CN110715906A - 光谱测定装置和光谱测定方法 - Google Patents

光谱测定装置和光谱测定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110715906A
CN110715906A CN201910635124.XA CN201910635124A CN110715906A CN 110715906 A CN110715906 A CN 110715906A CN 201910635124 A CN201910635124 A CN 201910635124A CN 110715906 A CN110715906 A CN 110715906A
Authority
CN
China
Prior art keywords
period
reception signal
gas
received signal
spectrum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910635124.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110715906B (zh
Inventor
冈田昌典
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Publication of CN110715906A publication Critical patent/CN110715906A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110715906B publication Critical patent/CN110715906B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/027—Control of working procedures of a spectrometer; Failure detection; Bandwidth calculation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G01J3/433—Modulation spectrometry; Derivative spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6402—Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G01J2003/423—Spectral arrangements using lasers, e.g. tunable
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G01J3/433—Modulation spectrometry; Derivative spectrometry
    • G01J2003/4334—Modulation spectrometry; Derivative spectrometry by modulation of source, e.g. current modulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N2021/1748—Comparative step being essential in the method
    • G01N2021/1751—Constructive features therefore, e.g. using two measurement cells
    • G01N2021/1753—Constructive features therefore, e.g. using two measurement cells and using two light sources
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N2021/3125—Measuring the absorption by excited molecules
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
    • G01N2021/3159—Special features of multiplexing circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N2021/3196—Correlating located peaks in spectrum with reference data, e.g. fingerprint data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
    • G01N2021/396—Type of laser source
    • G01N2021/399—Diode laser
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N2021/6417—Spectrofluorimetric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G01N2021/653—Coherent methods [CARS]
    • G01N2021/655—Stimulated Raman
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources
    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers
    • G01N2201/0612—Laser diodes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本公开提供了一种光谱测定装置，包括开关和转换器。开关获取分别包括与光谱有关的信息的第一接收信号和第二接收信号，并且基于控制器的控制在输出第一接收信号和输出第二接收信号之间切换。转换器将从开关输出的第一接收信号或第二接收信号转换为数字信号。

Description

光谱测定装置和光谱测定方法
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2018-133643号专利申请的优先 权，其内容通过援引加入本文。
技术领域
本发明总体上涉及一种光谱测定装置和光谱测定方法。
