CN110470631B - 激光式气体分析仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高了成分浓度的测定精度的激光式气体分析仪。激光式气体分析仪(100)具备：向测定对象气体照射激光(11a)的发光部(11)；对通过测定对象气体后的激光进行反射的反射部(28)；接收由反射部(28)反射的激光的光接收部(13)；控制发光部(11)并对来自光接收部(13)的输出信号进行处理的控制部(15)；具有供测定对象气体流入和流出的开口(22a、22b)的测定对象气体通过部(22)；填充有不含测定对象气体的吹扫气体的吹扫区域部(24)；以及具有能够让激光(11a)通过的开孔(26a)的隔壁部(26)，在隔壁部(26)的与发光部(11)相对的面形成有促进激光(11a)的散射的微小凹凸或实施了促进激光(11a)的散射或吸收的表面处理。

Description

激光式气体分析仪
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年5月11日提出申请的日本专利申请第2018-92398号的优先权，通过参考该日本专利申请的说明书全文而在本申请的说明书中进行引用。
技术领域
本发明涉及激光式气体分析仪。
背景技术
作为检测CO、CO2、O2等各种气体浓度的分析仪，已知有激光式气体分析仪。该激光式气体分析仪向测定对象气体照射激光，利用的是存在于激光光路中的气体会将激光吸收这一点。
作为这样的激光式气体分析仪，例如专利文献1中公开了一种气体分析用探针，其在筒状构件内具备吹扫气体提供部、样本气体流入部、第二样本气体流入部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5813409号说明书
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，专利文献1所记载的气体分析用探针中，并未设置用于抑制吹扫气体向测定区域的中央方向移动的物理边界。因而，暴露在样本气体中的激光的光路长度无法稳定，所以在成分浓度的测定精度上还有改善的余地。
本发明以解决上述问题作为课题，其目的在于提供一种提高成分浓度的测定精度的激光式气体分析仪。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明是为了解决上述技术问题而完成的，本发明的激光式气体分析仪包括：
发光部，所述发光部向测定对象气体照射激光；
反射部，所述反射部对通过测定对象气体后的所述激光进行反射；
光接收部，所述光接收部接收由所述反射部发射的所述激光；
控制部，所述控制部控制所述发光部，并对来自所述光接收部的输出信号进行处理；
筒状的测定对象气体通过部，所述测定对象气体通过部设置在所述发光部与所述反射部之间，并具有供测定对象气体流入和流出的开口；
第一吹扫区域部，所述第一吹扫区域部设置在所述测定对象气体通过部的所述发光部侧，且填充有不包含所述测定对象成分的吹扫气体；以及第一隔壁部，所述第一隔壁部划定所述测定对象气体通过部与所述第一吹扫区域部之间的边界，并具有能够让所述激光通过的开孔，
在所述第一隔壁部的与所述发光部相对的面形成有促进所述激光的散射的微小凹凸、或者实施了促进所述激光的散射或吸收的表面处理。通过采用这样的结构，能够使专利文献1所无法实现的在测定对象气体通过部与吹扫区域部之间设置物理边界从而使暴露在测定对象气体中的光路长度稳定，并且能够抑制因设置物理边界而导致不需要的返回光进入光接收部，从而提高测定对象气体的成分浓度的检测精度。
此外，本发明的激光式气体分析仪优选在上述结构的基础上还具备：第二吹扫区域部，所述第二吹扫区域部设置在所述测定对象气体通过部的所述反射部侧，并填充有吹扫气体；以及第二隔壁部，所述第二隔壁部划定所述测定对象气体通过部与所述第二吹扫区域部之间的边界，并具有能够让所述激光通过的开孔，在所述第二隔壁部的与所述发光部相对的面形成有促进所述激光的散射的微小凹凸、或者实施了促进所述激光的散射或吸收的表面处理。通过采用这样的结构，能够构成为在测定对象气体通过部与吹扫区域部之间设置物理边界从而使暴露在测定对象气体中的光路长度更加稳定，而且能够仅使通过原来的光路后的激光返回到光接收部。
