專(zhuān)利名稱(chēng)：氣體分析裝置及氣體分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體的分析裝置，特別是涉及一種氣體分析裝置 及氣體分析方法，其能夠?qū)崟r(shí)地求取流動(dòng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管等氣體通 道的氣體中所包含的氣體成分濃度等。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，作為汽車(chē)等的廢氣分析裝置，有記載于日本特開(kāi)2004-117259號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)的車(chē)載型HC測(cè)定裝置。該車(chē)載型 HC測(cè)定裝置能夠?qū)⑾率鰳?gòu)件安裝于車(chē)內(nèi)用于連續(xù)測(cè)定流動(dòng)于與發(fā)動(dòng) 機(jī)相連的排氣管內(nèi)的廢氣中的HC(碳?xì)浠衔?濃度的NDIR(非分散紅 外線(xiàn)法)型氣體分析計(jì)；連續(xù)測(cè)定流動(dòng)于排氣管內(nèi)的廢氣流量的廢氣流 量計(jì)；對(duì)NDIR型氣體分析計(jì)及廢氣流量計(jì)各自的輸出進(jìn)行運(yùn)算處理， 并連續(xù)計(jì)算廢氣中的THC(總碳?xì)浠衔?量的運(yùn)算處理電路。記載于所述專(zhuān)利文獻(xiàn)1的廢氣分析裝置，雖然能夠?qū)π旭R史在實(shí)際 道路上的車(chē)輛簡(jiǎn)單地測(cè)定其廢氣中的THC,但由于是使廢氣通過(guò)管路 從發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣路徑流動(dòng)到分析部再進(jìn)行氣體成分的分析，因而無(wú)法 進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析，而且為盡量將所述設(shè)備等抑制在較小程度，只能分 析HC等有限的成分。因此，希望獲得一種廢氣分析裝置，其在發(fā)動(dòng) 機(jī)的開(kāi)發(fā)以及附屬于發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣凈化裝置等機(jī)器的開(kāi)發(fā)階段，對(duì)于 廢氣中碳?xì)浠衔镆酝獾某煞?，例如氮氧化物及一氧化碳等也能夠?jiǎn) 易測(cè)定，并且能夠?qū)崟r(shí)地測(cè)定廢氣成分、氣體濃度等。因此，本申請(qǐng)人開(kāi)發(fā)了 一種即使對(duì)于廢氣中的例如氮氧化物及一 氧化碳等多種氣體成分，也能夠進(jìn)行簡(jiǎn)易實(shí)時(shí)測(cè)定的氣體分析裝置。該氣體分析裝置如圖7所示。在傳感器部72中，其中央部分形成有貫通孔73,反射鏡74、 74 隔著貫通孔73而相對(duì)地配置。該傳感器部72被設(shè)置在與發(fā)動(dòng)機(jī)相連 的排氣管等氣體流道上，并被構(gòu)成為可使激光照射到流過(guò)傳感器部72 的貫通孔73內(nèi)的氣體。而且，激光二極管70發(fā)射含有由測(cè)量對(duì)象氣體成分吸收的波長(zhǎng)的 激光，所發(fā)射的激光通過(guò)光纖81而被導(dǎo)入分波器71，且被分波器71 分波成測(cè)量用激光與參照用激光。通過(guò)分波而得到的一方的測(cè)量用激 光通過(guò)光纖82而被導(dǎo)入傳感器部72的照射部，并從照射部照射到流 動(dòng)于貫通孔73內(nèi)的氣體中。照射到氣體中的測(cè)量用激光，在反射鏡74、 74之間經(jīng)過(guò)多次反射，在透過(guò)氣體期間，特定波長(zhǎng)的激光被包含在氣 體中的氣體成分吸收后，再被受光器75接受。接受到的測(cè)量用激光在 受光器75處被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)85，該電信號(hào)85被輸出到差分檢測(cè)器77 和I/V轉(zhuǎn)換器80。被輸入到I/V轉(zhuǎn)換器80的電信號(hào)85在被I/V轉(zhuǎn)換器 80進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換之后，再被A/D轉(zhuǎn)換器78轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并作為測(cè) 量受光強(qiáng)度信號(hào)而被輸入到分析裝置(計(jì)算機(jī))79中。另一方的參照用激光通過(guò)光纖83而被導(dǎo)入受光器76,被受光器 76接受并被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)86，且該電信號(hào)86被輸出到差分檢測(cè)器77。 差分檢測(cè)器77計(jì)算從氣體中透過(guò)的測(cè)量用激光的電信號(hào)85和未從氣 體中透過(guò)的參照用激光的電信號(hào)86的差，計(jì)算出的差分信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn) 換器78轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并被輸出到分析裝置(計(jì)算機(jī))79中。分析裝置79,根據(jù)從差分檢測(cè)器77輸入的差分信號(hào)和來(lái)自受光器 75的表示測(cè)量受光強(qiáng)度的電信號(hào)85,確定規(guī)定強(qiáng)度的測(cè)量用激光從氣 體中透過(guò)時(shí)的吸收光語(yǔ)(被標(biāo)準(zhǔn)化的吸收光譜)。分析裝置79將計(jì)算 出的吸收光譜與理論光譜進(jìn)行比較、分析，從而測(cè)定氣體的溫度、壓 力及包含在氣體中的氣體成分濃度。

發(fā)明內(nèi)容
如圖7所示的氣體分析裝置中，在作為測(cè)量區(qū)域的傳感器部72處 被照射到廢氣中的測(cè)量用激光，由于廢氣對(duì)反射鏡74的污染以及懸浮 在廢氣中的微粒引起的散射等，故如圖8所示，例如在波長(zhǎng)為？d時(shí)以 光強(qiáng)度Pl照射的測(cè)量用激光從廢氣中透過(guò)并被受光器75接受時(shí)，將 被衰減到光強(qiáng)度P2。測(cè)量用激光從廢氣中透過(guò)時(shí)被衰減的比例，根據(jù) 反射鏡74的污染程度及懸浮在廢氣中的微粒狀況而變化，并不固定。
因此，分析裝置79根據(jù)來(lái)自差分^r測(cè)器77的差分信號(hào)和來(lái)自I/V 轉(zhuǎn)換器80的測(cè)量受光強(qiáng)度信號(hào)這兩個(gè)信號(hào)，計(jì)算出當(dāng)一定光強(qiáng)度的測(cè) 量用激光從廢氣中透過(guò)時(shí)所得到的被標(biāo)準(zhǔn)化的吸收光譜。