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和光谱测定方法，即 使在为每个分析目标成分处理两个接收信号的情况下，该方法也可以降低产品 成本。
根据一个或多个实施例的光谱测定装置包括：切换单元，所述切换单元获 取分别包括与光谱有关的信息的第一接收信号和第二接收信号，并基于控制单 元的控制在输出所述第一接收信号和输出所述第二接收信号之间切换；和转换 单元，所述转换单元将从所述切换单元输出的所述第一接收信号或所述第二接 收信号转换为数字信号。根据这种光谱测定装置，可以通过一个转换单元处理 两个接收信号。因此，可以降低产品成本。更具体地，在光谱测定装置中，通 过切换单元根据时间分割调整每个接收信号的输出时序，由一个转换单元将两 个接收信号数字化。因此，与需要两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元件。
在根据一个或多个实施例的光谱测定装置中，控制单元可以控制切换单元， 使得第二时间段(第二接收信号被重复输出到转换单元的时间段)短于第一时 间段(第一接收信号被重复输出到转换单元的时间段)。以这种方式，通过控制 单元根据两个接收信号对切换单元的切换时间进行加权，缩短了基于第一接收 信号的分析周期。即使在分别处理第一接收信号和第二接收信号的情况下，也 缩短了对光谱测定装置至关重要的基于第一接收信号的分析周期。这提高了光 谱测定装置的分析效率。
在根据一个或多个实施例的光谱测定装置中，当从切换单元的输出切换到 第一接收信号起经过的时间达到第一时间段时，控制单元可以基于由转换单元 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，控制单元可以确定第二时间 段的相加的重复是否达到预先设定的预定时间段，并且在确定第二时间段的相 加的重复达到预定时间段时，分析基于在第二时间段的相加的重复期间转换的 第二接收信号的光谱。与上述第一接收信号一样，这使得能够使用与在第二时 间段的相加的重复期间重复包括的光谱有关的信息，分析基于第二接收信号的 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同样提 高。
在根据一个或多个实施例的光谱测定装置中，预定时间段可以等于第一时 间段。这使得在由于光学系统引起的SN比在第一接收信号和第二接收信号之间 相等的情况下，光谱测定装置能够以等于基于第一接收信号的光谱SN比的SN 比来分析基于第二接收信号的光谱。因此，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。
根据一个或多个实施例的光谱测定方法是通过光谱测定装置的光谱测定方 法，包括：获取第一接收信号和第二接收信号并且在输出所述第一接收信号和 输出所述第二接收信号之间的切换的步骤，所述第一接收信号和所述第二接收 信号分别包括与光谱有关的信息；以及将切换至的所述第一接收信号或所述第 二接收信号转换成数字信号的步骤。根据这种光谱测定方法，可以通过切换输 出来处理两个接收信号。因此，可以降低产品成本。更具体地，在光谱测定方 法中，通过根据时间分割调整每个接收信号的输出时序，可以使用一个转换单 元将两个接收信号数字化。因此，与需要两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元件。
在根据一个或多个实施例的光谱测定方法中，在转换为数字信号的步骤中， 第二时间段(当重复第二接收信号时的时间段)可以短于第一时间段(当重复 第一接收信号时的时间段)。以这种方式，通过根据两个接收信号对切换时间进 行加权，缩短了基于第一接收信号的分析周期。即使在分别处理第一接收信号 和第二接收信号的情况下，也缩短了对光谱测定装置至关重要的基于第一接收 信号的分析周期。这提高了光谱测定装置的分析效率。
在根据一个或多个实施例的光谱测定方法中，还可以包括当从切换到第一 接收信号起所经过的时间达到第一时间段时，分析基于在第一时间段)期间转 换为数字信号的第一接收信号的光谱的步骤。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方法中，还可以包括确定第二时间段 的相加的重复是否达到预先设定的预定时间段的步骤，以及在确定第二时间段 的相加的重复达到预定时间段时，分析基于在第二时间段的相加的重复期间转 换的第二接收信号的光谱的步骤。与上述第一接收信号一样，这使得能够使用 与在第二时间段的相加的重复期间重复包括的光谱有关的信息，分析基于第二 接收信号的光谱。因此，通过执行诸如平均处理的信号处理，使用光谱的分析 精度同样提高。
在根据一个或多个实施例的光谱测定方法中，预定时间段可以等于第一时 间段。这使得在由于光学系统引起的SN比在第一接收信号和第二接收信号之间 相等的情况下，能够以等于基于第一接收信号的光谱SN比的SN比来分析基于 第二接收信号的光谱。因此，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方法中，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，在根据一个或多个实施例的光 谱测定方法中，可以容易地计算光谱。
在一个或多个实施例中，光谱测定装置包括开关和转换器。开关获取分别 包括与光谱有关的信息的第一接收信号和第二接收信号，并且基于控制器的控 制在输出第一接收信号和输出第二接收信号之间切换。转换器将从开关输出的 第一接收信号或第二接收信号转换为数字信号。
在一个或多个实施例中，通过光谱测定装置的光谱测定方法包括：获取第 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分别包括 与光谱有关的信息；在输出所述第一接收信号和输出所述第二接收信号之间切 换；以及将切换至的所述第一接收信号或所述第二接收信号转换为数字信号。
根据一个或多个实施例，可以提供即使在为每个分析目标成分处理两个接 收信号的情况下也可以降低产品成本的光谱测定装置和光谱测定方法。
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4是示出由图1的光谱测定装置执行的处理的一个示例的流程图。
图5是示出由控制单元执行的控制和处理的第三示例的示意图。
图6A是示出重复扫描的半导体激光器的注入电流的示意图。
图6B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6C是示出计算的待测气体的吸收光谱的示意图。
