本發(fā)明涉及利用光吸收進(jìn)行氣體分析的分析裝置和該分析裝置的分析方法。

背景技術(shù)：

以往，已被公眾所知的有一種利用光吸收對作為測量對象的測量對象氣體進(jìn)行分析的分析裝置。在這種分析裝置中進(jìn)行校正，以降低因光源等的特性變化對分析結(jié)果造成的影響。

在專利文獻(xiàn)1中公開了用于對利用光吸收對測量對象氣體進(jìn)行分析的分析裝置進(jìn)行校正的校正方法和校正裝置。在專利文獻(xiàn)1中公開的校正方法和校正裝置中，利用測量預(yù)定濃度的水分的吸收光譜強(qiáng)度和已知與該吸收光譜強(qiáng)度關(guān)系的氣體的吸收光譜強(qiáng)度的關(guān)系，進(jìn)行測量水分濃度的水分濃度測量裝置的校正。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利公開公報特開2013-130509號

在所述專利文獻(xiàn)1的校正方法中，由于是通過對測量光進(jìn)行調(diào)制來得到微分光譜的方式，所以存在如下的問題：得到的信號強(qiáng)度不是吸光度，當(dāng)發(fā)生了經(jīng)時性的強(qiáng)度變化時修正的精度下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于在利用光吸收對測量對象氣體進(jìn)行分析的分析裝置中，確認(rèn)測量光的更詳細(xì)的經(jīng)時性變化對吸光度造成的影響。

下面，作為用于解決問題的手段對各種方式進(jìn)行說明。根據(jù)需要，可以對所述方式進(jìn)行任意組合。

本發(fā)明提供一種分析裝置，其利用從光源輸出的測量光對測量對象氣體進(jìn)行分析，所述分析裝置包括：基準(zhǔn)氣體填充空間，其形成在所述測量光的光路上，以預(yù)先確定的第一濃度填充有與所述測量對象氣體不同的基準(zhǔn)氣體；光譜生成部，其生成將檢測光的波長和所述檢測光的相對強(qiáng)度取得關(guān)聯(lián)而得到的實測光譜數(shù)據(jù)，所述檢測光是通過了所述基準(zhǔn)氣體填充空間的所述測量光；以及光譜比較部，其計算基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)和所述實測光譜數(shù)據(jù)的差異，所述基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)通過直接吸收法預(yù)先實測所述第一濃度的所述基準(zhǔn)氣體的吸收光譜而得到。

由此，能夠確認(rèn)測量光的經(jīng)時性變化對吸光度造成的影響。

光譜生成部可以基于未由基準(zhǔn)氣體進(jìn)行吸光時的測量光的強(qiáng)度和檢測光的強(qiáng)度的關(guān)系，計算檢測光的相對強(qiáng)度。

光譜生成部可以生成分析用光譜數(shù)據(jù)，所述分析用光譜數(shù)據(jù)是將分析檢測光的波長和該分析檢測光的相對強(qiáng)度取得關(guān)聯(lián)而得到的數(shù)據(jù)，用于測量對象氣體的分析，所述分析檢測光是通過了存在有測量對象氣體的區(qū)域的測量光。在該情況下，利用使實測光譜數(shù)據(jù)的檢測光的相對強(qiáng)度的峰值強(qiáng)度與基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)的對應(yīng)的吸收峰值的吸光度一致的強(qiáng)度變化函數(shù)，修正分析檢測光的相對強(qiáng)度。

由此，在分析用光譜數(shù)據(jù)中，能夠計算具有與測量對象氣體的吸收峰值的吸光度對應(yīng)的強(qiáng)度的分析檢測光的相對強(qiáng)度。

可以利用使實測光譜數(shù)據(jù)的檢測光的相對強(qiáng)度的峰值位置與基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)的對應(yīng)的吸收峰值位置一致的波長變化函數(shù)，計算分析用光譜數(shù)據(jù)的分析檢測光的波長。

由此，可以使分析用光譜數(shù)據(jù)的分析檢測光的相對強(qiáng)度的峰值位置與測量對象氣體的對應(yīng)的吸收峰值位置一致。

該分析裝置可以還包括光源控制部和實測數(shù)據(jù)取得部。光源控制部邊使控制測量光的強(qiáng)度和/或波長的測量光控制信號在規(guī)定的信號值范圍內(nèi)隨時間變化邊向光源輸出所述測量光控制信號。實測數(shù)據(jù)取得部測量檢測光的強(qiáng)度，并且將該檢測光的強(qiáng)度和測量該檢測光強(qiáng)度時的測量光控制信號取得關(guān)聯(lián)并生成實測數(shù)據(jù)。在該情況下，光譜生成部根據(jù)實測數(shù)據(jù)生成實測光譜數(shù)據(jù)。由此，可以根據(jù)檢測光的強(qiáng)度的測量值得到實測光譜數(shù)據(jù)。

也可以是下述方式：當(dāng)基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)和實測光譜數(shù)據(jù)的差異成為了規(guī)定的值以上時，光源控制部將測量光控制信號的信號值范圍從當(dāng)前的信號值范圍改變。由此，測量對象氣體分析時等，可以取得能夠用于分析的適當(dāng)?shù)姆治鲇霉庾V數(shù)據(jù)。

分析裝置還可以包括基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入部，所述基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入部向基準(zhǔn)氣體填充空間導(dǎo)入基準(zhǔn)氣體。由此，可以邊控制壓力邊高精度地向基準(zhǔn)氣體填充空間填充基準(zhǔn)氣體。此外，也不需要選擇導(dǎo)入的基準(zhǔn)氣體的氣體種類。

