arbitrarily selected as a sample and the composition of a small amount of gas sucked from the packaging bag is inspected.
  • the packaging bag on which the injection mark is formed must be discarded.
  • the inspection time becomes long, and there is a disadvantage that the economic and time loss increases due to the increased amount of waste.
  • the packaging bag gas concentration measuring device 1 disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-107197 is connected to a laser generating unit 2 having a transmitter and the laser generating unit 2, and a laser beam is emitted. It is composed of a main head 3 to be generated, a laser light receiving unit 4 having a receiver, and a sub head 5 which is connected to the laser light receiving unit 4 and receives laser light.
  • the main head 3 and the sub-head 5 provided so as to be relatively close to each other and separated from each other sandwich the packaging bag B to be inspected held by the pair of grips 6 and 6, and the sub-head 5 is relative to the main head 3.
  • the laser beam can pass through the packaging bag from the main head 3 to the sub head 5 at the shortest distance, and when measuring the concentration of a specific gas such as oxygen remaining in the packaging bag, the packaging bag It has become possible to quickly measure all of the packaging bags without damaging the packaging bags.
  • the gas concentration measuring device 1 when the laser beam is transmitted through the packaging bag B, the main head 3 and the sub head 5 are attracted to the packaging bag B, or a laser forming a laser gas concentration meter is generated.
  • the influence of the atmosphere around the packaging bag B is suppressed as much as possible. ..
  • the gas purge mechanism is provided in the laser gas densitometer, the structure of the instrument becomes complicated, so that it may be difficult to install the gas purge mechanism in the limited space on the packaging machine.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a laser gas densitometer capable of measuring the gas concentration even in an atmospheric atmosphere, simplifying the configuration, and saving space. Is.
  • the laser gas densitometer according to claim 1 transmits laser light of a specific wavelength through a packaging container or bag that is gas-replaced and sealed, or a packaging body similar thereto, and transmits the packaging body. It is a laser type gas densitometer that measures the gas concentration of the specific gas remaining inside the package based on the absorption spectrum of the specific wavelength that changes before and after.
  • the laser gas densitometer is The laser generating part that emits the laser light and A laser receiving unit that receives the laser light and The laser beam including an incident optical path from the laser generating portion to the packaging, an attenuated optical path through which the laser light is transmitted through the packaging and attenuated, and a transmitted optical path from the packaging to the laser receiving portion.
  • the measuring unit that has a total optical path of Based on the incident intensity of the laser beam in the laser generating section and the transmittance of the laser beam transmitted through the package obtained from the transmitted light intensity of the laser beam in the laser receiving section, the said on the attenuated optical path. It has a measuring unit that measures the attenuated absorbance of the specific wavelength absorbed by the specific gas inside the package and calculates the concentration of the specific gas inside the package based on the attenuated absorbance. From the total absorbance of the specific wavelength in which the laser light is absorbed by the specific gas on the total optical path, the measuring unit determines the incident absorbance of the specific wavelength in which the laser light is absorbed by the specific gas on the incident light path.
  • the attenuated absorbance of the specific wavelength on the attenuated optical path is measured. It is characterized in that the concentration of the specific gas inside the package is calculated based on the attenuated absorbance and the optical path length of the attenuated optical path.
  • the laser gas densitometer according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, the optical path length of the attenuated optical path is constant at a predetermined length.
  • the laser gas densitometer according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 1, the incident optical path and the transmitted optical path are in an atmospheric atmosphere.
  • the laser gas densitometer according to claim 4 is characterized in that the optical path length of the attenuated optical path is longer than the optical path length of the incident optical path or the transmitted optical path.
  • the laser gas densitometer according to claim 5 is the invention according to claim 1, when the incident absorbance and the transmitted absorbance change due to a predetermined disturbance in an atmospheric atmosphere.
  • the laser beam is emitted to the measuring unit a plurality of times to obtain the total average absorbance of the specific gas on the total optical path. Based on the total average absorbance, the incident absorbance and the corrected absorbance for correcting the transmitted absorbance are determined.
  • the incident absorbance corrected by the corrected absorption and the transmitted absorbance are applied.
  • the laser gas densitometer according to claim 6 is based on the invention according to claim 5, wherein the disturbance is caused by a change in the air temperature or atmospheric pressure in the atmosphere, or the optical path length of the incident optical path or the transmitted optical path. It is characterized by being.
  • the incident light intensity of the laser light emitted from the laser generating portion and the transmitted light intensity of the laser light transmitted through the package to be measured and incident on the laser receiving portion can be determined.
  • the measurement was made so that the transmittance of the transmitted light with respect to the incident light was measured. Since the total absorbance of the laser light absorbed between the laser generating part and the laser receiving part can be obtained based on the transmittance, the incident light from the laser generating part to the package is absorbed by the specific gas from the total absorbance.
  • the attenuated absorbance absorbed by the specific gas in the package can be obtained.
  • the gas concentration inside the package is measured based on the attenuated absorbance and the optical path length inside the package. Thereby, the gas concentration can be measured even when the incident light or the transmitted light of the laser light is absorbed by the specific gas other than the inside of the package.
  • the total absorbance including the incident absorbance related to the incident light and the transmitted absorbance related to the transmitted light is measured, and the attenuated absorbance related to the inside of the package is obtained from the total absorbance, so that the incident light or the transmitted light can be specified.
  • the gas concentration of the specific gas inside the package can be measured. Therefore, it is not necessary to purge the gas on the optical path of the incident light or the transmitted light to remove the specific gas, so that the configuration of the laser gas densitometer can be simplified. Space can be achieved. Further, the laser beam was emitted a plurality of times to obtain the total average absorbance on the total light path, and the corrected absorbance was obtained from the total average absorbance. By applying the corrected absorbance to the incident absorbance or the transmitted absorbance, even if the measured value is disturbed by disturbance, it can be kept within a predetermined range, and the gas concentration of a specific gas inside the package is measured. be able to.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the configuration of a laser gas densitometer according to the present embodiment.
  • the laser gas densitometer 10 is installed between a laser generating unit 11 that emits laser light, a laser receiving unit 12 that receives laser light, and a laser generating unit 11 and a laser receiving unit 12, and measures a specific gas to be measured. It includes a measuring unit 13 capable of measuring the gas concentration.
  • the laser generation unit 11 includes a laser light source 14 and a control unit 15 that sets the wavelength of the laser light emitted from the light source 14 to a specific wavelength and adjusts the wavelength to a predetermined light intensity.
  • the laser light source 14 includes a semiconductor laser element made of a diode having a variable wavelength, and is formed so as to be able to output laser light in the near infrared region.
  • the semiconductor laser device according to this embodiment is a high-power semiconductor laser device called a DFB (Distributed Feed Back) laser.
  • the control unit 15 adjusts the wavelength of the laser light output from the semiconductor laser element to a specific wavelength peculiar to the specific gas to be measured, and controls to amplify the laser light so that it is emitted at a predetermined incident light intensity. It is formed like this. Further, the control unit 15 is formed so as to output an incident light signal related to the emitted incident light intensity to the measuring unit 17.