图7是示出用于不同分析波长的两种分析目标成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6A至6C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6A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6B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 6B所示的接收信号，该接收信号反映在半导体激光的每个波长下待测气体的光 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6B所示的接收信号，计算待测气体的吸收光谱。图6C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7是示出用于不同分析波长的两种分析目标成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。
一个或多个实施例提供了一种光谱测定装置1，其即使在为每个分析目标成 分处理两个接收信号(一个基于测量光，一个基于参考光)的情况下也可以降 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。
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和第二发射单元12。
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控制例如第一发光 单元11和第二发光单元12各自的照射的开启和关闭、照射强度等。
第一发光单元11和第二发光单元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，每个发光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。 第一发光单元11的发射波长和第二发光单元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。更具体地，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和第二切换单元42；以及第一转换单元51和第二转换单元52。 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。
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， CPU80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至图4主要描述由控制单元100(例如，时序调整控制器 60和CPU80)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。在图2 中，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，类似于下面使用图2描述的描述适用于 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6B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分析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的光谱。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。
在例如图2所示的第一示例中那样，时序调整控制器60控制第二切换单元 42并且CPU 80对第三接收信号S3和第四接收信号S4执行类似处理的情况下， 分析目标成分C2的吸收光谱的分析周期也变为2T1。因此，分析多个成分的整 个光谱测定装置1的更新周期也变为2T1，并且分析周期必然变为第一时间段 T1(即测量信号的获取时间段)的两倍。
即使在为每个分析目标成分分别处理两个接收信号的情况下，为了缩短对 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执行图3 中所示的控制和处理。
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 中的三个图分别对应于图2中的三个图。同样在图3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，类似于下面 使用图3描述的描述适用于第三接收信号S3和第四接收信号S4。
类似于图2中的第一示例，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。
时序调整控制器60控制第一切换单元41在分析目标成分C1的吸收光谱的 同时或之后，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期间将 第二接收信号S2重复输入到第一转换单元51。这里，时序调整控制器60控制 第一切换单元41，使得第二时间段T2短于第一时间段T1。例如，时序调整控 制器60控制第一切换单元41，使得第二时间段T2是1/4T1。
每当来自第一切换单元41的输出切换到第二接收信号S2时，时序调整控 制器60增加一次第二时间段T2的重复，并确定第二时间段T2的任何相加的重 复是否已经达到例如由用户预先设定的预定时间段。例如，预定时间段可以等 于第一时间段或不同于第一时间段。预定时间段例如是时序调整控制器60对第 二接收信号S2的扫描计数达到获得足够SN比以分析光谱的规定次数的时间段。
当确定第二时间段T2的任何相加的重复没有达到预先设置的预定时间段 时，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。
同时，当时序调整控制器60确定第二时段T2的任何相加的重复已经达到 预先设置的预定时段时，CPU 80分析基于由第一转换单元51在第二时间段T2 的相加的重复期间转换的第二接收信号S2的光谱。时序调整控制器60再次控 制第一切换单元41在分析气体G1的吸收光谱的同时或之后，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。
如上所述，当时序调整控制器60控制第一切换单元41使得第二时间段T2 是1/4T1时，分析目标成分C1的光谱的分析周期是T1+1/4T1。同时，如图3 中的白色倒三角形所示，分析气体G1的吸收光谱的分析周期例如是5T1，以获 得等于第一时间段T1中包括的扫描计数的扫描计数。