測量對象氣體可以是水分、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、氯化氫、氟化氫、硫化氫、溴化氫、氨氣、氮氧化物、四甲基銦或三甲基鎵中的任意一種。由此，對于具有吸附性和/或腐蝕性等而難以使用的測量對象氣體、不能準(zhǔn)備高濃度的氣體等、作為在現(xiàn)場難以準(zhǔn)備的測量對象氣體，分析裝置尤其能夠發(fā)揮所述效果。

基準(zhǔn)氣體可以是水分或烴氣。由此，利用在用于分析的波長范圍內(nèi)出現(xiàn)的多個吸收峰值，可以高精度地計算實測光譜數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)的差異。

本發(fā)明還提供一種分析方法，其利用從光源輸出的測量光對測量對象氣體進(jìn)行分析，包括如下步驟。

◎在測量光的光路上形成基準(zhǔn)氣體填充空間的步驟，該基準(zhǔn)氣體填充空間以預(yù)先確定的第一濃度填充有與測量對象氣體不同的基準(zhǔn)氣體。

◎生成將檢測光的波長和檢測光的相對強(qiáng)度取得關(guān)聯(lián)而得到的實測光譜數(shù)據(jù)的步驟，所述檢測光是通過了基準(zhǔn)氣體填充空間的測量光。

◎計算基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)和實測光譜數(shù)據(jù)的差異的步驟，所述基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)通過直接吸收法預(yù)先實測第一濃度的基準(zhǔn)氣體的吸收光譜而得到。

由此，能夠確認(rèn)測量光的經(jīng)時性變化對吸光度造成的影響。

在利用光吸收對測量對象氣體進(jìn)行分析的分析裝置中，能夠詳細(xì)地確認(rèn)測量光的經(jīng)時性變化。

附圖說明

圖1是第一實施方式的分析裝置的剖視示意圖。

圖2是表示控制部的構(gòu)成的圖。

圖3是表示分析裝置的測量光的特性變化監(jiān)測方法的流程圖。

圖4是表示實測數(shù)據(jù)的一個例子的圖。

圖5是表示前處理數(shù)據(jù)的一個例子的圖。

圖6是表示比較實測光譜數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)的一個例子的圖。

圖7是表示波長變化函數(shù)的一個例子的圖。

圖8是表示比較實測光譜數(shù)據(jù)(波長變化函數(shù)修正后)和基準(zhǔn)吸收光譜的一個例子的圖。

圖9是表示強(qiáng)度變化函數(shù)的一個例子的圖。

圖10是表示比較實測光譜數(shù)據(jù)(波長變化函數(shù)修正+強(qiáng)度變化函數(shù)修正后)和基準(zhǔn)吸收光譜的一個例子的圖。

圖11是表示分析實測數(shù)據(jù)的一個例子的圖。

圖12是表示分析用光譜數(shù)據(jù)的一個例子的圖。

圖13是表示第二實施方式的分析裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

100、200分析裝置

1煙道

1a壁

2探頭管

3光源

4受光部

4a第一受光部

4b第二受光部

5第一反射鏡

6基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入部

7控制部

8第二反射鏡

9凈化氣體導(dǎo)入部

11分波部

12反射鏡

13已知物質(zhì)單元

21導(dǎo)入孔

71填充空間控制部

72光源控制部

73檢測光取得部

74實測數(shù)據(jù)取得部

75光譜生成部

76光譜比較部

77修正部

78存儲部

c箱體

da分析實測數(shù)據(jù)

da’前處理分析數(shù)據(jù)

das分析用光譜數(shù)據(jù)

dm實測數(shù)據(jù)

dm’前處理數(shù)據(jù)

dms、dms’、dms”實測光譜數(shù)據(jù)

dss基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)

f1、f1’波長變化函數(shù)

f2、f2’強(qiáng)度變化函數(shù)

gc基準(zhǔn)氣體

ge排氣

gs測量對象氣體

lm測量光

pa凈化空氣

pc基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入管

sc基準(zhǔn)氣體填充空間、填充空間

tm1第一光路

tm2第二光路

w、w1光學(xué)窗

f凸緣

具體實施方式

(1)氣體分析裝置整體的結(jié)構(gòu)

參照圖1，對本發(fā)明一種實施方式的分析裝置100進(jìn)行說明。圖1是分析裝置的剖視示意圖。

分析裝置100例如對包含在流過煙道1的排氣ge中的測量對象氣體gs進(jìn)行分析。另外，分析裝置100也可以將在各種制造工序(例如半導(dǎo)體工序、石油化學(xué)工序等)中產(chǎn)生的處理氣體作為測量對象氣體gs來進(jìn)行分析。分析裝置100例如可以將水分(h2o)、氧氣(o2)、氯化氫(hcl)、溴化氫(hbr)、氟化氫(hf)、或氨氣(nh3)、一氧化氮(no)、二氧化氮(no2)、一氧化二氮(n2o)等氮氧化物(nox)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)、硫化氫(h2s)、二氧化硫(so2)等硫氧化物(sox)、四甲基銦(tetramethylindium、tmi)、以及三甲基鎵(trimethylgallium、tmga)等作為測量對象氣體gs來進(jìn)行分析。