  • the specific gas measured by the laser gas densitometer according to this embodiment is oxygen gas (O 2 ).
  • the absorption wavelength band peculiar to the oxygen gas is the 760 nm band, and among the plurality of absorption lines included in the absorption wavelength band, a specific wavelength related to one absorption line is selected as the output wavelength of the laser beam.
  • the laser light receiving unit 12 measures the gas concentration based on the light receiving sensor 16 that receives the laser light transmitted through the measuring unit 13 and attenuated, and the light receiving signal from the light receiving sensor 16. It has a part 17.
  • the light receiving sensor 16 is composed of an element that converts the transmitted light intensity of the laser light transmitted through the measuring unit 13 into an electrically transmitted light signal, for example, a photodiode. As a result, the transmitted light intensity of the laser light transmitted through and attenuated by the measuring unit 13 can be electrically processed.
  • the measuring unit 17 calculates the transmittance based on the transmitted light signal related to the transmitted light intensity and the incident light signal related to the incident light intensity of the laser light output from the control unit 15 of the laser generating unit 11, and the transmittance is calculated.
  • the absorbance of the laser beam from the specific gas is determined based on the above, and the gas concentration of the specific gas in the packaging bag is measured based on the absorbance.
  • the measuring unit 13 is configured to be capable of transmitting laser light to the measurement target.
  • the measurement target is a packaging bag or a packaging container or a packaging body 50 similar thereto, such as a plastic bag, a packaging bag such as a pouch, or a packaging container such as a bottle or a plastic case. , Used for various packaging.
  • the transmittance of the laser beam related to these packages 50 is assumed to be 0.00001% or more and less than 100%. That is, the laser gas densitometer according to the present embodiment is effective as long as the laser light is transmitted even when the package 50 is colored. As shown in FIG.
  • the optical path related to the laser light in the measuring unit 13 is a total optical path 20 from the laser generating unit 11 to the laser receiving unit 12, and the total optical path 20 is from the laser generating unit 11 to the package. It is composed of an incident light path 21 related to incident light up to 50, an attenuated light path 22 in which laser light is absorbed by a specific gas and attenuated inside the package 50, and a transmitted light path 23 related to transmitted light from the package 50 to the laser receiving portion 12. ..
  • the laser gas densitometer 10 having the above configuration analyzes a specific gas by tunable semiconductor laser absorption spectroscopy.
  • Variable Diameter Laser Absorption Spectroscopy is a cell in which a predetermined incident light intensity related to a laser beam output from a semiconductor laser element and a gas containing a specific gas to be measured are sealed. This is a method in which the transmittance is obtained from the transmitted light intensity of the transmitted laser light absorbed by the specific gas, and the gas concentration is measured from the absorbance of the laser light based on the transmittance. It is known that each gas including a specific gas has a unique absorption wavelength band, and the absorption wavelength band includes a plurality of absorption lines related to wavelengths that absorb light more strongly.
  • TDLAS modulates and amplifies the wavelength of the output laser light in the near-infrared region so as to match the specific wavelength of one absorption line among the plurality of absorption lines of the specific gas to be measured. It is configured as follows. Then, the gas concentration is measured by obtaining the absorbance of the laser beam based on the absorption spectrum of a specific wavelength that changes before and after the transmission of the cell.
  • Tunable semiconductor laser absorption spectroscopy measures gas concentration based on Lambert-Beer's law.
  • the Lambert-Beer's law the incident light intensity I 0, packaging bag B to the transmitted light intensity transmitted through I t, the transmittance of the transmitted light to incident light as T, and the optical path length L, and gas concentration C Then, Equation 1 is established with the luminous intensity A of the laser light emitted in the absorption spectrum of a specific wavelength.
  • ⁇ is a unique absorption coefficient at which a predetermined gas to be measured absorbs laser light.
  • the total optical path length related to the total optical path 20 is L, and the gas concentration absorbed by the total optical path 20 is defined as shown in FIG. If C, the by equation 1, the incident light intensity I 0, the transmitted light intensity I t, Sadamari total absorbance a of emitted laser light in the absorption spectrum of a specific wavelength on Sohikariro 20, the total optical path
  • the gas concentration C absorbed in can be determined.
  • the total optical path length L is incident optical path length L 0
  • the total absorbance A is incident absorbance is the absorbance in the incident light path 21 A 0 is the sum of the attenuated absorbance A a absorbed in the attenuated optical path 22 inside the package and the transmitted absorbance At absorbed in the transmitted optical path 23.
  • Equation 2 (2) if with respect to the incident optical path length L 0 and the transmission optical path length L t, and the package such 50 inside the attenuation optical path length L a relatively long, incident optical path length L 0 it is possible to reduce the influence of the gas concentration in the transmission optical path length L t.
  • length of the wrapper class 50 to be measured i.e. transmission optical path as the incident optical path length L 0 with respect to attenuation optical path length L a
  • the length L t may be adjusted so as to be relatively extremely short. Thereby, the measurement accuracy of the gas concentration Ca of the specific gas inside the package 50 can be improved.
  • the gas concentration C 0 on the incident optical path 21 is set. Since the gas concentration C t on the transmitted light path 23 can be regarded as the same value or a value close to each other, the gas concentration on the transmitted light path 23 is set to C 0, and the gas concentration C on the incident light path 21 is set. It can be summarized by 0. Thereby, the gas concentration Ca inside the package 50 can be measured not only in the gas-purged environment but also in the atmospheric atmosphere.
  • the gas concentration C 0 of the incident light path 21 on transmission optical path 23 of the gas If it is the concentration C t is the same value as or close to the gas concentration C on Sohikariro 20, gas concentration C a of the inner package such 50, determining the ratio of the attenuation optical path length L a to the total optical path length L Can be done.
  • a constant attenuation optical path L a is, i.e., it is preferred size of the package such 50 is constant, a package such 50 inside the attenuation path 22 is constant. This can be obtained stably the gas concentration C a of the inner wrapper class.
  • the density per unit of the atmosphere containing a specific gas changes from moment to moment depending on the atmospheric pressure and the air temperature. That is, since the number of atoms or molecules of the specific gas contained in the atmosphere per unit also changes from moment to moment, one of the multiple absorption lines of the specific gas is obtained by TDLAS.
  • the number of atoms or molecules that absorb the laser beam per unit changes with atmospheric pressure or temperature, so the gas concentration measured based on that changes is stable. There is a risk that it will not work.
  • the thickness of the packaging bag depends on the amount of the inert gas sealed in the packaging bag and the internal pressure. As a changes, the incident optical path length L 0 and the transmitted optical path length L t with respect to the total optical path length L also change accordingly.