以这种方式，通过时序调整控制器60根据测量信号和参考信号对第一切换 单元41的切换时间进行加权，与第一示例相比，CPU 80可以在分析周期缩短 3/4T1的状态下分析分析标成分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。虽然此时，气体G1的分析周期变为例如5T1，但 是因为气体G1的吸收光谱是用于波长确认，所以不需要像分析目标成分C1那 样频繁地执行分析更新，并且分析周期变长并不是特别成问题。
如图3所示的第二示例那样，通过时序调整控制器60控制第二切换单元42， 并且CPU 80对第三接收信号S3和第四接收信号S4执行类似处理，分析目标成 分C2的分析周期也变为T1+1/4T1。因此，分析不同分析目标成分C1和C2的 整个光谱测定装置1的更新周期也变为T1+1/4T1，并且CPU 80可以在等于第 一时间段T1(即测量信号的获取时间段)的分析周期中进行分析。
图4是示出由光谱测定装置1执行的处理的一个示例的流程图。基于图4 的以下描述假设基于第一切换单元41和第一转换单元51处理第一接收信号S1 和第二接收信号S2的情况。然而，在基于第二切换单元42和第二转换单元52 处理第三接收信号S3和第四接收信号S4的情况下执行类似的处理。
在步骤S101中，光谱测定装置1的时序调整控制器60控制第一切换单元 41在输出第一接收信号S1和第二接收信号S2之间切换至输出第一接收信号 S1。
在步骤S102中，光谱测定装置1的第一转换单元51将从第一切换单元41 输出的第一接收信号S1转换为数字信号。
在步骤S103中，光谱测定装置1的CPU 80基于在第一时间段T1期间由第 一转换单元51转换为数字信号的第一接收信号S1来分析分析目标成分C1的光 谱。
在步骤S104中，光谱测定装置1的时序调整控制器60控制第一切换单元 41在输出第一接收信号S1和第二接收信号S2之间切换至输出第二接收信号 S2。
在步骤S105中，光谱测定装置1的第一转换单元51将从第一切换单元41 输出的第二接收信号S2转换为数字信号。
在步骤S106中，光谱测定装置1的时序调整控制器60将一个时间段添加 到第二时间段T2，并确定第二时间段T2的任何相加的重复是否已经达到预先 设定的预定时间段。当时序调整控制器60确定第二时间段T2的任何相加的重 复已经达到预先设置的预定时间段时，流程前进到步骤S107。当时序调整控制 器60确定第二时间段T2的任何相加的重复没有达到预先设置的预定时间段时， 流程返回到步骤S101。
在步骤S107中，当时序调整控制器60确定第二时间段T2的任何相加的重 复已经达到预先设置的预定时间段时，光谱测定装置1的CPU 80基于在第二时 间段T2的相加的重复期间由第一转换单元51转换成数字信号的第二接收信号 S2分析气体G1的光谱。
在一个或多个实施例中，根据上述光谱测定装置1，即使在为每个分析目标 成分处理两个接收信号(一个基于测量光，一个基于参考光)的情况下也可以 降低产品成本。在光谱测定装置1中，通过切换单元按时间分割调整每个接收 信号的输出时序，测量信号和参考信号由一个转换单元数字化。因此，与需要 两个ADC的现有技术相比，减少了许多与ADC相关的电路元件。
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。
例如，可以重新排列包括在装置、步骤等中的功能等，以便在逻辑上不矛 盾，并且可以将多个装置、步骤等组合成一个或分开。
例如，一个或多个实施例也可以实现为以实现上述光谱测定装置1的功能 的处理内容编写的程序或记录该程序的存储介质。应该理解，本公开的范围也 包括这样的范围。
例如，控制单元100执行的控制和处理的示例不限于参考图2和图3分别 描述的第一示例和第二示例。图5是示出由控制单元100执行的控制和处理的 第三示例的示意图。如图5所示，关于不同分析波长的两种分析目标成分C1和 C2，第一发射单元11和第二发射单元12的波长扫描时间段可以彼此不同。此 外，第二时间段T2相对于第一时间段T1的比率和第四时间段T4(第四接收信 号S4的获取时间段)相对于第三时间段T3(第三接收信号S3的获取时间段) 的比率可以彼此不同。
在图5所示的第三示例中，当时序调整控制器60控制第二切换单元42使 得第四时间段T4为1/8T3时，分析目标成分C2的吸收光谱的分析周期为 T3+1/8T3，如图5中的黑色倒三角形所示。同时，如图5中的白色倒三角形所 示，分析气体G2的吸收光谱的分析周期例如是9T3，以获得与第三时间段T3 中包括的扫描计数相等的扫描计数。
如上所述，通过改变每个发射单元的波长扫描时间段并缩短每个参考信号 的获取时间周期以缩短分析目标成分的分析周期，光谱测定装置1可以针对不 同分析波长的两种分析目标成分C1和C2异步操作。这使得光谱测定装置1能 够基于分析目标成分、所使用的半导体激光元件等来优化每个分析目标成分的 分析周期。
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，可以分别封闭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。在这种情况下，例如，基于第一 接收信号S1或第三接收信号S3分析具有较高优先级的分析目标，并且基于第 二接收信号S2或第四接收信号S4分析具有较低优先级的分析目标。
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
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 (20)

1.一种光谱测定装置，包括：
处理器，所述处理器：
获取分别包括与光谱有关的信息的第一接收信号和第二接收信号；
控制在输出所述第一接收信号和输出所述第二接收信号之间的切换；并且
将切换至的所述第一接收信号或所述第二接收信号转换为数字信号。
2.根据权利要求1所述的光谱测定装置，其中，
当将切换至的所述第一接收信号或所述第二接收信号转换为数字信号时，所述处理器还使第二时间段短于第一时间段，
在所述第一时间段期间重复所述第一接收信号的转换，并且
在所述第二时间段期间重复所述第二接收信号的转换。
3.根据权利要求2所述的光谱测定装置，其中，所述处理器进一步：
当从所述第二接收信号切换到所述第一接收信号起达到所述第一时间段时，分析基于转换的所述第一接收信号的光谱。
4.根据权利要求2所述的光谱测定装置，其中，所述处理器进一步：
增加所述第二时间段的重复，
确定所述第二时间段的相加的重复是否达到预先设定的预定时间段，并且
当确定所述第二时间段的相加的重复达到所述预定时间段时，分析基于在所述第二时间段的相加的重复期间转换的所述第二接收信号的光谱。
5.根据权利要求4所述的光谱测定装置，其中，所述预定时间段等于所述第一时间段。