本實施方式的分析裝置100包括探頭管2，該探頭管2通過凸緣f與構(gòu)成煙道1的壁1a連接，一部分插入煙道1中。探頭管2是圓筒狀構(gòu)件，導(dǎo)入孔21設(shè)置在插入煙道1中的部位上，所述導(dǎo)入孔21通過擴(kuò)散將排氣ge導(dǎo)入內(nèi)部。探頭管2的材質(zhì)例如可以是對強(qiáng)酸性和/或強(qiáng)堿性具有耐久性的金屬等。另外，可以對探頭管2的表面涂布涂層。

分析裝置100包括光源3，該光源3配置在探頭管2基端部的箱體c內(nèi)部。光源3向探頭管2的內(nèi)部空間輸出測量光lm。光源3輸入后述的測量光控制信號s，并且輸出具有與該測量光控制信號s對應(yīng)的波長和強(qiáng)度的測量光lm。在本實施方式中，光源3是dfb激光二極管(分布反饋激光二極管(distributedfeedbacklaserdiode))。在這種情況下，測量光lm例如是具有0.7μm～4μm范圍的波長的紅外光。此外，在這種情況下，測量光控制信號s是輸入光源3的電流。

另外，作為光源3可以使用具備外部諧振器的光源等。

分析裝置100包括受光部4，該受光部4配置在壁1a外側(cè)的光源3的附近。受光部4例如是光電二極管等光電轉(zhuǎn)換裝置，該光電轉(zhuǎn)換裝置將檢測光強(qiáng)度i輸出為檢測光強(qiáng)度信號，所述檢測光強(qiáng)度i是通過了探頭管2的內(nèi)部空間的測量光lm的強(qiáng)度。

在本實施方式中，光源3和受光部4通過能夠透過測量光lm的光學(xué)窗w與探頭管2的內(nèi)部空間隔開。此外，在探頭管2的內(nèi)部空間的從光學(xué)窗w離開規(guī)定的距離的位置配置有能夠透過測量光lm的光學(xué)窗w1，在該光學(xué)窗w1與光學(xué)窗w之間、且在測量光lm的光路上形成有基準(zhǔn)氣體填充空間sc(以下稱為“填充空間sc”)。由此，通過利用兩個光學(xué)窗形成填充空間sc，能夠確保填充空間sc的密封性。

另外，填充空間sc并不限于由兩個光學(xué)窗w、w1形成的情況，可以通過將具有以第一濃度填充有基準(zhǔn)氣體gc的空間、且能夠透過測量光lm的構(gòu)件配置在探頭管2的內(nèi)部空間而形成填充空間sc。此外，也可以不利用光學(xué)窗w1，而是利用配置在探頭管2內(nèi)部空間中的第一反射鏡5(后述)和光學(xué)窗w形成填充空間sc。

此外，在利用兩個光學(xué)窗w、w1形成填充空間sc的情況下，取得后述的實測光譜數(shù)據(jù)dms時可以不插入第一反射鏡5，通過第二反射鏡8(后述)反射測量光lm。

分析裝置100包括第一反射鏡5。第一反射鏡5例如是角隅棱鏡或可動式平面反射鏡，能夠利用未圖示的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，插入填充空間sc的煙道1一側(cè)或從該部位取出。如圖1所示，第一反射鏡5存在于探頭管2的內(nèi)部空間中時，通過了填充空間sc的測量光lm被第一反射鏡5反射后射入受光部4。

另外，在分析執(zhí)行期間，可以從探頭管2的內(nèi)部空間中去掉第一反射鏡5，也可以插入該內(nèi)部空間中。

分析裝置100包括基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入部6?；鶞?zhǔn)氣體導(dǎo)入部6將與測量對象氣體gs不同的基準(zhǔn)氣體gc填充到填充空間sc中。基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入部6是將第一濃度的基準(zhǔn)氣體gc作為第一濃度導(dǎo)入的氣體供給裝置。由此，基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入部6可以不選擇氣體種類，調(diào)整壓力并高精度地導(dǎo)入基準(zhǔn)氣體gc。

在本實施方式中，基準(zhǔn)氣體gc例如是甲烷(ch4)、乙烯(c2h4)、乙炔(c2h2)等烴氣或水分(h2o)。一般來說，水分和烴氣在用于分析的波長區(qū)域內(nèi)具有多個吸收峰值。由此，通過將水分或烴氣作為基準(zhǔn)氣體gc，可以高精度地計算實測光譜數(shù)據(jù)dms和基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss的差異。

分析裝置100包括控制部7?？刂撇?是計算機(jī)系統(tǒng)，該計算機(jī)系統(tǒng)具有cpu(中央處理單元(centralprocessingunit))、ram、rom等存儲裝置、顯示部(例如液晶顯示器等)和各種接口。此外，以下的控制部7的各構(gòu)成部分的功能可以作為存儲在存儲裝置內(nèi)并且由該計算機(jī)系統(tǒng)能夠執(zhí)行的程序來實現(xiàn)。

控制部7控制分析裝置100。如圖2所示，控制部7具有：填充空間控制部71、光源控制部72(例如d/a轉(zhuǎn)換器)、檢測光取得部73(例如a/d轉(zhuǎn)換器)、實測數(shù)據(jù)取得部74、光譜生成部75、光譜比較部76、修正部77、以及與控制部7的存儲裝置的存儲區(qū)域?qū)?yīng)的存儲部78。將在后面對控制部7的各構(gòu)成部分的功能和動作進(jìn)行詳細(xì)說明。

分析裝置100可以在探頭管2的煙道1一側(cè)的前端部具有第二反射鏡8。第二反射鏡8例如是角隅棱鏡或平面反射鏡，在分析執(zhí)行期間朝向受光部4反射在探頭管2的內(nèi)部空間傳送來的測量光lm。由此，可以用受光部4測量通過了導(dǎo)入有排氣ge的空間的測量光lm的強(qiáng)度，分析排氣ge中的測量對象氣體gs。

分析裝置100可以包括凈化氣體導(dǎo)入部9。凈化氣體導(dǎo)入部9向探頭管2的內(nèi)部空間導(dǎo)入凈化空氣pa(圖9)。由此，可以防止第二反射鏡8等被排氣ge污染。

(2)分析裝置的光源的特性變化監(jiān)測方法

接著，參照圖3所示的流程圖，說明本實施方式的分析裝置100的光源的特性變化的確認(rèn)(特性變化監(jiān)測)方法。

在特性變化監(jiān)測執(zhí)行之前，控制部7取得分析等所必要的數(shù)據(jù)(步驟s1)。具體地說，控制部7預(yù)先通過直接吸收法并利用適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了校正的光源3(分析裝置100)和基準(zhǔn)氣體gc，實測并取得基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss，并存儲在存儲部78內(nèi)，所述基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss表示用于特性變化監(jiān)測的第一濃度的基準(zhǔn)氣體gc的吸收光譜。

此外，分析裝置100出廠時，或者在以下說明的波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)的修正后等成為能夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分析的狀態(tài)下，通過實測取得數(shù)個種類的預(yù)先確定的濃度的測量對象氣體gs的吸收光譜sp，并且存儲在存儲部78內(nèi)。由此，能夠得到測量對象氣體gs的濃度和測量對象氣體gs的吸收光譜強(qiáng)度的關(guān)系。

另外，例如，可以將第一濃度的基準(zhǔn)氣體gc吸收光譜的(規(guī)定的)吸收峰值的吸光度和規(guī)定濃度的測量對象氣體gs吸收光譜的(規(guī)定的)吸收峰值的吸光度的關(guān)系sp’存儲在存儲部78內(nèi)。

如果開始特性變化監(jiān)測，則基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入部6將以第一濃度包含基準(zhǔn)氣體gc(本實施方式中為甲烷氣體)的氣體填充到填充空間sc內(nèi)(步驟s2)。此外，填充空間控制部71輸出填充空間形成指令，按照該指令，將第一反射鏡5插入探頭管2的內(nèi)部空間(步驟s3)。由此，在本實施方式中，在測量光lm的光路上形成以第一濃度填充有基準(zhǔn)氣體gc的填充空間sc。

此后，光源控制部72使測量光控制信號s(電流值)從s1到sn周期性(鋸齒波形狀)地增加并向光源3輸出，并且向光源3輸出使強(qiáng)度隨時間變化的測量光lm(步驟s4)。

另外，光源控制部72可以輸出調(diào)節(jié)光源3的溫度的信號(例如調(diào)整設(shè)置在光源3上的溫度調(diào)節(jié)器的輸出強(qiáng)度的信號)，控制測量光lm(主要是波長)。

在測量光lm的輸出期間，實測數(shù)據(jù)取得部74在每個比測量光控制信號s的變化周期短的時間內(nèi)，用檢測光取得部73對檢測光強(qiáng)度信號進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換并取得該檢測光強(qiáng)度信號，該檢測光強(qiáng)度信號表示通過填充空間sc并被受光部4接收到的測量光lm(稱為檢測光)的強(qiáng)度。實測數(shù)據(jù)取得部74將檢測光強(qiáng)度和取得該檢測光強(qiáng)度的時刻取得關(guān)聯(lián)，并且取得實測數(shù)據(jù)dm(步驟s5)。

另外，實測數(shù)據(jù)取得部74也可以將實測數(shù)據(jù)dm的各時刻與該各時刻的測量光控制信號s的信號值取得關(guān)聯(lián)。由此，不僅可以取得時刻和檢測光強(qiáng)度的關(guān)系，而且可以取得輸入光源3的測量光控制信號s和檢測光強(qiáng)度的關(guān)系。

如果執(zhí)行所述步驟s4，則取得實測數(shù)據(jù)dm，該實測數(shù)據(jù)dm例如，如圖4所示，表示取得檢測光強(qiáng)度的各時刻t1、t2、···tn和該時刻的檢測光強(qiáng)度id1、id2、···idn的關(guān)系。圖4所示的實測數(shù)據(jù)dm在時刻t1后的時刻ta、tb、tc、td、te、tf，檢測光強(qiáng)度分別具有極小值，該極小值分別是ida、idb、idc、idd、ide、idf。由于基準(zhǔn)氣體gc對測量光lm的吸收而產(chǎn)生實測數(shù)據(jù)dm中的極小值。此外，圖4的虛線表示未被基準(zhǔn)氣體gc吸收的測量光lm(檢測光)的強(qiáng)度(稱為無吸光強(qiáng)度im)和時刻的關(guān)系。

取得實測數(shù)據(jù)dm后，光譜生成部75以如下方式通過直接吸收法，根據(jù)實測數(shù)據(jù)dm生成實測光譜數(shù)據(jù)dms(步驟s6)。

首先，光譜生成部75計算各時刻t1、t2、···tn的無吸光強(qiáng)度im1、im2、···imn。具體地說，例如，光譜生成部75利用將用圖4中的白點(diǎn)表示的實測數(shù)據(jù)dm的時刻t1、tg、th、ti、tj、tk、tn和該時刻的檢測光強(qiáng)度id1、idg、idh、idi、idj、idk、idn取得關(guān)聯(lián)而得到的坐標(biāo)值，并且利用通過數(shù)據(jù)擬合或線性插補(bǔ)等計算出的無吸光強(qiáng)度im的針對時刻的函數(shù)，計算無吸光強(qiáng)度im1、im2、···imn。

