測量單元及氣體分析裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于分析裝置的測量單元(1)，該分析裝置分析試樣氣體中的規(guī)定成分濃度，該測量單元(1)包括：照射部(21)，向試樣氣體中照射測量光；受光部(24)，在受光面接收測量光；凈化氣體導(dǎo)入口(14)，將凈化氣體導(dǎo)入照射部(21)和／或受光部(24)的附近；以及聚光透鏡(23)，配置在測量光從照射部(21)到受光部(24)的光路上，使傳送路徑變化的測量光聚光到受光部的受光面內(nèi)，所述傳送路徑變化是由試樣氣體和凈化氣體的溫度差產(chǎn)生的熱透鏡效應(yīng)導(dǎo)致的。
【專利說明】測量單元及氣體分析裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體分析裝置及測量單元，特別是涉及使用光吸收法分析試樣氣體中規(guī)定成分的濃度的氣體分析裝置、以及用于該氣體分析裝置的測量單元。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，從燃燒煤和重油的鍋爐中排出的燃燒排氣中包含有NOx、SOx, C02、CO等成分。并且，開發(fā)出一種氣體分析裝置，該氣體分析裝置用于分析氣體中這些成分的含有量。作為這種氣體分析裝置，例如開發(fā)出采用開口孔方式、探頭方式等各種方式的裝置。
[0003]專利文獻(xiàn)I公開了用于上述探頭式氣體分析裝置的筒狀測量單元的一個例子。專利文獻(xiàn)I中公開的測量單元從配置在該箱體一個端部上的光源照射測量光，以使其通過被導(dǎo)入筒狀箱體內(nèi)部的試樣氣體。測量光被配置在箱體另一個端部上的反射鏡反射，由受光傳感器接收該反射的測量光。由此，根據(jù)在受光傳感器中得到的測量光的信息和從光源照射的時(shí)點(diǎn)的測量光信息的差，求出試樣氣體對測量光的吸收量，并且基于該吸收量計(jì)算包含在試樣氣體中的規(guī)定成分的濃度。
[0004]從上述原理可以看出:為了由采用如上所述的測量光的氣體分析裝置進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，重要的是向受光傳感器的受光面內(nèi)照射測量光。這方面，可以認(rèn)為普通探頭方式的氣體分析裝置將如上所述的光源、反射鏡和受光傳感器等光學(xué)系統(tǒng)部件固定在單一箱體內(nèi)，與這些光學(xué)系統(tǒng)部件分離配置的開口孔方式的氣體分析裝置相比，該光學(xué)系統(tǒng)部件容易定位。即，可以認(rèn)為在探頭方式的氣體分析裝置中，比較容易將測量光的照射點(diǎn)聚攏在受光傳感器的受光面內(nèi)。
[0005]專利文獻(xiàn)1:美國專利第6809825號說明書
[0006]但是，即使是如上所述的探頭方式的氣體分析裝置，有時(shí)也不能良好地將測量光的照射點(diǎn)限制在受光傳感器的受光面內(nèi)。
[0007]在采用如上所述的傳感器和反射鏡等光學(xué)系統(tǒng)的測量單元中，為了防止上述光學(xué)系統(tǒng)被包含在試樣氣體內(nèi)的粉塵等污染，有時(shí)以規(guī)定的壓力將清潔空氣(即凈化氣體)導(dǎo)入箱體內(nèi)光學(xué)系統(tǒng)部件的周圍。
[0008]在此，從如上所述鍋爐排出的試樣氣體的溫度非常高，與此相對，凈化氣體一般是與外部氣體溫度相當(dāng)?shù)臏囟取Ｓ纱?，?dāng)凈化氣體和試樣氣體之間存在溫度差時(shí)，在測量單元的箱體內(nèi)即測量光的路徑上產(chǎn)生空間性的溫度變化分布。當(dāng)產(chǎn)生這種空間性的溫度變化時(shí)，折射率也與其成比例地空間性地變化。并且，折射率的變化作為過渡性的光學(xué)透鏡發(fā)揮作用(即、產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng))，有時(shí)在該空間內(nèi)傳輸?shù)臏y量光發(fā)生折射。