  • the change in laser type gas densitometer 10 of the surrounding environment such as temperature, or incident that changes based on the attenuation optical path length L a that varies with the thickness and the length of the wrapper class 50
  • the gas concentration Ca inside the package 50 may easily change due to a disturbance such as an optical path length L 0 or a transmitted optical path length L t length. Therefore, the laser gas densitometer 10 according to the present embodiment sets the measurement time to a predetermined length and emits the laser beam onto the total optical path 20 a plurality of times within the measurement time to obtain a plurality of actually measured values. It is configured to get.
  • the total average absorbance Av which is the average of the above, can be obtained.
  • the total average absorbance A av a number of measurements, the variation of the measured actual values, can be obtained and the standard deviation, a correction absorbance A c. Further, by applying the correction absorbance A c based on the standard deviation relative to the measured value of the total absorbance A, it is possible to keep the measured value obtained by correcting the measured values within a predetermined range.
  • the correction absorbance A c since those affect all absorbance on Sohikariro 20, seeking correction factor of the correction the absorbance A c to the total absorbance A, incident on the incident light path 21 the correction factor by applying relative absorbance a 0, and transmission absorbance a t on transmission optical path 23, it is possible to improve the measurement accuracy of the wrapper class 50 inside the gas concentration C a.
  • the correction factor for correcting the absorbance A av with respect to the total absorbance A to feedback to the measured value when the gas concentration measurement.
  • FIG. 2 is a graph showing the results of the first experimental example
  • FIG. 3 is a graph showing the results of the second experimental example
  • FIG. 4 is a graph showing the results of the third experimental example.
  • the attenuation path length L a of the attenuation optical path 22 on the measuring unit 13 is obtained by setting the 17 mm.
  • transmitted light path length L t and the incident optical path length L 0 is as relatively sufficiently shorter than the attenuation path length L a, i.e., the laser generator 11 and the packaging member such 50,
  • the distance between the package 50 and the laser receiving unit 12 is set to be shorter than the length of the package 50.
  • the incident optical path length L 0 and the transmitted optical path length L t are ignored in this first experiment.
  • FIG. 2 is a graph showing the measurement results when the packages 50 are not installed in the measuring unit 13. That is, the measurement result in the case that can be regarded as total optical path length L and attenuation optical path length L a match.
  • the standard deviation of the measured values relating to the gas concentration of oxygen gas was 0.05%.
  • the standard deviation of the measured value related to the gas concentration of oxygen gas was 0.
  • the second experiment will be described with reference to FIG.
  • the second experiment the length of the attenuation optical path length L a of the first experiment for it was 17 mm, the point where the attenuation optical path length L a and 38mm are different.
  • transmitted light path length L t and the incident optical path length L 0 is as relatively sufficiently shorter than the attenuation path length L a, i.e., the laser generating unit 11
  • the packaging body 50, or the distance between the packaging body 50 and the laser receiving unit 12 was set to be shorter than the length of the packaging body 50.
  • the incident optical path length L 0 and the transmitted optical path length L t are ignored in this second experiment.
  • FIG. 3 is a graph showing the measurement results when the packages 50 are installed in the measuring unit 13.
  • the packaging body 50 is a packaging bag used in the experiment performed auxiliary in the first experiment, and is a transparent polyethylene packaging bag capable of sufficiently securing the attenuated optical path length La.
  • the standard deviation of the measured values relating to the gas concentration of oxygen gas was 0.031%. Compared with FIG. 3 according to the first experiment, it is clear that the measured value is within a predetermined range.
  • the standard deviation of the measured values relating to the gas concentration of oxygen gas was 0.028%. That is, it is confirmed that the variation in the measured value can be suppressed and the measurement accuracy can be improved by lengthening the total optical path 20 and also lengthening the attenuated optical path 22 inside the package 50. Was done.
  • the third experiment will be described with reference to FIG.
  • the third experiment as in the second experiment, and sets the attenuation optical path length L a to 38mm.
  • transmission optical path length L t and the incident optical path length L 0 is as relatively sufficiently shorter than the attenuation path length L a, i.e., the laser generator 11 and the packaging member such 50
  • the distance between the package 50 and the laser receiving unit 12 is set to be shorter than the length of the package 50.
  • the incident optical path length L 0 and the transmitted optical path length L t are ignored in this third experiment.
  • five packaging bags in which the gas concentration of oxygen gas inside the packaging body 50 was already adjusted to a predetermined low oxygen concentration were prepared.
  • the gas concentrations are 0.3% for the packaging bag B1, 0.25% for the packaging bag B2, 0.5% for the packaging bag B3, 0.2% for the packaging bag B4, and 0.35% for the packaging bag B5. It is adjusted to be. Then, the measurement unit 13 was repeatedly measured 20 times by changing the position of each packaging bag 5 times. Therefore, the number of measurements is 100 for each packaging bag.
  • the graph shown in FIG. 4 shows the measurement results for the packaging bags B1 to B5. The standard deviation of the total number of measurements of 500 was 0.04%, which was measured by changing the packaging bags adjusted to different low oxygen concentrations and changing the position of the packaging bags. Further, as is clear from the graph of FIG. 4, it was confirmed that the packaging bag B3 in which the gas concentration of oxygen gas was adjusted to 0.5% could be detected in the third experiment.
  • the package 50 The normal value is set when the gas concentration of the oxygen gas is 0.2% or less with respect to the gas concentration of the inert gas filled therein. Then, the case where the gas concentration of the oxygen gas is 0.2% to 0.5% is set as the allowable range, and when the gas concentration is 0.5% or more, it is judged as a defective product and 0.5% or more.
  • the packaging 50 in which oxygen gas is sealed is set to be excluded. From the viewpoint of quality assurance, the standard deviation of the measured value of gas concentration is targeted to be within 0.033%. As is clear from FIG.
  • the laser type gas concentration meter 10 since the packaging bag B having a gas concentration of 0.5% can be detected, the laser type gas concentration meter 10 according to the present embodiment is in an air atmosphere. Can also measure gas concentration. However, a sufficient standard deviation cannot be obtained in the third experiment with respect to the desired standard deviation. Therefore, in order to fit within 0.033 percent standard deviation
  • the target improves the detection sensitivity by extending the total optical path length L and attenuation optical path length L a, further incident upon the attenuation path length L a
  • a device for holding the packages 50 is provided so that the optical path length L 0 and the transmitted optical path length L t are kept relatively short, it is considered that the value related to the standard deviation can be further improved.
  • the laser gas densitometer 10 according to the present embodiment, even if the measuring unit 13 between the laser generating unit 11 and the laser receiving unit 12 is in an atmospheric atmosphere, the inside of the packaging body 50 arranged in the measuring unit 13 The gas concentration of a specific gas can be measured. As a result, the device related to the gas purge can be omitted, so that the configuration of the gas concentration measuring device using the laser type gas concentration meter 10 according to the present embodiment can be simplified, and further, thereby, on the packaging machine. It can be easily installed in a limited space.

