CN107709972A - Ndir式气体传感器、气体分析仪、光合成速度测定装置、以及光合成速度测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供响应性高且噪声低的NDRI式气体传感器。气体传感器(5)具备：放射部(50)，其放射红外线；检测部(51)，其检测由所述放射部(50)放射的所述红外线；以及试样容器(6)，其沿所述红外线的路径架设在放射部(50)与检测部(51)之间，且覆盖红外线的路径周围整体。试样容器(6)包括沿红外线的路径延伸的多个容器元件(60、61)。相邻的容器元件(60、61)的侧部相互隔开间隔地重叠。
Description
技术领域
本发明涉及用于气体检测或气体浓度测定的NDIR式气体传感器、具备NDIR式气体传感器的气体分析仪、以及具有气体分析仪的光合成速度测定装置。并且，本发明涉及使用了气体分析仪的光合成速度测定方法。
背景技术
植物吸收CO2并进行光合成，因此植物的光合成速度一般基于测定对象的植物所存在的环境下的CO2浓度而测定(例如专利文献1等)。
图10中示出了以往的用于光合成速度的测定的装置以及方法。大气通过泵81而被导入至导入通路82，且在通过过滤器80后被送往流路控制部83。流路控制部83使一定比例(例如75％)的大气作为试样气体而以一定流量流入试样通路84，且使其余(25％)的大气作为参照气体而以一定流量流入参照通路85。
试样气体依次通过流量计86、腔室87、气体分析仪88。在腔室87中，光从光源向成为测定对象的叶L(以下称为测定叶)放射，测定叶L吸收腔室87内的试样气体的CO2而进行光合成。通过腔室87的下游的气体分析仪88来测定因光合成而降低了的CO2浓度。
在参照通路85中，参照气体通过气体分析仪89，此时通过气体分析仪89来测定参照气体的CO2浓度。
而且，运算参照气体的CO2浓度与试样气体的CO2浓度之差，并通过使由流量计86测定出的试样气体的流量乘以该差而得到光合成速度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-172913号公报
专利文献2：日本特开2011-169633号公报
发明内容
发明所要解决的课题
一边使试样气体流入腔室87内一边测定因光合成而降低的CO2浓度。也就是说，处于测定叶L的背面附近的试样气体的CO2浓度由于光合成而降低而大气持续流入腔室87内的状态。因此，CO2浓度的动态平衡达到稳定需要时间。也就是说，由气体分析仪88测定的CO2浓度达到稳定需要时间。通常，即便在大气的气体浓度稳定的情况下也至少需要2分钟左右。由此，为了测定光合成速度，需要非常长的时间。
另外，由气体分析仪88测定的CO2浓度缓慢降低然后稳定，因此难以知晓是否达到了稳定状态也是花费测定时间的因素。作为缩短测定时间的方法，可以考虑增多流量的方法。然而，当流量增多时，CO2浓度的变化减小，因此测定精度降低。
并且，误差因素多，测定精度低。只有将两台气体分析仪88、89的响应速度设置为几乎相同才能够进行准确的测定。另外，作为误差因素，可以考虑大气浓度的不稳定性引起的基础通路误差、两台气体分析仪88、89的性能误差(零点漂移、量程漂移、指示再现性等)、无法以一定流量运送试样气体等流量控制的不稳定性引起的流量误差。
需要大型的泵81、流量控制部83、流量计84、两台气体分析仪88、89，因此无法避免装置的大型化。
除此之外，可以考虑如下方法：使测定叶吸收密闭的腔室内的CO2，通过NDIR(非分散型红外线)式气体传感器实时地测定逐渐降低的腔室内的CO2浓度，由此运算光合成速度。然而，该方法由于气体传感器的低响应性而无法实施。