此后，光譜生成部75基于所述無吸光強(qiáng)度和檢測光強(qiáng)度的關(guān)系(比)，將實測數(shù)據(jù)dm的各時刻t1、t2、···tn的相對強(qiáng)度計算為a*log(im1/id1)、a*log(im2/id2)、···a*log(imn/idn)。所述相對強(qiáng)度與通過直接吸收法得到的基準(zhǔn)氣體gc的吸收光譜的吸光度對應(yīng)。此外，光譜生成部75將所述時刻(或該時刻的測量光控制信號s)和相對強(qiáng)度取得關(guān)聯(lián)，生成圖5所示的前處理數(shù)據(jù)dm’。

在圖5所示的前處理數(shù)據(jù)dm’中，在時刻ta’(信號值sa)、tb’(信號值sb)、tc’(信號值sc)、td’(信號值sd)、te’(信號值se)、tf’(信號值sf)(不是必須與時刻ta、tb、tc、td、te、tf一致)出現(xiàn)相對強(qiáng)度的峰值。

接著，光譜生成部75利用當(dāng)前存儲在存儲部78內(nèi)的、表示前處理數(shù)據(jù)dm’的各時刻(或者是在該時刻輸出的測量光控制信號s)和在該各時刻輸出的測量光lm波長的關(guān)系的波長變化函數(shù)f1，計算前處理數(shù)據(jù)dm’的各時刻的測量光lm的波長。

此后，光譜生成部75將計算出的各時刻的波長和各時刻的相對強(qiáng)度取得關(guān)聯(lián)，生成實測光譜數(shù)據(jù)dms。

生成實測光譜數(shù)據(jù)dms后，光譜比較部76計算實測光譜數(shù)據(jù)dms和基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss的差異(步驟s7)。

例如，光譜比較部76使控制部7的顯示部顯示在波長(修正前)和相對強(qiáng)度的坐標(biāo)上繪制有生成的實測光譜數(shù)據(jù)dms和基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss的結(jié)果。由此，可以在視覺上確認(rèn)兩個光譜數(shù)據(jù)的差異。

光譜比較部76不僅如上述那樣地在視覺上表示兩個光譜的差異，也可以使該差異數(shù)值化。例如，光譜比較部76可以將兩個光譜的峰值位置的差以數(shù)值方式計算為峰值差異的指標(biāo)，也可以將兩個光譜強(qiáng)度的差以數(shù)值方式計算為強(qiáng)度差異的指標(biāo)。

這樣，利用實測光譜數(shù)據(jù)dms和通過直接吸收法得到的基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss的差異，可以詳細(xì)地確認(rèn)測量光lm的波長和強(qiáng)度的經(jīng)時性變化的兩個方面。其結(jié)果，可以確認(rèn)測量光lm的經(jīng)時性變化對吸光度造成的影響。

此外，通過對實測光譜數(shù)據(jù)dms和基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss的差異進(jìn)行比較，例如也能夠判斷是否需要利用與測量對象氣體gs同種類的氣體對分析裝置100進(jìn)行校正。例如，當(dāng)該差異大時，能夠判斷為需要利用與測量對象氣體gs同種類的氣體進(jìn)行校正。

作為對實測光譜數(shù)據(jù)dms和基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss進(jìn)行比較后的結(jié)果，如圖6所示，實測光譜數(shù)據(jù)dms的各峰值位置和/或形狀與基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss的對應(yīng)的各吸收峰值位置和/或形狀不一致意味著當(dāng)前的波長變化函數(shù)和/或后述的強(qiáng)度變化函數(shù)因光源3的老化等而變得與當(dāng)前存儲在存儲部78中的波長變化函數(shù)f1和/或強(qiáng)度變化函數(shù)f2不一致。

因此，當(dāng)判斷為實測光譜數(shù)據(jù)dms和基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss的差異大時，修正部77可以對波長變化函數(shù)f1和/或強(qiáng)度變化函數(shù)f2進(jìn)行修正，以使基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss和實測光譜數(shù)據(jù)dms一致(步驟s8)。此后，可以執(zhí)行后述的測量對象氣體gs的分析(步驟s9～s12)。

具體地說，修正部77利用將前處理數(shù)據(jù)dm’的時刻ta’、tb’、td’、tf’和在該各時刻能夠取得的波長λa’、λb’、λd’、λf’(在基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss中出現(xiàn)對應(yīng)的吸收峰值的波長)取得關(guān)聯(lián)而得到的二維坐標(biāo)值(ta’、λa’)、(tb’、λb’)、(td’、λd’)、(tf’、λf’)，并通過數(shù)據(jù)擬合等，計算新的波長變化函數(shù)f1’并存儲在存儲部78中。其結(jié)果，如圖7所示，用雙點(diǎn)劃線表示的修正前的波長變化函數(shù)f1被修正為用實線表示的新的波長變化函數(shù)f1’。