此外，本发明的激光式气体分析仪优选在上述结构中，所述第一隔壁部的面的表面处理和所述第二隔壁部的面的表面处理中的至少一方为喷砂处理。通过采用这样的结构，能够简便且以低廉的价格实现去除不必要的光所需的表面处理。
此外，本发明的激光式气体分析仪优选为在上述结构中，能够相对于所述第一隔壁部，在与光轴正交的方向上调整发光部的位置。通过采用上述结构，能够调整为以使得激光通过隔壁部上所设的开孔的中心，因此即使在探针部受到振动的情况下，激光也不容易被隔壁部的壁部遮挡。另外，即使在探针部因自重弯曲而遮挡了激光的情况下，也能够重新调整发光部的位置。
发明效果
根据本发明，能够提供一种提高了成分浓度的测定精度的激光式气体分析仪。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所涉及的激光式气体分析仪的简图。
图2是本发明的一实施方式所涉及的激光式气体分析仪中发光部侧的隔壁部附近的放大立体图。
图3A是表示发光部侧的隔壁部的结构的图。
图3B是表示发光部侧的隔壁部的结构的图。
图3C是表示发光部侧的隔壁部的结构的图。
图4是表示测定对象成分为O2时的吸收光谱的一例的图。
图5是本发明的一实施方式所涉及的激光式气体分析仪中反射部侧的隔壁部附近的放大立体图。
图6A是表示反射部侧的隔壁部的结构的图。
图6B是表示反射部侧的隔壁部的结构的图。
图6C是表示反射部侧的隔壁部的结构的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。如图1所示，本实施方式所涉及的激光式气体分析仪100具备：探针部20，该探针部20划定了规定光路长度的测定对象气体通过部22，且将激光11a的规定光路暴露在测定对象气体中从而使其进行光吸收；以及分析部10，该分析部10向测定对象气体照射激光11a，并且接收在探针部20中被光吸收后的激光11a，从而对测定对象气体进行分析。这里所述的测定对象气体是包含CO、CO2、O2等测定对象成分的气体，测定对象气体包含一种或多种测定对象成分。
此外，在本说明书、权利要求书、摘要和附图中，光轴方向是沿着激光11a的射出方向的方向，是图1的左右方向。此外，发光部11侧是指图1中的右侧，反射部28侧是指图1中的左侧。
如图1所示，分析部10具备：发出激光11a并将其照射到测定对象气体上的发光部11；接收被测定对象气体吸收后的激光11a的光接收部13；以及控制所述发光部11并对来自光接收部13的输出信号进行处理的控制部15。
发光部11具有发出激光11a的激光器、以及向激光器提供电流的激光器驱动电路。激光器可以使用例如能够在包含测定对象气体的吸收波长的范围内扫描(scan)波长的波长可变型半导体激光器。激光器驱动电路可以包含能基于来自控制部15的控制信号向激光器提供驱动电流的晶体管或激光器驱动IC(集成电路)等。发光部11发出的激光11a如图1中箭头所示，向着与测定对象气体流过的方向(图1的向下方向)大致正交的方向(图1的向左方向)照射。
光接收部13接收从发光部11照射且在测定对象气体通过部22暴露在测定对象气体中而受到光吸收后的激光11a。光接收部13可以具备例如光电二极管(Photo Diode)等光接收元件、将来自光接收元件的光检测电流转换成电压的电压转换电路和放大器。光接收部13利用光接收元件检测射入的激光11a的光强度并输出到控制部15等。此外，光接收元件也可以是光电二极管以外的元件。
控制部15控制发光部11并对来自光接收部13的输出信号进行处理。这里，发光部11的控制包括对激光11a的发光波长、激光11a的出射功率、发光脉冲的脉冲宽度及占空比的控制。对来自光接收部13的输出信号进行的处理包括基于输出信号计算接收到的激光11a的吸收光谱、基于吸收光谱计算测定对象气体中包含的成分及其浓度等处理。