低响应性的原因在于气体传感器的试样容器的结构。如专利文献2所述，试样容器包括圆筒形状的主体部、以及与主体部的圆周壁连接的两个管部。试样气体通过一方的管部而被导入主体部内，并通过另一方的管部而向外部排出。在试样气体通过主体部内的期间，测定该试样气体所含有的对象气体的浓度。在该结构中，腔室内的气体不会瞬间地被导入试样容器内，因此CO2的浓度不会被实时且准确地测定。
专利文献2除公开了上述试样容器以外，还公开了在圆周壁形成有多个孔的试样容器。通过该结构，气体瞬间地被导入试样容器内，因此获得较高的响应性。然而，试样容器由于其孔而无法覆盖红外路径线周围整体，因此环境光能够容易地通过孔进入试样容器内。由此，噪声变多而无法进行准确的测定。
本发明提供响应性高以及噪声少的NDIR式气体传感器、具有该气体传感器的气体分析仪。并且，本发明提供测定时间短、测定精度高、能够小型化的光合成速度测定装置。并且，本发明提供测定时间短、测定精度高的光合成速度测定方法。
用于解决课题的方案
本发明涉及一种NDIR式气体传感器，用于气体检测或气体浓度测定，其中，所述NDIR式气体传感器具备：放射部，其放射红外线；检测部，其检测由所述放射部放射的所述红外线；以及试样容器，其沿所述红外线的路径架设在所述放射部与所述检测部之间，且覆盖所述路径周围整体。所述试样容器包括沿所述路径延伸的多个容器元件。相邻的所述容器元件的侧部相互隔开间隔地重叠。
所述试样容器也可以具有从所述放射部朝向所述检测部而变窄的形状。所述各容器元件也可以具有被镀金或被镜面加工的内表面。
在一个实施方式中，所述试样容器包括第一容器元件和第二容器元件。而且，所述第一容器元件的一方的侧部与所述第二容器元件的一方的侧部相互隔开间隔地重叠，从而形成有沿所述路径延伸的第一间隙。而且，所述第一容器元件的另一方的侧部与所述第二容器元件的另一方的侧部相互隔开间隔地重叠，从而形成有沿所述路径延伸的第二间隙。
另外，本发明涉及一种气体分析仪，用于对测定叶的光合成速度进行测定，其中，所述气体分析仪具备：腔室，其具有被所述测定叶覆盖的开口且能够密闭；风扇，其配置于所述腔室内且使气体在所述腔室内循环；以及所述NDIR式气体传感器，其测定所述腔室内的CO2浓度。
气体分析仪还可以具备向所述测定叶放射光的光源。也可以为，所述腔室的所述开口朝上，所述风扇配置于所述腔室的所述开口的正下方，所述NDIR式气体传感器配置于所述风扇的正下方。
所述风扇也可以以产生朝向所述腔室的所述开口的气流的方式配置于所述腔室内。取而代之，所述风扇也可以以产生相对于所述腔室的所述开口而朝向相反方向的气流的方式配置于所述腔室内。
另外，本发明的气体分析仪也可以用于光合成速度测定以外的用途。在另一实施方式中，气体分析仪具备：腔室；导入通路，其为了将试样气体导入所述腔室而与所述腔室连接；排出通路，其为了将所述试样气体从所述腔室排出而与所述腔室连接；以及所述NDIR式气体传感器，其检测被导入至所述腔室的所述试样气体中的对象气体或测定对象气体的浓度。
另外，本发明为用于对测定叶的光合成速度进行测定的光合成速度测定装置，其中，所述光合成速度测定装置具备：所述光合成速度测定用的气体分析仪、以及速度运算部，其根据由所述气体分析仪测定的所述CO2浓度的时间变化而运算所述测定叶的光合成速度。
另外，本发明涉及一种光合成速度测定方法，对测定叶的光合成速度进行测定，其中，准备所述光合成速度测定用的气体分析仪，通过所述测定叶关闭所述腔室的所述开口，从而使所述腔室内成为密闭状态，一边使所述测定叶进行光合成并且通过所述风扇而使气体在所述腔室内循环，一边利用所述NDIR式气体传感器来测定所述腔室内的CO2浓度，根据测定出的所述CO2浓度的时间变化来运算所述测定叶的光合成速度。
在上述方法中，优选根据从光合成开始起的10秒以内的所述腔室内的CO2浓度的时间变化来测定所述测定叶的光合成速度。
发明效果
根据本发明，能够提供响应性高且噪声少的NDIR式气体传感器以及气体分析仪，还能够提供测定时间短、测定精度高、能够小型化的光合成速度测定装置。并且，本发明能够提供测定时间短、测定精度高的光合成速度测定方法。