[0009]具體地說，如圖9所示，通常沿著直線前進(jìn)路徑Rl的測量光Lb2有時(shí)因試樣氣體Sg和凈化氣體Pa之間的溫度差，如路徑R3所示沿折射后的路徑前進(jìn)。
[0010]另外，圖9是表示在以往的測量單元中未良好地接收測量光的情況的示意圖。由此，如果測量光Lb2發(fā)生折射，則有時(shí)不能將測量光Lb2收攏在受光傳感器54的受光面內(nèi)，難以準(zhǔn)確地進(jìn)行分析。[0011]此外，伴隨試樣氣體Sg和凈化氣體Pa氣流的變化，因熱透鏡效應(yīng)而使測量光Lb2的折射狀態(tài)也隨時(shí)間變化。其結(jié)果，假設(shè)即使測量光Lb2照射到了受光傳感器54的受光面內(nèi)，則如圖10所示，受光面上的測量光Lb2的照射點(diǎn)Lbp2有時(shí)也在該平面上不穩(wěn)定地移動。
[0012]另外，圖10表示是在以往的測量單元中照射點(diǎn)Lbp2在受光面上移動的情況的圖。圖10中，軌跡線Tr2是表示照射點(diǎn)Lbp2移動軌跡的線。圖10中表示因軌跡線Tr2蛇形而如上所述照射點(diǎn)Lbp2不穩(wěn)定地移動。受光傳感器即使在相同的受光面上，有時(shí)根據(jù)受光面的位置不同而受光靈敏度特性不同。如果在這種受光傳感器中照射點(diǎn)Lbp2的位置移動，則即使例如測量光Lb2的光量固定，有時(shí)也不能從受光傳感器得到穩(wěn)定的信號。
[0013]另外，即使在開口孔方式的氣體分析裝置中采用與上述探頭方式相同的凈化氣體，有時(shí)測量光也因熱透鏡效應(yīng)而發(fā)生折射，不能良好地將測量光測量光的照射點(diǎn)收在受光傳感器的受光面內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]鑒于上述課題，本發(fā)明的目的在于提供與以往相比能夠準(zhǔn)確分析試樣氣體的測量單元和氣體分析裝置。
[0015]本發(fā)明提供一種用于分析裝置的測量單元，所述分析裝置分析試樣氣體中的規(guī)定成分濃度，所述測量單元的特征在于包括:照射部，向所述試樣氣體中照射測量光；受光部，在受光面接收所述測量光；凈化氣體導(dǎo)入部，將凈化氣體導(dǎo)入所述照射部和/或所述受光部的附近；以及聚光透鏡，配置在所述測量光從所述照射部到所述受光部的光路上，使傳送路徑變化的所述測量光聚光到所述受光部的受光面內(nèi)，所述傳送路徑變化是由所述試樣氣體和所述凈化氣體的溫度差產(chǎn)生的熱透鏡效應(yīng)導(dǎo)致的。
[0016]即使當(dāng)測量光的路徑因熱透鏡效應(yīng)而發(fā)生折射時(shí)，也可以良好地在受光部的受光面內(nèi)接收測量光。此外，可以穩(wěn)定地向受光面內(nèi)的規(guī)定位置照射測量光。因此，可以在受光部中準(zhǔn)確地得到測量光的信息，并且可以基于該信息準(zhǔn)確地分析試樣氣體中的規(guī)定成分。
[0017]聚光透鏡配置在接近受光部的前方，所述測量單元還包括光學(xué)窗，所述光學(xué)窗配置在接近所述聚光透鏡的前方，用于至少保護(hù)所述聚光透鏡，凈化氣體導(dǎo)入部將凈化氣體導(dǎo)入到接近光學(xué)窗的前方。
[0018]通過在適當(dāng)?shù)奈恢脤?dǎo)入凈化氣體，可以良好地保護(hù)光學(xué)系統(tǒng)部件。此外，即使與其相反而容易產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)，也可以通過具有聚光透鏡，良好地在受光部的受光面內(nèi)接收測量光。
[0019]測量單元可以還包括筒狀的探頭管，該探頭管設(shè)置有將試樣氣體導(dǎo)入內(nèi)部的導(dǎo)入孔。凈化氣體導(dǎo)入部可以向探頭管內(nèi)導(dǎo)入凈化氣體，并且照射部向?qū)胩筋^管內(nèi)的試樣氣體中照射測量光。