如上所述，如果利用修正后的波長變化函數(shù)f1’，重新計算前處理數(shù)據(jù)dm’各時刻的波長，并且生成將新計算出的波長和該波長的相對強(qiáng)度取得關(guān)聯(lián)而得到的新的實測光譜數(shù)據(jù)dms’，則如圖8所示，成為實測光譜數(shù)據(jù)dms’的各峰值位置與基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss的對應(yīng)的吸收峰值位置一致。即，修正后的波長變化函數(shù)f1’是使實測光譜數(shù)據(jù)dms’的相對強(qiáng)度的各峰值位置與基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss的對應(yīng)的吸收峰值位置一致的函數(shù)。

接著，修正部77根據(jù)需要對圖8所示的實測光譜數(shù)據(jù)dms各峰值的相對強(qiáng)度與在基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss中對應(yīng)的吸收峰值的吸光度的差異(一般來說該差異很小)進(jìn)行修正。在此，設(shè)基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss的各波長λa’、λb’、λd’、λf’的吸光度分別是ba、bb、bd、bf。

修正部77利用將所述時刻ta’、tb’、td’、tf’(與波長λa’、λb’、λd’、λf’對應(yīng))和在該各時刻能夠取得的無吸光強(qiáng)度ima’、imb’、imd’、imf’取得關(guān)聯(lián)而得到的坐標(biāo)值(ta’、ima’)、(tb’、imb’)、(td’、imd’)、(tf’、imf’)，通過數(shù)據(jù)擬合等，計算新的強(qiáng)度變化函數(shù)f2’并將其存儲在存儲部78中。

例如通過針對ima’、imb’、imd’、imf’，求解出各波長λa’、λb’、λd’、λf’(時刻ta’、tb’、td’、tf’)的相對強(qiáng)度a*log(ima’/ida’)、a*log(imb’/ida’)、a*log(imd’/idd’)、a*log(imf’/idf’)分別與吸光度ba、bb、bd、bf相等的方程式，由此可以計算所述無吸光強(qiáng)度ima’、imb’、imd’、imf’。其中，ida’、idb’、idd’、idf’分別是實測數(shù)據(jù)dm的時刻ta’、tb’、td’、tf’的檢測光強(qiáng)度。

如上所述，例如，如圖9所示，修正部77可以將用雙點(diǎn)劃線表示的修正前的強(qiáng)度變化函數(shù)f2修正為用實線表示的修正后的強(qiáng)度變化函數(shù)f2’。

此外，如果進(jìn)一步利用修正后的強(qiáng)度變化函數(shù)f2’，對利用修正后的波長變化函數(shù)f1’針對波長進(jìn)行了修正的實測光譜數(shù)據(jù)dms’針對相對強(qiáng)度進(jìn)行修正(例如使用利用修正后的強(qiáng)度變化函數(shù)f2’計算出的無吸光強(qiáng)度，計算相對強(qiáng)度)，并且生成新的實測光譜數(shù)據(jù)dms”，則如圖10所示，該新的實測光譜數(shù)據(jù)dms”與基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss一致。即，修正后的強(qiáng)度變化函數(shù)f2’使實測光譜數(shù)據(jù)dms”的相對強(qiáng)度的峰值強(qiáng)度與基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss的對應(yīng)的吸收峰值的吸光度一致。

如上所述，通過利用兩個光譜數(shù)據(jù)的對應(yīng)的峰值的波長和強(qiáng)度(吸光度、相對強(qiáng)度)對波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)進(jìn)行修正，可以用較少的計算量對這些函數(shù)進(jìn)行修正。此外，通過將甲烷氣體(烴氣)用作基準(zhǔn)氣體gc，利用在用于分析的波長范圍內(nèi)的大范圍內(nèi)出現(xiàn)的多個(六個)吸收峰值，可以高精度地對波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)進(jìn)行修正。另外，在所述波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)的修正中，表示了利用四個峰值的修正例，但是也可以利用全部六個峰值進(jìn)行修正。

(3)分析裝置的測量對象氣體的分析方法

以下，對分析裝置100的測量對象氣體gs的分析方法進(jìn)行簡單說明。

如果指示執(zhí)行測量對象氣體gs的分析，則填充空間控制部71將第一反射鏡5從探頭管2的內(nèi)部空間取出(步驟s9)。其結(jié)果，測量光lm通過探頭管2的存在有測量對象氣體gs的區(qū)域，并且被第二反射鏡8反射后由受光部4接收。此外，凈化空氣pa從凈化氣體導(dǎo)入部9導(dǎo)入探頭管2的內(nèi)部空間。

接著，與所述步驟s5同樣地，將通過存在有測量對象氣體gs的區(qū)域并被受光部4接收的測量光lm(分析檢測光)的強(qiáng)度取得為分析實測數(shù)據(jù)da(步驟s10)。例如，得到了圖11所示的、在時刻tl時具有極小值idl的分析實測數(shù)據(jù)da。

取得分析實測數(shù)據(jù)da后，與所述步驟s6同樣地，光譜生成部75根據(jù)分析實測數(shù)據(jù)da生成將取得分析檢測光的強(qiáng)度的時刻與該時刻的分析檢測光的相對強(qiáng)度取得關(guān)聯(lián)而得到的前處理分析數(shù)據(jù)da’。光譜生成部75利用修正后的波長變化函數(shù)f1’計算前處理分析數(shù)據(jù)da’的各時刻的分析檢測光的波長，將計算出的波長與該波長的相對強(qiáng)度取得關(guān)聯(lián)，生成分析用光譜數(shù)據(jù)das’。