附图说明
图1的A是一个实施方式的光合成速度测定装置的主视图，图1的B是用于说明该光合成速度测定装置的使用方法的主视图。
图2的A是一个实施方式的气体分析仪的主视剖视图，图2的B是该气体分析仪的侧视剖视图。
图3是用于对在腔室内产生的对流的一例进行说明的图。图3的A是气体分析仪的主要部分主视剖视图，图3的B是该气体分析仪的侧视剖视图。
图4是用于对在腔室内产生的对流的另一例进行说明的图。图4的A是气体分析仪的主要部分主视剖视图，图4的B是该气体分析仪的侧视剖视图。
图5的A是一个实施方式的试样容器的与红外线的路径呈直角的横剖视图，图5的B是另一实施方式的试样容器的与红外线的路径呈直角的横剖视图。
图6的A～图6的C是另一实施方式的试样容器的与红外线的路径呈直角的横剖视图。
图7示出由于光合成而降低的腔室内的CO2浓度的时间变化。
图8的A概要性示出用于确认气体传感器的响应速度的试验装置的图，图8的B示出腔室内的CO2浓度的时间变化。
图9概要性地示出另一实施方式的气体分析仪。
图10是对以往的用于光合成速度测定的装置以及方法进行说明的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的NDIR式传感器、气体分析仪、光合成速度测定装置、以及光合成速度测定方法进行说明。
参照图1、图2，气体分析仪具备光源单元1、腔室单元2、以及操作单元3。在实施方式中，气体分析仪是为了测定光合成速度而用于测定CO2的浓度的仪器。
参照图2的A、图2的B，光源单元1具备朝下且具有四边形的开口10a的上壳体10。密封件11沿上壳体10的开口10a的边缘设置。
光源单元1具备向测定叶L放射用于光合成的光的光源12。光源12由多个LED构成。也可以采用除LED以外的光源。光为可见光。光可以为单色光也可以为白色光。光源12配置于上壳体10内的上部且朝向开口10a放射光。在测定叶如图2所示被光源单元1与腔室单元2夹持时，从光源12向测定叶L放射光。散热片13以位于光源12的背面的方式安装于上壳体10，并散出由光源12产生的热量。
如图2所示，腔室单元2具备下壳体20、配置于下壳体20内且能够密闭的腔室21、配置于腔室21内的风扇22、以及设置于腔室21的本发明的NDIR(非分散型红外线)式气体传感器5(以下简称为气体传感器)。
腔室21具有由测定叶L关闭的朝上的开口21a。开口21a为与光源单元1的开口10a相同的四边形状。密封件23沿开口21a的边缘设置。在光源单元1配置于腔室单元2上时，两密封件11、23相互抵接，两开口10a、21a相互面对。开口10a、21a的大小分别为例如2cm×3cm。
导入通路24为了将大气等气体从外部导入至腔室21而与腔室21连接。设置有未图示的泵，通过导入通路24而将气体导入至腔室21。排出通路25与用于将气体从腔室21向外部排出的腔室21连接。并且，设置有对导入通路24进行开闭的电磁式的阀26、以及对排出通路25进行开闭的电磁式的阀27。利用测定叶L关闭开口21a并且利用阀26、27将两通路24、25关闭，从而腔室21被密闭。
风扇22为用于使气体在腔室21内循环的构件。风扇22配置于开口21a的正下方，位于将开口21a关闭的测定叶L的正下方。如图3所示，风扇22也可以以产生朝向开口21的气流的方式，即以产生朝向测定叶L的气流的方式配置。如图4所示，风扇22也可以以产生相对于开口21a而朝向相反方向的气流的方式配置。根据图4的配置，开口21a附近的气体、即测定叶L正下方的气体被吸入至风扇22。
在实施方式中，气体传感器5为用于测定腔室21内的气体(试样气体)所包含的CO2(对象气体)的浓度的构件。参照图3或图4，气体传感器5具备放射红外线的放射部50、以及检测由放射部50放射的红外线的检测部51。气体传感器5还具备试样容器6，该试样容器6在腔室21内沿红外线的路径设置在放射部50与检测部51之间，且覆盖红外线的路径的周围整体。
放射部50包括放射红外线的例如灯丝加热器等红外光源500、以及收容红外光源500且气密性地贯通腔室21的侧壁的壳体501。在壳体501形成有供红外线通过的圆形状的通过口50a。
检测部51包括检测从红外光源500放射且通过试样容器6后的红外线的检测器51、以及收容检测器510且气密性地贯通腔室21的侧壁的壳体511。在壳体511形成有供红外线通过的圆形状的通过口51a。放射部50和检测部51以它们的通过口50a、51a相互对置的方式配置。
在实施方式中，气体传感器5为双检测器型，设置有测定用和参照用的两个检测器510(仅图示出一方)。测定用的带通滤波器(未图示)配置于测定用的检测器510的前段，并使具有被对象气体吸收的波长的红外线选择性地透过。通过测定用的检测器510来检测透过测定用的带通滤波器的红外线。参照用的带通滤波器(未图示)配置于参照用的检测器510的前段，并使具有不被对象气体吸收的波长的红外线透过。通过参照用的检测器510来检测透过参照用的带通滤波器后的红外线。
在对象气体为CO2的本实施方式中，例如以测定用的检测器510检测波长为4.3μm的红外线、参照用的检测器510检测波长为4.0μm的红外线的方式选择测定用以及参照用的带通滤波器。
气体传感器5具备根据检测部51的检测结果来运算对象气体的浓度的浓度运算部40(图1)。浓度运算部40包括根据来自检测器510的检测信号来运算气体浓度的浓度运算电路。
红外线通过试样容器6并被测定用以及参照用的检测器510检测。此时，在试样容器6内，红外线的一部分被试样气体所含有的对象气体吸收。因此，从测定用的检测器510输出的检测信号根据对象气体的浓度而发生变化。由此，能够检测对象气体。通过浓度运算电路并根据来自测定用的检测器510的检测信号以及来自参照用的检测器510的检测信号来运算对象气体的浓度。利用NDIR法的气体浓度测定本身已经周知，因此省略其详细说明。
在实施方式中，试样容器6包括第一容器元件60以及第二容器元件61。容器元件60、61呈沿红外线的路径延伸的彼此相同的半圆筒形状。如图3的A、图4的A所示，容器元件60、61各自的一端被放射部50的窗框502支承，各自的另一端被检测部51的窗框512支承。窗框502、512允许红外线的通过。
如图5的A所示，在各容器元件60、61的与红外线的路径正交的横剖面呈圆弧状。两容器元件60、61以形成有第一间隙6a以及第二间隙6b的方式相互对置且彼此错开地配置。通过第一容器元件60的一方的侧部与第二容器元件61的一方的侧部相互隔开间隔地重叠，从而第一间隙6a形成在第一容器元件60的内表面与第二容器元件61的外表面之间，并沿红外线的路径延伸。通过第一容器元件60的另一方的侧部与第二容器元件61的另一方的侧部相互隔开间隔地重叠，从而第二间隙6b形成在第一容器元件60的外表面与第二容器元件61的内表面之间，并沿红外线的路径延伸。红外线的路径周围整体被第一容器元件60以及第二容器元件61覆盖。
各容器元件60、61由不锈钢制成。另外，为了降低红外线的反射损失，各容器元件60、61的内表面被镀金。在内表面经过珩磨研磨、电解研磨等研磨处理后进行对内表面的镀金。
如图3、图4所示，根据试样容器6，腔室21内的气体通过第一间隙6a/第二间隙6b而被导入至试样容器6内，并通过第二间隙6b/第一间隙6a而向试样容器6外流出。即，试样气体从沿试样容器6的周面的长边方向延伸的间隙被瞬间导入其内部。由此，获得高响应性。并且，尽管形成有间隙6a、6B，但红外线的路径周围被容器元件60、61的组合整体覆盖，因此环境光非常难以进入试样容器6内。由此，噪声变少，从而测定精度得到维持。
由图5的A明确可知，通过第一容器元件60以及第二容器元件61的错开方式，能够调整重叠尺寸以及间隙尺寸。试样容器6的间隙尺寸、重叠寸法根据试样容器6的全长、腔室21的体积、风扇22的性能等适当地选择。作为一例，在试样容器6的长度为80mm～90mm时，间隔尺寸为1mm～3mm，重叠尺寸为3mm～5mm。
再次参照图2，操作单元3具备安装于腔室单元2的下壳体20的把手30、一端安装于光源单元1的上壳体10的臂部31、安装于臂部31的另一端的捏手32、安装于臂部31与下壳体20的合叶33、以及设置在臂部31的另一端与把手30之间的弹簧34。
由测定者握住把手30，在捏手32克服弹簧34而与臂部31的另一端一起被按下时，如图1的B所示，光源单元1远离腔室单元2。而且，测定叶L插入至上述容器1、2间。然后，在捏手32的按下被解除时，如图1的A所示，测定叶L被上述容器1、2夹持。像这样，测定者能够通过操作单元3单手且简单地进行测定作业。
气体分析仪具有向光源单元1的光源12、腔室单元2的风扇22以及气体传感器5供给电力的未图示的电源单元。电源单元包括电池等。
以下，对该气体分析仪的使用进行说明。
测定者操作操作单元3，测定叶L被夹在光源单元1与腔室单元2之间。此时，测定叶L的表面朝向光源单元1，且测定叶L的背面朝向腔室单元2。并且，开口10a、21a被测定叶L关闭。
气体分析仪通过阀26、27打开导入通路24以及排出通路25，从而利用泵从外部将大气等气体导入至腔室21内，使风扇22工作而使得腔室21内被导入的气体充满。然后，气体分析仪通过阀26、27将上述通路24、25关闭，从而将腔室21密闭。
然后，气体分析仪从光源单元1的光源12向测定叶L的表面放射光使测定叶L进行光合成。气体分析仪一边使测定叶L进行光合成并且通过风扇22使气体在腔室21内循环，一边通过气体传感器5测定腔室21内的CO2浓度。
测定叶L在进行光合成时，从其背面的气孔吸收腔室21内的气体中的CO2，因此腔室21内的CO2浓度开始降低。如图3、图4所示，气体通过风扇22而在腔室21内循环，且被瞬间导入至试样容器6内。因此，通过气体传感器5实质上实时地测定因测定叶L的光合成而降低的密闭空间内的CO2浓度。
如上所述，气体分析仪由于试样容器6的结构而能够实质上实时地且高精度地测定因光合成而变化的CO2浓度。而且，如下所述，光合成速度测定装置利用以下的光合成速度测定方法根据CO2浓度的时间变化来测定光合成速度。
如图1所示，光合成速度测定装置具备测定因上述的测定叶L的光合成而降低的CO2浓度的气体分析仪、以及测定腔室21内的温度的温度传感器(未图示)。并且，光合成测定装置具备记录部41和速度运算部42。需要说明的是，通过上述的浓度运算部40、记录部41、以及速度运算部42构成运算单元4。
记录部41为数据记录器，记录由浓度运算部40运算出的CO2浓度的时间变化而作为测定数据。速度运算部42包括速度运算电路或速度运算程序，根据由气体分析仪测定的CO2浓度的时间变化、以及由温度传感器测定的腔室21内的温度，来运算测定叶L的光合成速度。
对于CO2浓度而言，并非一边使气体流入腔室21内一边测定，而是将腔室21设为密闭状态而进行测定。由此，腔室21内的CO2浓度(ppm)与图7所示的测定叶L的光合成开始相伴地急剧降低。光合成速度A(mol CO2·m-2·s-1)能够通过利用CO2浓度的时间变化d[CO2]/dt(ppm·s-1)和状态方程式导出的以下的数学式1而求出。
[数学式1]
CO2浓度的时间变化d[CO2]/dt(ppm·s-1)相当于图7的曲线的导函数。在数学式1中，T(℃)为腔室21内的摄氏温度，由温度传感器测定。S(cm2)为由测定叶L关闭的开口21a的面积。V(cm3)为除风扇22、气体传感器5、温度传感器等以外的腔室21的实际体积。V以及S已知。
