CN116783468A - 气体分析仪和多重反射单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体分析仪，该气体分析仪对样品气体中包含的测定对象成分的浓度进行测定，包括：供光入射的入射窗；中央镜；与中央镜相对地配置的两个以上反射镜；折返镜，该折返镜相对于中央镜配置在与入射窗相反的一侧；以及出射窗，该出射窗相对于中央镜配置在与入射窗相同的一侧，折返镜使将入射到入射窗的光折返从而返回到出射窗。

Description

气体分析仪和多重反射单元

技术领域

本发明涉及气体分析仪和多重反射单元。

背景技术

以往，已知具有多重反射单元作为试料单元的气体分析仪(例如，参照专利文献1)。此外，已知使用紫外线(波长范围：200nm～400nm)区域的光的气体分析仪(例如，参见专利文献2)。

专利文献1：日本专利特开平9－49793号公报

专利文献2：日本专利特开平11－374106号公报发明内容

本发明所要解决的技术问题

在气体分析仪中，优选使多重反射单元小型化。

发明内容

为了解决上述问题，在本发明的第1方式中，提供一种气体分析仪，对样品气体中包含的测定对象成分的浓度进行测定。气体分析仪可以包括入射窗。入射窗可以有光入射。气体分析仪可以包括中央镜。气体分析仪可以包括2个以上反射镜。反射镜可以与中央镜相对地配置。气体分析仪可以包括折返镜。折返镜可以相对于中央镜配置在与入射窗相反的一侧。气体分析仪可以包括出射窗。出射窗可以相对于中央镜配置在与入射窗相同的一侧。折返镜可以使入射到入射窗上的光折返从而返回到出射窗。

入射窗和出射窗可以是共用的构件。

折返镜可以设置在离反射镜为该反射镜的曲率半径的85％以上且115％以下的范围内。

折返镜可以配置成比中央镜更远离反射镜。

将以中央镜的镜面的中心线作为基准与入射窗的出射面的中央点呈线对称地配置的点作为基准点，以与中心线平行并通过基准点的线作为基准线的情况下，比基准线更靠与入射窗相反的一侧的折返镜的镜面的长度可以大于比基准线更靠入射窗侧的折返镜的镜面的长度。

折返镜可以是凹面镜。

折返镜的曲率半径可以与反射镜或中央镜的曲率半径相同。折返镜的曲率半径可以与反射镜或中央镜的曲率半径不同。

折返镜的反射特性可以与反射镜或中央镜的反射特性不同。

气体分析仪可以包括滤光片。滤光片可以配置在折返镜和反射镜之间，变更折返镜的反射特性。

反射镜的反射特性可以与中央镜的反射特性不同。

气体分析仪可以包括光纤。光纤可以将光入射到入射窗。入射窗可以配置成相对于光纤所射出的光具有角度。入射窗可以配置成相对于光纤所射出的光具有70°以上且75°以下的角度。

光纤可以具有射出光的出射面和接收光的受光面。

光纤可以具有供光通过的多条路径。光纤可以根据测定对象成分的浓度，控制多条路径中从光纤射出的光所通过的路径的数量和入射到光纤的光所通过的路径的数量。

光纤的出射面和反射镜之间的距离可以配置成相对于反射镜的曲率半径偏离预先确定的散焦距离。散焦距离可以是光纤的受光面的宽度以下。

在本发明的第2方式中，提供一种多重反射单元，其对入射的光进行多重反射并射出。多重反射单元可以具有入射窗。入射窗可以有光入射。多重反射单元可以具有中央镜。多重反射单元可以具有两个以上反射镜。反射镜可以与中央镜相对地配置。多重反射单元可以具有折返镜。折返镜可以相对于中央镜配置在与入射窗相反的一侧。多重反射单元可以具有出射窗。出射窗可以相对于中央镜配置在与入射窗相同的一侧。折返镜可以使入射到入射窗上的光折返从而返回到出射窗。