接下来，说明探针部20的结构。如图1所示，探针部20设置在测定对象气体流过的配管30内部，其长边方向与测定对象气体的流向正交。探针部20具有划定暴露在测定对象气体中的激光11a的光路长度的测定对象气体通过部22、设置在测定对象气体通过部22的光轴方向两侧且填充有吹扫气体的吹扫区域部24、25(第一吹扫区域部和第二吹扫区域部)。探针部20设置在测定对象气体的流速分布较大的区域，且测定对象气体通过部22远离配管30的壁面。测定对象气体通过部22和吹扫区域部24、25由形成探针部20的外形的筒状外壳21划分形成。外壳21如图2所示，具有形成测定对象气体通过部22的外形的中央外壳21c、形成吹扫区域部24、25的外形的侧边外壳21s。本实施方式中，采用能够相对于后述的隔壁部26、27(第一隔壁部和第二隔壁部)，在与光轴正交的方向上调整发光部11的位置的结构。从而，能够调整为以使得激光11a通过设置在隔壁部26、27上的开孔26a、27内的最佳位置。
测定对象气体通过部22的光轴方向两端设置有隔壁部26、27，通过隔壁部26、27划分形成与吹扫区域部24、25的边界。图2是发光部11侧的隔壁部26附近的放大立体图。
隔壁部26(第一隔壁部)如图2所示，具有划定测定对象气体通过部22与发光部11侧的吹扫区域部24(第一吹扫区域部)之间的边界的壁部26w和形成在壁部26w上的2个开孔26a。本实施方式中，2个开孔26a以适当的大小形成在如图1所示地从发光部11射出的激光11a和经反射部28反射后的激光11a分别能够通过的位置上。即使在探针部20因外部干扰而发生振动的情况下或因自重等影响导致探针部20弯曲变形的情况下，只要将开孔26a形成得较大，就可以减小激光11a被开孔26a的周边部遮挡的可能性，从而能够使激光11a稳定地射入光接收部13。另一方面，吹扫气体从未图示的吹扫气体提供部被提供给吹扫区域部24、25，通过开孔26a后排出到吹扫区域部24、25的外部。因而，如果开孔26a形成得过大，则会导致大流量的吹扫气体从开孔26a排出，在经济方面会造成损失。另外，如果开孔26a形成得过大，则测定对象气体通过部22与吹扫区域部24、25之间的边界会变得模糊，在激光式气体分析中成为成分浓度计算基准的暴露在测定对象气体中的光路长度容易出现误差。因而，希望考虑对振动等外部干扰的承受力、经济上以及所要求的成分浓度检测精度之间的平衡，来决定开孔26a的大小。
此外，本实施方式中，在隔壁部26上设有2个开孔26a，但并不限于此种方式。开孔26a的数量可以根据发光部11和光接收部13的数量、光路设计等而变化。开孔26a至少设置在一处位置上即可，也可以设置在三处位置上。
另外，从未图示的吹扫气体提供部提供给吹扫区域部24、25的吹扫气体优选为不含测定对象气体中的测定对象成分的气体。吹扫气体可以使用例如N2。
图2中，图面向里的一侧为测定对象气体的上游侧，图面向外的一侧为测定对象气体的下游侧。因此，测定对象气体从与图2的纸面大致垂直的方向从里向外流动。在以下的说明中，简单记为上游侧和下游侧的部位表示的是测定对象气体的上游侧、测定对象气体的下游侧。如图所示，测定对象气体通过部22具有上游侧开口22a和下游侧开口22b。
上游侧开口22a如图2所示地在中央外壳21c的上游侧，配置在与隔壁部26在光轴上相邻的反射部28侧(图2的左侧)。上游侧开口22a具有光轴方向的尺寸比图2的上下方向的尺寸要短的矩形形状。从上游侧通过上游侧开口22a流入测定对象气体通过部22内的测定对象气体横穿隔壁部26的开孔26a流向下游侧。通过该上游侧开口22a后的测定对象气体的流动能够使从隔壁部26的开孔26a流出的吹扫气体不会向朝着测定对象气体通过部22的光轴方向中央位置的方向(图2的左方向)流动。由此，通过将光轴方向宽度较窄的上游侧开口22a设置在上游侧，从而能够防止比上游侧开口22a要大的灰尘等侵入测定对象气体通过部22内。此外，上游侧开口22a如后文所述地与反射部28侧的隔壁部27也相邻设置。
如图2所示，下游侧开口22b具有光轴方向较长的矩形形状，在中央外壳21c的下游侧，沿着光轴方向排列有多个下游侧开口22b。因此，中央外壳21c的下游侧具有大面积的开口。通过在下游侧配置光轴方向的宽度较宽的下游侧开口22b，能够使通过上游侧开口22a流入测定对象气体通过部22内的测定对象气体从该下游侧开口22b排出，并且能够使绕过中央外壳21c的外侧而到达下游侧的测定对象气体容易地流入。此外，绕过中央外壳21c的外侧而到达下游侧的灰尘等由于其自身的惯性力而继续向下游侧流去，因此能够减少灰尘等通过下游侧开口22b而侵入测定对象气体通过部22内。
图3A～图3C表示图2所示的隔壁部26，图3A为左侧视图，图3B为主视图，图3C为右侧视图。隔壁部26具有划定测定对象气体通过部22与吹扫区域部24之间的边界的壁部26w、形成在壁部26w上的2个开孔26a、用于使隔壁部26分别与中央外壳21c及侧边外壳21s嵌合固定的嵌合部26e、以及在将隔壁部26与中央外壳21c嵌合固定时将嵌合部26e引导至中央外壳21c的内侧的引导部26d。隔壁部26可以由例如SUS316等材料形成。但并不限于此种方式，隔壁部26可以用其它各种金属材料等形成。
图3C是隔壁部26的右侧视图，是从激光11a的入射方向观察隔壁部26时的图。图3C中的斜线部表示实施了喷砂处理后的喷砂处理面26b。本实施方式中，隔壁部26通过对SUS316进行切削加工制作而成，各加工面具有接近镜面的表面粗糙度，但通过对与发光部11相对的面实施喷砂处理，从而能够抑制激光式气体分析所不需要的反射光返回到光接收部13，能够提高测定精度。即，在图1所示的单手持式探针部20受到机械性外部干扰而导致探针部20发生振动，激光11a的一部分没有通过开孔26a而是照射到喷砂处理面26b上的情况下，由于被喷砂处理面26b反射的激光11a是发散的，因此也能够减少返回到光接收部13的光量。
此外，对喷砂处理面26b实施的喷砂处理可以通过用大颗粒的研磨剂进行喷砂处理来得到表面粗糙度较大的面，因此能够增加经喷砂处理面26b反射后的反射光中的漫反射成分，从而有效地抑制返回到光接收部13的光量。
测定对象气体有时为高温气体，因此在本实施方式中，使用耐高温的金属材料即SUS316作为隔壁部26、27的材质，但不限于此种方式。隔壁部26、27的材质可以使用SUS316以外的各种金属材料及其合金。另外，也可以使用金属材料以外的其他材料。隔壁部26、27的制造方法除了上述切削加工之外，也可以通过例如失蜡铸造等来形成。
吹扫区域部24如图1和图2所示地配置在测定对象气体通过部22的发光部11侧。吹扫区域部24是由侧边外壳21s和隔壁部26划分形成的区域，填充有未图示的吹扫气体提供部所提供的吹扫气体。所提供的吹扫气体从隔壁部26的开孔26a排出。吹扫气体是不含测定对象成分的气体。通过用吹扫气体充满吹扫区域部24，从而能够保护内部设置的光学元器件等免受灰尘等的影响。另外，通过用吹扫气体充满吹扫区域部24，从而能够抑制测定对象气体流入吹扫区域部24，能够使激光11a暴露在测定对象气体中的光路长度维持稳定。
此处，对激光式气体分析100的原理和通过减少隔壁部26中的反射光从而提高测定精度的理由进行说明。
本实施方式的激光式气体分析仪100是基于TDLAS(Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy：可调谐二极管激光吸收光谱)法的分析仪。在TDLAS中，使线宽远窄于气体吸收线宽的半导体激光透过测定对象气体，通过对其驱动电流进行高度调制来对其波长进行扫描(scan)，测定透射光量，并测定一个独立的吸收光谱。更具体而言，如图1所示，从发光部11射出的激光11a在具有规定光路长的测定对象气体通过部22中被暴露在测定对象气体中。发光部11通过使驱动激光器的驱动电流的大小连续地变化，从而使射出的激光11a的波长在规定范围内变化。测定对象气体吸收哪个波长取决于测定对象气体。图4表示测定对象气体为O2的情况下，从发光部11射出并在测定对象气体通过部22中往返后被光接收部13检测出的激光11a的光谱。如图所示，O2在波长λO2处有吸收光谱，波长λO2处的光强度与附近其它波长的光强度相比，局部下降。发光部11在包含光强度局部下降的波长λO2的规定波长范围内对激光11a的波长进行扫描。波长扫描的范围优选如图4所示地决定为在波长λO2的短波长侧和长波长侧可得到光强度不依赖波长的平坦曲线。激光11a的扫描范围会随着不同的应用而不同，例如在测定对象成分为O2的情况下，若激光11a的线宽为例如0.0002nm，则扫描范围为例如0.1～0.2nm。通过在该0.1～0.2nm的范围内扫描，来测定吸收光谱。
