NDIR計測

IRSアプリケーションノート Vol.01 その他の赤外線アプリケーションのご紹介 非接触 IRS App. Note：Vol.02 IRS App. Note：Vol.03 赤外線を使ったガス等の成分計測 ■対象表面から放 ■有機物質中の 射される⾚外線量 H2OやCH基などの を セ ン シ ン グ し、 ⾚外吸収を利⽤し NDIR計測 非接触で温度の計 生産品の水分や膜 ●ガス計測の手法は様々ありますが、大半は 測を⾏います。 厚を計測します。 化学変化などを利用するため対象或いはセ NDIR 温度計測 水分・膜厚計測 ンサ自体の変化を引き起してしまいます。 ●赤外線の吸光度を計測するNDIR (Non- IRS App. Note：Vol.04 人感センサ IRS App. Note：Vol.05 Dispersive InfraRed Spectroscopy、非火災検知・火報器 分散赤外線吸光分析)を用いる計測では、対 ■体表から放射さ ■燃焼時に発生す 象ガスにも計測部にも変化を及ぼすことが無 れる⾚外線を検知 るCO2の特徴的な く、また光の吸光度を計測しているため非常 し、不在時の省エネ 放射を計測すること に高速な計測が可能です。 ●環境をモニタ や侵入者警報など で、高速かつ遠隔 リングする目的やガスを使用する生産ライン に役⽴てます。 で炎を感知します。 には最適な、クリーンな計測方法です。 省エネ・セキュリティ 分光吸光度計測 光学部品 ◆⾚外線受光センサ ◆基準光源 ◆⿊体炉 ◆コリメータシステム 主な目的・用途 ◯ 焦電センサ ◯ フィラメント型 ◯ キャビティ⿊体炉 計測機器 ◯ サーモパイル ◯ 平面⿊体型 ◯ 平面⿊体炉 ◆MTF測定装置 ・冷媒ガス/地球温暖化ガス計測 ◯ NDIRの特⻑ InGaAs ◯ LED (1.4〜7um) ◯ 差温度⿊体炉 ◆センサ評価装置 ・絶縁ガス/エッチングガス計測 ◯ InSb ◯ 各種レーザー ◯ 定価価格⿊体炉 ◆テラヘルツ計測機器 ◇計測対象や環境に影響を与えにくい ◯ PbS / PbSe ◆波⻑選択⽤フィルタ ◆分光放射計測装置 ・クルマ排ガスや自然環境測定 ◯ MCT ◆ガスセンサモジュール ◇高速での計測が可能 ◯ 高性能分光器 ・室内大気のモニタリング ◆分光部品 ◆⾚外線透過窓 ◯ ハイパースペクトラル ◆電子式CRDS ◇複数対象の同時測定が可能 ◯ グレーティング 他 ◆⾚外透過ファイバー ◯ 高速分光器 ◆透過率測定器 ・呼気中アルコール/麻酔ガス計測 ◇再現性や信頼性が高い ・非侵襲血液計測など医療関連計測 ◇システムとして⽐較的⻑寿命 ◆非冷却サーモグラフィカメラ (7〜14um帯域) ◆ﾀﾞｲﾅﾐｯｸ高速干渉計 ◆⾚外⽤エリプソメータ その他、各種の成分分析に最適 ◯ 建築診断 ◯ 医療向け ◯ 各種研究⽤ ◯ セキュリティ ◯ 消防⽤ ◯ ⾞載向け ◆高精度⼤型ミラー ◆チョッパー、シャッタ ◆冷却型中⾚外カメラ 〜 ◆CRDS⽤高反射鏡 ◆ロックインアンプ (1 5um帯域) 可視〜近⾚外 カメラ 〜 ◆極低温クライオスタット ◆噴射ノズル評価装置 ◆ Ge (0.4 1.5um) 赤外線光源 赤外線検出器・センサー ◆高耐荷重⼤型三脚 ◆小型低価格 テラヘルツカメラ (1〜7 THz) ◆エミッション顕微鏡 光関連システム ■ブロードな波長帯を発光する熱型光源(擬似黒 ■目的に応じた波長特性、感度、応答周波数、 赤外カメラ・撮像機器 ◆In-Line薬液モニタ その他 体)や、単一波長のみを発光する量子型光源(LED 必要チャンネル数など多数のバリエーションを用 やLDなど)から幅広く選択できますので、用途や目 意、冷却方法や内蔵アンプなどのオプションも豊富 的に応じて最適な基準光源を使用することが肝心 に揃えておりますので最適な選択へのお手伝いが 取り扱い製品ラインナップ です。 ■安定性のために連続点灯を行うか、S/N 可能です。 ■熱型センサ：焦電センサ、サーモパ ●赤外線機器：黒体炉、赤外カメラ評価装置・コリメータ、分光放射計測装置、ハイパースペクトラル、 改善のためにパルス点灯を行うかなどの選択も重 イル、ボロメータ ■量子型センサ： InGaAs、 ボアサイト装置、MWS、試験装置、防衛用レーザー試験装置、赤外線透過率測定器、MTF試験装置 要になります。 