另外，上述发明概要并不是对本发明的所有必要特征进行列举。此外，这些特征组的子组合也可以构成发明。

附图说明

图1是表示比较例的气体分析仪100的一个示例的图。

图2是表示比较例的多重反射单元13的一个示例的图。

图3是说明比较例的在多重反射单元13中成立的光学关系式的图。

图4是表示比较例的气体分析仪200的一个示例的图。

图5是表示实施例的多重反射单元113的一个示例的图。

图6是表示光纤52和反射镜47的位置关系的图。

图7是示出第1部分54中的受光面85和出射面86的配置的一个示例的图。

图8是详细说明光纤52的图。

图9是示出第2部分56中的受光面87的配置的一个示例的图。

图10是示出第3部分58中的出射面88的配置的一个示例的图。

图11是表示光纤52和窗49的位置关系的图。

图12是表示折返镜42和反射镜48的位置关系的图。

图13是表示实施例的多重反射单元113的另一个示例的图。

图14是示出折返镜42的反射特性的一个示例的图。

图15是表示实施例的多重反射单元113的另一个示例的图。

图16是示出折返镜42的反射特性的另一个示例的图。

图17是表示实施例的气体分析仪300的一个示例的图。

具体实施方式

以下通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不用于对权利要求所涉及的发明进行限定。此外，实施方式中所说明的特征的组合并不全是发明的解决手段所必需的。

在本说明书中，有时使用X轴、Y轴以及Z轴的正交坐标轴来说明技术事项。正交坐标轴只是确定构成要素的相对位置，而不限定特定的方向。例如，Z轴并非限定表示为相对于地面的高度方向。另外，+Z轴方向和-Z轴方向是方向相反的方向。不记载正负地记载为Z轴方向的情况下，表示与+Z轴和-Z轴平行的方向。

图1是表示比较例的气体分析仪100的一个示例的图。气体分析仪100包括烟道10、气体吸入管11、气体排出管12、多重反射单元13、气体过滤器14、预热器15、预热温度调节器16、泵17、加热器18、单元温度调节器19、光源部20、分光器22、检测元件26、运算装置27和通信线51。气体分析仪100测定样品气体30中包含的测定对象成分的浓度。在本示例中，气体分析仪100通过能够去除光源部20的变动的差分吸光光度法(DOAS)对测定对象成分的浓度进行测定。通过使用差分吸光光度法，仅用吸光光谱的细微变动成分就能对测定对象成分的浓度进行测定，能进行稳定的测定。

样品气体30是含有测定对象成分的气体试料。在本示例中，样品气体30是在烟道10中流动的废气。测定对象成分是气体分析仪100的测定对象，例如NO、NO₂。测定对象成分也可以是SO₂、SO₃、SO_X、NO₃、NH₃或NO_X。

烟道10连接到气体吸入管11和气体排出管12。多重反射单元13连接到气体吸入管11和气体排出管12。气体吸入管11将样品气体30从烟道10导入多重反射单元13。在多重反射单元13中测定了样品气体30的浓度之后，气体排出管12将样品气体30从多重反射单元13排出到烟道10。

气体吸入管11可以连接到气体过滤器14，该气体过滤器14用于去除样品气体30中的灰尘。气体吸入管11可以连接到预热器15，该预热器15用于预热样品气体30。可以通过预热温度调节器16调节预热器15的温度。气体排出管12可以连接到泵17。通过将气体排出管12连接到泵17，可以将样品气体30经由气体吸入管11导入多重反射单元13，还能将样品气体30从多重反射单元13排出到烟道10。

光源部20射出光43。在本示例中，光源部20射出包括测定对象成分的吸收波长的光43。作为一个示例，光源部20是能够将发光时间控制在极短时间的闪光灯。光源部20可以是Xe闪光灯。通过使用Xe闪光灯作为光源部20，能稳定地射出光43。本示例的光源部20优选以恒定的发光周期进行发光。在本示例中，光43是紫外线(波长范围：200nm～400nm)区域中的光。

多重反射单元13对样品气体30进行密封。在分析样品气体30中包括的测定对象成分的浓度时，可以将样品气体30经由气体吸入管11导入多重反射单元13。在分析结束后，可以将样品气体30经由气体排出管12从多重反射单元13排出。入射到多重反射单元13的光43在多重反射单元13的内部重复反射，并被射出到多重反射单元13的外部。多重反射单元13对入射的光43进行多重反射并射出。多重反射单元13的详细情况在后面描述。

在多重反射单元13中可以设置有加热器18，以使样品气体30的温度保持在规定的温度。多重反射单元13可以与加热器18接触。可以通过单元温度调节器19来控制加热器18。

分光器22对紫外线中的具有规定范围的波长的光43进行分光。规定范围例如是200nm以上且500nm以下的波长范围。波长范围不限于此。分光器22将分光后得到的光43入射到检测元件26上。分光器22可以将光43分光成多个波长频带。在这种情况下，检测元件26能获取每个波长频带的光43的强度。