因此，如圖7所示的氣體分析裝置中，差分信號(hào)和受光強(qiáng)度信號(hào) 這兩個(gè)信號(hào)被輸入到信號(hào)分析裝置79,使得輸入到分析裝置79的數(shù)字 形式的數(shù)據(jù)量較多。
可是，目前通常的測(cè)量系統(tǒng)中使用的信號(hào)轉(zhuǎn)換基板所采用的PCI 總線(xiàn)的容量約為100MB/sec,而因?yàn)闅怏w分析裝置也使用這種通常的信 號(hào)轉(zhuǎn)換基板，所以，進(jìn)行l(wèi)MHz以上的數(shù)據(jù)采樣時(shí)，由于PCI總線(xiàn)的 容量使從A/D轉(zhuǎn)換器78被輸入到分析裝置79的數(shù)字形式的數(shù)據(jù)量受 到限制。圖7是在汽車(chē)的排氣路徑中的1個(gè)位置上對(duì)廢氣進(jìn)行測(cè)定時(shí)的情 況說(shuō)明，但是，由于通常是將廢氣凈化裝置安裝在汽車(chē)的排氣路徑上， 并需要在其前后等處進(jìn)行廢氣的測(cè)定，所以通常需要在排氣路徑的多
個(gè)位置上進(jìn)行廢氣的測(cè)定。而且，隨著氣體成分不同，所吸收的激光 的波長(zhǎng)不同，因而當(dāng)增加作為測(cè)量對(duì)象的氣體成分時(shí)，激光的波段也
將擴(kuò)大。因此，由于在增加測(cè)量對(duì)象氣體成分時(shí)，輸入到分析裝置79 的數(shù)據(jù)量也將增多，因此增加檢測(cè)位置會(huì)受到限制。
本發(fā)明是鑒于上述情況而實(shí)施的，其目的是提供一種氣體分析裝 置，通過(guò)減少?gòu)膫鞲衅鞑枯斎氲椒治鲅b置的信號(hào)數(shù)量，使輸入到分析 裝置的數(shù)據(jù)量降低，從而即使在多個(gè)位置設(shè)置傳感器部，也能夠?qū)崟r(shí) 地測(cè)定多種氣體成分的濃度。
本發(fā)明的氣體分析方法為，利用分波器把激光分波成測(cè)量用激光 和參照用激光，使該測(cè)量用激光從氣體中透過(guò)并用受光器接受，再根 據(jù)接受到的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度和所述參照用激光的光強(qiáng)度確定被氣 體中的氣體成分所吸收的吸收光鐠，通過(guò)分析該吸收光譜而測(cè)定氣體 成分濃度，所述氣體分析方法的特征在于，將所述測(cè)量用激光通過(guò)光 衰減器照射到氣體中，并由所述光衰減器進(jìn)行控制使從氣體中透過(guò)的 測(cè)量用激光的光強(qiáng)度與所述參照用激光的光強(qiáng)度之間具有規(guī)定的關(guān) 系。
此外，本發(fā)明的氣體分析裝置為，具有分波器，用于把從激光 發(fā)射部發(fā)射的激光分波成測(cè)量用激光和參照用激光；照射部，用于將 所述測(cè)量用激光照射到氣體中；測(cè)量光用受光部，用于接受從氣體中 透過(guò)的測(cè)量用激光；參照光用受光部，用于接受參照用激光，所述氣 體分析裝置的特征在于，將所述測(cè)量用激光通過(guò)光衰減器照射到氣體中，該光衰減器通過(guò)對(duì)其衰減率進(jìn)行控制使由測(cè)量光用受光部接受到 的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度與由參照光用受光部接受到的參照用激光的光 強(qiáng)度之間具有規(guī)定的關(guān)系。
本發(fā)明由于對(duì)光衰減器進(jìn)行反饋控制以使由受光器接受到的測(cè)量 用激光的光強(qiáng)度與由受光器接受到的參照用激光的光強(qiáng)度之間具有規(guī) 定的關(guān)系，因此，由受光器接受到的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度被控制為， 即使反射板的污染程度以及懸浮在氣體中的微粒狀況等發(fā)生變化，也 能一直與參照用激光的光強(qiáng)度具有規(guī)定的關(guān)系。因此，在本發(fā)明中， 由于能夠從參照用激光的光強(qiáng)度求取從氣體中透過(guò)的測(cè)量用激光的光 強(qiáng)度，不需要將測(cè)量用激光的光強(qiáng)度信號(hào)輸入到分析裝置，因而能夠 減少輸入到分析裝置的數(shù)據(jù)量，使增加測(cè)定位置及所測(cè)定的氣體成分 成為可能。
在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，其特征在于，利用分波器將測(cè)量用激光 分波成多束，并將通過(guò)分波而得到的多束測(cè)量用激光照射到不同位置 的氣體中，從而測(cè)定多個(gè)位置的氣體中的氣體成分。
此外，本發(fā)明的氣體分析方法為，利用分波器把不同波段的多束 激光分別分波成測(cè)量光和參照光，將各測(cè)量光從光衰減器通過(guò)之后再 進(jìn)行合波而作為測(cè)量用激光，在將該測(cè)量用激光從氣體中透過(guò)之后，
由波長(zhǎng)分波器分波成所述波段的透射光；將各參照光進(jìn)行合波并作為 參照用激光后，由波長(zhǎng)分波器分波成所述波段的參照光；并且，從被 波長(zhǎng)分波器分波的透射光的光強(qiáng)度和被波長(zhǎng)分波器分波的參照光的光 強(qiáng)度，確定被氣體中的氣體成分所吸收的吸收光譜，通過(guò)分析該吸收 光譜而測(cè)定氣體成分濃度，所述氣體分析方法的特征在于，由所述光 衰減器進(jìn)行控制使被所述波長(zhǎng)分波器分波的透射光的光強(qiáng)度與同一波段的參照光的光強(qiáng)度之間具有規(guī)定的關(guān)系。
而且，本發(fā)明的氣體分析裝置包括多個(gè)激光發(fā)射部，用于發(fā)射 不同波段的激光；分波器，用于把不同波段的各個(gè)激光分波成測(cè)量光 和參照光；合波器，用于將不同波段的多個(gè)測(cè)量光進(jìn)行合波而作為測(cè) 量用激光；合波器，用于將不同波段的多個(gè)參照光進(jìn)行合波而作為參 照用激光；照射部，用于將所述測(cè)量用激光照射到氣體中；波長(zhǎng)分波 器，用于把從氣體中透過(guò)的測(cè)量用激光分波成所述波段的透射光；波 長(zhǎng)分波器，用于把所述參照用激光分波成所述波段的參照光，所述氣 體分析裝置的特征在于，所述各測(cè)量光從光衰減器中通過(guò)并在所述合 波器中被合波，該光衰減器通過(guò)對(duì)其衰減率進(jìn)行控制使由波長(zhǎng)分波器 分波的透射光的光強(qiáng)度與同一波段的參照光的光強(qiáng)度之間具有規(guī)定的 關(guān)系。