此外，本实施方式中，通过改变提供给激光器的驱动电流，来对激光11a的波长进行扫描。因而，实际上光接收部13检测出的图4左端的波长下的光强度与右端的波长下的光强度是不同的。控制部15对基线进行平坦化处理，从而使图4左端的波长的光强度和右端的波长的光强度相同。
若设射入测定对象气体之前的光强为In，射入测定对象气体之后的光强为Ia，则吸光度Ab可以用下面的数学式(1)来表示。
【数学式1】
Figure BDA0002052408840000101
根据Lambert-Beer定律，测定对象气体的吸光度Ab与测定对象气体的成分浓度、暴露在测定对象气体中的激光11a的光路长度成正比。因此，根据图4所示的光谱，通过确定射入测定对象气体之前的光强度In和射入测定对象气体之后的光强度Ia来计算吸光度Ab，再确定暴露在测定对象气体中的激光11a的光路长度，从而能够检测出测定对象气体的成分浓度。此外，图1所示的例子中，暴露在测定对象气体中的激光11a的光路长度是测定对象气体通过部22的光轴方向长度a的2倍长度。这是因为，从发光部11射出的激光11a经反射部28向激光11a的入射方向进行大致180度反射而返回到光接收部13，因此在长2a的光路中暴露在测定对象气体中。
此外，本实施方式中，使用光谱面积法作为浓度换算的方法，但并不限于此种方式，也可以使用峰高法或2f法等。
利用上述方法来检测测定对象气体的成分浓度时，假设只有从发光部11射出并经反射部28反射后的激光11a会被光接收部13检测出。但如上所述，当由于探针部20振动而导致激光11a与隔壁部26、27的相对位置发生变动时，有时激光11a会被壁部26w遮挡而返回到光接收部13。对在这种情况下检测出的测定对象气体的成分浓度进行探讨。
表1中，将测定对象气体通过部22中测定对象气体的实际成分浓度设为A，将吹扫区域部24、25中测定对象气体的实际成分浓度设为B，将通过测定对象气体通过部22后返回到光接收部13的激光11a的透射率设为C，将在吹扫区域部24被反射而回到光接收部13的光接收部11a的透射率(这里考虑的是经吹扫区域部24反射并返回到光接收部13的比例)设为D，激光式气体分析仪100计算出的成分浓度(激光式气体分析仪100的浓度指示值x)可以用下面的数学式(2)来表示。
【表1】
测定对象气体通过部 吹扫区域部
成分浓度 A B
透射率 C D
【数学式2】
Figure BDA0002052408840000111
这里，吹扫区域部24中仅填充了不含测定对象成分的吹扫气体，因此吹扫区域部24中测定对象气体的成分浓度B为0。因此，数学式(2)可以变形成以下的数学式(3)。
【数学式3】
Figure BDA0002052408840000112
若不存在从发光部11射出并经吹扫区域部24反射而返回到光接收部13的激光11a，则经吹扫区域部24反射后回到光接收部13的激光11a的透射率(经吹扫区域部24反射后回到光接收部13的比例)D为0。因而，根据数学式(3)，激光式气体分析仪100计算出的成分浓度(浓度指示值x)等于测定对象气体的实际成分浓度A。但是，当因探针部20振动而导致激光11a与隔壁部26的相对位置发生变动时，被壁部26w遮挡而返回到光接收部13的激光11a增加，经吹扫区域部24反射后返回到光接收部13的激光11a的透射率(经吹扫区域部24反射而回到光接收部13的比例)D增大。因而，根据数学式(3)，激光式气体分析仪100计算出的成分浓度(浓度指示值x)小于测定对象气体的实际成分浓度A。该x与A之差为激光式气体分析仪100计算出的成分浓度的误差。
本实施方式中，如上述对隔壁部26的与发光部11相对的面(喷砂处理面26b)进行了喷砂处理，因此即使激光11a被壁部26w遮挡，经喷砂处理面26b反射的反射光也是发散的，从而能够有效地抑制回到光接收部13的光量。
此外，在上述例子中，对隔壁部26的能够被激光11a照射到的面实施了喷砂处理，但并不限于此种方式。也可以对隔壁部26的与发光部11相对的面实施喷砂处理以外的表面处理来形成微小凹凸，从而使反射光发散。另外，在通过铸造等形成隔壁部26时，也可以通过预先在铸模上形成微小凹凸，从而在隔壁部26上形成微小凹凸。这种情况下的微小凹凸的大小优选为以通过上述喷砂处理得到的微小凹凸的大小为基准。另外，也可以对激光11a能够照射到的面实施涂黑处理等使激光11a吸收的表面处理，来代替设置微小凹凸以使反射光发散。
接下来，利用图5和图6A～图6C，对测定对象气体通过部22的反射部28侧的结构进行说明。
图5表示测定对象气体通过部22的反射部28侧的结构，图面向里一侧为测定对象气体的上游侧，图面向外一侧为测定对象气体的下游侧。因此，测定对象气体从与图5的纸面大致垂直的方向从里向外流动。如图所示，与发光部11侧同样地，测定对象气体通过部22具有上游侧开口22a和下游侧开口22b。此外，本实施方式中，上游侧开口22a和下游侧开口22b相对于测定对象气体22形成为在光轴方向上大致对称，具有与设置在发光部11侧的开口相同的功能。
图6A～图6C表示图5所示的隔壁部27(第二隔壁部)，图6A为左侧视图，图6B为主视图，图6C为右侧视图。隔壁部27具有划定测定对象气体通过部22与吹扫区域部25(第二吹扫区域部)之间的边界的壁部27w、形成在壁部27w上的2个开孔27a、用于使隔壁部27与中央外壳21c嵌合固定的嵌合部27e、以及在将隔壁部27与中央外壳21c嵌合固定时将嵌合部27e引导至中央外壳21c的内侧的引导部27d。隔壁部27可以由例如SUS316等材料形成。但并不限于此种方式，隔壁部27可以用其它各种金属材料等形成。
图6C是隔壁部27的右侧视图，是从激光11a的入射方向观察隔壁部27时的图。图6C中的斜线部表示实施了喷砂处理后的喷砂处理面27b。由此，通过对隔壁部27的与发光部11相对的面实施喷砂处理，从而能够抑制从并非光学元器件的隔壁部27返回到光接收部13的返回光，只有通过原来的光路后的激光11a才能返回到光接收部13。
此外，与隔壁部26上所设的喷砂处理面26不同，隔壁部27上所设的喷砂处理部27b并不是必须要有的结构。这是因为，从发光部11射出并经壁部27w反射后返回到光接收部13的激光11a与通过原来的光路的激光11a同样地在往返中通过测定对象气体通过部22，从而会受到由测定对象气体进行的光吸收。因此，从改善成分浓度的测定精度的观点出发，可以认为即使存在少许经壁部27w反射后返回到光接收部13的激光11a，也不会对成分浓度的测定精度产生很大的影响。但从只让通过原来的光路后的激光11a返回到光接收部13的观点出发，优选在隔壁部27设置喷砂处理面27b。此外，隔壁部27的喷砂处理面27b可以进行与隔壁部26的喷砂处理面26b相同的处理，也可以用不同于喷砂处理面26b的方法来形成微小突起或进行表面处理。
吹扫区域部25如图1和图5所示地配置在测定对象气体通过部22的反射部28侧。吹扫区域部25是由侧边外壳21s和隔壁部27包围形成的区域，填充有未图示的吹扫气体提供部所提供的吹扫气体。与吹扫区域部24相同，所提供的吹扫气体从隔壁部27的开孔27a排出。通过用吹扫气体充满吹扫区域部25，从而能够保护内部设置的反射部28等构件免受灰尘等的影响。本实施方式中，反射部28可以是例如将来自发光部11的激光11a向大致180度方向反射的角锥棱镜。通过用吹扫气体充满吹扫区域部25，从而能够抑制测定对象气体流入吹扫区域部25，能够使激光11a暴露在测定对象气体中的光路长度维持稳定。
本实施方式中，形成有从外壳21的外周面向径向外侧突出的凸缘29。而且，通过将凸缘29固定在测定对象气体流过的配管30上，从而激光式气体分析仪100固定在配管30上。此外，凸缘29也可以安装成例如能够相对于配管30调整倾斜度。