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，
其中，所述第二接收信号包括关于与所述待测气体中的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。
7.一种通过光谱测定装置的光谱测定方法，包括：
获取分别包括与光谱有关的信息的第一接收信号和第二接收信号；
在输出所述第一接收信号和输出所述第二接收信号之间的切换；以及
将切换至的所述第一接收信号或所述第二接收信号转换为数字信号。
8.根据权利要求7所述的光谱测定方法，其中，
当所述转换将切换至的所述第一接收信号或所述第二接收信号转换为数字信号时，第二时间段比第一时间段短，
在所述第一时间段期间重复所述第一接收信号的转换，并且
在所述第二时间段期间重复所述第二接收信号的转换。
9.根据权利要求8所述的光谱测定方法，还包括：
当从所述第二接收信号切换到所述第一接收信号起达到所述第一时间段时，分析基于转换的所述第一接收信号的光谱。
10.根据权利要求8所述的光谱测定方法，还包括：
增加所述第二时间段的重复；
确定所述第二时间段的相加的重复是否达到预先设定的预定时间段；以及
当确定所述第二时间段的相加的重复达到所述预定时间段时，分析基于在所述第二时间段的相加的重复期间转换的所述第二接收信号的光谱。
11.根据权利要求10所述的光谱测定方法，其中，所述预定时间段等于所述第一时间段。
12.根据权利要求7所述的光谱测定方法，
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，
其中，所述第二接收信号包括关于与所述待测气体中的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3所述的光谱测定装置，其中，所述处理器进一步：
增加所述第二时间段的重复，
确定所述第二时间段的相加的重复是否达到预先设定的预定时间段，并且
当确定所述第二时间段的相加的重复达到所述预定时间段时，分析基于在所述第二时间段的相加的重复期间转换的所述第二接收信号的光谱。
14.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，
其中，所述第二接收信号包括关于与所述待测气体中的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。
15.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，
其中，所述第二接收信号包括关于与所述待测气体中的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。
16.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，
其中，所述第二接收信号包括关于与所述待测气体中的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。
17.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，
其中，所述第二接收信号包括关于与所述待测气体中的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。
18.根据权利要求9所述的光谱测定方法，还包括：
增加所述第二时间段的重复；
确定所述第二时间段的相加的重复是否达到预先设定的预定时间段；以及
当确定所述第二时间段的相加的重复达到所述预定时间段时，分析基于在所述第二时间段的相加的重复期间转换的所述第二接收信号的光谱。
19.根据权利要求8所述的光谱测定方法，
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，
其中，所述第二接收信号包括关于与所述待测气体中的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。
20.根据权利要求9所述的光谱测定方法，
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，
其中，所述第二接收信号包括关于与所述待测气体中的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。
CN201910635124.XA 2018-07-13 2019-07-15 光谱测定装置和光谱测定方法 Active CN110715906B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018133643A JP6791213B2 (ja) 2018-07-13 2018-07-13 分光分析装置及び分光分析方法
JP2018-133643 2018-07-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110715906A true CN110715906A (zh) 2020-01-21
CN110715906B CN110715906B (zh) 2022-11-22

Family

ID=67262222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910635124.XA Active CN110715906B (zh) 2018-07-13 2019-07-15 光谱测定装置和光谱测定方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11555782B2 (zh)
EP (1) EP3594659B1 (zh)
JP (1) JP6791213B2 (zh)
CN (1) CN110715906B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111220558A (zh) * 2020-01-22 2020-06-02 西安毅达信息系统有限公司 标准气体瓶、标准气体池、激光气体检测仪及检测方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022174905A1 (en) * 2021-02-18 2022-08-25 Lavchieff Analytics Gmbh Determining a concentration related information of a solution