InSb、PbS、PbSe、MCT、その他PD ●赤外線部品：赤外受光センサ(単素子/アレー他)、波長選別フィルタ、赤外基準光源、チョッパーなど周辺機器 ●赤外カメラ関連：非冷却サーモグラフィ、中赤外高感度冷却カメラ、差温度黒体炉、各種カメラレンズ ●テラヘルツ関連：THzカメラ、高感度冷却ボロメータ、THz計測用光学系、極低温クライオスタット、Winstonコーン 波長選択用フィルタ その他 周辺部品 ●その他の光利用計測システム：ダイナミック干渉計、高精度大型ミラー、半導体紫外線センサ ■特定の波長だけをより精密にフィルタリングする ■汎用性のあるガスセルの特注も承ります。標準 ●半導体関連装置：超高感度エミッション顕微鏡、半導体プロセス温度モニタ、In-Line薬液濃度モニタ ための、干渉膜フィルタその他も潤沢にご用意して 品(受注生産)もありますのでご相談下さい。 ■S/N ●MRI研究関連装置：MRI用ナビゲーショントラッキングシステム ●その他、赤外線/光関連ご相談下さい。 います。 ■少量試作や評価目的向けの在庫品(ス 改善のための光断続化システム(チョッパーなど) トックフィルタ)の提供から、試作カスタマイズ、量産 や、特定周波数だけの同期を行うロックインアンプな 株式会社 アイ・アール・システム 時のOEM供給まで幅広い対応でご協力させて頂き どの周辺機器も充実。 ■ガスセル内外の隔絶用 ます。 ■指定波長のフィルタを、赤外線センサに の赤外線透過窓も各種ご用意。 ■その他NDIR 〒206-0041 東京都多摩市愛宕4-6-20 IRSビルディング 組み込むなどの特注も応相談。 計測に関わるものはお気軽にご相談下さい。 電話:042-400-0373 FAX:042-400-0374 E-mail:office@irsystem.com Homepage:https://www.irsystem.com

赤外線吸光度の計測 汎用NDIR以外の ～ランベルト・ベールの法則～ 赤外線吸光度計測の手法(一例) 代表的なガスの赤外線の吸光分布(一例) 【原理概略】 【PAS】Photo-Acoustic Spectroscopyの略。 主に高精度なガス計測に用いられる。 ● 光の進む媒質が何らかの吸光度を持つとき、 「光の進む断面積」および「媒質の吸光度分 ・受光部として光センサを用いず、測定セル内 部のガスの体積増減をセンシングし、その増大割 布」が一定であると仮定すると、光の吸光に 合に依ってセル内部のガス濃度の同定を行う。 よる減衰は光の進んだ長さと吸光度に ・比較的旧い手法ではあるが、工夫に依って高 相関する。 これを模式化したものが『ランベ 感度が得られるなどの理由から今も現役の手法。 ルト・ベールの法則』であり、光の波長に関わ ・安定性の高い環境で使う必要があるため、可 らず吸光度分析には広く用いられている。 搬型にはあまり向かない。 【CRDS】Cavity Ring Down Spectroscopy の略。主にレーザーと超高反射ミラー対を用い、実効光路を非常に長くして精度・感度を増大させ た手法。 NDIRを特化させたもの。 ・物理的にはさほど大きくせずに済むため、比較 CH4 CO2 CO CF4 R22 SF6 C2H3Cl 的環境を安定化させながら実効光路を数十m～ 3 数kmなどと拡張できるため非常に高感度で精 密。レーザーの狭帯域と相乗で、分子内の同位 【実際の運用にあたって】 体の差異まで計測することが可能。 ● 上記はかなり理想的に模式化したものであり、 環境ガス、可燃性ガス フロン、絶縁ガスその他 ・但し光源、光学系、受光部のいずれもそれに 現実には各種の要因から単純な計算だけで 見合うだけの高精度が要求されるため、全体とし 求まるような条件は再現しにくい。 ては非常に高価なシステムとなる。 ・6.5um以上の帯域は、フロンやSF6 ● 従って、現実に使用する機器の特性をよく知 ・3～5um帯はCO2やHC系など、 【FT-IR】 り、目的に沿うような各種の工夫が個別に必 などの温暖化係数の高いガスやオゾ燃焼前後のガス群の吸収が集中し、 ・基礎調査段階では最も汎用的な手法。 内容 要となる。 