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Abstract

【課題】大気雰囲気下であってもガス濃度を測定可能にすると共に、構成をシンプルにして、省スペース化を可能にしたレーザー式ガス濃度計を提供する。 【解決手段】レーザー式ガス濃度計１０は、レーザー発生部１１と、レーザー受光部１２との間に設けた測定部１３で特定波長のレーザー光をガス置換されて密封された包装体類５０に透過させて、残留特定ガスの濃度を測定するものである。当該測定部は、入射光路２１、包装体類を透過するレーザー光が減衰する減衰光路２２、及び透過光路２３からなるレーザー光の総光路２０を有する。当該総光路上でレーザー光が特定ガスに吸収された総吸光度から、入射光路上でレーザー光が吸収された入射吸光度と、透過光路上でレーザー光が吸収された透過吸光度を除外して、減衰光路上における特定波長の減衰吸光度を求め、当該減衰吸光度と減衰光路２２の長さから包装体類内の残留ガス濃度を算出する。

Description

レーザー式ガス濃度計
　本発明は、特定波長のレーザー光を、ガス置換されて密封された包装容器又は包装袋或いはこれらに類する包装体類に透過させて、当該包装体類の透過前後で変化する特定波長の吸収スペクトルに基づいて前記包装体類の内部に残留している特定ガスのガス濃度を測定するようにしたレーザー式ガス濃度計に関するものである。
　従来、包装工程において、被包装物の保存期間又は賞味期間を縮めるおそれのある特定の酸化原因ガスを含んだ包装袋内の空気を除去して、不活性ガス、たとえば窒素、二酸化炭素等にガス置換してから密封するガス置換包装が行われている。これによって、包装袋内部の酸化原因ガスは除去され、被包装物、特に食品は、長期の保存期間、賞味期間を確保することができる。
　そして、ガス置換包装後の検査工程において、酸化原因ガス、特に酸素の濃度が既定値以下であるかどうか検査が行われている。
　しかしながら、現在主流である酸素濃度の測定方法は、サンプルとして任意に選択した包装袋に注射針を刺し、包装袋内から吸引した少量のガスの組成を検査する抜き取り検査である。当該抜き取り検査では、注射痕が形成された包装袋は廃棄しなければならない。また、検査精度を上げるためにサンプル数を増やすと検査時間が長くなり、増加する廃棄量によって経済的、時間的損失が増大する不都合があった。
　これに対し、本願出願人は、包装袋を損傷することなく内部の特定ガスの濃度を測定可能なガス濃度測定装置を開発した。
　特開２０１０－１０７１９７に開示されている包装袋のガス濃度測定装置１は、図７に示すように、発信器を有するレーザー発生部２と、当該レーザー発生部２に連接し、レーザー光が射出される主ヘッド３、並びに受信器を有するレーザー受光部４と、当該レーザ受光部４に連接し、レーザー光が入射される副ヘッド５とからなる。相対的に接近及び離隔自在に設けられた主ヘッド３と副ヘッド５は、、一対のグリップ６，６に把持された検査対象の包装袋Ｂを挟んで、主ヘッド３に対して副ヘッド５が正対するように配置されている。これによって、主ヘッド３から副ヘッド５へ最短距離でレーザー光が包装袋を透過することができ、包装袋内に残留している酸素等の特定ガスの濃度を測定する際に、包装袋の全数について当該包装袋を一切損傷することなく迅速に測定することができるようになった。
特開２０１０－１０７１９７号公報
　しかしながら、上記のガス濃度測定装置１は、包装袋Ｂに対してレーザー光を透過させるとき、包装袋Ｂに主ヘッド３と副ヘッド５を吸着させたり、レーザー式ガス濃度計を構成するレーザー発生部及びレーザー受光部の内部を窒素ガスでガスパージして酸素ガスを除去してから測定し、酸素ガスのガス濃度を測定するとき、包装袋Ｂの周囲の大気の影響を極力抑えるようにしている。このように、測定対象の包装袋ごとに吸着工程を設けた場合、包装袋を測定するための時間が長くなるため、包装機の生産性が低下するおそれがある。また、レーザー式ガス濃度計でガスパージ機構を設けると、計器の構造が複雑になるため、包装機上の限られたスペースに設置することが困難となるおそれがある。
　したがって、本発明が解決しようとする課題は、大気雰囲気下であってもガス濃度を測定可能にすると共に、構成をシンプルにして、省スペース化を可能にしたレーザー式ガス濃度計を提供することである。
　請求項１に記載のレーザー式ガス濃度計は、特定波長のレーザー光を、ガス置換されて密封された包装容器又は包装袋或いはこれらに類する包装体類に透過させて、前記包装体類の透過前後で変化する特定波長の吸収スペクトルに基づいて前記包装体類の内部に残留している特定ガスのガス濃度を測定するようにしたレーザー式ガス濃度計であって、
当該レーザー式ガス濃度計は、
前記レーザー光を射出するレーザー発生部と、
前記レーザー光を受光するレーザー受光部と、
前記レーザー発生部から前記包装体類までの入射光路、前記レーザー光が前記包装体類を透過して減衰する減衰光路、及び前記包装体類から前記レーザー受光部までの透過光路からなる前記レーザー光の総光路を有する測定部と、
前記レーザー発生部における前記レーザー光の入射強度、及び前記レーザー受光部における前記レーザー光の透過光強度から求められる前記包装体類を透過したレーザー光の透過率に基づいて、前記減衰光路上で前記包装体類内部の前記特定ガスに吸収された前記特定波長の減衰吸光度を測定して、当該減衰吸光度に基づいて前記包装体類内部の前記特定ガスの濃度を算出する計測部とを有し、
当該計測部が、前記総光路上で前記レーザー光が前記特定ガスに吸収された前記特定波長の総吸光度から
前記入射光路上で前記レーザー光が前記特定ガスに吸収された前記特定波長の入射吸光度と、
前記透過光路上で前記レーザー光が前記特定ガスに吸収された前記特定波長の透過吸光度とを除外して、
前記減衰光路上における前記特定波長の前記減衰吸光度を計測し、
当該減衰吸光度と前記減衰光路の前記光路長に基づいて、前記包装体類内部の前記特定ガスの濃度を算出するようにしたことを特徴とする。
　請求項２に記載のレーザー式ガス濃度計は、請求項１に記載の発明において、前記減衰光路の光路長が所定の長さで一定であることを特徴とする。
　請求項３に記載のレーザー式ガス濃度計は、請求項１に記載の発明において、前記入射光路と前記透過光路が大気雰囲気下であることを特徴とする。
　請求項４に記載のレーザー式ガス濃度計は、前記減衰光路の光路長が、前記入射光路又は前記透過光路の光路長よりも長いことを特徴とする。
　請求項５に記載のレーザー式ガス濃度計は、請求項１に記載の発明において、前記入射吸光度と前記透過吸光度が、大気雰囲気下で所定の外乱によって変化するとき、
前記レーザー光を前記測定部へ複数回射出して、前記総光路上における前記特定ガスの総平均吸光度を求め、
当該総平均吸光度に基づいて前記入射吸光度と前記透過吸光度を補正する補正吸光度を定めて、
前記包装体類内部の前記減衰光路上における前記特定波長の前記減衰吸光度を計測するとき、
前記補正吸収度で補正された前記入射吸光度と前記透過吸光度を適用するようにしたことを特徴とする。