[0020]特別是在因熱透鏡效應(yīng)而使測量光容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)向的探頭方式的測量單元中，可以良好地在受光部的受光面內(nèi)接收測量光。
[0021]測量單元還可以包括配置在探頭管一個端部的反射鏡。照射部可以配置在探頭管的另一個端部，向反射鏡照射測量光，受光部可以配置在探頭管的另一個端部，接收通過所述反射鏡而被反射的測量光。[0022]聚光透鏡的數(shù)值孔徑可以在0.08以上。
[0023]例如，當(dāng)受光部的受光面由多層半導(dǎo)體構(gòu)成時(shí)，可以抑制因該半導(dǎo)體層中的測量光的多重反射導(dǎo)致的干涉。因此，可以準(zhǔn)確地在受光部中檢測測量光的光量。
[0024]受光部相對于聚光透鏡傾斜配置，以使得受光面和聚光透鏡的成像面所成的角度在10 (° )以上。
[0025]例如，當(dāng)受光部的受光面由多層半導(dǎo)體構(gòu)成時(shí)，可以抑制因在該半導(dǎo)體層中的測量光的多重反射導(dǎo)致的干擾。因此，可以在受光部中準(zhǔn)確地檢測測量光的光量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是第一實(shí)施方式的測量單元I的外觀結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖2是表示第一實(shí)施方式的測量單元I內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0028]圖3是表示第一實(shí)施方式的測量單元I內(nèi)發(fā)生折射的測量光Lbl被聚光透鏡23引導(dǎo)到受光部24的受光面內(nèi)的情況的示意圖。
[0029]圖4是表示在第一實(shí)施方式的測量單元I中抑制照射點(diǎn)Lbpl在受光面上移動的圖。
[0030]圖5是表不第一實(shí)施方式的受光部24詳細(xì)結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0031]圖6是表示第一實(shí)施方式的測量單元I中改變聚光透鏡23和受光部24的設(shè)定而在各設(shè)定中得到的受光部24電信號穩(wěn)定性的曲線圖。
[0032]圖7是表示放大了圖6的一部分的曲線圖。
[0033]圖8是表示第二實(shí)施方式的測量單元2內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0034]圖9是表示以往的測量單元中不能良好地接收測量光Lb2的情況的示意圖。
[0035]圖10是表示在以往的測量單元中照射點(diǎn)Lbp2在受光面上移動的情況的圖。
[0036]附圖標(biāo)記說明
[0037]100、200氣體分析裝置
[0038]1、2測量單元
[0039]11探頭管
[0040]12光學(xué)單元
[0041]13 凸緣
[0042]14凈化氣體導(dǎo)入口
[0043]16凈化氣體導(dǎo)入管
[0044]21照射部
[0045]22反射鏡
[0046]23聚光透鏡
[0047]24受光部
[0048]30計(jì)算處理裝置
[0049]241 AR 涂層
[0050]242 InGaAs 吸收層
[0051]243 InP 晶片層
[0052]244封裝基板[0053]32振蕩器單元
[0054]33檢測器單元
[0055]54受光傳感器
【具體實(shí)施方式】
[0056](第I實(shí)施方式)
[0057]下面，對測量單元I和采用該測量單元I的氣體分析裝置100進(jìn)行說明。氣體分析裝置100是所謂的探頭方式的氣體分析裝置，測量單元I是所謂的探頭單元。首先，參照圖1和圖2，對測量單元I的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1是第一實(shí)施方式的測量單元I的外觀結(jié)構(gòu)圖。此外，圖2是表示第一實(shí)施方式的測量單元I內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖。另外，圖2是包含圖1所示的測量單元I的A-A剖面的圖。如圖1所示,測量單元I包括探頭管11、光學(xué)單元12和凸緣13。