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3958122A (en) * 1974-12-19 1976-05-18 United Technologies Corporation Exhaust gas analyzer having pressure and temperature compensation
US4556888A (en) * 1982-07-19 1985-12-03 Cubic Corporation Polarization measurement system and method
JPH0217429A (ja) * 1988-07-05 1990-01-22 Fujitsu Ltd レーザ方式ガスセンサによる濃度測定方法
US4914719A (en) * 1989-03-10 1990-04-03 Criticare Systems, Inc. Multiple component gas analyzer
JPH02108167A (ja) * 1988-10-17 1990-04-20 Hitachi Constr Mach Co Ltd 光学検査装置
DE4023649A1 (de) * 1989-08-18 1991-02-21 Preussag Ag Feuerschutz Verfahren und vorrichtung zum erkennen von gefahrenzustaenden in einem raum
CN101131348A (zh) * 2006-08-25 2008-02-27 淄博惠杰电气技术开发有限公司 Sf6气体测量装置
US20100176279A1 (en) * 2009-01-14 2010-07-15 Alverix, Inc. Methods and materials for detecting light released from a labeling material
CN101825562A (zh) * 2010-03-15 2010-09-08 李捍东 基于双波长激光的煤矿瓦斯浓度检测方法
CN201707297U (zh) * 2010-06-22 2011-01-12 厦门华厦职业学院 一种大肠杆菌荧光快速检测系统
US20110019193A1 (en) * 2008-10-29 2011-01-27 Minoru Danno Method and apparatus for measuring density
JP2012177612A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 信号処理装置およびレーザ計測装置
CN102735644A (zh) * 2012-07-06 2012-10-17 北京大方科技有限责任公司 一种原位式激光气体分析仪的在线标定方法
CN204359680U (zh) * 2014-12-30 2015-05-27 南京大学 一种中红外激光气体传感检测装置
CN204556499U (zh) * 2015-03-10 2015-08-12 北京农业智能装备技术研究中心 调谐二极管吸收光谱的多通道高速数据采集和处理系统
CN105403542A (zh) * 2015-12-24 2016-03-16 北京农业智能装备技术研究中心 一种便携式土壤养分检测系统及方法
CN106226261A (zh) * 2016-07-05 2016-12-14 凯盾洛阳智能科技有限公司 一种tatp检测装置
CN106596499A (zh) * 2016-11-01 2017-04-26 北京华泰诺安技术有限公司 一种拉曼光谱实时校准方法
CN207181281U (zh) * 2017-09-18 2018-04-03 南京固琦分析仪器制造有限公司 一种高频红外碳硫及多元素分析系统
CN107980093A (zh) * 2017-10-25 2018-05-01 深圳达闼科技控股有限公司 拉曼检测方法、装置、存储介质及电子设备

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62157537A (ja) 1985-12-30 1987-07-13 Japan Spectroscopic Co 分光光度計における信号処理方法
DE3633931A1 (de) * 1986-10-04 1988-04-07 Kernforschungsz Karlsruhe Verfahren und einrichtung zur kontinuierlichen messung der konzentration eines gasbestandteiles
JP4968358B2 (ja) * 2010-04-05 2012-07-04 横河電機株式会社 多点切換え型測定装置
JP6183227B2 (ja) 2014-01-22 2017-08-23 株式会社島津製作所 挿入型ガス濃度測定装置
DE102016009366B4 (de) * 2016-08-03 2019-12-05 Drägerwerk AG & Co. KGaA Vorrichtung zur Analyse eines Anästhesiebeatmungsgases sowie Anästhesiebeatmungsgerät
JP6791214B2 (ja) * 2018-07-13 2020-11-25 横河電機株式会社 分光分析装置

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3958122A (en) * 1974-12-19 1976-05-18 United Technologies Corporation Exhaust gas analyzer having pressure and temperature compensation
US4556888A (en) * 1982-07-19 1985-12-03 Cubic Corporation Polarization measurement system and method
JPH0217429A (ja) * 1988-07-05 1990-01-22 Fujitsu Ltd レーザ方式ガスセンサによる濃度測定方法
JPH02108167A (ja) * 1988-10-17 1990-04-20 Hitachi Constr Mach Co Ltd 光学検査装置
US4914719A (en) * 1989-03-10 1990-04-03 Criticare Systems, Inc. Multiple component gas analyzer
