CN110715905A - 光谱测定装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种光谱测定装置，包括：第一转换器，所述第一转换器处理基于来自第一发射器的照射光的接收信号；第二转换器，所述第二转换器处理基于来自第二发射器的照射光的接收信号；以及控制器，所述控制器控制所述第一发射器和所述第二发射器。基于从所述第一发射器照射的照射光的接收信号包括第一接收信号和第二接收信号，所述第一接收信号和所述第二接收信号各自包括与光谱有关的信息。当所述控制器停止所述第二发射器的操作时，所述第一转换器将所述第一接收信号转换为第一数字信号，并且所述第二转换器将所述第二接收信号转换为第二数字信号。

Description

光谱测定装置
相关申请的交互引用
本申请主张2018年7月13日提交的日本第2018-133647号专利申请的优先权，其内容通过援引加入本文。
技术领域
本发明总体上涉及光谱测定装置。
背景技术
已知基于光谱(例如吸收光谱)以光谱学方法获取与分析目标有关的信息的传统技术。
例如，专利文献1公开了一种可插入的气体浓度测量装置，其可以使用两个光源和分别对应于两个光源的两个光电探测器，用一个装置同时分析两种不同分析波长的气体成分。
专利文献1：日本第2015-137910号专利申请公开
这样的光谱测定装置还可以具有用于检测分析目标成分的吸收光谱峰值的波长位置的参考池和用于透过参考池的参考光的光电探测器。也就是说，对于两种气体组分中的每一种，设置一对光电探测器——一个用于测量光，一个用于参考光——使得光谱测定装置具有总共四个光电探测器。
此时，当每个光电探测器与将光电探测器输出的接收信号从模拟信号转换为数字信号的转换单元连接时，产品成本增加，并且用于处理接收信号的电路系统变得复杂
发明内容
本发明的一个或多个实施例提供了一种光谱测定装置，即使在两个发射单元均设置有多个接收单元的情况下，该光谱测定装置也可以降低产品成本。
根据一个或多个实施例的光谱测定装置包括：第一转换单元，所述第一转换单元处理基于从第一发射单元照射的照射光的接收信号；第二转换单元，所述第二转换单元处理基于从第二发射单元照射的照射光的接收信号；和控制单元，所述控制单元控制所述第一发射单元和所述第二发射单元的操作。基于从所述第一发射单元照射的照射光的接收信号包括第一接收信号和第二接收信号，所述第一接收信号和所述第二接收信号各自包括与光谱有关的信息。当所述控制单元停止所述第二发射单元的操作时，所述第一转换单元将所述第一接收信号转换为数字信号，并且所述第二转换单元将所述第二接收信号转换为数字信号。根据这种光谱测定装置，即使在两个发射单元均设置有多个接收单元的情况下，也可以降低产品成本。更具体地，利用该光谱测定装置，因为可以仅使用第一转换单元和第二转换单元来处理接收信号，所以与需要四个转换单元的现有技术相比减少了许多与转换单元相关的电路部件。
在根据一个或多个实施例的光谱测定装置中，当第一转换单元仅在第一时间段内将第一接收信号转换为数字信号时，控制单元可以基于在第一时间段期间转换的第一接收信号来分析光谱。这使得能够使用与在第一时间段期间重复包括的光谱有关的信息，基于第一接收信号分析光谱。因此，通过执行诸如平均处理的信号处理，使用光谱的分析精度提高。
在根据一个或多个实施例的光谱测定装置中，当第二转换单元仅在第二时间段内将第二接收信号转换为数字信号时，控制单元可以基于在第二时间段期间转换的第二接收信号来分析光谱。这使得能够使用与在第二时间段期间重复包括的光谱有关的信息，基于第二接收信号分析光谱。因此，通过执行诸如平均处理的信号处理，使用光谱的分析精度提高。
在根据一个或多个实施例的光谱测定装置中，第一时间段和第二时间段可以彼此相等。这使得光谱测定装置能够在相同的时序基于第一接收信号和第二接收信号并行地执行光谱的分析。因此，与在相互不同的时序分析光谱的情况相比，这些接收信号易于处理。
在根据一个或多个实施例的光谱测定装置中，还可以提供切换电路的切换单元，使得当控制单元开始操作第二发射单元时，第一转换单元将第一接收信号和第二接收信号交替地转换为数字信号。这使得接收侧的电路能够在第一发射单元和第二发射单元都工作的情况和第一发射单元和第二发射单元中的一个停止工作的情况之间切换。这样，在每种情况下，避免了不使用接收侧的组件的条件，并且有效地使用了组件。