[0058]探頭管11是圓筒狀的構(gòu)件，設(shè)置有利用擴(kuò)散向內(nèi)部導(dǎo)入試樣氣體Sg的導(dǎo)入孔
111。探頭管11的材質(zhì)可以根據(jù)測量單元I的使用環(huán)境選擇任意的金屬材料。例如，如圖1所示，導(dǎo)入孔111在探頭管11的側(cè)面形成為斷續(xù)的縫隙。如圖2所示，在探頭管11的內(nèi)部一個端部上具有反射鏡22。另一方面，探頭管11的另一個端部與光學(xué)單元12連接。
[0059]如圖2所示，光學(xué)單元12是光學(xué)裝置，其包括:照射部21、聚光透鏡23、受光部24和光學(xué)窗25。照射部21是光源裝置，用于向探頭管11內(nèi)部照射測量光Lbl。照射部21是典型的紅外線激光振蕩裝置或LED (Light Emitting Diode發(fā)光二極管)、或射出紫外線區(qū)域的光的重氫燈等射出規(guī)定波長區(qū)域的光的光源裝置。受光部24是在受光面上接收測量光Lbl的受光裝置。受光部24是典型的光電二極管等光電轉(zhuǎn)換裝置。聚光透鏡23是透鏡構(gòu)件，用于使測量光Lbl向受光部24的受光面內(nèi)聚光。聚光透鏡23配置在接近受光部24的前方。受光部24與計(jì)算處理裝置15電連接，將接收到的與測量光Lbl相關(guān)的信息(例如光量)作為電信號向計(jì)算處理裝置30發(fā)送。光學(xué)窗25是由能使測量光Lbl透過的材料形成的板狀構(gòu)件。例如，如圖2所示，光學(xué)窗25配置在光學(xué)單元12的箱體和探頭管11的連接部位、即接近照射部21和聚光透鏡23的前方，該光學(xué)窗25是保護(hù)照射部21和聚光透鏡23的構(gòu)件。另外，上述反射鏡22以將從照射部21照射出的測量光Lbl向受光部24反射的方式，預(yù)先配置在探頭管11內(nèi)。
[0060]計(jì)算處理裝置30控制照射部21和受光部24的動作，并且基于從受光部24接收到的信號來計(jì)算探頭管11內(nèi)的規(guī)定成分的濃度。計(jì)算處理裝置30基于用戶的操作和存儲在存儲裝置內(nèi)的程序進(jìn)行計(jì)算處理，該計(jì)算處理裝置30主要包括:CPU(Central ProcessingUnit中央處理單元)等信息處理裝置、存儲器等存儲裝置、接收用戶操作的接口裝置、以及顯示分析結(jié)果的顯示裝置等。
[0061 ] 如圖2所示，在上述探頭管11上設(shè)置有凈化氣體導(dǎo)入口 14，用于將凈化氣體Pa導(dǎo)入探頭管11的內(nèi)部。例如，如圖1和圖2所示，凈化氣體導(dǎo)入口 14設(shè)置在探頭管11與光學(xué)單元12連接的連接部附近。通過從這樣配置的凈化氣體導(dǎo)入口 14以規(guī)定壓力導(dǎo)入凈化氣體Pa，可以防止探頭管11內(nèi)的試樣氣體Sg和粉塵與光學(xué)單元12的光學(xué)窗25接觸，從而可以抑制光學(xué)窗25臟污和腐蝕。另外，圖2中由黑色粗線箭頭表示凈化氣體Pa的流道的圖像。此外，圖2中由白色箭頭表示試樣氣體Sg的流道的圖像。優(yōu)選的是，上述凈化氣體導(dǎo)入口 14配置在接近光學(xué)窗25的前方導(dǎo)入凈化氣體Pa。通過在這種適當(dāng)?shù)奈恢脤?dǎo)入凈化氣體Pa，可以良好地保護(hù)聚光透鏡23等光學(xué)系統(tǒng)部件。
[0062]此外，探頭管11具有凈化氣體導(dǎo)入管16，該凈化氣體導(dǎo)入管16向反射鏡22的前面導(dǎo)入凈化氣體Pa并對其進(jìn)行保護(hù)。按照這種結(jié)構(gòu)，可以防止探頭管11內(nèi)的試樣氣體Sg和粉塵與反射鏡22接觸，從而可以抑制反射鏡22的臟污和腐蝕。