检测元件26获取通过多重反射单元13的光43的辐射光谱。检测元件26获取每个波长的光43的辐射光谱的强度。作为一个示例，检测元件26是CMOS(Complementary MetalOxide Semiconcuctor：互补金属氧化物半导体)线传感器。由检测元件26获取到的光43的辐射光谱作为光接收信号发送到运算装置27。

运算装置27对检测元件26的光接收信号进行处理。运算装置27基于检测元件26的光接收信号对样品气体30的测定对象成分的浓度进行测定。运算装置27可以通过获取测定对象成分的吸收波长的光43的强度的变化(即，通过多重反射单元13的光43的强度相对于光源部20射出的光43的强度的变化)来对测定对象成分的浓度进行测定。在本示例中，运算装置27经由通信线51与检测元件26进行有线连接，但是也可以是无线连接。

图2是表示比较例的多重反射单元13的一个示例的图。多重反射单元13具有入射窗44、出射窗45、中央镜46、反射镜47和反射镜48。为了进行说明，在图2中，将多重反射单元13的长边方向设为X轴方向，将多重反射单元13的短边方向设为Y轴方向。

入射窗44是用于将光43导入多重反射单元13的窗。入射窗44可以由玻璃等形成。入射窗44具有入射面71和出射面72。光源部20将光43射出到入射窗44的入射面71上。入射窗44将光43从入射窗44的出射面72射出到反射镜47。

出射窗45是用于将光43从多重反射单元13射出的窗。出射窗45可以由玻璃等形成。出射窗45具有入射面73和出射面74。反射镜48将光43射出到出射窗45的入射面73上。出射窗45中，将光43从出射窗45的出射面74射出到分光器22。

多重反射单元13中，设置有镜子以对光43进行多重反射。多重反射单元13中可以设置有多个镜子。在本示例中，多重反射单元13具有中央镜46和多个反射镜(反射镜47、反射镜48)。

中央镜46与反射镜47以及反射镜48相对地配置。所谓相对地配置，可以是中央镜46的镜面75与反射镜的镜面相对地配置。镜子的镜面是对光43进行反射的面。所谓相对地配置，也可以是中央镜46的镜面75的至少一部分与反射镜的镜面的至少一部分相对。另外，中央镜46可以只有一部分面是镜面，也可以所有面都是镜面。中央镜46可以不与入射窗44和出射窗45相对地配置。中央镜46的镜面75可以配置成不与入射窗44的出射面和出射窗45的入射面相对。中央镜46可以配置成在Y轴方向上被夹在入射窗44和出射窗45之间。中央镜46、入射窗44和出射窗45可以沿Y轴方向排列地配置。

反射镜47可以与中央镜46相对地配置。反射镜47的镜面76可以配置成与中央镜46的镜面75相对。反射镜47可以与入射窗44相对地配置。反射镜47的镜面76可以配置成与入射窗44的出射面72相对。另外，反射镜47可以只有一部分面是镜面，也可以全部面是镜面。反射镜47可以相对于中央镜46设置在X轴方向正侧。

反射镜48可以配置成与中央镜46相对。反射镜48的镜面77可以配置成与中央镜46的镜面75相对。反射镜48可以配置成与出射窗45相对。反射镜48的镜面77可以配置成与出射窗45的入射面73相对。另外，反射镜48可以只有一部分面是镜面，也可以全部面是镜面。反射镜48可以相对于中央镜46设置在X轴方向正侧。

中央镜46、反射镜47和反射镜48可以分别是凹面镜。也就是说，中央镜46、反射镜47和反射镜48分别具有曲率半径。中央镜46、反射镜47和反射镜48可以具有相同的曲率半径。镜子的曲率半径可以是镜面的曲率半径。通过中央镜46、反射镜47和反射镜48具有相同的曲率半径，从而能对光43进行多重反射。即，多重反射单元13可以是白单元(Whitecell)。通过使用白单元，能增大光路长度，即使测定对象成分微量，也能高精确地测定浓度。