　請求項６に記載のレーザー式ガス濃度計は、請求項５に記載の発明において、前記外乱が、前記大気雰囲気の気温又は気圧、或いは前記入射光路又は前記透過光路の光路長の変化によるものであることを特徴とする。
　本発明に係るレーザー式ガス濃度計によれば、レーザー発生部から射出したレーザー光の入射光強度と、測定対象の包装体を透過してレーザー受光部へ入射されたレーザー光の透過光強度を測定して、入射光に対する透過光の透過率を測定するようにした。当該透過率に基づいて、レーザー発生部とレーザー受光部間で吸収されたレーザー光の総吸光度を求めることができるので、当該総吸光度からレーザー発生部から包装体までの入射光が特定ガスに吸収された入射吸光度と、包装体からレーザー受光部までの透過光が特定ガスに吸収された透過光吸光度を引くと、包装体内で特定ガスに吸収された減衰吸光度を求めることができる。この減衰吸光度と、包装体内部の光路長に基づいて包装体内部のガス濃度を測定するようにした。
　これによって、包装体内部以外、すなわちレーザー光の入射光または透過光が特定ガスに吸収されるような場合であっても、ガス濃度を測定することができる。
　また、入射光に係る入射吸光度と透過光に係る透過吸光度を含めた総吸光度を測定して、当該総吸光度から包装体内部に係る減衰吸光度を求めるようにしたので、入射光又は透過光が特定ガスに吸収された場合であっても、包装体内部の特定ガスのガス濃度を測定することができる。そのため、入射光又は透過光の光路上をガスパージして特定ガスを除去する必要が無くなるので、レーザー式ガス濃度計の構成をシンプルにすることができ、たとえば、包装機上に設置するとき、省スペース化を図ることができる。
　さらに、レーザー光を複数回射出して総光路上における総平均吸光度を求めて、当該総平均吸光度から補正吸光度を求めるようにした。当該補正吸光度を入射吸光度又は透過吸光度に適用することによって、外乱によって測定値が乱れた場合であっても、所定の範囲内に収めることができ、包装体内部の特定ガスのガス濃度を測定することができる。
第１実施例に係るレーザー式ガス濃度計の構成の概略を示すブロック図である。 第１実施例に係るレーザー式ガス濃度計に関する第１実験の結果を示すグラフ図である。 第１実施例に係るレーザー式ガス濃度計に関する第２実験の結果を示すグラフ図である。 第１実施例に係るレーザー式ガス濃度計に関する第３実験の結果を示すグラフ図である。 従来のガス濃度測定装置の構成の概略を示す平面図である。
　本実施例に係るレーザー式ガス濃度計について、添付した図面にしたがって説明する。図１は、本実施例に係るレーザー式ガス濃度計の構成の概略を示すブロック図である。
　レーザー式ガス濃度計１０は、レーザー光を射出するレーザー発生部１１と、レーザー光を受光するレーザー受光部１２と、レーザー発生部１１とレーザー受光部１２間に設置され、測定対象の特定ガスをガス濃度を測定可能な測定部１３とからなる。
　レーザー発生部１１は、図１に示すように、レーザー光源１４と、当該光源１４から射出するレーザー光の波長を特定の波長に設定し、所定の光強度に調整する制御部１５とを有している。
　レーザー光源１４は、波長が可変可能なダイオードからなる半導体レーザー素子を備え、近赤外領域のレーザー光を出力可能に形成されている。本実施例に係る半導体レーザー素子は、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄ　Ｂａｃｋ：分布帰還形）レーザーと呼ばれる高出力の半導体レーザー素子である。
　制御部１５は、半導体レーザー素子から出力されるレーザー光の波長を測定対象の特定ガス固有の特定波長に調整して、レーザー光が所定の入射光強度で射出されるように増幅する制御を行うように形成されている。また制御部１５は、計測部１７に対して、射出する入射光強度に係る入射光信号を出力するように形成されている。
　ここで、本実施例に係るレーザー式ガス濃度計が測定する特定ガスは、酸素ガス（Ｏ２）である。当該酸素ガス固有の吸収波長帯は７６０ｎｍ帯であり、当該吸収波長帯に含まれる複数の吸収線のうち、一の吸収線に係る特定波長がレーザー光の出力波長として選択される。
　レーザー受光部１２は、図２に示すように、測定部１３を透過して減衰したレーザー光を受光する受光センサ１６と、当該受光センサ１６からの受光信号に基づいて、ガス濃度を計測する計測部１７とを有している。
　受光センサ１６は、測定部１３を透過したレーザー光の透過光強度を電気的な透過光信号に変換する素子、たとえば、フォトダイオードからなる。これによって、測定部１３を透過して減衰したレーザー光の透過光強度を電気的に処理することができる。
　計測部１７は、透過光強度に係る透過光信号と、レーザー発生部１１の制御部１５から出力されたレーザー光の入射光強度に係る入射光信号に基づいて透過率を計算し、当該透過率に基づいてレーザー光の特定ガスによる吸光度を求め、当該吸光度に基づいて包装袋内の特定ガスのガス濃度を計測するように形成されている。
　測定部１３は、図１に示すように、測定対象に対してレーザー光を透過可能に構成されている。
　ここで、測定対象は、包装袋又は包装容器或いはこれらに類する包装体類５０であって、たとえば、ポリ袋、パウチのような包装袋、又は瓶、プラスチックケース等のような包装容器のように、各種包装に供されるものである。本実施例において、これら包装体類５０に係るレーザー光の透過率は、０．００００１％以上、１００％未満と想定されている。すなわち、本実施例に係るレーザー式ガス濃度計は、包装体類５０が着色されている場合であってもレーザー光が透過するようであれば有効である。
　測定部１３におけるレーザー光に係る光路は、図１に示すように、レーザー発生部１１からレーザー受光部１２までの光路を総光路２０とし、当該総光路２０は、レーザー発生部１１から包装体類５０まで入射光に係る入射光路２１、包装体類５０内部でレーザー光が特定ガスに吸収されて減衰する減衰光路２２、包装体類５０からレーザー受光部１２まで透過光に係る透過光路２３からなる。
　上記の構成を有するレーザー式ガス濃度計１０は、波長可変半導体レーザー吸収分光法によって特定ガスを分析するものである。
　波長可変半導体レーザー吸収分光法（Ｔｕｎａｂｌｅ　Ｄｉｏｄｅ　Ｌａｓｅｒ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＴＤＬＡＳ）とは、半導体レーザー素子から出力されたレーザー光に係る所定の入射光強度と、測定対象となる特定ガス含んだ気体を封じたセルを透過して、当該特定ガスに吸収された透過後のレーザー光に係る透過光強度とから透過率を求めて、透過率に基づくレーザー光の吸光度からガス濃度を測定する方法である。
　特定ガスを含めて気体はそれぞれ固有の吸収波長帯を有し、当該吸収波長帯にはより強く光を吸収する波長に係る吸収線が複数本含まれていることが知られている。ＴＤＬＡＳは、出力するレーザー光の近赤外領域の波長を、測定対象となる特定ガスの複数本の吸収線のうち、一本の吸収線に係る特定波長に合致するように変調し、増幅するように構成されている。そして、セルの透過前後で変化する特定波長の吸収スペクトルに基づいてレーザー光の吸光度を求めてガス濃度を測定している。