在根据一个或多个实施例的光谱测定装置中，第一接收信号可包括与待测气体中的分析目标成分的吸收光谱有关的信息，第二接收信号可包括关于与待测气体中的分析目标成分相同并且具有已知浓度的气体的吸收光谱的信息。例如，在诸如荧光光谱法或拉曼光谱法的另一种光谱测定方法中，荧光或拉曼光的测量光的强度弱并且不容易检测测量光。相比之下，通过使用吸收光谱法，测量光的强度增加并且容易检测测量光。因此，光谱测定装置可以容易地计算光谱。
在一个或多个实施例中，一种光谱测定装置包括：第一转换器，所述第一转换器处理基于从第一发射器照射的照射光的接收信号；第二转换器，所述第二转换器处理基于从第二发射器照射的照射光的接收信号；以及控制器，所述控制器控制所述第一发射器和所述第二发射器的操作。基于从所述第一发射器照射的照射光的接收信号包括第一接收信号和第二接收信号，所述第一接收信号和所述第二接收信号各自包括与光谱有关的信息。当所述控制器停止所述第二发射器的操作时，所述第一转换器将所述第一接收信号转换为数字信号，并且所述第二转换器将所述第二接收信号转换为数字信号。
根据本发明的一个或多个实施例，可以提供一种光谱测定装置，即使在两个发射单元均设置有多个接收单元的情况下，也可以降低产品成本。
附图说明
图1是示出根据一个或多个实施例的光谱测定装置的一个示例的框图。
图2是示出由控制单元执行的控制和处理的第一示例的示意图。
图3是示出由控制单元执行的控制和处理的第二示例的示意图。
图4A是示出重复扫描的半导体激光器的注入电流的示意图。
图4B是示出透过待测气体的半导体激光的强度变化的示意图。
图4C是示出计算的待测气体的吸收光谱的示意图。
图5是示出用于不同分析波长的两种分析目标组分的光谱测定的常规光谱测定装置的框图。
具体实施方式
在简要讨论传统技术之后，将描述本发明的实施例。
将激光气体分析仪直接安装到诸如工艺气体的待测气体流动的流动路径中，并且执行分析目标成分的浓度分析。待测气体包括例如CO(一氧化碳)、CO2(二氧化碳)、H2O(水)、CnHm(烃)、NH3(氨)和O2(氧气)的气体分子。流动路径包括管道、烟道、燃烧炉等。
这种激光气体分析仪包括例如TDLAS(可调谐二极管激光吸收光谱)激光气体分析仪。TDLAS激光气体分析仪通过例如将激光照射到待测气体中来分析分析目标成分的浓度。
包含在待测气体中的气体分子表现出基于分子振动和分子旋转能量跃迁的在红外到近红外区域的吸收光谱。吸收光谱对成分分子是特异性的。根据比尔-朗伯定律，气体分子对激光的吸收与其成分浓度和光程长度成比例。因此，可以通过测量吸收光谱的强度来分析分析目标成分的浓度。
在TDLAS中，具有比气体分子所具有的能量-跃迁吸收线宽足够窄的线宽的半导体激光照射到待测气体上。通过对半导体激光器的注入电流进行高速调制，扫描其发射波长。通过测量透过待测气体的半导体激光的强度，测量一个独立的吸收光谱。
半导体激光的扫描范围根据用途而不同。在分析目标成分为O2的情况下，半导体激光的线宽例如为0.0002nm，扫描宽度例如为0.1至0.2nm。通过扫描0.1至0.2nm的扫描宽度来测量吸收光谱。通过从获得的一个吸收光谱进行浓度转换来寻求分析目标成分的浓度。浓度转换的方法包括已知的方法，例如峰高法、谱面积法和2f法。
通常，半导体激光器的发射波长取决于注入电流和半导体激光器的温度。例如，注入电流越大，发射波长越长。例如，温度越高，发射波长越长。
在通过TDLAS进行测量时，调节半导体激光器的温度，使得半导体激光器的发射波长大致匹配想要测量的吸收光谱的波长带。半导体激光器的温度保持在调节值。之后，改变半导体激光器的注入电流以执行发射波长的精细调节。
这里，参照图4A至图4C描述通过反复扫描半导体激光器的发射波长来测量待测气体的吸收光谱的传统方法。
图4A是示出重复扫描的半导体激光器的注入电流的示意图。当半导体激光器的发射波长与想要测量的吸收光谱的波长带匹配时，半导体激光器的发射波长在该波长带中重复扫描。此时，反复扫描半导体激光器的注入电流。例如，半导体激光器的注入电流呈现锯齿波形。
图4B是示出透过待测气体的半导体激光的强度变化的示意图。发射波长被重复扫描的半导体激光透过待测气体并会聚到接收单元。接收单元输出诸如图4B所示的接收信号，该接收信号反映了在半导体激光的每个波长处待测气体的光吸收量。此时，半导体激光的照射强度也随着半导体激光器的注入电流的扫描而变化。例如，注入电流越大，照射强度越高。因此，基于伴随着注入电流的扫描的照射强度的变化和每个波长处的待测气体的光吸收量的变化，从光接收单元输出的接收信号呈现出凹陷叠加在锯齿波形上的波形。