ン層に影響のある各種工業ガスの吸 説明は省略。 同じく特化型NDIR。 また吸光度も強く、更に計測機器の 収が多く集まっており、今後注目され ・Open Path(開放光路)型のFT-IR構成にする 選択肢も多数存在するため、これら ことで、屋外などでも計測に用いることが可能。 る波長帯である。 のガスを測定するのに都合の良い波 長帯である。 ・麻酔ガスにも利用出来る。 基準光源 センサ・受光部 ■吸光度を計測するための重要な部品の一つが『基準光源』で ■基準光源からの光を吸光度として計測する最重要部品。 あり、吸光度を測定できるだけの充分な光量が得られ、かつ光源 以下に分類する熱型/量子型のタイプ別に加え、D*(比検出能力) 自体の安定性や再現性が得られる製品を選択する必要がある。 や応答感度(Responsivity)、微分型や積分型などの多数の比 較パラメータがあり、製品の最適な選択には経験と知識が必須。 ◇熱型タイプ ： 高温持続で安定性を求める「連続発光型」 や、光の明滅でS/Nを高める「パルス発光型」などのラインナッ ◇熱型タイプ ： 赤外線を熱として計測するタイプの受光セン プがある。 主に発光源自体の温度が性能に関わる。連続光 サ。一般に安価で波長依存性が無いが、量子型に比べて応答 源型でも、外部の光断続化機構(チョッパーなど)があれば安定 が遅く感度も低いという面がある。 性を保ったままS/Nを向上させることができる。 ◇量子(半導体)型タイプ ： 赤外線の光子としてのエネルギー ◇量子(半導体)型タイプ ： 省エネで取扱が容易な「LED」 をそのまま電気出力に変えるタイプで、応答性に優れ高感度だ や、波長選択性が非常に高い「レーザー(LD、QCL、ガスレー が、素子組成により波長依存性があり、また熱型に比べて高価 ザー)などのラインナップがある。 パルス発光が主だがQCW になるという面がある。 (近似連続発光)もでき、一般的にハイエンドな目的に適してい る。 光学系 測定セル 波長選択 信号処理/同期検波 ■測定セルの内外隔絶窓として用いる赤外線透過窓や、集光効 ■測定対象物の状態や周囲の環境に合わせ、測定環境 ■最も重要な部品の一つであり、目的や測定対象に応じ ■どんな計測であれ必要な計測アルゴリズム構築を含め、センサ 率を上げるレンズやミラーなどの集光系、遠隔で光を伝送する光 を最適化するための部品。 対象がガスの場合、条件に た詳細な検討が必要。 固定の単一波長を用いるか、多波 の信号増幅や光源との同期検波など、物理的な測定環境の改善 ファイバなどが挙げられ、主には測定環境の安定化や改善などの 依っては必ずしも必要では無い場合があるが、より精度や 長分光を行うかなどで大雑把に分けることができる。 のみでは対処しきれない場合に工夫が必要な部分。 目的で使用される。 信頼性を高めるためには必ず検討すべきもの。 対象が液 体の場合には何らかの形で必ず必要。 ◇固定単一波長 ： いわゆる干渉膜フィルタを用いたり ◇ハードウェア ： アンプ最適化やノイズ源の解消などの電気 ◇赤外線透過窓 ： 主に、可燃性ガスや混合・漏洩などが忌 量子型光源を用いて特定の波長のみを切り分ける方 回路的な見直しもさることながら、S/Nを改善するためのチョッピ 避される環境で、測定環境と外部との環境隔絶のために用いら ◇通気(通液)タイプ ： 外部環境との一時的な隔絶に 法。 個々は単一波長でも、複数チャンネルを用いて精 ングやパルス同期などの物理的な改善も指す。 れる。基本的には消耗品扱い。 依って安定的に信頼性を得る目的で使用される。 度を上げるなどの工夫が為される。 ◇ソフトウェア ： そもそもの吸光度算出アルゴリズムの構築も ◇集光系 ： レンズや反射ミラーなどで光量や光軸を効率的 ◇拡散タイプ ： 比較的簡易な測定(閾値に対する多 ◇多波長分光 ： グレーティングやプリズムなどの方法 含め、差分を算出したり背景ノイズを除去したりするような条件 に調整するもの。 点光源を平行光に、平行光を受光部に集 寡のみの判断など)に用いられることが多く、簡易な環境 で、その場で多波長の情報を得、より信頼性の高い分析 式などの構築も行う必要がある。 光する変換を行うなど。 安定性を保持できれば良い目的で使用される。 を行う目的で使用される方法。