依次说明光43的成像。反射镜47将入射窗44的像直接成像在中央镜46上。接着，中央镜46将在反射镜47上所成的入射窗44的像成像在反射镜48上。然后，反射镜48使在中央镜46上所成的入射窗44的像再次成像在中央镜46上。接着，中央镜46将在反射镜48上所成的入射窗44的像成像在反射镜47上。接着，反射镜47将在中央镜46上所成的入射窗44的像再次成像在中央镜46上。重复同样的步骤，反射镜48最后将在中央镜46上所成的入射窗44的像成像在出射窗45上。在图2的示例中，中央镜46配置成使得光43被反射7次。另外，在图2的示例中，反射镜47和反射镜48中的每一个被配置成使得光43被反射4次。反射次数的示例不限于此。

图3是说明比较例的多重反射单元13中成立的光学关系式的图。图3的尺寸不一定与图2的尺寸一致。为了进行说明，在图3中，将多重反射单元13的长边方向设为X轴方向，将多重反射单元13的短边方向设为Y轴方向。在图3中，将中央镜46、反射镜47以及反射镜48的曲率半径设为R。

一般来说，放置在曲率半径为R的凹面镜的像差可以忽略的光轴附近的物体与其像之间，基于几何光学原理,有下述数学式1的成像公式成立。在此，a为从凹面镜中心到物点的距离，b为从凹面镜中心到像点的距离，R为凹面镜的曲率半径，f为凹面镜的焦距。如果使从凹面镜的中心到物点的距离a与凹面镜的曲率半径R相等，则根据数学式1，从凹面镜的中心到像点的距离b也为R，物点的像成像在相对于凹面镜的光轴与物点对称的位置上。

(数学式1)

1/a+1/b＝2/R＝1/f

在多重反射单元13中，入射窗44被配置在到相对配置的反射镜47的镜面76的距离等于反射镜47的曲率半径R的位置，因此入射窗44的像在到反射镜47的距离等于反射镜47的曲率半径R的位置即中央镜46的镜面75上成像。镜子之间的距离例如可以是镜子的镜面的中心之间的距离。并且，在中央镜46的镜面75上所成的像通过反射镜48再次成像在中央镜46的镜面75上根据反射镜48的配置而确定的位置。重复同样的步骤，在中央镜46的镜面75上形成入射窗44的多个像。在中央镜46的镜面75上所成的入射窗44的多个像取决于反射镜47的曲率中心C31和反射镜48的曲率中心C32的配置间隔d而排列。中央镜46的曲率中心设为C23。反射镜的曲率中心是反射镜的曲率圆的中心。在中央镜46的镜面75上形成了入射窗44的多个像之后，入射窗44的像从出射窗45射出到多重反射单元13的外部。此时光43的通过次数设为n，反射镜的反射次数设为n-1，下述数学式2、数学式3成立。光43的通过次数可以是例如沿着多重反射单元13的X轴方向横穿中心线O的次数。另外，所需光路长度设为L，中央镜46的中心与入射窗44的中心之间的距离设为h。

(数学式2)

R≒L/n

(数学式3)

h＝nd/4

另外，在中央镜46上，入射窗44的像隔开配置间隔d地配置n/2-1个。入射窗44和出射窗45之间的配置间隔w则有以下数学式4成立。

(数学式4)

w＝nd/2

由于上述关系式成立，因此将通过次数n设定为4的倍数，出射窗45可以将中央镜46夹在中间地配置在与入射窗44对称的位置。在图2、图3中，由于将通过次数n设定为16，所以从入射窗44射出的光43重复反射15次，在中央镜46上成7个像。之后，光43经由出射窗45射出到多重反射单元13的外部。

如上所述，小型小尺寸且死角较小的小容积结构也能保证所需的光路长度，这是白单元的优点。因此，通过包括白单元形式的多重反射单元13，即使测定对象成分是微量的，也能高精度地测定浓度。

然而，在本例中，测定对象成分为NO、NO₂，对紫外线区域的光的吸收小于对红外线(波长范围：5μm～8μm)区域的光的吸收，此外需要进行低浓度的测定，因此所需光路长度有变长的趋势。使用红外线区域的光时，一般的光路长度为1米左右，而使用紫外线区域的光时，需要2～5m的光路长度。在对容纳在与以往的使用红外线区域的光的气体分析仪同等壳体(19英寸支架尺寸，内部尺寸深度约400mm)中的多重反射单元13进行设计的情况下，在光路长度5m时，根据数学式2，n＝5000/400，通过次数为12次或16次。由于配置间隔d需要至少设定为入射窗44的宽度以上，因此，例如，如果光源部20中使用的光学元件的直径为10mm，则根据数学式4，入射窗44和出射窗45之间的配置间隔w为16×10/2＝80mm(作为以往配置间隔)。因此，多重反射单元13的大小大致为100mm×400mm。在此，在高度与以往使用红外线区域的光的气体分析仪同等的情况下，容积为100mm×400mm×25mm＝1000ml(为以往容积)，为1L左右。气体分析仪的采样流量为1～2L每分钟，气体试料的更换要花费30秒～1分钟。若考虑到信号处理时间和内部气体吸附等的影响，则在比较例中，气体分析的响应时间可能花费60秒以上。因此，为了缩短响应时间，优选使多重反射单元13小型化。