DE4023649A1 (de) * 1989-08-18 1991-02-21 Preussag Ag Feuerschutz Verfahren und vorrichtung zum erkennen von gefahrenzustaenden in einem raum
CN101131348A (zh) * 2006-08-25 2008-02-27 淄博惠杰电气技术开发有限公司 Sf6气体测量装置
US20110019193A1 (en) * 2008-10-29 2011-01-27 Minoru Danno Method and apparatus for measuring density
US20100176279A1 (en) * 2009-01-14 2010-07-15 Alverix, Inc. Methods and materials for detecting light released from a labeling material
CN101825562A (zh) * 2010-03-15 2010-09-08 李捍东 基于双波长激光的煤矿瓦斯浓度检测方法
CN201707297U (zh) * 2010-06-22 2011-01-12 厦门华厦职业学院 一种大肠杆菌荧光快速检测系统
JP2012177612A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 信号処理装置およびレーザ計測装置
CN102735644A (zh) * 2012-07-06 2012-10-17 北京大方科技有限责任公司 一种原位式激光气体分析仪的在线标定方法
CN204359680U (zh) * 2014-12-30 2015-05-27 南京大学 一种中红外激光气体传感检测装置
CN204556499U (zh) * 2015-03-10 2015-08-12 北京农业智能装备技术研究中心 调谐二极管吸收光谱的多通道高速数据采集和处理系统
CN105403542A (zh) * 2015-12-24 2016-03-16 北京农业智能装备技术研究中心 一种便携式土壤养分检测系统及方法
CN106226261A (zh) * 2016-07-05 2016-12-14 凯盾洛阳智能科技有限公司 一种tatp检测装置
CN106596499A (zh) * 2016-11-01 2017-04-26 北京华泰诺安技术有限公司 一种拉曼光谱实时校准方法
CN207181281U (zh) * 2017-09-18 2018-04-03 南京固琦分析仪器制造有限公司 一种高频红外碳硫及多元素分析系统
CN107980093A (zh) * 2017-10-25 2018-05-01 深圳达闼科技控股有限公司 拉曼检测方法、装置、存储介质及电子设备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
毛和法等: "基于LabVIEW的光声光谱检测系统", 《浙江师范大学学报(自然科学版)》 *
毛和法等: "基于LabVIEW的光声光谱检测系统", 《浙江师范大学学报(自然科学版)》, no. 03, 31 August 2011 (2011-08-31), pages 277 - 280 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111220558A (zh) * 2020-01-22 2020-06-02 西安毅达信息系统有限公司 标准气体瓶、标准气体池、激光气体检测仪及检测方法
CN111220558B (zh) * 2020-01-22 2022-09-20 西安毅达信息系统有限公司 一种激光在线气体检测仪及检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20200018698A1 (en) 2020-01-16
CN110715906B (zh) 2022-11-22
JP2020012673A (ja) 2020-01-23
EP3594659A1 (en) 2020-01-15
US11555782B2 (en) 2023-01-17
JP6791213B2 (ja) 2020-11-25
EP3594659B1 (en) 2022-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110715905B (zh) 光谱测定装置
EP3218695B1 (en) Target analyte detection and quantification in sample gases with complex background compositions
US6775001B2 (en) Laser-based spectrometer for use with pulsed and unstable wavelength laser sources
CN109490250B (zh) 校准激光器的波长的方法及装置、气体浓度分析仪
CN109596538B (zh) 分析装置和分析方法
CN110715906B (zh) 光谱测定装置和光谱测定方法
US11346774B2 (en) Infra red spectrometer
CN111413295B (zh) 分析装置、存储介质和分析方法
CN111948172B (zh) 光谱测定装置和光谱测定方法
JP7334502B2 (ja) レーザ式ガス分析計
US10727646B2 (en) Sweeping signal generating device
WO2023106196A1 (ja) 分析装置及び分析方法
KR20210034173A (ko) 다중 모드 멀티 가스 검출 장치 및 이의 구동 방법
KR20210032837A (ko) 초전센서를 이용한 멀티 가스 검출 장치 및 이의 구동 방법
JP6314605B2 (ja) ガス分析装置
KR20210034174A (ko) 적외선 패스 필터를 구비한 멀티 가스 검출 장치 및 이의 구동 방법
KR20210032835A (ko) 압전 소재 가변 광 필터를 이용한 멀티 가스 검출 장치 및 이의 구동 방법
JP2021076534A (ja) 検証装置および検証方法
KR20210009556A (ko) 비분산 적외선 방식의 멀티 가스 검출 장치 및 이의 구동 방법
JPS59151042A (ja) 遂次定量形発光分析装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant