CN107389583B - 多重反射型单元和分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供多重反射型单元，不会使结构复杂化，在减小起因于位置调整机构的无效空间的同时，可以调整到期望的光路长度。所述多重反射型单元(102)具备：形成单元室(2S)的单元主体(2)；安装在单元主体(2)上、反射面(3x)位于单元室(2S)中的两个以上的反射构件(31)～(33)；以及相对于单元主体(2)调整反射构件(32)、(33)的位置的位置调整机构(4)。单元主体(2)将单元室(2S)和外部连通，并具有用于安装反射构件(32)、(33)的安装部(221)。在安装在安装部(221)上的反射构件(32)、(33)与单元主体(2)之间设有将单元室(2S)和单元主体(2)的外部之间封闭的密封构件(7)，利用密封构件(7)将单元室(2S)和单元主体(2)的外部之间封闭。位置调整机构(4)设在单元室(2S)的外部。

Description

多重反射型单元和分析装置
技术领域
本发明涉及将入射的光多重反射后向外部射出的多重反射型单元，以及采用多重反射型单元的分析装置。
背景技术
例如采用FTIR(傅立叶转换红外分光)法的测量对象气体的吸光分析中，为了在减小导入所述测量对象气体的单元室的单元长度的同时，使通过测量对象气体的光的光路长度变长，采用具有多个反射面的白光型的多重反射型单元(参照专利文献1(日本专利公开公报特开平9-101257号)，专利文献2(日本专利公开公报特开平8-35926号))。
在所述多重反射型单元中，为了得到期望的光路长度，利用止动螺钉或抽芯铆钉等位置调整机构对具有反射面的反射构件进行精密调整。通常，为简化单元结构，位置调整机构收容在单元室内。因此，为收容位置调整机构，单元室的内容积需要设计得较大。
可是，用所述多重反射型单元测量测量对象气体的成分的时间变化等时，要求减小单元室的内容积，尽可能缩短导入的测量对象气体的置换时间，以提高响应性。
因此专利文献1的多重反射型单元，通过在单元室内的无效空间中配置模块件来填充无效空间，减小单元室的内容积。
可是，所述多重反射型单元是减小多重反射的光路的侧方(位于垂直于光路的位置的周边部)的无效空间，并未减小起因于反射构件的位置调整机构的无效空间。此外，需要另外设置模块件，不仅是结构变得复杂，而且模块件和单元室内表面之间形成的间隙成为测量试样气体所停留的无效空间。而且，起因于位置调整机构的无效空间和设置所述模块件的结构，妨碍了多重反射型单元的小型化。
按照专利文献2的多重反射型单元，具有导入试样的气体容器以及配置在所述气体容器的两侧的三个反射构件，具有由气体容器的窗隔离试样气体和反射构件的结构。所述结构可以排除起因于位置调整机构的无效空间。
可是，为减小通过气体容器的窗时的光的反射，需要设置另外结构(具体布儒斯特窗)。此外，由于试样气体和反射构件分开，所以不仅浪费了相应的光路长度，为了得到期望的光路长度而使单元整体大型化。
发明内容
为解决上述问题，本发明的主要课题是，不会使结构复杂化，不仅削减了起因于位置调整机构的无效空间，还能调整到期望的光路长度。
即本发明的多重反射型单元，是将入射的光多重反射后向外部射出的多重反射型单元，其包括：单元主体，形成被导入试样的单元室；两个以上的反射构件，安装在所述单元主体上，反射面位于所述单元室中；以及位置调整机构，相对于所述单元主体调整所述反射构件的位置，所述单元主体将所述单元室和外部连通，并具有用于安装所述反射构件的安装部，在安装在所述安装部上的反射构件和所述单元主体之间设有密封构件，利用所述密封构件将所述单元室和所述单元主体的外部之间封闭，所述位置调整机构设在所述单元室的外部，所述反射构件呈前端面具有反射面的形状，所述安装部具有与所述反射构件的外侧周面相对的内侧周面，所述密封构件将所述反射构件的外侧周面与所述安装部的内侧周面之间气密密封。