然后，基于图4B所示的接收信号计算待测气体的吸收光谱。图4C是示出计算的待测气体的吸收光谱的示意图。例如，通过从半导体激光透过待测气体的情况的接收信号中减去半导体激光未透过待测气体的情况的接收信号并使垂直轴成为对数来计算吸收光谱。通过这种吸收光谱显示的吸光度与待测气体的成分浓度成比例。例如，吸收光谱的面积与待测气体的成分浓度成比例。因此，可以基于吸光度计算待测气体的成分浓度。
图5是示出用于不同分析波长的两种分析目标组分的光谱测定的常规光谱测定装置的框图。
传统上，使用两个半导体激光器对不同分析波长的两种分析目标成分进行光谱测定。从一个半导体激光器照射的照射光被分成两部分。一部分照射光透过待测气体并作为测量光由测量光电探测器检测。另一部分照射光透过参考池并作为参考光由参考光电探测器检测。
构成接收侧的电路系统针对每个半导体激光器具有测量光电探测器、测量ADC(模/数转换器)和测量存储器以及参考光电探测器、参考ADC和参考存储器。以这种方式，每个光电探测器与ADC连接，ADC将从光电探测器输出的接收信号从模拟信号转换为数字信号。对于需要四个ADC用于四个光电探测器的传统光谱测定装置，产品成本增加并且用于处理接收信号的电路系统变得复杂。
本发明的一个或多个实施例提供了一种光谱测定装置，即使在两个发射单元均设置有多个接收单元的情况下，该光谱测定装置也可以降低产品成本。下面将参考附图主要描述一个或多个实施例。
图1是示出根据一个或多个实施例的光谱测定装置1的配置的一个示例的框图。光谱测定装置1可以与待测气体G并行地照射两种不同波长带的照射光，并且基于在不同接收电路中处理的接收信号，并行地分析待测气体G中的不同分析目标成分。首先，主要描述在并行分析不同分析目标成分的情况下光谱测定装置1的配置和功能。
如图1所示，光谱测定装置1具有构成发射侧的激光控制器10、第一发射单元11(第一发射器)和第二发射单元12(第二发射器)。
激光控制器10构成下面描述的光谱测定装置1的控制单元100(控制器)的一部分。激光控制器10连接到第一发射单元11和第二发射单元12并控制其操作。例如，激光控制器10产生发射波长控制信号并控制分别从第一发射单元11和第二发射单元12照射的照射光的发射波长。此外，激光控制器10控制例如第一发射单元11和第二发射单元12各自的照射的开启和关闭、照射强度等。
第一发射单元11和第二发射单元12各自具有例如可以测量由TDLAS测量的气体G的任何光源。待测气体G包括例如CO、CO2、H2O、CnHm、NH3和O2的气体分子。每个发射单元具有例如半导体激光器。基于从激光控制器10输出的注入电流，每个发射单元将发射波长被扫描的光照射到待测气体G。此时，每个发射单元可以在多个周期内照射发射波长在相同波长范围内扫描的光。第一发射单元11的发射波长和第二发射单元12的发射波长分别对应于待测气体G中包括的两种不同的分析目标成分C1和C2的分析波长，并且彼此不同。
光谱测定装置1还具有第一参考池21。从第一发射单元11照射的照射光被分成两部分。一部分照射光透过待测气体G。另一部分照射光透过包围在第一参考池21中的、与待测气体G中的分析目标成分C1相同并且具有已知浓度的气体G1。
光谱测定装置1还具有第二参考池22。从第二发射单元12照射的照射光被分成两部分。一部分照射光透过待测气体G。另一部分照射光透过包围在第一参考池22中的、与待测气体G中的分析目标成分C2相同并且具有已知浓度的气体G2。
光谱测定装置1具有构成接收侧的部件。例如，光谱测定装置1具有第一接收单元31、第二接收单元32、第三接收单元33和第四接收单元34；第一切换单元41(第一开关)和第二切换单元42(第二开关)；以及第一转换单元51(第一转换器)和第二转换单元52(第二转换器)。光谱测定装置1还具有时序调整控制器60；第一存储单元71、第二存储单元72、第三存储单元73和第四存储单元74；以及CPU(中央处理单元)80。时序调整控制器60和CPU 80与上述激光控制器10一起构成光谱测定装置1的控制单元100。
第一接收单元31和第三接收单元33各自具有例如可以测量由TDLAS测量的气体G的任何光电探测器。每个接收单元具有例如光电二极管。每个接收单元检测包括与待测气体G的光谱有关的信息的测量光并将其转换成电测量信号。该光谱包括例如吸收光谱。