本發(fā)明利用分波器把不同波段的多束激光分別分波成測(cè)量光和參 照光，將各測(cè)量光從光衰減器通過(guò)之后再進(jìn)行合波而作為測(cè)量用激光， 在將該測(cè)量用激光從氣體中透過(guò)之后，由波長(zhǎng)分波器分波成所述波段 的測(cè)量用激光，而且，由于將各參照光進(jìn)行合波并作為參照用激光， 再由波長(zhǎng)分波器分波成所述波段的參照光用激光，因此能夠從被波長(zhǎng) 分波器分波的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度和被波長(zhǎng)分波器分波的參照用激光 的光強(qiáng)度，確定被氣體中的氣體成分所吸收的吸收光譜，并通過(guò)分析 該吸收光語(yǔ)而測(cè)定氣體成分濃度。此外，由于通過(guò)對(duì)其衰減率進(jìn)行控 制使被波長(zhǎng)分波器分波的透射光的光強(qiáng)度與同一波段的參照光的光強(qiáng) 度之間具有規(guī)定的關(guān)系，因而不需要再將被波長(zhǎng)分波器分波的透射光 的光強(qiáng)度信號(hào)輸入到分析裝置中。因此，能夠減少輸送到分析裝置的 數(shù)據(jù)量，從而能夠在分析裝置的PCI總線(xiàn)容量范圍內(nèi)，在多個(gè)位置上分析包含在廢氣中的多種氣體成分并測(cè)量其濃度等。因此，本發(fā)明能
夠一次求取氨(1530nm)、 一氧化碳(1560nm )、 二氧化》友(1570nm )、 甲烷(1680nm)、水(1350nm)等的濃度。
在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，其特征在于，通過(guò)進(jìn)行時(shí)間分割，使發(fā) 射不同波段的激光的多個(gè)激光發(fā)射部分別在不同的時(shí)間發(fā)射，由此， 能夠使發(fā)送到分析裝置的數(shù)據(jù)量減少，并且不會(huì)混入不同波段的分析 數(shù)據(jù)，從而能夠穩(wěn)定地測(cè)定氣體成分的濃度。
而且，在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，其特征在于，不同波段的各激光 是利用分波器將從多個(gè)激光發(fā)射部發(fā)射的不同波段的激光分成多束而 獲得的，通過(guò)將多束測(cè)量用激光照射到不同位置的氣體中，從而測(cè)定 多個(gè)位置的氣體中的氣體成分濃度。
本說(shuō)明書(shū)包含記載于作為本申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)的日本國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) 2006-226731號(hào)的說(shuō)明書(shū)W或附圖中的內(nèi)容。


圖1為表示第1實(shí)施方式的氣體分析裝置傳感器部的主要結(jié)構(gòu)的 分解立體圖。
圖2為包含實(shí)施方式中的激光振蕩/受光控制器的主要結(jié)構(gòu)及信號(hào) 分析裝置的氣體分析裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為將本發(fā)明第2實(shí)施方式的氣體分析裝置安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)座上 的實(shí)施方式的主要結(jié)構(gòu)圖。
圖4為包含第2實(shí)施方式中的激光振蕩/受光控制器的主要結(jié)構(gòu)及 信號(hào)分析裝置的氣體分析裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖5為包含第3實(shí)施方式中的激光振蕩/受光控制器的主要結(jié)構(gòu)及
信號(hào)分析裝置的氣體分析裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖6為包含第4實(shí)施方式中的激光振蕩/受光控制器的主要結(jié)構(gòu)及 信號(hào)分析裝置的氣體分析裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖7為包含本申請(qǐng)人開(kāi)發(fā)的氣體分析裝置中的激光振蕩/受光控制 器的主要結(jié)構(gòu)及信號(hào)分析裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖8為用于對(duì)本發(fā)明中的吸收光譜進(jìn)行說(shuō)明的圖表。
符號(hào)說(shuō)明
10、 IOA、 IOB、 10C:傳感器部，20:激光二才及管，
22、 22A、 22B、 22C:分波器，23、 24A、 24B、 24C:光衰減器，
25:受光器(檢波器)，27、 27A、 27B、 27C:差分檢測(cè)器，
28、 28A、 28B、 28C: A/D轉(zhuǎn)換器，29:分析裝置，
30: 1/V轉(zhuǎn)換器，31:衰減器控制器，
33: NO用激光二極管，34:氧氣用激光二極管，
35、 36:合波器，37、 38:波長(zhǎng)分波器，
39: NO用受光器，40: NO用激光二極管，
41: NO參照光的受光器，42:氧氣用受光器，
43:氧氣用分波器，
51、 52、 53、 53A、 53B、 53C、 54:光纖，58: 1/V轉(zhuǎn)換器
具體實(shí)施例方式
以下根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的氣體分析方法及氣體分析裝置進(jìn)行詳細(xì) 說(shuō)明。圖1為表示本實(shí)施方式的氣體分析裝置傳感器部的主要結(jié)構(gòu)的
分解立體圖，圖2為表示包含激光振蕩/受光控制器的主要結(jié)構(gòu)及作為 信號(hào)分析裝置的個(gè)人計(jì)算機(jī)的氣體分析裝置的整體結(jié)構(gòu)的框圖。
本發(fā)明的氣體分析裝置被構(gòu)成為，包括傳感器部10,設(shè)置在與 發(fā)動(dòng)機(jī)相連的排氣管4、 5的排氣路徑上；激光振蕩/受光控制器6，發(fā) 射用于照射到廢氣中的激光，并輸入來(lái)自接受激光的受光部的電信號(hào)； 分析裝置7，其由個(gè)人計(jì)算機(jī)構(gòu)成，根據(jù)透過(guò)廢氣并接受到的激光的受 光強(qiáng)度和未透過(guò)廢氣的激光的受光強(qiáng)度，分析包含在廢氣中的成分和 其濃度。
傳感器部10如圖1所示，具有由厚度在例如5 20mm左右的板材 所形成的傳感器基座11，并在中心部形成有貫通孔12，該貫通孔12 的直徑與排氣管道部的內(nèi)徑大致相同。流動(dòng)于排氣通道中的廢氣從貫 通孔12中通過(guò)。為了不擾亂排氣的流動(dòng)，貫通孔12的形狀優(yōu)選為直 徑與排氣管道部的內(nèi)徑大致相同的圓形。作為板材可以使用金屬板材 及陶瓷制板材，在材質(zhì)上沒(méi)有特別要求。在傳感器基座ll上形成有從 外周面朝向貫通孔12貫通的兩個(gè)傳感器孔13、 14。在一側(cè)的傳感器孔 13上固定有收集激光的平行光管15,從而構(gòu)成照射部，并且在該平行 光管15上連接有照射激光的光纖53;而在另一側(cè)的傳感器孔14上固 定有接受激光的光電二極管等受光器(檢波器)25。