接著，光譜生成部75利用修正后的強(qiáng)度變化函數(shù)f2’對生成的分析用光譜數(shù)據(jù)das’的相對強(qiáng)度進(jìn)行修正，生成新的分析用光譜數(shù)據(jù)das。例如，可以利用修正后的強(qiáng)度變化函數(shù)f2’計算分析檢測光的無吸光強(qiáng)度，并且利用該無吸光強(qiáng)度與分析檢測光的強(qiáng)度的比，計算被修正了的相對強(qiáng)度(即吸光度)(步驟s11)。

通過利用以上工序生成分析用光譜數(shù)據(jù)das，能夠得到例如如圖12所示的、在波長λl出現(xiàn)相對強(qiáng)度的峰值的分析用光譜數(shù)據(jù)das。通過這樣做所得到的分析用光譜數(shù)據(jù)das的相對強(qiáng)度的峰值位置和峰值強(qiáng)度分別與(同一濃度的)測量對象氣體gs的吸收光譜的吸收峰值位置和該吸收峰值的吸光度一致。

因此，用戶或控制部7例如可以對以所述方式得到的分析用光譜數(shù)據(jù)das和預(yù)先實測并存儲在存儲部78中的規(guī)定濃度的測量對象氣體gs的吸收光譜sp進(jìn)行比較、對預(yù)先實測的第一濃度的基準(zhǔn)氣體gc的吸收光譜(基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss)進(jìn)行比較、和/或使用測量對象氣體gs的校準(zhǔn)曲線，執(zhí)行測量對象氣體gs的分析(濃度的計算等)(步驟s12)。

此外，在本實施方式中，即使測量對象氣體gs是作為基準(zhǔn)氣體gc在現(xiàn)場難以準(zhǔn)備的氣體，也可以利用比較容易使用的基準(zhǔn)氣體，對強(qiáng)度變化函數(shù)和波長變化函數(shù)進(jìn)行修正，準(zhǔn)確地制作用于如上所述地難以使用的測量對象氣體gs的分析的分析用光譜數(shù)據(jù)das。

如上所述，由于強(qiáng)度變化函數(shù)和波長變化函數(shù)定義為函數(shù)，所以也可以利用所述強(qiáng)度變化函數(shù)和波長變化函數(shù)，修正基準(zhǔn)氣體gc的吸收峰值出現(xiàn)的波長范圍外的波長和相對強(qiáng)度。其結(jié)果，即使在該波長范圍外具有測量對象氣體gs的吸收峰值的情況下，也能夠計算準(zhǔn)確的分析用光譜數(shù)據(jù)das。

此外，如圖12所示，在分析用光譜數(shù)據(jù)das的峰值位置(測量對象氣體gs的吸收光譜的吸收峰值)位于在基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss中出現(xiàn)吸收峰值的波長范圍內(nèi)的情況下，通過利用在該波長范圍內(nèi)出現(xiàn)吸收峰值的基準(zhǔn)氣體gc對波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)進(jìn)行修正，可以在測量對象氣體gs的分析時使用這些的波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)，能夠計算出更準(zhǔn)確的分析用光譜數(shù)據(jù)das。

另外，在分析用光譜數(shù)據(jù)das和測量對象氣體gs的吸收光譜的差異大而不能進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治鰰r(例如數(shù)據(jù)擬合不成功等)，可以使用基準(zhǔn)氣體gc、或者使用分析時得到的分析用光譜數(shù)據(jù)das和測量對象氣體gs的吸收光譜，與所述步驟s1～s6同樣地，執(zhí)行進(jìn)一步的波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)的修正。

(4)第二實施方式

(4-1)第二實施方式的分析裝置的結(jié)構(gòu)

在所述第一實施方式的分析裝置100中，填充空間sc形成在探頭管2的內(nèi)部空間中。由于填充空間sc只要配置在測量光lm能夠通過的路徑上即可，所以所述配置位置并不限于探頭管2的內(nèi)部空間。在第二實施方式的分析裝置200中，如圖13所示，填充空間sc配置在收容有光源3的箱體c的內(nèi)部。

分析裝置200除了填充空間sc配置在箱體c內(nèi)、具有兩個受光部(第一受光部4a、第二受光部4b)、以及不具備第一反射鏡5以外，與第一實施方式的分析裝置100具有基本相同的結(jié)構(gòu)。因此，在分析裝置200中，對于與第一實施方式的分析裝置100相同的結(jié)構(gòu)，省略了說明。

分析裝置200在箱體c的內(nèi)部具備分波部11。分波部11例如是分束器或耦合器，將從光源3輸出的測量光lm向朝向探頭管2的內(nèi)部空間的第一光路tm1、以及朝向后述的已知物質(zhì)單元13的第二光路tm2分波。分析裝置200包括反射鏡12。反射鏡12反射被分波到第二光路tm2的測量光lm，并且使該測量光lm朝向已知物質(zhì)單元13和第二受光部4b前進(jìn)。

分析裝置200包括已知物質(zhì)單元13。已知物質(zhì)單元13例如是試樣單元，該試樣單元以預(yù)先確定的濃度填充有基準(zhǔn)氣體gc。

分析裝置200包括第一受光部4a。第一受光部4a接收通過了探頭管2的內(nèi)部空間的測量光lm。即，第一受光部4a測量由測量對象氣體gs進(jìn)行了吸光的測量光lm(分析檢測光)的強(qiáng)度。

分析裝置200包括第二受光部4b。第二受光部4b接收通過了已知物質(zhì)單元13內(nèi)的填充空間sc的測量光lm。即，第二受光部4b測量用于生成第一實施方式的實測數(shù)據(jù)dm的檢測光強(qiáng)度。