第二接收单元32和第四接收单元34具有例如可以通过TDLAS分别测量包围在第一参考池21和第二参考池22中的气体G1和气体G2的任何光电探测器。每个接收单元具有例如光电二极管。每个接收单元检测参考光并将其转换为电参考信号，该参考光包括与包围在参考池中的每种气体的光谱有关的信息。该光谱包括例如吸收光谱。
第一接收单元31检测从第一发射单元11照射并透过待测气体G的照射光的部分作为测量光。当第一接收单元31检测到测量光时，第一接收单元31输出包括与分析目标成分C1的光谱有关的信息的第一接收信号S1。第二接收单元32检测从第一发射单元11照射并透过第一参考池21的照射光的部分作为参考光。当第二接收单元32检测到参考光时，第二接收单元32输出包括与气体G1的光谱有关的信息的第二接收信号S2。
类似地，第三接收单元33检测从第二发射单元12照射并透过待测气体G的照射光的部分作为测量光。当第三接收单元33检测到测量光时，第三接收单元33输出包括与分析目标成分C2的光谱有关的信息的第三接收信号S3。第四接收单元34检测从第二发射单元12照射并透过第二参考池22的照射光的部分作为参考光。当第四接收单元34检测到参考光时，第四接收单元34输出包括与气体G2的光谱有关的信息的第四接收信号S4。
第一切换单元41具有任何信号切换电路，例如开关。第一切换单元41连接到第一接收单元31和第二接收单元32。第一切换单元41获取分别从第一接收单元31和第二接收单元32输出的第一接收信号S1和第二接收信号S2。基于控制单元100的时序调整控制器60的控制，第一切换单元41在第一接收信号S1的输出和第二接收信号S2的输出之间切换。
类似地，第二切换单元42具有任何信号切换电路，例如开关。第二切换单元42连接到第三接收单元33和第四接收单元34。第二切换单元42获取分别从第三接收单元33和第四接收单元34输出的第三接收信号S3和第四接收信号S4。基于控制单元100的时序调整控制器60的控制，第二切换单元42在第三接收信号S3的输出和第四接收信号S4的输出之间切换。
第一转换单元51具有例如ADC。第一转换单元51连接到第一切换单元41。第一转换单元51将从第一切换单元41输出的第一接收信号S1或第二接收信号S2从模拟信号转换为数字信号。
类似地，第二转换单元52具有例如ADC。第二转换单元52连接到第二切换单元42。第二转换单元52将从第二切换单元42输出的第三接收信号S3或第四接收信号S4从模拟信号转换为数字信号。
时序调整控制器60连接到第一转换单元51和第二转换单元52。时序调整控制器60获取从第一转换单元51输出的第一接收信号S1或第二接收信号S2。类似地，时序调整控制器60获取从第二转换单元52输出的第三接收信号S3或第四接收信号S4。
时序调整控制器60还连接到第一切换单元41。时序调整控制器60控制从第一切换单元41输出到第一转换单元51的第一接收信号S1或第二接收信号S2的输出时间、时序等，并将第一接收信号S1或第二接收信号S2以时分状态输出到第一转换单元51。
类似地，时序调整控制器60也连接到第二切换单元42。时序调整控制器60控制从第二切换单元42输出到第二转换单元52的第三接收信号S3或第四接收信号S4的输出时间、时序等，并将第三接收信号S3或第四接收信号S4以时分状态输出到第二转换单元52。
第一存储单元71、第二存储单元72、第三存储单元73和第四存储单元74连接到时序调整控制器60。每个存储单元具有任何存储设备，例如HDD(硬盘驱动器)、SSD(固态驱动器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、ROM(只读存储器)或RAM(随机存取存储器)。每个存储单元可以用作例如主存储设备、辅助存储设备或高速缓冲存储器。每个存储单元不限于内置于光谱测定装置1中，并且可以是通过例如诸如USB端口的数字输入/输出端口连接的外部存储设备。
第一存储单元71根据需要存储基于由第一转换单元51数字化的第一接收信号S1的数据。第二存储单元72根据需要存储基于由第一转换单元51数字化的第二接收信号S2的数据。第三存储单元73根据需要存储基于由第二转换单元52数字化的第三接收信号S3的数据。第四存储单元74根据需要存储基于由第二转换单元52数字化的第四接收信号S4的数据。
CPU 80经由时序调整控制器60连接到第一存储单元71、第二存储单元72、第三存储单元73和第四存储单元74。例如，CPU 80通过时序调整控制器60确定基于每个接收信号的数据获取时间段是否达到包括定义的扫描计数的预定时间。当CPU 80确定数据获取时间达到预定时间，CPU 80从相应的存储单元获取数据并基于相应的接收信号分析光谱。
CPU 80对所获取的接收信号进行任何信号处理。例如，CPU 80可以对在多个周期上获取的接收信号进行平均处理。平均处理表示对每个周期扫描波形的相同波长部分的信号强度求和并除以总扫描计数。CPU 80可以以这种方式从所获取的接收信号计算吸收光谱。
包括激光控制器10、时序调整控制器60和CPU 80的控制单元100包括一个或多个处理器。更具体地，控制单元100包括诸如专用处理器的任何处理器，其可以通过上述激光控制器10、时序调整控制器60和CPU 80实现各种类型的控制、处理等。在控制单元100中，激光控制器10和时序调整控制器60被配置为相同的设备，而CPU 80被配置为不同的设备。不限于此，控制单元100可以以任何方式由任何数量的设备来配置。
控制单元100连接到由光谱测定装置1控制的每个部件，从而控制和管理这些部件。例如，激光控制器10连接到第一发射单元11和第二发射单元12，从而控制和管理它们。例如，时序调整控制器60连接到第一切换单元41和第二切换单元42以及第一存储单元71、第二存储单元72、第三存储单元73和第四存储单元74，从而控制和管理它们。
控制单元100基于所获取的数据根据需要执行信号处理并分析光谱。例如，CPU 80经由时序调整控制器60连接到每个存储单元，从相应的存储单元获取数据，处理相应的接收信号，并分析计算的吸收光谱。
接下来，参照图2，主要描述在并行分析不同分析目标成分C1和C2的情况下由控制单元100(例如，时序调整控制器60和CPU 80)执行的控制和处理。
图2是示出由控制单元100执行的控制和处理的第一示例的示意图，横轴表示时间。在图2中，省略了输入到第二转换单元52的第三接收信号S3和第四接收信号S4的图示，并且主要示出了输入到第一转换单元51的第一接收信号S1和第二接收信号S2。然而，与下面使用图2描述的内容类似的描述适用于第三接收信号S3和第四接收信号S4。
图2中的上图示出了从第一发射单元11输出的光随时间的变化。该图示出了来自第一发射单元11的照射光的发射波长在多个周期内在特定波长范围内扫描，以及发射强度通过这样的波长扫描在每个周期内单调变化。图2中的中图示出了到第一转换单元51的第一接收信号S1的输入随时间的变化。图2中的下图示出了到第一转换单元51的第二接收信号S2的输入随时间的变化。尽管图2中的中图和下图示出了通过省略(为了方便)基于吸收光谱的接收强度的变化从而每个周期的接收强度线性增加，但实际表现的是如图4B所示的波形，其中叠加了基于吸收光谱的凹陷。
如上所述，发射强度随着例如扫描半导体激光器的注入电流而变化。也就是说，图2中的发射强度的变化可以对应于注入电流的变化。然而，不限于此，发射强度的变化可以对应于输入到由电压控制的任何波长扫描机构的扫描电压的变化。同样地，接收强度的变化可以对应于根据每个接收单元的信号的输出形式的电流的变化或电压的变化。
控制单元100(例如，时序调整控制器60)控制第一切换单元41，使得第一接收信号S1仅在第一时间段T1(第一时间段)期间被重复输入到第一转换单元51。当从第一切换单元41的输出切换到第一接收信号S1起所经过的时间达到第一时间段T1时，CPU 80基于由第一转换单元51在第一时间段T1期间转换的第一接收信号S1分析光谱。更具体地，当时序调整控制器60获取由第一转换单元51仅在第一时间段T1期间转换为数字信号的第一接收信号S1时，CPU 80在由图2中的黑色倒三角形指示的时序处基于所获取的第一接收信号S1分析分析目标成分C1的吸收光谱。
时序调整控制器60控制第一切换单元41从输出第一接收信号S1切换到输出第二接收信号S2。
时序调整控制器60控制第一切换单元41，使得仅在第二时间段T2(第二时间段)期间将第二接收信号S2重复输入到第一转换单元51。当时序调整控制器60获取由第一转换单元51仅在第二时间段T2期间转换为数字信号的第二接收信号S2时，CPU 80在由图2中的白色倒置三角形指示的时序处基于所获取的第二接收信号S2分析气体G1的吸收光谱。
在图2中所示的第一示例中，时序调整控制器60控制第一切换单元41，使得第一时间段T1和第二时间段T2相等。