[0063]此外，如圖2所示，在探頭管11上、且在導(dǎo)入孔111的兩端背面?zhèn)?試樣氣體Sg流動的上游側(cè))分別形成有孔67、68。通過使試樣氣體Sg從上述孔67、68流入，可以防止凈化氣體Pa流入探頭管11的中央部，而是使凈化氣體Pa與試樣氣體Sg混合并從導(dǎo)入孔111排出(SgPa)。導(dǎo)入孔111也用作排出凈化氣體Pa的排出口。
[0064]凸緣13用于將測量單元I固定在排出試樣氣體Sg的煙囪500上和/或封入試樣氣體Sg的容器內(nèi)(參照圖2)。凸緣13例如是圓盤板狀的構(gòu)件，在探頭管11的一個端部(與光學(xué)單元連接的一側(cè))上設(shè)置成被探頭管11貫通。凸緣13例如通過螺釘與煙囪500固定連接。
[0065]接著，對從照射部21照射出的測量光Lbl的光路進(jìn)行說明。圖2中由點(diǎn)劃線表示測量光Lbl的前進(jìn)路徑。如圖2所示，從照射部21照射出的測量光Lbl通過探頭管11內(nèi)部的空間而被反射鏡22反射。被反射鏡22反射的測量光Lbl通過探頭管11內(nèi)部的空間朝向受光部24前進(jìn)。由此，測量光Lbl在被試樣氣體Sg充滿的探頭管11內(nèi)的空間往復(fù)之后被受光部24接收。
[0066]在此，被反射鏡22反射的測量光Lbl在探頭管11內(nèi)因所謂的熱透鏡效應(yīng)而發(fā)生折射，有時(shí)并不一定從反射鏡22向受光部24直線前進(jìn)。更具體地說，試樣氣體Sg和凈化氣體Pa流入探頭管11內(nèi)，當(dāng)上述試樣氣體Sg和凈化氣體Pa之間存在溫度差時(shí)，在探頭管11內(nèi)產(chǎn)生空間性的溫度的梯度變化。有時(shí)與這種溫度的梯度變化對應(yīng)而在探頭管11內(nèi)產(chǎn)生空間性的折射率變化，測量光Lbl發(fā)生折射。
[0067]鑒于這個問題點(diǎn)，測量單元I為具有聚光透鏡23的結(jié)構(gòu)。通過使測量單元I具有聚光透鏡23，如圖3所示，可以改變折射后的測量光Lbl的前進(jìn)方向，從而能將測量光Lbl引導(dǎo)到受光部24的受光面內(nèi)。圖3是表示在測量單元I內(nèi)折射的測量光Lbl被聚光透鏡23向受光部24的受光面內(nèi)引導(dǎo)的情況的示意圖。具體地說，如圖3所示因熱透鏡效應(yīng)折射后沿著路徑R3的測量光Lbl，通過射入聚光透鏡23改變前進(jìn)方向而沿著路徑R2，最終到達(dá)受光部24的受光面內(nèi)。
[0068]此外，按照測量單元1，射入聚光透鏡23的測量光Lbl在與聚光透鏡23的特性對應(yīng)的規(guī)定聚光點(diǎn)聚光。因此，如圖4所示，可以抑制受光部24受光面上的測量光Lbl的照射點(diǎn)Lbpl不必要的移動。另外，圖4是表示在測量單元I中抑制照射點(diǎn)Lbpl在受光面上移動的情況的圖。圖4中軌跡線Trl是表示照射點(diǎn)Lbpl的移動軌跡的線。圖4中，軌跡線Trl未呈蛇形，所以顯示出抑制了如上所述照射點(diǎn)Lbpl的移動。由此，按照本發(fā)明實(shí)施方式的測量單元1，可以始終在受光部24受光面上的規(guī)定區(qū)域內(nèi)接收測量光Lbl。因此，即使假設(shè)受光部24因受光面的位置而在受光靈敏度特性上具有偏差，也不會受到這種靈敏度特性偏差的影響而能夠從受光部24得到穩(wěn)定的受光信號。
[0069]如上所述，按照測量單元1，可以在受光部24的受光面內(nèi)良好地接收在探頭管11內(nèi)往復(fù)的測量光Lbl。即，可以從受光部24得到與測量光Lbl光量對應(yīng)的準(zhǔn)確的電信號。因此，在具有測量單元I的氣體分析裝置100中，可以基于準(zhǔn)確的電信號，準(zhǔn)確地對試樣氣體Sg進(jìn)行分析。
[0070]特別是由于在探頭方式的氣體分析裝置中，試樣氣體和凈化氣體被導(dǎo)入探頭管內(nèi)有限的空間內(nèi)，所以容易使測量光的傳送空間中凈化氣體相對于試樣氣體所占的比例高于開口孔方式的裝置。即，與開口孔方式的裝置相比，探頭方式的氣體分析裝置容易產(chǎn)生因熱透鏡效應(yīng)而導(dǎo)致的測量光的折射。因此，如果本實(shí)施方式應(yīng)用于如上所述探頭方式的測量單元I和具有該測量單元I的氣體分析裝置100，則更有效。
[0071]另外，在測量單元I中，作為聚光透鏡23優(yōu)選使用數(shù)值孔徑NA (NumericalAperture)在0.08以上的透鏡。受光部24優(yōu)選配置成受光部24的受光面和該聚光透鏡23的光軸實(shí)質(zhì)上垂直。當(dāng)將聚光透鏡23聚光的光線相對于光軸的最大角度作為q>，將聚光透鏡23和受光部24之間介質(zhì)的折射率作為η時(shí)，數(shù)值孔徑NA是由式(I)表示的值。
[0072]
NA = nsin(p …(I)
[0073]即，數(shù)值孔徑NA是與聚光透鏡23的聚光角成比例的值。
[0074]此外，在測量單元I中，當(dāng)將相對于聚光透鏡23成像面的受光部24的受光面的角度作為傾斜角ω時(shí)(參照圖3)，以使傾斜角ω成為10(° )以上的方式，將受光部24配置成相對于聚光透鏡23傾斜 。因此，由于能夠不使數(shù)值孔徑NA過大而抑制多重反射，所以在聚光透鏡23和受光部24之間的距離方面，可以提高設(shè)計(jì)自由度。此外，能夠防止因射入的光直接被反射、返回而成為噪聲成分。
[0075]下面，對優(yōu)選使聚光透鏡23的數(shù)值孔徑NA在0.08以上、并進(jìn)一步使傾斜角ω為10 (° )以上的理由進(jìn)行說明。
[0076]上述受光部24的受光面由圖5所示的多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體構(gòu)成。圖5是表示受光部24詳細(xì)結(jié)構(gòu)的剖面圖。具體地說，受光部24包括:封裝基板244 ；ΙηΡ晶片層243，設(shè)置在封裝基板244的主平面上；InGaAs吸收層242，形成在InP晶片層243中；以及AR (AntiReflection抗反射膜)涂層241，形成在InP晶片層243表面上。另外，對封裝基板244表面進(jìn)行鍍金。利用這種AR涂層241涂布的面成為受光部24的受光面。射入受光部24受光面的測量光Lbl被InGaAs吸收層242吸收。并且，受光部24生成與被InGaAs吸收層242吸收的光量對應(yīng)的電信號，并將該電信號輸出到計(jì)算處理裝置30。另外，受光部24對測量光Lbl進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的方法可以使用以往眾所周知的任意方法。
[0077]在此，在以往的技術(shù)中，當(dāng)受光部24接收測量光Lbl時(shí)，有時(shí)在上述圖5所示的半導(dǎo)體層中會產(chǎn)生多重反射和伴隨該多重反射的干涉(所謂的校準(zhǔn)效果)，從而不能準(zhǔn)確地得到與測量光Lbl光量對應(yīng)的電信號。更具體地說，射入受光部24的測量光Lbl，在AR涂層241中有一部分被反射、而向InP晶片層243中前進(jìn)。測量光Lbl在InP晶片層243中一部分被InGaAs吸收層242吸收之后，透過上述層而被封裝基板244的表面反射。被封裝基板244表面反射的測量光Lbl再次透過InP晶片層243中和InGaAs吸收層242，在AR涂層241和InP晶片層243的邊界再次反射。由此，當(dāng)測量光Lbl以規(guī)定的入射角射入受光部24的受光面時(shí),有時(shí)在構(gòu)成受光部24的半導(dǎo)體層中反復(fù)反射,反射光和入射光會相互干涉。并且，如果產(chǎn)生這種干涉，則在射入受光部24的時(shí)點(diǎn)，即使測量光Lbl的強(qiáng)度固定，有時(shí)被InGaAs吸收層242吸收的光量也不穩(wěn)定,從受光部24得到的電信號的大小不穩(wěn)定。[0078]從以上的問題點(diǎn)可以看出，優(yōu)選在測量單元I中抑制上述校準(zhǔn)效果，因此，優(yōu)選使朝向測量光Lbl的受光部24受光面的入射角Θ變大來抑制多重反射。在此，聚光透鏡23的數(shù)值孔徑NA越大，入射角Θ的取值越大。此外，也可以通過使受光部24的受光面相對于聚光透鏡23的光軸傾斜，來調(diào)整入射角Θ的取值?？紤]到上述問題點(diǎn)的