　波長可変半導体レーザー吸収分光法（ＴＤＬＡＳ）は、ランバート・ベールの法則に基づいてガス濃度を測定するものである。ランバート・ベールの法則とは、入射光強度をＩ０、包装袋Ｂを透過した透過光強度をＩｔ、入射光に対する透過光の透過率をＴとして、光路長をＬ、ガス濃度をＣとすると，特定波長の吸収スペクトルで射出されたレーザー光の吸光度Ａとの間に、数式１が成立する関係である。ここでεは測定対象となる所定のガスがレーザー光を吸収する固有の吸収係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、レーザー発生部１１とレーザー受光部１２間に設けた測定部１３について、図１に示すように、総光路２０に係る総光路長をＬとし、総光路２０で吸収されたガス濃度をＣとすると、数式１のように、入射光強度Ｉ０と、透過光強度Ｉｔから、総光路２０上で特定波長の吸収スペクトルで射出されたレーザー光の総吸光度Ａが定まり、総光路上で吸収されたガス濃度Ｃを求めることができる。
　そして、総光路長Ｌは、入射光路長Ｌ０、包装体類内部の減衰光路長Ｌａ、透過光路長Ｌｔの和であって、総吸光度Ａは、入射光路２１で吸光された入射吸光度Ａ０、包装体類内部の減衰光路２２で吸光された減衰吸光度Ａａ、透過光路２３で吸光された透過吸光度Ａｔの和である。
　したがって、入射光路２１上の特定ガスのガス濃度をＣ０、透過光路２３上の特定ガスのガス濃度をＣｔとすると、減衰光路２２上、すなわち包装体類５０内部のガス濃度をＣａは、数式２で求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　数式２の（２）式によれば、入射光路長Ｌ０と透過光路長Ｌｔに対して、包装体類５０内部の減衰光路長Ｌａを相対的に長くした場合、入射光路長Ｌ０と透過光路長Ｌｔにおけるガス濃度の影響を小さくすることができる。
　したがって、たとえば、レーザー発生部１１とレーザー受光部１２を接離自在に構成して、測定対象の包装体類５０の長さ、すなわち減衰光路長Ｌａに対して入射光路長Ｌ０と透過光路長Ｌｔが相対的に極めて短くなるように調整可能にすれば良い。これによって、包装体類５０内部の特定ガスのガス濃度Ｃａの測定精度を向上させることができる。
　また、測定部１３全体を窒素ガス（Ｎ２）でガスパージして特定ガスを除去するような構成の場合、或いは測定部１３が大気雰囲気下にある場合、入射光路２１上のガス濃度Ｃ０と透過光路２３上のガス濃度Ｃｔは、同一値か或いは互いに近似した値であるとみなすことができるから、透過光路２３上のガス濃度をＣ０と置いて、入射光路２１上のガス濃度Ｃ０でまとめることができる。
　これによって、ガスパージされた環境だけではなく、大気雰囲気下であっても包装体類５０内部のガス濃度Ｃａを計測することができる。
　さらに、入射光路長Ｌ０と透過光路長Ｌｔが減衰光路長Ｌａに対して相対的に無視できるほど短い場合であって、入射光路２１上のガス濃度Ｃ０と透過光路２３上のガス濃度Ｃｔが総光路２０上のガス濃度Ｃと同一値又は近似することができる場合、包装体類５０内部のガス濃度Ｃａは、総光路長Ｌに対する減衰光路長Ｌａの比で求めることができる。
　このとき、減衰光路Ｌａが一定、すなわち、包装体類５０の大きさが一定であって、包装体類５０内部の減衰光路２２が一定であることが好ましい。これによって、包装体類内部のガス濃度Ｃａを安定して求めることができる。
　ここで、特定ガスを含む大気は、気圧、気温によって単位当たりの密度が時々刻々と変化している。すなわち、単位当たりの大気中に含まれる特定ガスの原子、又は分子の数もまた、それに応じて時々刻々と変化しているので、ＴＤＬＡＳによって、特定ガスの複数本の吸収線のうち、一本の吸収線に係る特定波長に合致するレーザー光を射出した場合、当該レーザー光を吸収する原子又は分子の単位当たりの数が気圧又は気温で変化するため、それに基づいて測定されるガス濃度は安定しなくなるおそれがある。
　また、包装体類５０が所定の包装袋であるような場合には、当該包装袋に密封されている不活性ガスの量や内圧に応じて、包装袋の厚さ、すなわち、減衰光路長Ｌａが変化し、これに伴って、総光路長Ｌに対する入射光路長Ｌ０と透過光路長Ｌｔもまた変化する。
　上記のような時々刻々と変化する気圧、気温といったレーザー式ガス濃度計１０の周辺環境の変化、或いは、包装体類５０の厚みや長さによって変化する減衰光路長Ｌａに基づいて変化する入射光路長Ｌ０又は透過光路長Ｌｔ長さといった外乱によって、包装体類５０内部のガス濃度Ｃａは容易に変化してしまうおそれがある。
　そこで、本実施例に係るレーザー式ガス濃度計１０は、測定時間を所定の長さに定め、当該測定時間内で複数回レーザー光を総光路２０上へ射出することによって、複数の実測値を得るように構成されている。
　複数の実測値に基づいて、レーザー発生部１１から総光路２０上に射出されたレーザー光が包装体類５０を含む測定部１３を透過してレーザー受光部１２で受光されたときの総吸光度Ａについて、その平均である総平均吸光度Ａａｖを求めることができる。そして、総平均吸光度Ａａｖと測定回数、測定した実測値のバラツキから、標準偏差と、補正吸光度Ａｃを得ることができる。
　さらに、標準偏差に基づく補正吸光度Ａｃを総吸光度Ａの実測値に対して適用することによって、実測値を補正した計測値を所定の範囲内に収めることができる。ここで、補正吸光度Ａｃは、総光路２０上全ての吸光度に影響を及ぼすものであるから、総吸光度Ａに対する補正吸光度Ａｃの補正率を求めて、当該補正率を入射光路２１上の入射吸光度Ａ０、及び透過光路２３上の透過吸光度Ａｔに対して適用することによって、包装体類５０内部のガス濃度Ｃａの測定精度を向上させることができる。
　また、所定の測定時間内で複数回実測することによって、上記の補正吸光度Ａａｖを得ると共に、総吸光度Ａに対する補正吸光度Ａａｖの補正率を、ガス濃度測定時に実測値に対してフィードバックすることによって、計測値を所定の範囲内に含まれた所定の値へ収束させることができ、より一層測定精度を向上させることができる。
　上記の構成を有するレーザー式ガス濃度計１０の効果を検証する複数の実験を行った。当該各実験の実験結果について添付した図面にしたがって説明する。図２は第１実験例の結果を示すグラフ、図３は第２実験例の結果を示すグラフ、図４は第３実験例の結果を示すグラフである。
　まず、第１実験について、図２にしたがって説明する。
　第１実験は、測定部１３上の減衰光路２２に係る減衰光路長Ｌａを１７ｍｍに設定したものである。ここで、上記したように、入射光路長Ｌ０と透過光路長Ｌｔは、減衰光路長Ｌａに対して相対的に十分短くなるように、すなわち、レーザー発生部１１と包装体類５０、又は包装体類５０とレーザー受光部１２の距離が、包装体類５０の長さよりも短くなるように設置した。これによって、入射光路長Ｌ０と透過光路長Ｌｔは、本第１実験では無視するものとする。