时序调整控制器60再次控制第一切换单元41从输出第二接收信号S2切换到输出第一接收信号S1。之后，时序调整控制器60和CPU 80重复上述控制和处理。在图2中所示的第一示例中，因为第一时间段T1和第二时间段T2相等，所以分析分析目标成分C1的吸收光谱的分析周期和分析气体G1的吸收光谱的分析周期各自变为2T1并且彼此相等。
这里，对于每个扫描周期，由于一般接收信号具有非常低的信号强度和低SN比，扫描需要重复数千次。由此，对于光谱中的上述测量信号和参考信号获得相同的SN比，根据光学系统的设计来调整扫描计数——即，第一时间段T1和第二时间段T2。在由于光学系统导致的SN比在测量信号和参考信号之间不同的情况下，即使第一时间段T1和第二时间段T2彼此相等，光谱中的测量信号SN比和参考信号SN比是相互不同的。同时，在由于光学系统引起的SN比在测量信号和参考信号之间相同的情况下，当测量信号和参考信号被调整到相同的扫描计数时，光谱中的测量信号SN比和参考信号SN比是相互等同的。此时，如在图2中所示的第一示例中那样，当第一时间段T1和第二时间段T2彼此相等时，作为光谱测定装置1的主要分析目标的分析目标成分C1的吸收光谱的分析周期为2T1，从而妨碍了分析速度的提高。
即使在仅分析两种不同的分析目标成分C1和C2中的一种就足够的情况下，执行上述时分控制时，作为光谱测定装置1的主要分析目标的分析目标成分的吸收光谱的分析周期仍然是2T1。另外，用于未分析的其他分析目标成分的发射侧和接收侧上的部件被布置在光谱测定装置1内部而不被使用，从而这些部件未被有效地使用。
因此，在分析单个分析目标成分的情况下，为了有效地使用部件并缩短对于光谱测定装置1至关重要的分析目标成分的分析周期，控制单元100使用图1中所示的第三切换单元90a和第四切换单元90b。此外，控制单元100执行图3所示的控制和处理。在下文中，主要描述在分析单个分析目标成分C1的情况下光谱测定装置1的配置和功能。即使在将C2作为单个分析目标成分来分析的情况下，也执行类似的控制和处理。
再次参考图1，光谱测定装置1还具有第三切换单元90a和第四切换单元90b。第三切换单元90a和第四切换单元90b各自具有诸如开关的任何信号切换电路。第三切换单元90a的输入侧连接到第二接收单元32。第三切换单元90a的输出侧连接到第二切换单元42。第四切换单元90b的输入侧连接到第四接收单元34。第四切换单元90b的输出侧连接到第二切换单元42。基于控制单元100的时序调节控制器60的控制，第三切换单元90a和第四切换单元90b根据第二发射单元12是否正在工作来切换电路。
更具体地，当激光控制器10开始第二发射单元12的操作时，时序调节控制器60关断第三切换单元90a并分离第二发射单元32和第二切换单元42。另外，时序调整控制器60接通第四切换单元90b并连接第四接收单元34和第二切换单元42。此时，基于例如参考图2描述的上述控制内容，时序调整控制器60控制第一切换单元41和第二切换单元42。也就是说，第一转换单元51交替地将第一接收信号S1和第二接收信号S2转换为数字信号，并且第二转换单元52交替地将第三接收信号S3和第四接收信号S4转换为数字信号。
同时，当激光控制器10停止第二发射单元12的操作时，时序调节控制器60接通第三切换单元90a并连接第二接收单元32和第二切换单元42。另外，时序调整控制器60关断第四切换单元90b并分离第四接收单元34和第二切换单元42。此时，时序调整控制器60将第一切换单元41的输入侧持续地连接到第一接收单元31。同样，时序调整控制器60将第二切换单元42的输入侧持续地连接到第三切换单元90a。因此，从第一接收单元31输出的第一接收信号S1通过第一切换单元41输入到第一转换单元51。从第二接收单元32输出的第二接收信号S2通过第三切换单元90a和第二切换单元42输入到第二转换单元52。也就是说，第一转换单元51将第一接收信号S1转换为数字信号，第二转换单元52将第二接收信号S2转换为数字信号。
图3是示出由控制单元100执行的控制和处理的第二示例的示意图。图3中的三个图除了下图以外分别对应于图2中的三个图，图3中的下图示出了输入到第二转换单元52的第二接收信号S2随时间的变化。
与图2中的第一示例不同，因为第一转换单元51和第二转换单元52可以分别与作为处理目标的第一接收信号S1和第二接收信号S2一起使用，所以不需要时序调整控制器60执行时间分割。也就是说，在停止第二发射单元12的操作的同时，时序调整控制器60使第一转换单元51和第二转换单元52分别持续输出第一接收信号S1和第二接收信号S2，而不控制第一切换单元41和第二切换单元42对接收信号进行切换。