【發(fā)明者】在后述實(shí)驗(yàn)中反復(fù)試錯后得到以下結(jié)論:在測量單元I中優(yōu)選使聚光透鏡23的數(shù)值孔徑NA在0.08以上，并且使入射角Θ在10 (° )以上。
[0079]以下，在測量單元I中，表示對聚光透鏡23的數(shù)值孔徑NA和傾斜角ω的值進(jìn)行各種變更而得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖6是表示在第一實(shí)施方式的測量單元I中改變聚光透鏡23和受光部24的設(shè)定而在各設(shè)定中得到的受光部24電信號穩(wěn)定性的曲線圖。圖6的縱軸表示在對應(yīng)的數(shù)值孔徑NA和入射角Θ時(shí)測量的受光部24電信號強(qiáng)度的峰值和谷值的差值ΔΕ (a.U.)。此外，圖6的橫軸表示入射角Θ (° )。另外，圖6中，點(diǎn)劃曲線表示將NA =0.02的透鏡用作聚光透鏡23時(shí)的差值ΛΕ,實(shí)線曲線表示將NA = 0.08的透鏡用作聚光透鏡23時(shí)的差值ΛΕ。
[0080]此外，如圖6、圖7所示，可以看出如果在數(shù)值孔徑NA的值在0.08以上時(shí)使入射角Θ為10(° )以上，則能使差值ΛΕ收束為無限接近O的值。另外，圖7是放大圖6—部分的圖。圖7的縱軸和橫軸表示與圖6相同的參數(shù)。圖7中，實(shí)線曲線表示將NA = 0.08的透鏡用作聚光透鏡23時(shí)的差值Λ Ε，雙點(diǎn)劃曲線表示將NA = 0.14的透鏡用作聚光透鏡23時(shí)的差值ΛΕ。
[0081]以上，如圖6和圖7所示，在測量單元I中，通過使聚光透鏡23的數(shù)值孔徑NA在
0.08以上，可以從受光部24得到更準(zhǔn)確的電信號。更優(yōu)選的是，通過使入射角Θ在10(° )以上，可以得到更準(zhǔn)確的電信號。因此，在具有這樣設(shè)定了聚光透鏡23和受光部24的測量單元I的氣體分析裝置100中，基于更準(zhǔn)確的電信號，可以更準(zhǔn)確地分析試樣氣體Sg。
[0082](第二實(shí)施方式)
[0083]在上述第一實(shí)施方式中，說明了將本發(fā)明應(yīng)用于探頭方式的測量單元的例子，但是也可以將本發(fā)明應(yīng)用于開口孔方式的測量單元。下面，對第二實(shí)施方式的測量單元2和使用該測量單元2的氣體分析裝置200進(jìn)行說明。另外，與上述第一實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)采用相同的附圖標(biāo)記，并省略了詳細(xì)說明。
[0084]圖8是表示第二實(shí)施方式的測量單元2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖。如圖8所示,測量單元2由形成為單獨(dú)個體的振蕩器單元32和檢測器單元33構(gòu)成。振蕩器單元32安裝在試樣氣體Sg流動的煙? 500的一個側(cè)面上，檢測器單元33以相互對置的方式安裝在煙囪500的另一個側(cè)面上。
[0085]振蕩器單兀32包括:照射部21、光學(xué)窗25Α、凈化氣體導(dǎo)入口 14Α和凸緣13Α。光學(xué)窗25Α配置在接近照射部21的前方，凈化氣體導(dǎo)入口 14Α在接近光學(xué)窗25Α的前方將凈化氣體Pa導(dǎo)入與煙囪500連接的空間內(nèi)。檢測器單元33包括:聚光透鏡23、受光部24、光學(xué)窗25Β、凈化氣體導(dǎo)入口 14Β和凸緣13Β。聚光透鏡23配置在接近受光部24的前方，光學(xué)窗25Β配置在接近聚光透鏡23的前方，凈化氣體導(dǎo)入口 14Β在接近光學(xué)窗25Β的前方將凈化氣體Pa導(dǎo)入與煙囪500連接的空間內(nèi)。