在傳感器基座11上固定有隔著貫通孔12而對(duì)置的上下兩塊反射 板17、 17。兩塊反射斧反17、 17以平行狀態(tài)凈皮固定，并3皮構(gòu)成為，使從照射側(cè)的光纖53通過(guò)平行光管15而被收集并照射的激光，首先從下 方的反射板17向上方反射，接著再?gòu)纳戏降姆瓷浒?7向下方反射， 通過(guò)在兩塊反射板17、 17之間交替反射，從而到達(dá)受光側(cè)的受光器25。 由此，使激光在廢氣中的透過(guò)距離被設(shè)定得更長(zhǎng)。
反射板17優(yōu)選由不會(huì)因廢氣而發(fā)生老化的材料形成，在作為基座 的板材上形成金、鉑等薄膜，并且在其上作為保護(hù)膜，優(yōu)選形成有MgF2 或Si02的薄膜。而且，反射板17優(yōu)選其反射率較高，以使其能夠高效 地反射激光。此外，由于反射板17在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中被暴露在廢氣 中，并被污物附著，因此優(yōu)選根據(jù)需要從凸緣部F、 F上卸下傳感器基 座11并進(jìn)行清潔。
傳感器基座11以被凸緣部F、 F夾持的狀態(tài)配置，在凸緣部F、 F 與傳感器基座ll之間，通過(guò)未圖示的螺栓、螺母等，以被夾持的狀態(tài) 固定有墊圈9、 9。墊圏9由石棉等形成，并開(kāi)有與排氣管內(nèi)徑相同直 徑的貫通孔。根據(jù)該構(gòu)造，即使在凸緣部F、 F之間夾持傳感器基座ll 并與排氣路徑連接，廢氣也不會(huì)中途泄漏，排氣徑路的長(zhǎng)度增加也較少。
輸入激光到傳感器部10的光纖53，和在傳感器部10處接受從廢 氣中透過(guò)的激光并輸出電信號(hào)的受光器25連接在激光振蕩/受光控制 器6。即，構(gòu)成為，從激光振蕩/受光控制器6中的后述的激光二極管 射出的激光先通過(guò)光纖53，再通過(guò)傳感器基座11的傳感器孔13,照 射到貫通孔12內(nèi)，由反射板17、 17反射的激光從傳感器孔14穿過(guò)并 在受光側(cè)的受光器25處被接受，從受光器25輸出的電信號(hào)通過(guò)電纜 62而被輸入到激光振蕩/受光控制器6中。激光振蕩/受光控制器6為，用于發(fā)射激光，并輸入來(lái)自接受激光 的受光部的電信號(hào)，再將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸出到作為分析
裝置29的計(jì)算機(jī)7中的構(gòu)件，如圖2所示，該激光振蕩/受光控制器6 具有激光二極管20、分波器22、光衰減器23、 A/D轉(zhuǎn)換器28、受 光器25、 26、差分檢測(cè)器27、 1/V轉(zhuǎn)換器30、衰減器控制裝置31。
并且，由激光二極管20照射的激光通過(guò)光纖51而被導(dǎo)入到分波 器22，并被分波器22分波成參照用激光和測(cè)量用激光。通過(guò)分波而得 到的測(cè)量用激光通過(guò)光纖52而被導(dǎo)入到光衰減器23,并在衰減器23 被衰減后通過(guò)光纖53而被導(dǎo)入到傳感器部10的照射部，再?gòu)恼丈洳?照射到貫通孔12內(nèi)。照射到貫通孔12內(nèi)的激光乂人廢氣中透過(guò)之后， 被受光器25接受并被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
在本實(shí)施方式中，其構(gòu)造為，如前文所述被分波器22分波的測(cè)量 用激光通過(guò)光衰減器23而被照射。該光衰減器23是用于調(diào)節(jié)照射到 廢氣中的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度的構(gòu)件，其可以采用適當(dāng)形式的結(jié)構(gòu)， 例如在激光的光路中設(shè)置能改變透過(guò)率的濾光器，通過(guò)改變透射光 量而調(diào)節(jié)光強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)；或者在光路中設(shè)置鏡面，通過(guò)改變鏡面的反 射角而調(diào)節(jié)光強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)等。該光衰減器23被衰減器控制裝置31控 制其衰減率。
衰減器控制裝置31為用于使從廢氣中透過(guò)的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度 與參照用激光的光強(qiáng)度一致的構(gòu)件，其被構(gòu)成為，使受光器25的電信 號(hào)61在I/V轉(zhuǎn)換器30進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換后再被輸入。由于參照光從激光的 產(chǎn)生到接受為止沒(méi)有干擾因素，且只要激光輸出不變化參照光強(qiáng)度也 不會(huì)發(fā)生變化，因此由參照光用的受光器26接受的參照用激光的光強(qiáng)度是一定的，且該參照用激光的光強(qiáng)度被輸入到衰減器控制裝置31中。
衰減器控制裝置31將參照用激光的光強(qiáng)度與測(cè)量用激光的光強(qiáng)度之差 作為反饋補(bǔ)償量而輸出到光衰減器23處。
光衰減器23根據(jù)由衰減器控制裝置31輸入的反饋補(bǔ)償量，使測(cè) 量用激光衰減，將由受光器25接受的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度調(diào)節(jié)為與由 受光器26接受的參照用激光的光強(qiáng)度相同。
通過(guò)該反饋控制，由受光器25接受的測(cè)量用激光被控制為，即使 反射板17的污染程度及懸浮在廢氣中的微粒狀態(tài)等發(fā)生變化，也一直 保持一定的光強(qiáng)度。因此，在本實(shí)施方式中，不需要將測(cè)量用激光的 光強(qiáng)度信號(hào)輸入到分析裝置29，因而能減少輸入到分析裝置的數(shù)據(jù)量。
差分檢測(cè)器27根據(jù)從廢氣中透過(guò)的測(cè)量用激光的電信號(hào)61和參 照用激光的電信號(hào)62計(jì)算出差分信號(hào)，該差分信號(hào)在例如未圖示的前 置放大器被增幅，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器28而被輸入到分析裝置29中。 分析裝置29根據(jù)來(lái)自差分檢測(cè)器27的差分信號(hào)，確定被廢氣中的氣 體成分所吸收的吸收光譜，通過(guò)分析該吸收光譜而測(cè)定廢氣的成分濃 度以及廢氣的溫度。
這里，氣體成分濃度C由以下的公式(1)計(jì)算。
C= _ ln(I/I0)/kL................(1)