当第一转换单元51仅在第一时间段T1内将第一接收信号S1转换为数字信号时，CPU 80基于在第一时间段T1期间转换的第一接收信号S1来分析光谱。更具体地，当时序调整控制器60获取由第一转换单元51仅在第一时间段T1期间转换为数字信号的第一接收信号S1时，CPU 80在由图3中的黑色倒三角形指示的时序处基于所获取的第一接收信号S1分析分析目标成分C1的吸收光谱。
当第二转换单元52仅在第二时间段T2内将第二接收信号S2转换为数字信号时，CPU 80基于在第二时间段T2期间转换的第二接收信号S2来分析光谱。更具体地，当时序调整控制器60获取由第二转换单元52仅在第二时间段T2期间转换为数字信号的第二接收信号S2时，CPU 80在由图3中的白色倒置三角形指示的时序处基于所获取的第二接收信号分析气体G1的吸收光谱。
在图3中所示的第二示例中，第一时间段T1和第二时间段T2彼此相等。以这种方式，分析分析目标成分C1的吸收光谱的分析周期和分析气体G1的吸收光谱的分析周期各自变为T1并且彼此相等。
与图2中的第一示例相比，CPU 80可以在分析周期缩短T1的状态下分析分析目标成分C1的吸收光谱。因此，即使在关于分析目标成分C1处理第一接收信号S1和第二接收信号S2的情况下，对于光谱测定装置1至关重要的分析目标成分C1的分析周期缩短了。这提高了光谱测定装置1对分析目标成分C1的分析效率。
类似地，CPU 80还可以在分析周期缩短T1的状态下分析气体G1的吸收光谱。这提高了光谱测定装置1对气体G1的分析效率。
根据一个或多个实施例的上述光谱测定装置1，即使在两个发射单元均设置有多个接收单元的情况下，也可以降低产品成本。更具体地，利用光谱测定装置1，因为即使在第一发射单元11和第二发射单元12与第一接收单元31至第四接收单元34一起设置的情况下，也可以仅使用第一转换单元51和第二转换单元52来处理接收信号，所以与需要四个ADC的现有技术相比，减少了许多与ADC相关的电路元件。
在第一发射单元11和第二发射单元12中的一个的操作停止的情况下，通过使用第一转换单元51和第二转换单元52独立地处理测量信号和参考信号，光谱测定装置1可以贡献提高的分析速度。光谱测定装置1可以基于每个持续获取的接收信号并行地执行多个分析。通过在其中根据光学系统的设计获得相等的SN比的适当的分析周期，光谱测定装置1可以执行测量信号和参考信号的实时分析，而不会彼此干扰。
尽管仅关于有限数量的实施例描述了本公开，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设计出各种其他实施例。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求限定。
例如，上述每个部件的布置、计数等不限于以上描述和附图中所示的内容。每个部件的布置、计数等可以是任何配置，只要其功能可以实现即可。
如上所述，在一个或多个实施例中，第一时间段T1和第二时间段T2被描述为彼此相等。然而，本公开不限于此。只要包括在测量信号和参考信号中的扫描计数达到分析目标成分和气体的分析所需的定义数量，第一时间段T1和第二时间段T2可以彼此不同。
如上所述，在一个或多个实施例中，描述限于TDLAS。然而，光谱测定装置1可以应用于基于重复扫描信号执行任何分析目标的光谱测定的任何分析仪。
如上所述，在一个或多个实施例中，光谱被描述为包括吸收光谱。然而，本公开不限于此。光谱测定装置1可以使用除了这种吸收光谱测定方法之外的任何光谱测定方法来分析分析目标成分。光谱测定方法可包括例如荧光光谱法或拉曼光谱法。例如，在荧光光谱法中，光谱包括荧光光谱。例如，在拉曼光谱法中，光谱包括拉曼光谱。
如上所述，在一个或多个实施例中，第一接收信号S1和第三接收信号S3被描述为分别包括与分析目标成分C1和C2有关的光谱信息，并且第二接收信号S2和第四接收信号S4被描述为分别包括与参考气体G1和G2有关的光谱信息。然而，本公开不限于此。每个接收信号可以包括与任何目标有关的光谱信息。例如，可以分别包围新的分析目标成分而不是参考气体G1和G2，并且第二接收信号S2和第四接收信号S4还可以像第一接收信号S1和第三接收信号S3一样包括与分析目标成分有关的光谱信息。