图4是表示实施例的气体分析仪200的一个示例的图。气体分析仪200包括气体吸入管11、气体排出管12、光源部20、分光器22、检测元件26、运算装置27、通信线51、光纤52和多重反射单元113。在图4中，省略与图1相同的符号的说明。在图4中，省略了气体吸入管11的连接和气体排出管12的连接的一部分。气体吸入管11和气体排出管12可以连接到烟道。气体分析仪200可以包括加热器和单元温度调节器。

多重反射单元113对样品气体30进行密封。在分析样品气体30中包括的测定对象成分的浓度时，可以将样品气体30经由气体吸入管11导入多重反射单元113。在分析结束后，可以将样品气体30经由气体排出管12从多重反射单元113排出。入射到多重反射单元113的光43重复反射并被射出到多重反射单元113的外部。在本示例中，入射到多重反射单元113的光43经由与入射窗相同的出射窗被射出到多重反射单元113的外部。

光纤52是对光进行分路的单元。光纤52具有受光面和出射面。光纤52使光43-1入射到入射窗。从光纤52的出射面射出的光43-1入射到多重反射单元113的入射窗上。从多重反射单元113的出射窗射出的光43-2由光纤52的受光面接收。被接收的光43在分光器22中被分光。代替光纤52，可以配置分束器等。

图5是表示实施例的多重反射单元113的一个示例的图。多重反射单元113具有折返镜42、中央镜46、反射镜47、反射镜48和窗49。为了进行说明，在图5中，将多重反射单元113的长边方向设为X轴方向，将多重反射单元113的短边方向设为Y轴方向。在图5中，省略与图2、图3相同的符号的说明。在图2中，到达折返镜42之前的光43设为光43-1，并且用粗虚线表示。另外，到达折返镜42后的光43设为光43-2，用粗线表示。在本示例中，光43-1的通过次数和光43-2的通过次数设为4。

窗49是用于将光43导入多重反射单元113的窗。窗49可以由玻璃等形成。窗49具有表面81和表面82。光源部20(光纤52)将光43-1射出到窗49的表面81上。即，光入射到窗49。在窗49中，光43-1从窗49的表面82射出到反射镜47。窗49是用于将光43从多重反射单元113射出的窗。反射镜47将光43-2射出到窗49的表面82上。窗49中，将光43-2从窗49的表面81射出到分光器22(光纤52)。也就是说，窗49用作入射窗和出射窗。在本示例中，入射窗和出射窗是共用的构件。在本示例中，出射窗相对于中央镜46配置在与入射窗相同的一侧。

折返镜42配置成与反射镜48相对。折返镜42的镜面83可以配置成与反射镜48的镜面77相对。另外，折返镜42可以只有一部分面是镜面，也可以所有面都是镜面。折返镜42相对于中央镜46配置在与窗49相反的一侧。在本示例中，折返镜42相对于中央镜46配置在Y轴负侧。

折返镜42使入射到入射窗上的光43-1折返从而返回到出射窗。在本示例中，折返镜42使入射到窗49的光43-1折返从而作为光43-2返回到窗49。本示例的折返镜42将从反射镜48入射的光43-1作为光43-2折返到反射镜48。入射到折返镜42的光43-1通过的路径和从折返镜42射出的光43-2通过的路径可以相同。本示例的折返镜42射出光43-2，使得光43-2在光43-1通过的路径中沿着相反方向前进。光43-2被反射镜48、中央镜46和反射镜47反射并到达窗49。在本例中，光43-1的通过次数为4，因此光43-2的通过次数同样为4。因此，光43以通过次数8从窗49射出。通过设置折返镜42，能使光43的通过次数变为2倍。因此，能将数学式4的通过次数变为一半，如果光学元件的直径为10mm，则通过与数学式4相同地计算，折返镜42和窗49的配置间隔为8×10/2＝40mm，与以往配置间隔相比，能减小配置间隔。此时，容积为60mm×400mm×25mm＝600ml，与现有示例相比，能削减容积。因此，能使多重反射单元113小型化，能进一步缩短响应时间。