[0086]另外，振蕩器單元32和檢測器單元33通過各凸緣13Α、13Β安裝在煙囪500上，以從照射部21照射出的測量光Lbl向受光部24照射的方式，預(yù)先調(diào)整相互的位置。[0087]如上所述，按照測量單元2，與第一實(shí)施方式同樣，即使因凈化氣體Pa和試樣氣體Sg產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)而使測量光Lbl發(fā)生折射，也可以利用聚光透鏡23良好地將測量光Lbl聚光到受光部24的受光面內(nèi)。另外，在第二實(shí)施方式中，優(yōu)選的也是使數(shù)值孔徑NA在0.08以上，并且使入射角Θ在10 (° )以上。
[0088]工業(yè)實(shí)用性
[0089]與以往相比，本發(fā)明的測量單元和氣體分析裝置能夠作為準(zhǔn)確地分析試樣氣體的測量單元和氣體分析裝置等來使用。
【權(quán)利要求】
1.一種用于分析裝置的測量單元，所述分析裝置分析試樣氣體中的規(guī)定成分濃度， 所述測量單元的特征在于包括: 照射部，向所述試樣氣體中照射測量光； 受光部，在受光面接收所述測量光； 凈化氣體導(dǎo)入部，將凈化氣體導(dǎo)入所述照射部和/或所述受光部的附近；以及聚光透鏡，配置在所述測量光從所述照射部到所述受光部的光路上，使傳送路徑變化的所述測量光聚光到所述受光部的受光面內(nèi)，所述傳送路徑變化是由所述試樣氣體和所述凈化氣體的溫度差產(chǎn)生的熱透鏡效應(yīng)導(dǎo)致的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量單元，其特征在于， 所述聚光透鏡配置在接近所述受光部的前方， 所述測量單元還包括光學(xué)窗，所述光學(xué)窗配置在接近所述聚光透鏡的前方，用于至少保護(hù)所述聚光透鏡， 所述凈化氣體導(dǎo)入部將所述凈化氣體導(dǎo)入到接近所述光學(xué)窗的前方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測量單元，其特征在于， 所述測量單元還包括筒狀的探頭管，所述探頭管設(shè)置有將所述試樣氣體導(dǎo)入內(nèi)部的導(dǎo)入孔，所述凈化氣體導(dǎo)入部將所述凈化氣體導(dǎo)入所述探頭管內(nèi)， 所述照射部向?qū)胨鎏筋^管內(nèi)的所述試樣氣體中照射所述測量光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量單元，其特征在于， 所述測量單元還包括配置在所述探頭管一個端部的反射鏡， 所述照射部配置在所述探頭管的另一個端部，向所述反射鏡照射所述測量光， 所述受光部配置在所述探頭管的所述另一個端部，接收通過所述反射鏡而被反射的所述測量光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任意一項(xiàng)所述的測量單元，其特征在于，所述聚光透鏡的數(shù)值孔徑在0.08以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任意一項(xiàng)所述的測量單元，其特征在于，所述受光部相對于所述聚光透鏡傾斜配置，以使所述受光面和所述聚光透鏡的成像面所成的角度在10 )以上。
7.一種氣體分析裝置，其特征在于包括: 權(quán)利要求1~6中任意一項(xiàng)所述的測量單元；以及 計(jì)算處理裝置，基于從所述受光部接收到的信號，計(jì)算試樣氣體中的規(guī)定成分濃度。
【文檔編號】G01N21/61GK103547910SQ201280024532
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月20日
【發(fā)明者】右近壽一郎, 井戶琢也, 大西敏和, 辻本敏行 申請人:株式會社堀場制作所