按照所述多重反射型单元，利用设在反射构件和单元主体之间的密封构件封闭单元室和单元主体的外部之间，位置调整机构设在单元室的外部，所以不仅排除了通过在单元室内设置位置调整机构而产生的单元室内的无效空间，还可以调整到期望的光路长度。这样，通过减小单元室的内容积，尽可能减短试样的置换时间，可以提高响应性。
此外，由于反射构件的反射面位于单元室内，所以不必在反射面的前方设置窗等，在不需要用于减小所述窗的反射的结构的同时，可以将彼此相对的两个反射面之间的空间整体作为光路长度使用。而且，不必在试样和反射面之间设置窗等，因此不必担心为了得到期望的光路长度而使单元整体大型化。
当通过位置调整机构的反射构件的移动量超过通过密封构件的可动范围时，不能保证单元室的密闭。
为了良好解决上述问题，优选所述位置调整机构在通过所述密封构件的可动范围内调整所述反射构件。
优选所述安装部沿相对于所述单元主体的所述反射构件的安装角度倾斜设置。
按照所述结构，能够利用安装部的倾斜，调整反射构件的角度的大部分，能够利用位置调整机构轻微调整反射构件。因此，可以在通过密封构件的可动范围内容易进行反射构件的位置调整。
作为多重反射型单元的具体实施的方式，具有三个反射构件，作为一个反射构件的第一反射构件与作为其余的两个反射构件的第二反射构件彼此相对配置。而且，所述两个第二反射构件相对于包含所述第一反射构件的光轴的面、对称配置，它们的光轴朝向所述第一反射构件向彼此靠近的方向倾斜。
在所述结构中，光轴倾斜的第二反射构件的定位变得特别困难。因此，优选所述第二反射构件能由所述位置调整机构调整位置。
单元主体上需要设置用于从外部入射光的入射窗和反射光的出射窗。这里，单元主体中在第二反射构件侧设置入射窗和出射窗时，因为位置调整机构所以很难将窗设置在期望的位置。因此，作为合理地在单元主体上设置入射窗和出射窗的结构，优选所述第一反射构件固定在所述单元主体上，在所述单元主体中在所述第一反射构件侧设置入射光的入射窗和射出光的出射窗。
为简化反射构件、安装部和密封构件的结构，优选所述反射构件呈前端面具有反射面的圆筒形状，所述安装部具有与所述反射构件的外侧周面相对的圆形断面的内侧周面，所述密封构件将所述反射构件的外侧周面与所述安装部的内侧周面之间气密密封。
例如为了能在组装多重反射型单元后进行反射构件的定位，优选所述位置调整机构面向所述单元主体的外部设置。
按照这种结构的本发明，由于利用在反射构件和单元主体之间设置的密封构件将单元室和单元主体的外部之间封闭，位置调整机构设在单元室的外部，所以不会使结构复杂化，在减小起因于位置调整机构的无效空间的同时，可以调整到期望的光路长度。
附图说明
图1是表示本实施方式的分析装置的结构的示意图。
图2是表示同实施方式中的多重反射型单元的局部的断面的侧视图。
图3是同实施方式中的A-A线断面图。
图4是表示同实施方式中的单元主体、第二反射构件、密封构件和位置调整机构的位置关系的放大断面图。
附图标记说明
100 分析装置
102 多重反射型单元
2 单元主体
221 安装部
2S 单元室
W1 入射窗
W2 出射窗
31 第一反射构件
31C 第一反射构件的光轴
32 第二反射构件
32C 第二反射构件的光轴
33 第二反射构件
33C 第二反射构件的光轴
3x 反射面
4 位置调整机构
7 O形环(密封构件)
具体实施方式
以下参照附图说明采用本发明的多重反射型单元的分析装置的一个实施方式。
本实施方式的分析装置100是将排气所含的多个成分的浓度作为时间系列数据测量的排气分析装置，所述排气是例如从汽车等的内燃机排出的试样气体。