在該公式(1)中，I為透射光強(qiáng)度、Io為入射光強(qiáng)度、k為吸收率、 L為透射距離。因此，根據(jù)相對(duì)于入射光強(qiáng)度(Io)的透射光強(qiáng)度U) 的比值，即信號(hào)強(qiáng)度(1/1。)，可計(jì)算出氣體成分的濃度C。在本實(shí)施方式 中，透射光強(qiáng)度I從接受測(cè)量用激光的受光器25輸出，入射光強(qiáng)度10 從接受未從氣體中透過(guò)的參照用激光的受光器26輸出。以下，對(duì)于采用前文所述構(gòu)造的本實(shí)施方式的氣體分析方法進(jìn)行
說(shuō)明。由激光二極管20發(fā)射的激光通過(guò)光纖51到達(dá)分波器22，被分 波器22分波而得的參照光通過(guò)光纖54而成為參照用激光，并在受光 器26處被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，且被作為入射光強(qiáng)度IQ而進(jìn)行測(cè)量。
而且，被分波器22分波而得的測(cè)量光通過(guò)光衰減器23而成為測(cè) 量用激光，其通過(guò)光纖53而被導(dǎo)入到傳感器部10的照射部，并被照 射到有廢氣通過(guò)的貫通孔12內(nèi)。此時(shí)，由于光衰減器23被衰減器控 制裝置31進(jìn)行反饋控制，以使從廢氣中透過(guò)的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度與 參照用激光的光強(qiáng)度相同，因此在受光器25接受的測(cè)量用激光被控制 為，即使反射板17的污染程度及懸浮在廢氣中的微粒狀態(tài)等發(fā)生變化， 也一直保持一定的光強(qiáng)度。
此外，測(cè)量用激光重復(fù)在反射板17、 17之間的反射從而到達(dá)受光 器25。從廢氣中通過(guò)且衰減了的測(cè)量用激光在受光器25處作為透射光 強(qiáng)度I而被接受，并被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)且輸入到差分檢測(cè)器27。測(cè)量用 激光通過(guò)被反復(fù)反射，使得從廢氣中透過(guò)的距離增大，由于所述公式 (1 )的透過(guò)距離L變長(zhǎng)將使衰減量變大，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的廢氣 成分濃度的測(cè)定。
在差分^r測(cè)器27計(jì)算出參照用激光與測(cè)量用激光之間的差，并將 差分信號(hào)輸入到分析裝置29中。分析裝置29確定被廢氣中的氣體成 分所吸收的吸收光譜，并計(jì)算出參照用激光的光強(qiáng)度與從廢氣中透過(guò) 而衰減的測(cè)量用激光的峰值波長(zhǎng)的光強(qiáng)度之比(1/1()),從而計(jì)算出廢氣 中包含的氣體成分濃度。
在本實(shí)施方式中，雖然測(cè)量用激光通過(guò)光衰減器，而參照用激光不通過(guò)光衰減器，但是如果將參照用激光在光衰減器中調(diào)節(jié)至規(guī)定的 光強(qiáng)度，則能夠減輕后邊的分析裝置的處理負(fù)擔(dān)。
圖3、 4表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式，圖3為將氣體分析裝置安裝 于發(fā)動(dòng)機(jī)座上的實(shí)施方式的主要結(jié)構(gòu)圖，圖4為表示包含激光振蕩/受 光控制器的主要結(jié)構(gòu)及信號(hào)分析部的氣體分析裝置的整體結(jié)構(gòu)的框 圖。本實(shí)施方式為，在排氣路徑的三個(gè)位置設(shè)置傳感器部，并在各設(shè) 置位置上對(duì)廢氣中包含的氣體成分及其濃度進(jìn)行分析及測(cè)定，氣體分 析裝置被構(gòu)成為，具有設(shè)置于排氣路徑中的三個(gè)位置上的多個(gè)傳感器 部IOA、 IOB、 IOC。其中，第l傳感器部IOA被設(shè)置在第l催化劑裝 置8A和其上游側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)2 —側(cè)的排氣管4之間，第2傳感器部10B 被設(shè)置在第1催化劑裝置8A的下游側(cè)，第3傳感器部10C設(shè)置在第2 催化劑裝置8B的下游側(cè)。
并且，分波器21是為了將由激光二極管20發(fā)射的激光導(dǎo)入到各 傳感器部IOA、 IOB、 10C而進(jìn)行分波的構(gòu)件，被分波器21分波而得 到的激光通過(guò)光纖53A、 53B、 53C導(dǎo)入到分波器22A、 22B、 22C。被 光纖53A導(dǎo)入的激光在分波器22A處被分波為測(cè)量光和參照光，測(cè)量 光通過(guò)光衰減器23A成為測(cè)量用激光并在傳感器部10A處纟皮照射到廢 氣中。參照光通過(guò)光衰減器24A并在受光器26A處被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 光衰減器24A、 24B、 24C用于將傳感器部IOA、 IOB、 IOC中的參照 光調(diào)節(jié)至相同光強(qiáng)度，由此能夠減少輸入到分析裝置29中的數(shù)據(jù)量。
而且，本實(shí)施方式的其他結(jié)構(gòu)與圖1、 2所示的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相同。
圖3、 4所示的實(shí)施方式中，在排氣路徑的三個(gè)位置上設(shè)置傳感器部10A、 IOB、 10C,由于只需將來(lái)自各設(shè)置位置上的差分檢測(cè)器27A、 27B、 27C的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并發(fā)送到分析裝置29中，即可 在排氣路徑的三個(gè)位置上求取廢氣中包含的氣體成分及其濃度，因此， 能夠?qū)腁/D轉(zhuǎn)換器28向分析裝置29發(fā)送的數(shù)據(jù)量抑制在信號(hào)轉(zhuǎn)換 線(xiàn)路板的PCI總線(xiàn)的容量范圍內(nèi)，從而增加測(cè)量點(diǎn)。
圖5表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的氣體分析裝置，本實(shí)施方式為， 在排氣路徑的1個(gè)位置上設(shè)置傳感器部并測(cè)定廢氣中包含的NO( —氧 化氮)和氧氣(02)的濃度。
從氣體中透過(guò)的激光的波長(zhǎng)配合進(jìn)行檢測(cè)的氣體成分而設(shè)定，例 如，適合于檢測(cè)氧氣(02)的波長(zhǎng)為760nm，適合于檢測(cè)氨氣的波長(zhǎng) 為1530nm，適合于檢測(cè)一氧化碳的波長(zhǎng)為1560nm,適合于檢測(cè)一氧 化氮(NO)的波長(zhǎng)為1796nm。
由于適合于檢測(cè)氧氣(02)的波長(zhǎng)與適合于檢測(cè)NO的波長(zhǎng)之間 在長(zhǎng)度上相差很大，因而不能通過(guò)1個(gè)激光二極管發(fā)射激光。