折返镜42设置在到至少一个反射镜的距离为该反射镜的曲率半径的85％以上且115％以下的范围内。在本示例中，折返镜42设置在到反射镜48的反射面的距离为反射镜48的曲率半径的85％以上且115％以下的范围内。另外，作为镜子彼此间的距离，可以使用镜子的镜面中心间的距离。通过将折返镜42设置在到反射镜48的距离为反射镜48的曲率半径的85％以上且115％以下的范围内，光43-2能有效地返回到反射镜48。关于折返镜42和反射镜48的配置，用图12进行说明。

在本示例中，折返镜42配置成比中央镜46更远离反射镜48。即，折返镜42和反射镜48之间的距离大于中央镜46和反射镜48之间的距离。在本示例中，折返镜42设置在到反射镜48的距离大于反射镜48的曲率半径的100％且在反射镜48的曲率半径的115％以下的范围内。由于折返镜42配置得比中央镜46更远离反射镜48，因此能使光43的光路长度延长，且延长的长度为折返镜42和反射镜48之间的距离与中央镜46和反射镜48之间的距离之差的两倍。

折返镜42可以是凹面镜。即，折返镜42具有曲率半径。折返镜42的曲率半径可以与中央镜46、反射镜47或反射镜48的曲率半径相同。通过使曲率半径相同，容易制造多重反射单元113。本说明书中称为“相同”的情况可以包括±10％以下的误差。折返镜42的曲率半径可以与中央镜46、反射镜47或反射镜48的曲率半径不同。通过使曲率半径不同，能进行调节以使光43-2有效地返回反射镜48。

图6是表示光纤52和反射镜47的位置关系的图。将光纤52的设置有受光面85和出射面86的部分作为第1部分54。在图6中，将光纤52的设置有受光面85和出射面86的面设为YZ面。

图7是示出第1部分54中的受光面85和出射面86的配置的一个示例的图。图7中示出了从X轴正侧观察图6的第1部分54时的受光面85和出射面86的配置。光纤52的受光面85设置在出射面86的外侧。另外，光纤52的受光面85设有多个。光纤52的出射面86可以设置在受光面85的外侧。光纤52的出射面86可以设置多个。受光范围φ可以是设置有光纤52的受光面85的范围。如图7所示，受光范围φ可以是与多个受光面85外切的圆的直径。

在本例中，光纤52的出射面86和反射镜47之间的距离配置成相对于反射镜47的曲率半径R偏离预先确定的散焦距离Df。图6中，光纤52的出射面86和反射镜47之间的距离配置成相对于反射镜47的曲率半径R相差预先确定的散焦距离Df。由于配置成相对于反射镜47的曲率半径R偏离预先确定的散焦距离Df，因此能减少受光效率的偏差。

散焦距离Df可以在光纤52的受光范围φ以下。通过将散焦距离Df设定为光纤52的受光范围φ以下，能在减小受光效率的偏差的同时提高受光效率。散焦距离Df可以在光纤52的受光范围φ的一半以上。另外，散焦距离Df也可以是光纤52的受光范围φ的2倍以下。

返回光(光43-2)在受光面85上的照射范围设为a。如果散焦距离为Df，反射镜47的曲率半径为R，反射镜47的有效直径为α，则照射范围a的直径可以用下述数学式5表示。照射范围a优选为设定在光纤52的受光范围φ加上根据制造公差考虑的偏差量和由于温度引起的照射范围的偏差量后得到的范围。通过将照射范围a设定在这样的范围内，能稳定地测定而不受温度的影响。总而言之，通过设置散焦距离，制造的允许公差变大，因而使制造变得容易。另外，由于温度特性和受光效率的偏差也得到改善，因此能期待气体分析仪200的温度特性和振动等引起的随时间变化也得到缓和，能够实现长时间内稳定的测定性能。

[数学式5]

图8是详细说明光纤52的图。光纤52具有第1部分54、第2部分56和第3部分58。在本示例中，光纤52具有供光43通过的多条路径。在图8中，将光纤52的设置有受光面85和出射面86的面设为YZ面。