如上所述，通過在與朝向存在有測量對象氣體gs的空間的光路不同的光路上配置填充空間sc，分析裝置200可以在分析測量對象氣體gs的同時監(jiān)測光源3的特性變化。其結(jié)果，在分析裝置200中，例如可以準(zhǔn)確地把握分析裝置200的強(qiáng)度變化函數(shù)和波長變化函數(shù)的修正(或校正)時機(jī)。

另外，例如，可以按規(guī)定的周期自動地進(jìn)行強(qiáng)度變化函數(shù)和波長變化函數(shù)的修正(或校正)。由此，可以更高精度地分析測量對象氣體gs。(5)其它實施方式

以上，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明并不限于所述實施方式，在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變形。特別是可以根據(jù)需要，對本說明書記載的多個實施方式和變形例進(jìn)行任意組合。

(a)分析裝置的其它實施方式

在所述第一實施方式和第二實施方式中，分析裝置100、200是探頭方式的分析裝置。但是并不限于此，所述說明的第一實施方式和第二實施方式的技術(shù)也能夠應(yīng)用于交叉疊放方式的分析裝置。

(b)對于波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)的其它實施方式

在所述第一實施方式和第二實施方式中，波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)定義為時刻的函數(shù)。但是并不限于此，可以將波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)分別定義為將時刻和該時刻的測量光lm的波長和強(qiáng)度取得了關(guān)聯(lián)的數(shù)值數(shù)據(jù)。

如果用在第一實施方式中說明過的例子進(jìn)行說明，則例如可以通過將在圖6所示的前處理數(shù)據(jù)dm’中出現(xiàn)對應(yīng)的相對強(qiáng)度的峰值的時刻ta’、tb’、td’、tf’與在基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss中出現(xiàn)各吸收峰值的波長λa’、λb’、λd’、λf’(所述波長是固定值)取得關(guān)聯(lián)，執(zhí)行作為數(shù)值數(shù)據(jù)的波長變化函數(shù)的修正。

另一方面，例如可以通過將所述的時刻ta’、tb’、td’、tf’和各時刻的以所述方式計算出的無吸光強(qiáng)度ima’、imb’、imd’、imf’取得關(guān)聯(lián)，執(zhí)行強(qiáng)度變化函數(shù)的修正。

例如可以通過存在的數(shù)值數(shù)據(jù)間的線性插補(bǔ)，計算在作為數(shù)值數(shù)據(jù)的波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)中未以具體的數(shù)值表示的時刻的波長和強(qiáng)度。

此外，在所述第一實施方式和第二實施方式中，對波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)進(jìn)行了修正，以使實測光譜數(shù)據(jù)dms與基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss一致。但是與其相反，例如，為了使通過理論計算等生成的基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss與包含分析裝置的影響等的實測光譜數(shù)據(jù)dms一致，也可以使用波長變化函數(shù)和強(qiáng)度變化函數(shù)。

(c)對于光源的特性修正的其它實施方式

在所述第一實施方式和第二實施方式中，光源控制部72使測量光控制信號s的信號值范圍固定。但是并不限于此，實測光譜數(shù)據(jù)dms和基準(zhǔn)吸收光譜數(shù)據(jù)dss的差異非常大到規(guī)定的值以上，并且判斷為在當(dāng)前的信號值范圍內(nèi)不能得到能夠用于測量對象氣體gs分析的分析用光譜數(shù)據(jù)das時，光源控制部72可以從當(dāng)前的范圍改變測量光控制信號s的信號值范圍。

例如，可以對信號值范圍進(jìn)行調(diào)整，使鋸齒波形狀的測量光控制信號s的信號值s1比當(dāng)前的信號值大或小、和/或使信號值sn比當(dāng)前的信號值大或小。另外，可以使鋸齒波形狀的測量光控制信號s的信號值向大的一側(cè)或小的一側(cè)移動、使測量光控制信號s的鋸齒波的周期變長或變短、或者使鋸齒波的斜率變大或變小。

在以所述方式改變了測量光控制信號s的信號值范圍的情況下，修正部77對存儲在存儲部78中的波長變化函數(shù)f1和強(qiáng)度變化函數(shù)f2進(jìn)行修正。

由此，即使因光源3的老化產(chǎn)生的效果顯著，也能夠在測量對象氣體gs的分析時等，取得能夠用于分析的分析用光譜數(shù)據(jù)das。

(d)對于分析裝置的分析對象其它的實施方式

所述第一實施方式和第二實施方式的分析裝置100、200可以利用測量對象氣體gs的多個吸收峰值強(qiáng)度分別因該測量對象氣體gs的溫度而單獨(dú)變化，用于測量存在有測量對象氣體gs的空間的溫度。在這種分析裝置100、200中，利用多個吸收峰值的強(qiáng)度比依存于測量對象氣體gs的溫度的情況，測量存在有測量對象氣體gs的空間的溫度。

通過利用圖7和圖9所示的非線性強(qiáng)度變化函數(shù)f2和/或波長變化函數(shù)f1，對分析裝置100、200進(jìn)行校正，即使在因經(jīng)時性變化等導(dǎo)致光源3的特性發(fā)生了變化的情況下，也能夠利用多個(特別是三個以上)吸收峰值的強(qiáng)度比，更準(zhǔn)確地測量存在有測量對象氣體gs的空間的溫度。

工業(yè)實用性

本發(fā)明能夠廣泛地應(yīng)用于利用氣體的光吸收進(jìn)行該氣體的分析的分析裝置和該分析裝置的分析方法。