通过气体传感器5来测定因测定叶L的光合成而降低的腔室内21的CO2浓度，其测定数据被记录于记录部41。具体而言，CO2浓度在从光合成开始约10秒的期间内大致直线性降低。然后，速度运算部42根据记录于记录部41的测定数据，来运算从光合成开始约10秒以内的某一时刻的CO2浓度的时间变化d[CO2]/dt根据。然后，速度运算部42根据运算出的CO2浓度的时间变化d[CO2]/dt以及由温度传感器测定出的腔室21内的温度T，通过上述数学式1来运算测定叶L的光合成速度A。
如上述那样，光合成速度测定装置从测定开始(光合成开始)起以10秒左右测定光合成速度。测定的光合成速度显示于显示器。
如上所述，本发明的分析仪由于气体传感器5的高响应性和较少的噪声而能够实质上实时地且高精度地测定因测定叶L的光合成而降低的密闭空间内的CO2浓度。由此，本发明的装置以及方法能够高精地测定光合成速度。根据图10的现有技术，由于需要两台气体分析仪88、89而缺点较多。相对于此，在本发明中，仅一台气体分析仪即可，无需进行流量控制。另外根据在密闭空间内急剧降低的CO2浓度的时间变化来进行测定，因此测定精度高。
光合成速度的测定时间大约为10秒，与现有的方式相比被大幅度缩短。测定者只需通过容器1、2夹持测定叶L并等待10秒左右，就能够测定光合成速度。
由于测定密闭空间的CO2浓度，因此无需在以往的方式中所需要的大型的泵、流量控制部、以及流量计。因此，能够使光合成测定装置小型化且轻量化，能够适合携带。并且能够廉价地提供装置。
在以日本为代表的各国，为了确保食物的稳定而要求作物的多产化。通过本发明的光合成速度的测定作业的高效化，可期待加快具有高光合成能力的能够多收获的品种的研究开发。
光合成速度测定装置现在主要仅用于研究现场。通过能够提供适于携带且廉价的光合成速度测定装置，不仅在研究现场，还能够期望该装置普及到实际的生产现场，并用于苗圃等中的作物培育诊断。并且，可以认为是符合近年来的农业IT化潮流的新型的农业形象的契机。
[气体分析仪的响应性确认试验]
进行用于确认气体分析仪的响应性的试验。如图8的A所示，风扇以及NDIR式气体传感器配置于腔室内。气体传感器的试样容器使用了由图5的A的第一容器元件以及第二容器元件构成的构件。为了再现与因光合成而使腔室内的CO2浓度降低相同的情况，在大气充满腔室内后，不含有CO2的气体(以下称为零气)从注射器通过喷嘴而被注入腔室内。而且，由气体传感器测定CO2浓度的时间变化，将其测定数据记录于数据记录器。如图8的B所示，对记录数据进行分析，根据测定开始时刻T0和90％响应时刻T1来求出90％响应时间T90。
试样容器长度为90mm，间隙尺寸为大致2mm，重叠尺寸为5mm。腔室内的实际体积约为90ml。零气为10ml，分别求出将注入时间设为3.5秒时的T90、以及将注入时间设为7.0秒时的T90。其结果在以下的表1示出。
表1
注入10ml零气
由表1明确可知，即便改变注入速度，注入时间和响应时间T90也近似，从而获得了高响应性。能够实质上实时地测量在密闭空间内降低的CO2浓度。该高响应性通过由风扇进行的气体的循环、以及试样气体自试样容器侧面的间隙的迅速导入来实现。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。
气体传感器5为测定CO2浓度的仪器，但也可以测定其他气体的浓度。另外，气体传感器5不仅用于气体的浓度测定，还可以用于气体检测。即，气体传感器5也可以用于检测试样气体中是否包含有对象气体。对象气体可以是二氧化碳以外的气体，例如一氧化碳、水蒸气、甲烷、丙烷、乙烯、氟利昂气体、一氧化二氮、六氟化硫等。
气体传感器5为双检测器型，但也可以为不包括参照用的检测器510的单检测器型。气体传感器5也可以具备多个测定用的检测器，检测两种以上的对象气体或测定它们的浓度。因光合成而在腔室21内产生的水蒸气对光合成速度的测定带来影响。因此，也可以为，气体传感器5不仅测定CO2浓度，也测定H2O浓度，基于测定出的H2O浓度来修正水蒸气的影响。