　そして、測定時間は３００ｍｓに設定し、当該測定時間内で１０００回、測定部１３上にレーザー光を照射した。
　図２は、測定部１３に包装体類５０を設置していない場合の測定結果を示すグラフである。すなわち、総光路長Ｌと減衰光路長Ｌａが一致しているとみなせる場合の測定結果である。このとき、酸素ガスのガス濃度に係る測定値の標準偏差は、０．０５％であった。
　また、測定部１３に減衰光路長Ｌａを十分に確保できる透明なポリエチレン製の包装袋を設置して、同様の実験を行ったところ、酸素ガスのガス濃度に係る測定値の標準偏差は、０．０８％を示し、包装体類５０を設置していないときと比べて測定値のバラツキが大きくなった。これは、レーザー光が包装体類５０へ入射するとき、及び当該レーザー光が包装体類５０を透過するとき、測定部１３の雰囲気と包装体類５０との境界面上で、レーザー光の反射或いは散乱が発生したためと考えられる。
　次に、第２実験について、図３にしたがって説明する。
　第２実験は、第１実験の減衰光路長Ｌａの長さを１７ｍｍとしたこと対して、減衰光路長Ｌａを３８ｍｍとした点が相違する。また、第１実験と同様に、上記したように、入射光路長Ｌ０と透過光路長Ｌｔは、減衰光路長Ｌａに対して相対的に十分短くなるように、すなわち、レーザー発生部１１と包装体類５０、又は包装体類５０とレーザー受光部１２の距離が、包装体類５０の長さよりも短くなるように設置した。これによって、入射光路長Ｌ０と透過光路長Ｌｔは、本第２実験では無視するものとする。
　そして、第１実験と同様に、測定時間を３００ｍｓに設定し、当該測定時間内で１０００回、測定部１３上にレーザー光を照射した。
　図３は、測定部１３に包装体類５０を設置した場合の測定結果を示すグラフである。ここで、包装体類５０は、第１実験において補助的に行った実験で使用した包装袋であって、減衰光路長Ｌａを十分に確保できる透明なポリエチレン製の包装袋とする。
　このとき、酸素ガスのガス濃度に係る測定値の標準偏差は、０．０３１％であった。第１実験に係る図３と比べて、測定値が所定の範囲内に収まっていることが明らかである。
　また、測定部１３に包装体類５０を設置せずに同様の実験を行ったところ、酸素ガスのガス濃度に係る測定値の標準偏差は、０．０２８％を示した。
　すなわち、総光路２０を長くすると共に、包装体類５０内部の減衰光路２２もまた長くすることによって、測定値のバラツキを抑えることができ、測定精度を向上させることができるということを確認することが出来た。
　さらに、第３実験について、図４にしたがって説明する。
　第３実験は、第２実験と同様に、減衰光路長Ｌａを３８ｍｍに設定している。そして、第２実験と同様に、入射光路長Ｌ０と透過光路長Ｌｔは、減衰光路長Ｌａに対して相対的に十分短くなるように、すなわち、レーザー発生部１１と包装体類５０、又は包装体類５０とレーザー受光部１２の距離が、包装体類５０の長さよりも短くなるように設置した。これによって、入射光路長Ｌ０と透過光路長Ｌｔは、本第３実験では無視するものとする。
　第３実験では、既に包装体類５０内部の酸素ガスのガス濃度を所定の低酸素濃度に調整した包装袋を５個用意した。それらのガス濃度は、包装袋Ｂ１が０．３％、包装袋Ｂ２が０．２５％、包装袋Ｂ３が０．５％、包装袋Ｂ４が０．２％、包装袋Ｂ５が０．３５％となるように調整されている。
　そして、測定部１３に対し、各包装袋の位置を変えてそれぞれ２０回測定することを５回繰り返した。したがって、測定回数は各包装袋ごとに１００回となっている。図４に示すグラフは、包装袋Ｂ１～包装袋Ｂ５について、測定した結果を示すものである。
　それぞれ異なる低酸素濃度に調整された包装袋を変え、当該包装袋の位置を変えて測定した総測定回数５００回の標準偏差は０．０４％であった。
　また、図４のグラフから明らかなように、酸素ガスのガス濃度を０．５％に調整した包装袋Ｂ３を第３実験で検出することが出来ていることを確認することができた。
　ここで、本願出願人は、本実施例に係るレーザー式ガス濃度計１０を組み込んだガス濃度測定装置において、包装体類５０内部に封じた酸素ガスのガス濃度を検査したとき、包装体類５０内に満たされている不活性ガスのガス濃度に対して、酸素ガスのガス濃度が０．２％以下の場合が正常値となるように設定している。そして、当該酸素ガスのガス濃度が０．２％～０．５％の場合を許容範囲とし、ガス濃度が０．５％以上の場合には不良品と判定して、０．５％以上の酸素ガスが封入されている包装体類５０を排除するように設定している。また、品質保証の観点から、ガス濃度の測定値の標準偏差は、０．０３３％以内に収めることを目標としている。
　図４から明らかなように、ガス濃度が０．５％である包装袋Ｂを検出することができていることから、本実施例に係るレーザー式ガス濃度計１０は、大気雰囲気下であってもガス濃度を測定することができる。
　しかしながら、求める標準偏差に対して、第３実験では十分な標準偏差を得ることが出来ていない。
　したがって、目標とする標準偏差０．０３３％以内に納めるためには、たとえば、総光路長Ｌと減衰光路長Ｌａを延ばして検知感度を向上させると共に、減衰光路長Ｌａに対してさらに入射光路長Ｌ０及び透過光路長Ｌｔを相対的に短く納めるように包装体類５０を保持する装置を設けた場合、さらに標準偏差に係る値を改善することができるものと思われる。
　本実施例に係るレーザー式ガス濃度計１０によれば、レーザー発生部１１とレーザー受光部１２の間の測定部１３が大気雰囲気下にあっても、測定部１３に配置した包装体類５０内部の特定ガスのガス濃度を測定できるようにした。これによって、ガスパージに係る装置を省くことができるので、本実施例に係るレーザー式ガス濃度計１０を用いるガス濃度測定装置の構成を簡略化することができ、さらに、これによって、包装機上に限られたスペースへ容易に取り付けることができる。
　１０…レーザー式ガス濃度計、
１１…レーザー発生部、１２…レーザー受光部、１３…測定部、
１４…レーザー光源、１５…制御部、１６…受光センサ、１７…計測部、
２０…総光路、２１…入射光路、２２…減衰光路、２３…透過光路、
５０…包装体類、
１…従来のガス濃度測定装置、２…従来のレーザー発生部、３…主ヘッド、４…従来のレーザー受光部、５…副ヘッド、６…グリップ、
Ｂ…包装袋。

Claims (6)

  1. 　特定波長のレーザー光を、ガス置換されて密封された包装容器又は包装袋或いはこれらに類する包装体類に透過させて、前記包装体類の透過前後で変化する特定波長の吸収スペクトルに基づいて前記包装体類の内部に残留している特定ガスのガス濃度を測定するようにしたレーザー式ガス濃度計であって、
    当該レーザー式ガス濃度計は、
    前記レーザー光を射出するレーザー発生部と、
    前記レーザー光を受光するレーザー受光部と、
    前記レーザー発生部から前記包装体類までの入射光路、前記レーザー光が前記包装体類を透過して減衰する減衰光路、及び前記包装体類から前記レーザー受光部までの透過光路からなる前記レーザー光の総光路を有する測定部と、