因此，激光振蕩/受光控制器6具有發(fā)射用于測(cè)量NO濃度的激 光的NO用激光二極管33和發(fā)射用于測(cè)量氧氣濃度的激光的氧氣用激 光二極管34，并進(jìn)行時(shí)間分割后，NO用激光二極管33與氧氣用激 光二極管34分別發(fā)射激光。
由NO用激光二極管33發(fā)射的NO用激光在光纖被導(dǎo)入到NO分波器 122中，并被分波成NO測(cè)量光和NO參照光。將通過(guò)分波而得到的 NO測(cè)量光和NO參照光分別通過(guò)光衰減器123、 223,并導(dǎo)入到測(cè)量 用合波器35和參照用合波器36。
由氧氣用激光二極管34發(fā)射的氧氣用激光在光纖被導(dǎo)入到02分波器222中，并被分波成氧氣測(cè)量光和氧氣參照光。通過(guò)分波而得到 的氧氣測(cè)量光和氧氣參照光分別經(jīng)過(guò)光衰減器323、 423，并導(dǎo)入到測(cè) 量用合波器35和參照用合波器36。
NO測(cè)量光和氧氣測(cè)量光在測(cè)量用合波器35 ^皮合波成測(cè)量用激光， 并從傳感器部IO的照射部照射到廢氣中，在從廢氣中透過(guò)時(shí)，特定波 長(zhǎng)的激光被廢氣中的氧氣和NO吸收之后，根據(jù)波長(zhǎng)而被波長(zhǎng)分波器 37分波成NO透射光和氧氣透射光。NO透射光被NO用受光器39接 受并被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的NO測(cè)量受光強(qiáng)度信號(hào)61A,而后被發(fā)送到差 分檢測(cè)器27和I/V轉(zhuǎn)換器130中；氧氣透射光被氧氣用受光器40接受 并被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的氧氣測(cè)量受光強(qiáng)度信號(hào)61B，而后纟皮發(fā)送到差分 檢測(cè)器27和I/V轉(zhuǎn)換器230中。
NO參照光和氧氣參照光在參照光用合波器36被合波成參照光用 激光，并通過(guò)光纖被導(dǎo)入到波長(zhǎng)分波器38中，且根據(jù)波長(zhǎng)而被分波成 NO參照光和氧氣參照光。NO參照光被受光器41接受并被轉(zhuǎn)換成電 信號(hào)，而后被輸入到差分檢測(cè)器27中；氧氣參照光被氧氣用受光器42 接受并被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而后被輸入到差分檢測(cè)器27中。
控制NO測(cè)量光的光強(qiáng)度的衰減器控制裝置131,根據(jù)被I/V轉(zhuǎn)換 器130進(jìn)行了 I/V轉(zhuǎn)換的測(cè)量受光強(qiáng)度信號(hào)61A,而對(duì)光衰減器123 的衰減率進(jìn)行反饋控制，以使NO透射光的光強(qiáng)度與NO參照光的光 強(qiáng)度相同。
此外，控制氧氣測(cè)量光的光強(qiáng)度的衰減器控制裝置231,根據(jù)被I/V 轉(zhuǎn)換器230進(jìn)行了 I/V轉(zhuǎn)換的測(cè)量受光強(qiáng)度信號(hào)61B，而對(duì)光衰減器 323的衰減率進(jìn)行反饋控制，以使氧氣透射光的光強(qiáng)度與氧氣參照光的光強(qiáng)度相同。
差分檢測(cè)器27將從廢氣中透過(guò)的NO透射光的光強(qiáng)度與未從廢氣 中透過(guò)的NO參照光的光強(qiáng)度進(jìn)行差分從而計(jì)算出NO差分信號(hào)，將 計(jì)算出的NO差分信號(hào)在A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器28轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸出到分析 裝置(計(jì)算機(jī))29中。此外，差分檢測(cè)器27將從廢氣中透過(guò)的氧氣透 射光的光強(qiáng)度與未從廢氣中透過(guò)的氧氣參照光的光強(qiáng)度進(jìn)行差分從而 計(jì)算出氧氣差分信號(hào)，將計(jì)算出的氧氣差分信號(hào)在A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器28轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)并輸出到分析裝置(計(jì)算機(jī))29中。
分析裝置29根據(jù)從A/D轉(zhuǎn)換器28輸入的NO透射光與NO參照 光的差分信號(hào)，確定被廢氣中的NO所吸收的NO吸收光譜，通過(guò)分 析NO吸收光譜而求取NO濃度，此外，分析裝置29根據(jù)從A/D轉(zhuǎn)換 器28輸入的氧氣透射光與氧氣參照光的差分信號(hào)，確定^L廢氣中的氧 氣所吸收的氧氣吸收光譜，通過(guò)分析氧氣吸收光譜而求取氧氣濃度。
在本實(shí)施方式中，由于衰減器控制裝置131對(duì)衰減器123的衰減 率進(jìn)行反饋控制，使NO透射光的光強(qiáng)度與被設(shè)定為規(guī)定光強(qiáng)度的NO 參照光的光強(qiáng)度相同，并使NO透射光被控制為一直保持在所設(shè)定的 規(guī)定(一定)的光強(qiáng)度上，因此，分析裝置29能夠根據(jù)差分信號(hào)確定 以規(guī)定光強(qiáng)度的激光照射時(shí)所能得到的，被規(guī)范化了的NO吸收光譜。
此外，由于衰減器控制裝置231對(duì)衰減器223的衰減率進(jìn)行反饋 控制，使氧氣透射光的光強(qiáng)度與被設(shè)定為規(guī)定光強(qiáng)度的氧氣參照光的 光強(qiáng)度相同，并使氧氣測(cè)量透射光被控制為一直保持在所設(shè)定的規(guī)定 (一定)的光強(qiáng)度上，因此，分析裝置29能夠根據(jù)差分信號(hào)確定以規(guī) 定光強(qiáng)度的激光照射時(shí)所獲得的，被規(guī)范化了的氧氣吸收光i普。因此，由于不再需要將NO測(cè)量受光強(qiáng)度信號(hào)61A和氧氣測(cè)量受 光強(qiáng)度信號(hào)61B輸入到分析裝置29中，因而能夠減少?gòu)腁/D轉(zhuǎn)換器 28發(fā)送到分析裝置29的數(shù)據(jù)量。
在本實(shí)施方式中，由于在從廢氣中透過(guò)后，由NO測(cè)量光和氧氣 測(cè)量光合波而成的測(cè)量用激光在波長(zhǎng)分波器37被分波成NO透射光和 氧氣透射光，而且，由NO參照光和氧氣參照光合波而成的參照用激 光在波長(zhǎng)分波器38被分波成NO參照光和氧氣參照光，因此，能夠通 過(guò)反饋控制使NO透射光的光強(qiáng)度與NO參照光的光強(qiáng)度相同。