在图5的A的基础上，如图5的B、图5的C所示，试样容器6的横剖面包括弧状的容器元件60、61，也可以具有沿红外线的路径延伸的大致圆筒形状或大致椭圆筒形状。图5的B的容器元件60、61具有彼此相同的半椭圆筒形状，图5的C的容器元件60、61具有内径彼此不同的半圆筒形状。另外，如图6的A～图6的C所示，试样容器6也可以由横剖面大致呈弧状弯曲的容器元件60、61构成，具有沿红外线的路径延伸的大致多边筒形状。图6的A以及图6的B的试样容器6为大致四边筒形状，图6的C的试样容器6为大致八边筒形状。多边筒形状的试样容器6可以如图6的A、图6的C所示那样由彼此形状相同的容器元件60、61构成，也可以如图6的B所示那样由彼此形状不同的容器元件60、61构成。试样容器6并不限定于图5、图6的例示。
试样容器6可以包括三个以上的容器元件。即使通过三个以上的容器元件，也能够得到高响应性以及少噪声这双方，这是不言而喻的。总之，只要红外线的路径周围整体被多个容器元件覆盖，且相邻容器元件的侧部彼此隔开间隔地重叠，沿红外线发热路径延伸的间隙形成在其一方的容器元件的外表面/内表面与其另一方的容器元件的内表面/外表面之间即可。
为了进行更加准确的浓度测定，优选能够将红外线高效地从放射部50传递至检测部51。例如，放射部50也可以具备用于将来自红外光源500的红外线朝向检测器510的受光面聚光的聚光透镜，从而抑制因试样容器6中的反射造成的红外线损失。各容器元件也可以由不锈钢以外的其他金属构成，例如还可以由塑料、玻璃等其他材料构成。另外，各容器元件除镀金的内表面以外，也可以具有镜面加工的内表面或带有铝片的内表面。
若检测器510的受光面的直径比通过口50a、50b的直径小，则红外线的一部分会从检测器510的受光面逸出。为了降低这样的红外线的损失，试样容器6也可以具有从放射部50朝向检测部51变窄的形状。该锥状的试样容器6能够由从放射部50朝向检测部51而宽度逐渐变窄的多个容器元件构成。更优选将锥状的试样容器6和上述的聚光透镜组合。
气体分析仪也可以用于光合成速度测定以外的用途。图9示出了用于检测气体或测定气体浓度的另一实施方式的气体分析仪。气体分析仪具备腔室70、为了将试样气体导入至腔室70而与腔室70连接的导入通路71、以及为了将试样气体从腔室70排出而与腔室70连接的排出通路72。气体分析仪还具备将试样气体从供给源通过导入通路71而导入至腔室70的泵(未图示)、以及配置于腔室70内并使试样气体在腔室70内循环的风扇73。气体分析仪还具备至少一个NDIR式气体传感器5。气体传感器5的试样容器6配置于腔室70内。气体传感器5检测腔室70内的试样气体所包含的对象气体或测定对象气体的浓度。
在该分析仪中，也可以一边将试样气体从供给源以一定流量导入腔室70一边进行由气体传感器5进行的对象气体的检测或浓度测定。取而代之，也可以将试样气体从供给源导入至腔室70内，通过利用电磁式的阀74、75将两通路71、72关闭从而将腔室70密闭后，一边通过风扇73使试样气体在腔室70内循环一边进行对象气体的检测或浓度测定。后者的方法在试样气体少量的情况下有效。
也可以如下所述那样测定光合成速度。参照图2的B，光合成实际上不仅在测定叶L的背面进行，也在表面进行。也就是说，测定叶L也吸收上壳体10内的CO2。于是，也可以将上壳体10设为上腔室，将腔室21设为下腔室，并设置有将上述10、21连通的连通通路，从而由上腔室10、下腔室21、以及连通通路形成一个能够密闭的腔室。而且，一边使测定叶L进行光合成并且利用风扇22使气体通过连通通路而在下腔室21以及上腔室10整体中循环，一边测定腔室内的CO2浓度，继而测定光合成速度。此时，在上述的数学式1中，S(cm2)为开口21a的面积与开口10a的面积之和，V(cm3)为腔室21、上壳体10、以及连通通路的各自的实际体积之和。
附图标记说明
1 光源单元；12 光源；2 腔室单元；21 腔室；21a 开口；22 风扇；3 操作单元；4运算单元；40 浓度运算部；42 速度运算部；5 气体传感器；50 放射部；51 检测部；6 试样容器；60 第一容器元件；61 第二容器元件；6a 第一间隙；6b 第二间隙；L 测定叶。