具体如图1所示，所述分析装置100利用试样取样部101对从例如汽车的排气管放出的排气的一部分或全部进行取样，并将利用所述试样取样部101取样的排气不经稀释、导入多重反射型单元102，利用FTIR法测量排气中的例如二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)等多个成分的各浓度。
此外，在分析装置100中，设置多重反射型单元102的排气管道L1中，设有用于把排气导入多重反射型单元102的泵103，调整排气的流量的阀104，测量排气的流量的流量计105，除去排气中的尘埃的过滤器106等。另外泵103可以设在多重反射型单元102的上游，也可以设在下游。此外，排气管道L1或多重反射型单元102上连接有：向多重反射型单元102供给用于校正光检测器108的零点气体、校准用气体的基准供气管道L2；以及用于清洗排气管道L1或多重反射型单元102的吹扫气体管道L3。
而且，分析装置100具备：朝向多重反射型单元102照射红外光的光源107；以及检测通过多重反射型单元102射出的光的强度的光检测器108。而且，分析装置100采用由光检测器108得到的光强度信号算出排气的红外吸收光谱，从所述红外吸收光谱算出多个成分的浓度。
接着，参照图2～图4具体说明多重反射型单元102。
特别如图2和图3所示，多重反射型单元102具备：形成有被导入排气的单元室2S的单元主体2；安装在单元主体2上、反射面3x位于单元室2S的三个反射构件31～33；以及相对于单元主体2调整反射构件32、33的位置的位置调整机构4。另外，单元主体2上设有用于导入排气的导入口P1和用于导出排气的导出口P2(参照图3)。
特别如图3所示，在所述单元主体2中，作为一个反射构件的第一反射构件31与作为其余两个反射构件的第二反射构件32、33彼此相对配置。这里，两个第二反射构件32、33相对于包含第一反射构件31的光轴31C的面、对称配置，它们的光轴32C、33C以朝向第一反射构件31向彼此靠近的方向倾斜的状态配置。
第一反射构件31呈前端面形成反射面3x的板状。所述第一反射构件31由螺钉5固定在形成单元室2S的第一侧壁部21的内表面(参照图2)，所述单元室2S形成在单元主体2的内部。具体第一反射构件31借助形成在第一侧壁部21上的通孔，从第一侧壁部21的外部螺钉固定。这里，第一反射构件31的后端面与第一侧壁部21的内表面紧密接触。另外，第一反射构件31相对于单元主体2的定位，通过例如插入第一反射构件31的背面和第一侧壁部21的平行销6(参照图3)，以及形成在第一反射构件的背面和第一侧壁部之间的凹凸结构进行。
另一方面，两个第二反射构件32、33安装在设在第二侧壁部22上的安装部221上，所述第二侧壁部22在单元主体2中与第一侧壁部21相对。所述安装部221是在单元主体2中连通单元室2S和外部的通孔，与两个第二反射构件32、33分别对应设置。此外，安装部221大体决定相对于单元主体2的第二反射构件32、33的安装角度，沿所述安装角度倾斜设置。
此外，第二反射构件32、33呈前端面形成反射面3x的圆柱状。与此对应，安装部221具有和第二反射构件32、33的外侧周面33p相对的圆形断面的内侧周面221p(参照图4)。
而后，如图3和图4所示，插入所述安装部221安装的第二反射构件32、33和单元主体2之间设有密封构件7。所述密封构件7由弹性材料构成，埋入第二反射构件32、33与单元主体2之间的间隙，例如为O形环。利用所述密封构件7，第二反射构件32、33相对单元主体2的安装部221不松动地安装。
以下，参照图4详细说明第二反射构件33侧的密封构件7的周边结构。另外，第二反射构件32侧的结构和第二反射构件33侧相同。
密封构件7将第二反射构件33的外侧周面33p与安装部221的内侧周面221p之间气密密封。所述密封构件7的一部分配置在第二反射构件33的前端部外侧周面上形成的环状的凹槽33M中。利用所述凹槽33M中配置的密封构件7，在第二反射构件32、33的前端部侧，单元室2S被气密封闭。此外，第二反射构件32、33成为被密封构件7保持在安装部221上的状态。