此外，本實(shí)施方式中，由于NO用激光二極管33和氧氣用激光二 極管34,通過(guò)進(jìn)行時(shí)間分割而分別發(fā)射各自的激光，因而能夠進(jìn)一步 減少輸入到分析裝置29中的數(shù)據(jù)量，并且不用擔(dān)心NO測(cè)量用數(shù)據(jù)與 氧氣測(cè)量用數(shù)據(jù)之間的相互混入。
而且，由于將氧氣透射光和NO透射光在波長(zhǎng)分波器37、 38進(jìn)行 分波，并在受光器39、 40、 41、 42接受，從而能夠選擇適合于所接受 的激光波長(zhǎng)的受光器，因此能夠提高受光精度。
在上述說(shuō)明中，雖然NO用激光二極管33和氧氣用激光二極管34 為通過(guò)進(jìn)行時(shí)間分割而分別發(fā)射各自的激光，但是也可以采用持續(xù)發(fā) 射的方式。
圖6表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的氣體分析裝置，本實(shí)施方式為， 在排氣路徑的三個(gè)位置上設(shè)置傳感器部10A、 10B、 10C，并對(duì)廢氣中 包含的NO ( —氧化氮)和02 (氧氣)的濃度進(jìn)行測(cè)定。
本實(shí)施方式為，NO用分波器122將由NO用激光二極管33發(fā)射 的激光分波成6束，并作為NO測(cè)量光和NO參照光而輸送到各自的測(cè)量位置上，此外，氧氣用分波器222將由氧氣用激光二極管34發(fā)射 的激光分波成6束，并作為氧氣測(cè)量光和氧氣參照光而輸送到各自的 測(cè)量位置上。對(duì)在NO用分波器122處通過(guò)分波而得到的NO參照光 進(jìn)行衰減的光衰減器323A、 323B、 323C，其分別對(duì)衰減率進(jìn)行設(shè)定， 使各自的NO參照光具有相同的光強(qiáng)度。并且，對(duì)在氧氣用分波器222 通過(guò)分波而得到的氧氣參照光進(jìn)行衰減的光衰減器423A、423B、423C, 其分別對(duì)衰減率進(jìn)行設(shè)定，使各自的氧氣參照光具有相同的光強(qiáng)度， 由此，分析裝置29的處理負(fù)擔(dān)被減輕。
在本實(shí)施方式中，雖然在排氣路徑的三個(gè)位置上設(shè)置傳感器部 10A、 10B、 10C，從而對(duì)廢氣中包含的NO (—氧化氮)和02 (氧氣) 的濃度進(jìn)行測(cè)定，但是因?yàn)檩斎氲椒治鲅b置29中的信號(hào)只需來(lái)自差分 檢測(cè)器27A、 27B、 27C的三個(gè)即可，所以能夠在信號(hào)轉(zhuǎn)換基板的PCI 總線(xiàn)的容量范圍內(nèi)增加測(cè)量位置。
以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是，本發(fā)明并不限 定于所述的實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求范圍所記載的本發(fā)明 精神的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種設(shè)計(jì)變更。
雖然在所述實(shí)施方式中，通過(guò)衰減器控制裝置對(duì)光衰減器進(jìn)行反 饋控制，以使從廢氣中透過(guò)的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度與參照用激光的光 強(qiáng)度相同，但是，并不是必須使從廢氣中透過(guò)的測(cè)量用激光與參照用 激光的光強(qiáng)度相同。只要通過(guò)光衰減器對(duì)從氣體中透過(guò)的測(cè)量用激光 的光強(qiáng)度進(jìn)行控制使其與參照用激光的光強(qiáng)度之間具有規(guī)定的關(guān)系， 就能夠在分析裝置29中使從氣體中透過(guò)的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度與所述 參照用激光的光強(qiáng)度相同。例如，如果對(duì)從氣體中透過(guò)的測(cè)量用激光 的光強(qiáng)度進(jìn)行控制使其為參照用激光的光強(qiáng)度的P倍，則在分析裝置29中，通過(guò)將參照用激光的光強(qiáng)度設(shè)為原來(lái)的P倍，即可使從氣體中 透過(guò)的測(cè)量用激光與參照用激光的光強(qiáng)度相同。
此外，雖然在上述實(shí)施方式中，本發(fā)明的氣體分析裝置是在汽車(chē) 的排氣管中設(shè)置傳感器部10并對(duì)從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣的氣體成分進(jìn)行 分析，但是，本發(fā)明并不限定于汽車(chē)的排氣管，只要是流動(dòng)于管道等 中的氣體，通過(guò)在該管道中設(shè)置傳感器部10,即可對(duì)流動(dòng)于管道內(nèi)的 氣體成分進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。
工業(yè)利用性
本發(fā)明由于將測(cè)量用激光從光衰減器中通過(guò)而照射到氣體中，并 通過(guò)所述光衰減器進(jìn)行控制使從氣體中透過(guò)的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度與 參照用激光的光強(qiáng)度之間具有規(guī)定的關(guān)系，因而不需要將從氣體中透 過(guò)的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度的數(shù)據(jù)輸入到分析裝置中。因此，能夠減少 輸入到分析裝置中的數(shù)據(jù)量，該分析裝置用于根據(jù)從氣體中透過(guò)的測(cè) 量用激光和未從氣體中透過(guò)的參照用激光而對(duì)氣體中所包含的氣體成 分進(jìn)行分析，從而，能夠在多個(gè)位置上對(duì)氣體中包含的多種氣體成分 濃度實(shí)時(shí)地進(jìn)行分析及測(cè)定。
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權(quán)利要求
1、一種氣體分析方法，利用分波器把激光分波成測(cè)量用激光和參照用激光，使該測(cè)量用激光從氣體中透過(guò)并用受光器接受，再根據(jù)接受到的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度和所述參照用激光的光強(qiáng)度確定被氣體中的氣體成分所吸收的吸收光譜，通過(guò)分析該吸收光譜而測(cè)定氣體成分濃度，所述氣體分析方法的特征在于，將所述測(cè)量用激光通過(guò)光衰減器照射到氣體中，并由所述光衰減器進(jìn)行控制使實(shí)際從氣體中透過(guò)的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度與所述參照用激光的光強(qiáng)度之間具有規(guī)定的關(guān)系。