图9是示出第2部分56中的受光面87的配置的一个示例的图。图9中，示出了从X轴负侧观察图8的第2部分56时的受光面87的配置。第2部分56中设置有受光面87。第1部分54的出射面86和第2部分56的受光面87分别连接。因此，从光源部20射出的光43由第2部分56的受光面87接收，并由出射面86射出到多重反射单元113(窗49)。在图9中，从光纤52射出的光43通过的路径的数量为1条。

图10是示出第3部分58中的出射面88的配置的一个示例的图。图10中，示出了从X轴负侧观察图8的第3部分58时的出射面88的配置。第3部分58中设置有出射面88。第1部分54的受光面85和第3部分58的出射面88连接。因此，从多重反射单元113(窗49)射出的光43由第1部分54的受光面85接收，并由出射面88射出到分光器22。在图10中，入射到光纤52的光43通过的路径的数量为6条。

在本示例中，从光纤52射出的光43通过的路径的数量是1条，入射到光纤52的光43通过的路径的数量是6条，但是从光纤52射出的光43通过的路径的数量和入射到光纤52的光43通过的路径的数量是可以被控制的。例如，可以根据测定对象成分的浓度，控制多条路径中从光纤52射出的光43所通过的路径的数量和入射到光纤52的光43所通过的路径的数量。作为一个示例，在测定对象成分的浓度较低的情况下，从光纤52射出的光43通过的路径的数量为1条，入射到光纤52的光43通过的路径的数量为6条。在测定对象成分的浓度较低的情况下，为了增加光纤52的受光量，可以增加入射到光纤52的光43通过的路径的数量。此外，相反地，在测定对象成分的浓度较高的情况下，从光纤52射出的光43通过的路径的数量可以为6条，入射到光纤52的光43通过的路径的数量可以为1条。

图11是表示光纤52和窗49的位置关系的图。图11仅示出了光纤52的第1部分54。

在本示例中，窗49配置成相对于光纤52射出的光43-1具有角度。所谓窗49配置成相对于光纤52射出的光43-1具有角度，可以是光纤52射出的光43-1与窗49的表面81形成的角度θ(90°以下)大于0°且小于90°。也就是说，所谓窗49配置成相对于光纤52射出的光43-1具有角度，可以是指窗49的表面81既不平行于也不垂直于光纤52射出的光43-1。同样地，所谓49配置成相对于光纤52射出的光43-1具有角度，可以是光纤52射出的光43-1与窗49的表面82形成的角度θ(90°以下)大于0°且小于90°。由于窗49配置成相对于光纤52射出的光43-1具有角度，因此能使射出的光43-1被表面81和表面82反射后得到的反射光的光轴与返回光(光43-2)的光轴错开。因此，能防止射出的光43-1被表面81和表面82反射的后得到的反射光与返回光混合。

在本示例中，窗49配置成相对于光纤52射出的光43具有70°以上且75°以下的角度θ。若角度θ过小则通过窗49的距离变大，因此角度θ优选为不要过小。

图12是表示折返镜42和反射镜48的位置关系的图。折返镜42的镜面83的中心设为C41，反射镜48的镜面77的中心设为C42。折返镜42与反射镜48之间的距离L1可以是折返镜42的镜面83的中心C41与反射镜48的镜面77的中心C42之间的距离。因此，折返镜42和反射镜48之间的距离L1可以是反射镜48的曲率半径的85％以上且115％以下。

图13是表示实施例的多重反射单元113的另一个示例的图。在图13的多重反射单元113中，折返镜42的结构与图5的多重反射单元113不同。图13的除此以外的结构可以与图5的多重反射单元113相同。图13中省略了光43。

在本示例中，中央镜46的镜面75的中心线是D1，窗49的表面82的中央点是C43。以中心线D1为基准，将与中央点C呈线对称地配置的点作为基准点C44。将通过基准点C44并与中心线D1平行的线设为基准线D2。在这种情况下，相对于基准线D2在与窗49相反一侧的折返镜42的镜面83的长度L2可以大于相对于基准线D2在窗49侧的折返镜42的镜面83的长度L3。折返镜42的镜面83的长度可以是Y轴方向的镜面83的长度。折返镜42的镜面83的长度也可以是沿镜面83的长度。折返镜42的镜面83的长度L2可以是折返镜42的镜面83的长度L3的两倍以上。通过使折返镜42的镜面83的长度L2大于折返镜42的镜面83的长度L3，能反射更多来自反射镜48的光43。