Claims (13)
1.一种NDIR式气体传感器，用于气体检测或气体浓度测定，其特征在于，具备：
放射部，其放射红外线；
检测部，其检测由所述放射部放射的所述红外线；以及
试样容器，其沿所述红外线的路径架设在所述放射部与所述检测部之间，且覆盖所述路径周围整体，
所述试样容器包括沿所述路径延伸的多个容器元件，
相邻的所述容器元件的侧部相互隔开间隔地重叠。
2.根据权利要求1所述的NDIR式气体传感器，其特征在于，
所述试样容器具有从所述放射部朝向所述检测部而变窄的形状。
3.根据权利要求1或2所述的NDIR式气体传感器，其特征在于，
各所述容器元件具有被镀金或被镜面加工的内表面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的NDIR式气体传感器，其特征在于，
所述试样容器包括第一容器元件和第二容器元件，
所述第一容器元件的一方的侧部与所述第二容器元件的一方的侧部相互隔开间隔地重叠，从而形成有沿所述路径延伸的第一间隙，所述第一容器元件的另一方的侧部与所述第二容器元件的另一方的侧部相互隔开间隔地重叠，从而形成有沿所述路径延伸的第二间隙。
5.一种气体分析仪，用于对测定叶的光合成速度进行测定，其特征在于，具备：
腔室，其具有被所述测定叶覆盖的开口且能够密闭；
风扇，其配置于所述腔室内且使气体在所述腔室内循环；以及
权利要求1至4中任一项所述的NDIR式气体传感器，其测定所述腔室内的CO2浓度。
6.根据权利要求5所述的气体分析仪，其特征在于，
所述气体分析仪还具备向所述测定叶放射光的光源。
7.根据权利要求5或6所述的气体分析仪，其特征在于，
所述腔室的所述开口朝上，所述风扇配置于所述腔室的所述开口的正下方，所述气体传感器配置于所述风扇的正下方。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的气体分析仪，其特征在于，
所述风扇以产生朝向所述腔室的所述开口的气流的方式配置于所述腔室内。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的气体分析仪，其特征在于，
所述风扇以产生相对于所述腔室的所述开口而朝向相反方向的气流的方式配置于所述腔室内。
10.一种气体分析仪，其特征在于，具备：
腔室；
导入通路，其为了将试样气体导入所述腔室而与所述腔室连接；
排出通路，其为了将所述试样气体从所述腔室排出而与所述腔室连接；以及
权利要求1至4中任一项所述的NDIR式气体传感器，其检测被导入至所述腔室的所述试样气体中的对象气体或测定对象气体的浓度。
11.一种光合成速度测定装置，用于对测定叶的光合成速度进行测定，其特征在于，具备：
权利要求5至9中任一项所述的气体分析仪，其测定因所述测定叶的光合成而降低的CO2浓度；以及
速度运算部，其根据由所述气体分析仪测定出的所述CO2浓度的时间变化来运算所述测定叶的光合成速度。
12.一种光合成速度测定方法，对测定叶的光合成速度进行测定，其特征在于，
准备权利要求5至9中任一项所述的气体分析仪，
通过所述测定叶关闭所述腔室的所述开口，从而使所述腔室内成为密闭状态，
一边使所述测定叶进行光合成并且通过所述风扇而使气体在所述腔室内循环，一边利用所述NDIR式气体传感器来测定所述腔室内的CO2浓度，
根据测定出的所述CO2浓度的时间变化来运算所述测定叶的光合成速度。
13.根据权利要求12所述的光合成速度测定方法，其特征在于，
根据从所述测定叶开始光合成起10秒以内的所述腔室内的CO2浓度的时间变化来测定所述测定叶的光合成速度。
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