2、 如權(quán)利要求1所述的氣體分析方法，其特征在于，利用分波器將所述測(cè)量用激光分波成多束，并將通過(guò)分波而得到 的多束測(cè)量用激光照射到不同位置的氣體中，從而測(cè)定多個(gè)位置的氣 體中的氣體成分濃度。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的氣體分析方法，其特征在于， 所述參照用激光通過(guò)光衰減器而被設(shè)定為規(guī)定的光強(qiáng)度。
4、 一種氣體分析方法，利用分波器把不同波段的多束激光分別分 波成測(cè)量光和參照光，將各測(cè)量光從光衰減器通過(guò)之后再進(jìn)行合波而 作為測(cè)量用激光，在將該測(cè)量用激光從氣體中透過(guò)之后，由波長(zhǎng)分波 器分波成所述波段的透射光；將各參照光進(jìn)行合波并作為參照用激光 后，由波長(zhǎng)分波器分波成所述波段的參照光；并且，從被波長(zhǎng)分波器 分波的透射光的光強(qiáng)度和被波長(zhǎng)分波器分波的參照光的光強(qiáng)度，確定被氣體中的氣體成分所吸收的吸收光譜，通過(guò)分析該吸收光譜而測(cè)定 氣體成分濃度，所述氣體分析方法的特征在于，由所述光衰減器進(jìn)行控制使被所述波長(zhǎng)分波器分波的透射光的光 強(qiáng)度與同 一波段的參照光的光強(qiáng)度之間具有規(guī)定的關(guān)系。
5、 如權(quán)利要求4所述的氣體分析方法，其特征在于，通過(guò)進(jìn)行時(shí)間分割，使所述不同波段的多束激光分別在不同的時(shí) 間發(fā)射。
6、 如權(quán)利要求4或5所述的氣體分析方法，其特征在于，所述不同波段的多束激光是用分波器對(duì)由不同的激光二極管發(fā)射 的激光分波成多束而獲得的，通過(guò)將合波后的所述測(cè)量用激光照射到 不同位置的氣體中，從而測(cè)定多個(gè)位置上的氣體成分濃度。
7、 一種氣體分析裝置，包括分波器，用于把從激光發(fā)射部發(fā)射 的激光分波成測(cè)量用激光和參照用激光；照射部，用于將所述測(cè)量用 激光照射到氣體中；測(cè)量光用受光部，用于接受從氣體中透過(guò)的測(cè)量 用激光；參照光用受光部，用于接受參照用激光；所述氣體分析裝置，根據(jù)所述測(cè)量光用受光部接受到的測(cè)量用激 光的光強(qiáng)度和參照光用受光部接受到的參照用激光的光強(qiáng)度，確定被 氣體中的氣體成分所吸收的吸收光譜，并通過(guò)分析該吸收光i普而測(cè)定 氣體成分濃度，所述氣體分析裝置的特征在于，所述測(cè)量用激光從光衰減器通過(guò)并由照射部照射，該光衰減器通 過(guò)對(duì)其衰減率進(jìn)行控制使由測(cè)量光用受光部接受到的測(cè)量用激光的光 強(qiáng)度與由參照光用受光部接受到的參照用激光的光強(qiáng)度之間具有規(guī)定 的關(guān)系。
8、 如權(quán)利要求7所述的氣體分析裝置，其特征在于，利用分波器把所述測(cè)量用激光分波成多束，并將通過(guò)分波而得到 的多束測(cè)量用激光照射到不同位置的氣體中，從而測(cè)定多個(gè)位置的氣 體中的氣體成分濃度。
9、 如權(quán)利要求7或8所述的氣體分析裝置，其特征在于，所述參 照用激光通過(guò)光衰減器而被設(shè)定為規(guī)定的光強(qiáng)度。
10、 一種氣體分析裝置，包括多個(gè)激光發(fā)射部，用于發(fā)射不同 波段的激光；分波器，用于把不同波段的各個(gè)激光分波成測(cè)量光和參 照光；合波器，用于將不同波段的多個(gè)測(cè)量光進(jìn)行合波而作為測(cè)量用 激光；合波器，用于將不同波段的多個(gè)參照光進(jìn)行合波而作為參照用 激光；照射部，用于將所述測(cè)量用激光照射到氣體中；波長(zhǎng)分波器， 用于把從氣體中透過(guò)的測(cè)量用激光分波成所述波段的透射光；波長(zhǎng)分 波器，用于把所述參照用激光分波成所述波段的參照光，所述氣體分析裝置，從被所述波長(zhǎng)分波器分波的透射光的光強(qiáng)度 和被所述波長(zhǎng)分波器分波的參照光的光強(qiáng)度，確定被氣體中的氣體成 分所吸收的吸收光語(yǔ)，通過(guò)分析該吸收光譜而測(cè)定氣體成分濃度，所述氣體分析裝置的特征在于，所述各測(cè)量光從光衰減器中通過(guò)并在所述合波器中被合波，該光衰減器通過(guò)對(duì)其衰減率進(jìn)行控制使由波長(zhǎng)分波器分波的透射光的光強(qiáng) 度與同一波段的參照光的光強(qiáng)度之間具有規(guī)定的關(guān)系。
11、 如權(quán)利要求IO所述的氣體分析裝置，其特征在于，通過(guò)進(jìn)行時(shí)間分割，使發(fā)射所述不同波段的激光的多個(gè)激光發(fā)射 部分別在不同的時(shí)間發(fā)射。
12、 如權(quán)利要求10或11所述的氣體分析裝置，其特征在于，所述不同波段的各激光是利用分波器將從多個(gè)激光發(fā)射部發(fā)射的 不同波^R的激光分成多束而獲得的，通過(guò)將多束測(cè)量用激光照射到不 同位置的氣體中，從而測(cè)定多個(gè)位置的氣體中的氣體成分濃度。
全文摘要
本發(fā)明以提供一種氣體分析裝置為目的，通過(guò)減少?gòu)膫鞲衅鞑枯斎氲椒治鲅b置中的信號(hào)數(shù)并減少被傳輸?shù)椒治鲅b置中的數(shù)據(jù)量，從而降低被輸入到分析裝置中的數(shù)據(jù)量，并通過(guò)在多個(gè)位置上設(shè)置傳感器單元，從而能夠?qū)崟r(shí)地測(cè)定多個(gè)位置上的氣體中的氣體成分濃度。本發(fā)明的氣體分析方法為，利用分波器(22)將激光分波成測(cè)量用激光和參照用激光，使該測(cè)量用激光從氣體中透過(guò)并利用受光器(25)接受，再根據(jù)接受到的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度和所述參照用激光的光強(qiáng)度確定被氣體中的氣體成分所吸收的吸收光譜，通過(guò)分析該吸收光譜而測(cè)定氣體成分濃度的氣體分析方法，在本方法中，將所述測(cè)量用激光從光衰減器(23)中通過(guò)并照射到氣體中，通過(guò)對(duì)所述光衰減器進(jìn)行控制從而使從氣體中透過(guò)的測(cè)量用激光的光強(qiáng)度與所述參照用激光的光強(qiáng)度之間具有規(guī)定的關(guān)系。
文檔編號(hào)G01N21/35GK101506646SQ20078003038
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2007年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月23日
發(fā)明者出口祥啟, 后藤勝利, 山蔭正裕, 淺海慎一郎, 深田圣, 牟田研二 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社;三菱重工業(yè)株式會(huì)社