这里，在第二反射构件33的外侧周面33p与安装部221的内侧周面221p之间，为了尽可能也利用密封构件7使单元室2S侧的无效空间减小，优选凹槽33M形成在第二反射构件33中的反射面3x的附近。
借助这种密封构件7安装在安装部221上的第二反射构件32、33，能由位置调整机构4进行位置调整。
具体位置调整机构4通过抵接单元主体2，微调整相对于单元主体2的第二反射构件32、33的位置。所述位置调整机构4以相对第二反射构件32、33能进退移动的方式设置，采用和单元主体2的对置面抵接的调整螺钉41构成。
所述调整螺钉41设在第二反射构件32、33的后端部上设置的凸缘部3F上。所述凸缘部3F与单元主体2的第二侧壁部22的外表面22p相对设置。
而后，调整螺钉41与在所述凸缘部3F的厚度方向贯通的内螺纹孔螺纹连接。本实施方式中，针对圆环状的凸缘部3F，围绕第二反射构件32、33的中心轴等间隔地设在四个部位上。所述调整螺钉41的前端部与第二侧壁部22的外表面22p抵接。此外，通过在位于单元主体2的外部的凸缘部3F上设置调整螺钉41，位置调整机构4面向单元主体2的外部设置。
利用这种结构的位置调整机构4，相对单元主体2的安装部221调整第二反射构件32、33的位置。例如，通过调整四个调整螺钉41各自的从凸缘部3F向单元主体2的突出量，第二反射构件32、33相对于单元主体2的沿其光轴32C、33C的方向的位置得到调整，并且其光轴32C、33C的朝向得到调整。另外，调整螺钉41除了是如上所述与外表面22p抵接的螺钉以外，也可以是通过与第二侧壁部22上形成的内螺纹孔螺纹连接并调整对所述内螺纹孔的螺纹连接量而调整第二反射构件32、33的位置的螺钉。
这里，通过位置调整机构4的第二反射构件32、33的移动量，设定在通过O形环7的可动范围内。这里，通过O形环7的可动范围是不影响测量的范围。具体通过位置调整机构4的第二反射构件32、33的移动量，设定在确保对通过O形环7的测量不造成影响的程度的密闭的范围内。另外，O形环7的密闭容许量，是能确保O形环7的密封性的范围的值，例如O形环7的周方向的各部分的压缩率(＝压缩量δ/O形环线径W)达到8～30％的范围的量。另外，相对于安装部221的反射构件32、33的松动量，设定为不妨碍位置调整机构4调整位置。
此外，在本实施方式的多重反射型单元102中，固定第一反射构件31的第一侧壁部21上，设有向单元室2S内入射光的入射窗W1和向单元室2S外射出光的出射窗W2。具体入射窗W1和出射窗W2设在沿第二反射构件32、33的配列方向并隔着第一反射构件31的位置上。
另外，在本实施方式的多重反射型单元102中，从入射窗W1入射的光，入射到从所述入射窗W1观察较远一方的第二反射构件33。即，入射窗W1以朝向较远一方的第二反射构件33的方式倾斜设置。另一方面，出射窗W2以朝向从所述出射窗W2观察较远一方的第二反射构件32的方式倾斜设置。此外，入射窗W1可以朝向较近一方的第二反射构件32设置，出射窗W2也可以朝向较近一方的第二反射构件33设置。
另外，本实施方式的多重反射型单元102在单元主体2的第一侧壁部21的外表面上，通过螺钉固定有用于将多重反射型单元102安装在外部的构件上的安装用凸缘构件8。所述安装用凸缘构件8上形成有用于把来自光源107的光导向入射窗W1的导入通道81，并且形成有用于把从出射窗W2出射的光导向光检测器108的导出通道82。此外，单元主体2和入射窗W1、出射窗W2之间，以及单元主体2和安装用凸缘构件8之间，由例如O形环等密封构件91、92封闭。另外，也可以由任意一方封闭。
