[發明專利]氣體吸收分光裝置

在審

• 申請號: 201980010397.3
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN111656166A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 勝秀昭;村松尚;松田直樹;森谷直司
• 申請（專利權）人: 株式會社島津制作所
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/39
• 代理公司: 上海立群專利代理事務所(普通合伙) 31291
• 代理人: 楊楷;毛立群

本發明提供一種氣體吸收分光裝置，具備：波數可變激光光源(113)；光檢測器(114)，檢測從波數可變激光光源射出的、通過了測量對象氣體的激光的強度；激光驅動機構(112)，將驅動電流供給至波數可變激光光源(113)，以使激光在規定的波數范圍內反復掃描，在該裝置中設置：壓力關聯值獲取機構(117)，獲取作為測量對象氣體的壓力的值或者與該壓力同步地變化的值的壓力關聯值；控制機構(131)，控制激光驅動機構(112)，以根據所述壓力關聯值使進行所述掃描的波數范圍變化。由此，即使在測量對象氣體的壓力變化且要求高速響應性的情況下，也能夠以從低壓到高壓的較寬的壓力范圍進行高精度的測量。

技術領域

本發明涉及一種基于測量對象氣體的激光吸收光譜對該測量對象氣體中所含的特定氣體的濃度、溫度或者分壓等進行測量的氣體吸收分光裝置。

背景技術

作為使用激光的氣體吸收分光法，主要已知有以下兩種方法。

(1)DLAS(Direct Laser Absorption Spectroscopy，激光直接吸收分光法)

(2)WMS(Wavelength Modulated Spectroscopy，波長調制分光法)

在DLAS中，將激光照射至測量對象氣體，通過光檢測器測量激光。在此，具有將照射于氣體的激光的波長(波數)固定為特定的值來測量在氣體中的吸收的方法、以及掃描激光的波長來測量氣體的吸收光譜的方法。在前者的情況下，將激光的波長固定為特定氣體的吸收波長，測量在該波長處的吸光度。在掃描波長的情況下，使激光的波長在包含特定氣體的吸收波長的范圍內變化來測量其光譜，從而測量氣體的吸收峰的面積。

WMS與波長掃描型的DLAS相似，除了波長掃描之外，還以遠短于掃描周期的周期(即充分高的頻率。在此設為f。)將波長調制為正弦波狀。通過用檢測器檢測頻率f的高次諧波(一般使用的是二次諧波)，能夠以比DLAS高的靈敏度測量吸收。在WMS中，根據得到的吸收光譜的強度，容易計算出氣體濃度。

特別地，作為工業用的氣體吸收分光法，靈敏度優異的WMS較為合適。但是，WMS由于以下的理由存在在高速測量中難以進行高精度的氣體測量的問題。

1.為了進行高速測量，需要縮短掃描周期并且需要以高頻率調制波長。但是，在使用一般來說最普及的注入電流控制型波長可變二極管激光器作為波長可變型的激光器的情況下，若提高調制頻率，則相對于注入電流的波長變化率降低，無法得到充分的波長調制深度(modulation depth)。

2.特別是對于超過MHz那樣的高速的調制，難以正確地測量波長調制深度，在高速測量中無法確定正確的波長調制深度。因此，根據測量結果計算出的氣體濃度、溫度等的信息的不確定性變高。

為了解決上述問題，一部分本發明人在專利文獻1中提出了一種新穎的氣體吸收分光法(以下將其稱為“改良型WMS”)。在該改良型WMS中，不進行上述以往的WMS那樣的激光的調制，而是與波長掃描型的DLAS同樣地在包含特定氣體的吸收譜線的規定的波長范圍內進行激光的波長掃描。該光通過測量對象氣體后，被光檢測器接收，從而其強度變化被檢測。由于進行波長掃描的波長范圍預先被設定為包含特定氣體的吸收譜線的波長，因此由光檢測器檢測到的光的光譜線型(光強度的變化的曲線)中，出現以特定氣體所固有的吸收譜線的波長為中心的吸收峰。在改良型WMS中，對包含該吸收峰的光譜線型進行與WMS處理類似的數學運算。具體來說，以各波長點為中心，對相當于WMS的波長調制深度的區間的光譜線型進行n階多項式擬合，基于傅里葉變換的原理使用n階多項式的系數，重現WMS信號振幅。該原理如下所示。