    前記レーザー発生部における前記レーザー光の入射強度、及び前記レーザー受光部における前記レーザー光の透過光強度から求められる前記包装体類を透過したレーザー光の透過率に基づいて、前記減衰光路上で前記包装体類内部の前記特定ガスに吸収された前記特定波長の減衰吸光度を測定して、当該減衰吸光度に基づいて前記包装体類内部の前記特定ガスの濃度を算出する計測部とを有し、
    当該計測部が、前記総光路上で前記レーザー光が前記特定ガスに吸収された前記特定波長の総吸光度から
    前記入射光路上で前記レーザー光が前記特定ガスに吸収された前記特定波長の入射吸光度と、
    前記透過光路上で前記レーザー光が前記特定ガスに吸収された前記特定波長の透過吸光度とを除外して、
    前記減衰光路上における前記特定波長の前記減衰吸光度を計測し、
    当該減衰吸光度と前記減衰光路の前記光路長に基づいて、前記包装体類内部の前記特定ガスの濃度を算出するようにしたことを特徴とするレーザー式ガス濃度計。
  2. 　前記減衰光路の光路長が所定の長さで一定であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー式ガス濃度計。
  3. 　前記入射光路と前記透過光路が大気雰囲気下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー式ガス濃度計。
  4. 　前記減衰光路の光路長が、前記入射光路又は前記透過光路の光路長よりも長いことを特徴とする請求項１に記載のレーザー式ガス濃度計。
  5. 　前記入射吸光度と前記透過吸光度が、大気雰囲気下で所定の外乱によって変化するとき、
    前記レーザー光を前記測定部へ複数回射出して、前記総光路上における前記特定ガスの総平均吸光度を求め、
    当該総平均吸光度に基づいて前記入射吸光度と前記透過吸光度を補正する補正吸光度を定めて、
    前記包装体類内部の前記減衰光路上における前記特定波長の前記減衰吸光度を計測するとき、
    前記補正吸収度で補正された前記入射吸光度と前記透過吸光度を適用するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー式ガス濃度計。
  6. 　前記外乱が、前記大気雰囲気の気温又は気圧、或いは前記入射光路又は前記透過光路の光路長の変化によるものであることを特徴とする請求項５に記載のレーザー式ガス濃度計。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113758899A (zh) * 2021-11-11 2021-12-07 国网湖北省电力有限公司检修公司 一种基于tdlas技术的微水测量方法及其装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230166115A (ko) 2021-04-13 2023-12-06 캐논 가부시끼가이샤 발광 장치, 표시장치, 촬상 장치, 및 전자기기
JP2022173623A (ja) * 2021-05-10 2022-11-22 ゼネラルパッカー株式会社 ピロー包装袋のガス濃度測定方法
JP2022176603A (ja) * 2021-05-17 2022-11-30 ゼネラルパッカー株式会社 包装袋のガス濃度測定装置および包装袋のガス濃度測定方法
CN113820103B (zh) * 2021-09-15 2024-07-30 中钢安科睿特(武汉)科技有限公司 一种激光器吸收幅度测定装置及测定方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009014589A (ja) * 2007-07-06 2009-01-22 General Packer Co Ltd 包装機におけるガス濃度測定方法
JP2010038846A (ja) * 2008-08-08 2010-02-18 Hitachi Zosen Corp 袋状容器内における酸素濃度の非破壊検査装置
US20100067012A1 (en) * 2006-10-30 2010-03-18 Universita Degli Studi Di Padova Method for the automated measurement of gas pressure and concentration inside sealed containers
JP2010107197A (ja) * 2008-10-28 2010-05-13 General Packer Co Ltd 包装袋のガス濃度測定装置
JP2016520838A (ja) * 2013-05-27 2016-07-14 ガスポロックス エービー 容器中の気体の濃度を判定するためのシステムおよび方法
JP2018510346A (ja) * 2015-04-02 2018-04-12 ガスポロックス エイビー 光学的測定による容器の完全性を判定するためのシステムおよび方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100067012A1 (en) * 2006-10-30 2010-03-18 Universita Degli Studi Di Padova Method for the automated measurement of gas pressure and concentration inside sealed containers
JP2009014589A (ja) * 2007-07-06 2009-01-22 General Packer Co Ltd 包装機におけるガス濃度測定方法
JP2010038846A (ja) * 2008-08-08 2010-02-18 Hitachi Zosen Corp 袋状容器内における酸素濃度の非破壊検査装置
JP2010107197A (ja) * 2008-10-28 2010-05-13 General Packer Co Ltd 包装袋のガス濃度測定装置
JP2016520838A (ja) * 2013-05-27 2016-07-14 ガスポロックス エービー 容器中の気体の濃度を判定するためのシステムおよび方法
JP2018510346A (ja) * 2015-04-02 2018-04-12 ガスポロックス エイビー 光学的測定による容器の完全性を判定するためのシステムおよび方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113758899A (zh) * 2021-11-11 2021-12-07 国网湖北省电力有限公司检修公司 一种基于tdlas技术的微水测量方法及其装置
CN113758899B (zh) * 2021-11-11 2022-04-08 国网湖北省电力有限公司超高压公司 一种基于tdlas技术的微水测量方法及其装置

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