按照这种结构的本实施方式的分析装置100，利用设置在第二反射构件32、33和单元主体2之间的密封构件7，单元室2S与单元主体2的外部之间被封闭，位置调整机构4设在单元室2S的外部，因此不仅排除了通过在单元室2S内设置位置调整机构4而产生的单元室2S内的无效空间，还可以调整到期望的光路长度。这样，通过减小单元室2S的内容积，尽可能缩短试样的置换时间，可以提高响应性。
此外，由于反射构件31～33的反射面3x位于单元室2S内，因此不必在反射面3x的前方设置窗等，不需要用于减小所述窗的反射的结构，并且可以将彼此相对的两个反射面3x之间的空间整体用作光路长度。而且，因为排气和反射面3x之间不需要设置窗等，所以不担心为得到期望的光路长度而使单元整体大型化。
另外，本发明不限于上述实施方式。
例如，按照上述实施方式，两个第二反射构件32、33设置成能由位置调整机构4调整位置，但是可以把第一反射构件31设置成能由位置调整机构4调整位置，也可以将反射构件31～33中的至少一个设置成能由位置调整机构4调整位置。
此外，上述实施方式采用三个反射构件31～33进行多重反射，但是也可以采用两个反射构件或四个以上的反射构件进行多重反射。
而且，上述实施方式中从入射窗W1入射的光入射到从所述入射窗W1观察较远一方的第二反射构件33，但是也可以入射到从入射窗W1观察较近一方的第二反射构件32。即使是这种结构，光在第一反射构件31和第二反射构件32、33之间多重反射后从出射窗W2出射。
而且，按照上述实施方式，把由试样取样部101取样的排气不经稀释、导入多重反射型单元102，但是也可以在导入多重反射型单元102前，用大气等稀释气体将排气稀释，再将所述稀释排气导入多重反射型单元102。这里，稀释排气是将排气和稀释气体以规定的比例(稀释比)稀释后的气体。
此外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其发明思想的范围可以进行各种变形。

Claims (7)

1.一种多重反射型单元，将入射的光多重反射后向外部射出，所述多重反射型单元的特征在于，包括：
单元主体，形成被导入试样的单元室；
两个以上的反射构件，安装在所述单元主体上，反射面位于所述单元室中；以及
位置调整机构，相对于所述单元主体调整所述反射构件的位置，
所述单元主体将所述单元室和外部连通，并具有用于安装所述反射构件的安装部，
在安装在所述安装部上的反射构件和所述单元主体之间设有将所述单元室与所述单元主体的外部之间封闭的密封构件，
所述位置调整机构设在所述单元室的外部，
所述反射构件呈前端面具有反射面的形状，
所述安装部具有与所述反射构件的外侧周面相对的内侧周面，
所述密封构件将所述反射构件的外侧周面与所述安装部的内侧周面之间气密密封。
2.根据权利要求1所述的多重反射型单元，其特征在于，所述位置调整机构在通过所述密封构件的可动范围内调整所述反射构件。
3.根据权利要求1所述的多重反射型单元，其特征在于，所述安装部沿相对于所述单元主体的所述反射构件的安装角度倾斜设置。
4.根据权利要求1所述的多重反射型单元，其特征在于，
具有三个反射构件，
作为一个反射构件的第一反射构件与作为其余的两个反射构件的第二反射构件彼此相对配置，
所述两个第二反射构件相对于包含所述第一反射构件的光轴的面、对称配置，它们的光轴朝向所述第一反射构件向彼此靠近的方向倾斜，
所述第二反射构件能由所述位置调整机构调整位置。
5.根据权利要求1所述的多重反射型单元，其特征在于，
所述反射构件呈圆筒形状，
所述安装部的所述内侧周面呈圆形断面。
6.根据权利要求1所述的多重反射型单元，其特征在于，所述位置调整机构面向所述单元主体的外部设置。
7.一种分析装置，具备权利要求1至6中任一项所述的多重反射型单元。
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