如上所述，在本实施方式中，包括：向测定对象气体照射激光11a的发光部11；对通过测定对象气体后的激光11a进行反射的反射部28；接收由反射部28反射的激光11a的光接收部13；控制发光部11并对来自光接收部13的输出信号进行处理的控制部15；设置在发光部11与反射部28之间的空间内且具有供测定对象气体流入和流出的开口22a、22b的筒状的测定对象气体通过部22；设置在测定对象气体通过部22的发光部11侧且填充有不含测定对象气体的吹扫气体的吹扫区域部24(第一吹扫区域部)；以及划定测定对象气体通过部22与吹扫区域部24之间的边界且具有能够让激光11a通过的开孔26a的隔壁部26(第一隔壁部)，在隔壁部26的与发光面11相对的面实施了促进激光11a的散射的表面处理。通过采用这样的结构，能够实现专利文献1所无法实现的在测定对象气体通过部22与吹扫区域部24之间设置物理边界从而使暴露在测定对象气体中的光路长度稳定，并且能够抑制因设置物理边界而导致不需要的返回光进入光接收部13，从而能够提高测定对象气体的成分浓度的检测精度。
另外，本实施方式中，还具备设置在测定对象气体通过部22的反射部28侧且填充有吹扫气体的吹扫区域部25(第二吹扫区域部)、划定测定对象气体通过部22与吹扫区域部25之间的边界且具有能够让激光11a通过的开孔27a的隔壁部27(第二隔壁部)，在隔壁部27的与发光部11相对的面实施了促进激光11a的散射的表面处理。通过采用这样的结构，能够构成为在测定对象气体通过部22与吹扫区域部25之间设置物理边界从而使暴露在测定对象气体中的光路长度更加稳定，并且能够仅使通过原来的光路后的激光11a返回到光接收部13。
另外，本实施方式中，采用喷砂处理作为对隔壁部26、27中的至少一方实施的表面处理。通过采用这样的结构，能够简便且以低廉的价格实现去除不必要的光所需的表面处理。
另外，本实施方式中，通过用大颗粒的研磨剂对喷砂处理面26b进行喷砂处理来得到表面粗糙度较大的面，从而能够增加经喷砂处理面26b反射后的反射光中的漫反射成分，从而有效地抑制返回到光接收部13的光量。
另外，本实施方式中，构成为能够相对于隔壁部26在与光轴正交的方向上调整发光部11的位置。通过采用上述结构，能够调整为以使得激光11a通过隔壁部26上所设的开孔26a的中心，因此即使在探针部20受到振动的情况下，激光11a也不容易被隔壁部26的壁部26w遮挡。另外，即使在探针部20因自重弯曲而遮挡了激光11a的情况下，也能够重新调整发光部11的位置。
以上基于各附图和实施例对本发明进行了说明，但应当注意，只要是本领域的技术人员，很容易在本发明的基础上进行各种变形、修正。因而，应当留意这些变形、修正是包含在本发明的范围之内的。例如，各构成部所具备的功能等只要在逻辑上不相矛盾就可以重新配置，也可以将多个构成部组合成一个或者进行分割。应当理解这些内容也包含在本发明的范围中。
例如，本实施方式中，喷砂处理面26b、27b仅针对隔壁部26、27的与发光部11相对的面实施，但并不限于此种方式。喷砂处理也可以对隔壁部26、27的内侧面等与发光部11相对的面以外的面实施。
另外，本实施方式中，构成为在相对于隔壁部26、27的开孔26a、27a调整激光11a位置的情况下，激光11a完全通过开孔26a、27a而不与壁部26w、27w接触，但并不限于此种方式。也可以构成为使激光11a的光束直径大于开孔26a、27a的直径，从而激光11a始终有一部分与喷砂处理面26b、27b接触。
[实施例]
为了明确本发明的效果，尝试制作了实施例1、2和比较例。实施例1、2具有本发明的喷砂处理面26b，比较例对与发光部11相对的面不进行喷砂处理。各实施例和比较例的规格如表2所示。
【表2】
实施例/比较例 隔壁部的规格
比较例 无喷砂处理
实施例1 有喷砂处理(喷砂介质A)
实施例2 有喷砂处理(喷砂介质B)
表2中，喷砂介质A和喷砂介质B分别是用于喷砂处理的研磨剂，颗粒的粗细程度即粒度不同。喷砂介质B是研磨剂的颗粒比喷砂介质A要粗的喷砂介质。测定对象气体中的测定对象成分为O2，凸缘29到探针部20前端的距离为2m。另外，测定对象气体通过部22的沿光轴的长度为50cm，因此暴露在测定对象气体中的激光11a的光路长度为1m。