1 光谱测定装置
10 激光控制器
11 第一发射单元
12 第二发射单元
21 第一参考池
22 第二参考池
31 第一接收单元
32 第二接收单元
33 第三接收单元
34 第四接收单元
41 第一切换单元
42 第二切换单元
51 第一转换单元
52 第二转换单元
60 时序调整控制器
71 第一储存单元
72 第二存储单元
73 第三存储单元
74 第四储存单元
80 CPU
90a 第三切换单元(切换单元)
90b 第四切换单元(切换单元)
100 控制单元
C1，C2 分析目标成分
G 待测气体
G1，G2 气体
S1 第一接收信号
S2 第二接收信号
S3 第三接收信号
S4 第四接收信号
T1 第一时间段
T2 第二时间段
T3 第三时间段
T4 第四时间段

Claims (13)

1.一种光谱测定装置，包括：
第一转换器，所述第一转换器处理基于来自第一发射器的照射光的接收信号；
第二转换器，所述第二转换器处理基于来自第二发射器的照射光的接收信号；和
控制器，所述控制器控制所述第一发射器和所述第二发射器，其中，
基于从所述第一发射器照射的照射光的接收信号包括第一接收信号和第二接收信号，所述第一接收信号和所述第二接收信号各自包括与光谱有关的信息，并且，
当所述控制器停止所述第二发射器的操作时，所述第一转换器将所述第一接收信号转换为第一数字信号，并且所述第二转换器将所述第二接收信号转换为第二数字信号。
2.根据权利要求1所述的光谱测定装置，其中，当所述第一转换器在第一时间段期间将所述第一接收信号转换为所述第一数字信号时，所述控制器基于在所述第一时间段期间转换的所述第一接收信号来分析所述光谱。
3.根据权利要求2所述的光谱测定装置，其中，当所述第二转换器在第二时间段期间将所述第二接收信号转换为所述第二数字信号时，所述控制器基于在所述第二时间段期间转换的所述第二接收信号来分析所述光谱。
4.根据权利要求3所述的光谱测定装置，其中，所述第一时间段和所述第二时间段是相等的。
5.根据权利要求1所述的光谱测定装置，还包括：
开关，当所述控制器开始所述第二发射器的操作时，所述开关切换电路，使得所述第一转换器分别将所述第一接收信号和所述第二接收信号交替地转换为所述第一数字信号和所述第二数字信号。
6.根据权利要求1所述的光谱测定装置，其中，
所述第一接收信号包括与待测气体中的分析目标成分的吸收光谱有关的信息，并且，
所述第二接收信号包括关于与所述分析目标成分相同并且具有已知浓度的气体的吸收光谱的信息。
7.根据权利要求2所述的光谱测定装置，还包括：
开关，当所述控制器开始所述第二发射器的操作时，所述开关切换电路，使得所述第一转换器分别将所述第一接收信号和所述第二接收信号交替地转换为所述第一数字信号和所述第二数字信号。
8.根据权利要求3所述的光谱测定装置，还包括：
开关，当所述控制器开始所述第二发射器的操作时，所述开关切换电路，使得所述第一转换器分别将所述第一接收信号和所述第二接收信号交替地转换为所述第一数字信号和所述第二数字信号。
9.根据权利要求4所述的光谱测定装置，还包括：
开关，当所述控制器开始所述第二发射器的操作时，所述开关切换电路，使得所述第一转换器分别将所述第一接收信号和所述第二接收信号交替地转换为所述第一数字信号和所述第二数字信号。
10.根据权利要求2所述的光谱测定装置，其中，
所述第一接收信号包括与待测气体中的分析目标成分的吸收光谱有关的信息，并且，
所述第二接收信号包括关于与所述分析目标成分相同并且具有已知浓度的气体的吸收光谱的信息。
11.根据权利要求3所述的光谱测定装置，其中，
所述第一接收信号包括与待测气体中的分析目标成分的吸收光谱有关的信息，并且，
所述第二接收信号包括关于与所述分析目标成分相同并且具有已知浓度的气体的吸收光谱的信息。
12.根据权利要求4所述的光谱测定装置，其中，
所述第一接收信号包括与待测气体中的分析目标成分的吸收光谱有关的信息，并且，
所述第二接收信号包括关于与所述分析目标成分相同并且具有已知浓度的气体的吸收光谱的信息。
13.根据权利要求5所述的光谱测定装置，其中，
所述第一接收信号包括与待测气体中的分析目标成分的吸收光谱有关的信息，并且，
所述第二接收信号包括关于与所述分析目标成分相同并且具有已知浓度的气体的吸收光谱的信息。
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