下面，表3～表5分别是将比较例、实施例1、实施例2中测定对象气体通过部22和吹扫区域部24中的透射率、激光式气体分析仪100的浓度指示值x等汇总之后的表格。此外，测定对象成分(O2)的实际成分浓度为20.9。
【表3】
Figure BDA0002052408840000171
【表4】
Figure BDA0002052408840000172
【表5】
Figure BDA0002052408840000173
由表3～表5的结果可知，与没有对隔壁部26实施喷砂处理的比较例相比，设置了喷砂处理面26的实施例1、2中，吹扫区域部24中的透射率(在隔壁部26反射而返回到光接收部13的比例)下降至1/10以下，能够使激光式气体分析仪100的浓度指示值x接近实际的成分浓度20.9。此外，与实施例1相比，实施例2在吹扫区域部24中的透射率进一步下降，这是因为通过用颗粒较大的研削剂对喷砂处理面26b进行喷砂处理，能够得到表面粗糙度更大的面，因此能够增加经喷砂处理面26b反射后的反射光中的漫反射成分，从而能够有效地抑制返回到光接收部13的光量。
此外，透射率是表示(光吸收后的光强度/光吸收前的光强度)的参数，本实施方式的激光式气体分析仪100通过在内部乘上系数，能够设定为某一状态成为透射率100％。因而，需要注意的是表3～表5中的透射率的绝对值并无意义，测定对象气体通过部22的透射率与吹扫区域部24的透射率之比才有意义。
标号说明
10 分析部
11 发光部
11a 激光
13 光接收部
15 控制部
20 探针部
21 外壳
21c 中央外壳
21s 侧边外壳
22 测定对象气体通过部
22a 上游侧开口
22b 下游侧开口
24 吹扫区域部(第一吹扫区域部)
25 吹扫区域部(第二吹扫区域部)
26 隔壁部(第一隔壁部)
27 隔壁部(第二隔壁部)
26a、27a 开孔
26b、27b 喷砂处理面
26d、27d 引导面
26e、27e 嵌合部
26w、27w 壁部
28 反射部
29 凸缘
30 配管
100 激光式气体分析仪

Claims (4)

1.一种激光式气体分析仪，包括：
发光部，所述发光部向测定对象气体照射激光；
反射部，所述反射部对通过测定对象气体后的所述激光进行反射；
光接收部，所述光接收部接收来自所述反射部的所述激光；
控制部，所述控制部控制所述发光部，并对来自所述光接收部的输出信号进行处理；
筒状的测定对象气体通过部，所述测定对象气体通过部设置在所述发光部与所述反射部之间，并具有供测定对象气体流入和流出的开口；
第一吹扫区域部，所述第一吹扫区域部设置在所述测定对象气体通过部的所述发光部侧，且填充有不包含测定对象成分的吹扫气体；以及
第一隔壁部，所述第一隔壁部划定所述测定对象气体通过部与所述第一吹扫区域部之间的边界，并具有能够让所述激光通过的开孔，其中，
所述第一吹扫区域部内的所述吹扫气体防止穿过所述第一吹扫区域部的所述激光暴露于所述测定对象气体，
所述开孔的面积小于所述第一吹扫区域部的路径面积，以便抑制所述吹扫气体从所述第一吹扫区域部向所述测定对象气体通过部的运动，并且
在所述第一隔壁部的与所述发光部相对的面，形成有促进所述激光的散射的微小凹凸、或者实施了促进所述激光的散射或吸收的表面处理。
2.如权利要求1所述的激光式气体分析仪，还包括：
第二吹扫区域部，所述第二吹扫区域部设置在所述测定对象气体通过部的所述反射部侧，并填充有所述吹扫气体；以及
第二隔壁部，所述第二隔壁部划定所述测定对象气体通过部与所述第二吹扫区域部之间的边界，并具有能够让所述激光通过的开孔，
在所述第二隔壁部的与所述发光部相对的面，形成有促进所述激光发生散射的微小凹凸、或者实施了促进所述激光的散射或吸收的表面处理。
3.如权利要求1或2所述的激光式气体分析仪，其中，
所述表面处理是喷砂处理。
4.如权利要求1至3的任一项所述的激光式气体分析仪，其中，
能够相对于所述第一隔壁部，在与光轴正交的方向上调整发光部的位置。
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