图14是示出折返镜42的反射特性的一个示例的图。在图14中，示出了折返镜42的每个波长的反射率。在本示例中，在折返镜42中，紫外线(波长范围：200nm～400nm)区域中的光的反射率是恒定的，而不依赖于波长。中央镜46、反射镜47和反射镜48的镜面也可以同样地具有图14的反射特性。

图15是表示实施例的多重反射单元113的另一个示例的图。图15的多重反射单元113与图5的多重反射单元113的不同之处在于其包括滤光片60。图15的除此以外的结构可以与图5的多重反射单元113相同。图15中省略了光43。

滤光片60设置在折返镜42和反射镜48之间。滤光片60可以在X轴方向上设置在比反射镜48更靠折返镜42侧。在本例中，滤光片60设置在折返镜42的镜面83上。

滤光片60改变折返镜42的反射特性。作为一个示例，滤光片60是介电多层膜。通过在折返镜42中形成介电多层膜，能够调整折返镜42的反射特性。通过调整介电多层膜的膜厚、材料、层结构等，提高特定波长的反射率以外的反射率，能使特定波长的反射率相对较低。介电多层膜可以局部设置在折返镜42的镜面83上。

图16是示出折返镜42的反射特性的另一个示例的图。在图16中，示出了折返镜42的每个波长的反射率。如图16所示，在本示例中，在折返镜42中，特定波长λ1的反射率低于规定的波长范围内的平均反射率。

折返镜42的反射特性可以不同于中央镜46、反射镜47或反射镜48的反射特性。例如，折返镜42具有图16的反射特性，中央镜46、反射镜47和反射镜48具有图14的反射特性。与中央镜46、反射镜47和反射镜48相比，折返镜42的光43的反射次数更少。因此，能容易地调整特定波长的反射率。

反射镜47或反射镜48的反射特性可以不同于中央镜46的反射特性。例如，反射镜47和反射镜48具有图16的反射特性，中央镜46具有图14的反射特性。与中央镜46相比，反射镜47和反射镜48的光43的反射次数更少。因此，能容易地调整特定波长的反射率。

图17是表示实施例的气体分析仪300的一个示例的图。图17的气体分析仪300与图4的气体分析仪200的不同之处在于具有准直单元70来代替光纤52。图17的除此以外的结构可以与图4的气体分析仪200相同。

准直单元70可以将来自光源部20的光43-1转换为平行光。通过准直单元70转换后得到的平行光在多重反射单元113内传播并再次聚光到准直单元70。再次聚光到准直单元70上的光43-2被射出到分光器22。与从光源部20射出的光43-1是扩散光，并如图4中的气体分析仪200那样在扩散光的状态下射出到多重反射单元113的情况相比，能减少多重反射单元113的壁面、镜子等的渐晕。

准直单元70优选为具有像差影响较小的抛物面镜。准直单元70不限于抛物面镜。准直单元70可以是透镜等。

以上，使用实施方式说明了本发明，但是本发明的技术范围不限于上述实施方式记载的范围。本领域技术人员明白可以对上述实施方式进行各种变更或改进。根据权利要求书的记载可知，进行了上述各种变更或改进的方式也包含在本发明的技术范围内。

标号说明

10烟道，11气体吸入管，12气体排出管，13多重反射单元，14气体过滤器，15预热器，16预热温度调节器，17泵，18加热器，19单元温度调节器，20光源部，22分光器，26检测元件，27运算装置，30样品气体，42折返镜，43光，44入射窗，45出射窗，46中央镜，47反射镜，48反射镜，49窗，51通信线，52光纤，54第1部分，56第2部分，58第3部分，60滤光片，70准直单元，71入射面，72出射面，73入射面，74出射面，75镜面，76镜面，77镜面，81表面，82表面，83镜面，85受光面，86出射面，87受光面，88出射面，100气体分析仪，113多重反射单元，200气体分析仪，300气体分析仪。

Claims (18)

1.一种气体分析仪，对样品气体中包含的测定对象成分的浓度进行测定，其特征在于，包括：

供光入射的入射窗；

中央镜；

与所述中央镜相对地配置的两个以上反射镜；

折返镜，该折返镜相对于所述中央镜配置在与所述入射窗相反的一侧；以及

出射窗，该出射窗相对于所述中央镜配置在与所述入射窗相同的一侧，所述折返镜使入射到所述入射窗上的光折返从而返回到所述出射窗。

2.如权利要求1所述的气体分析仪，其特征在于，

所述入射窗和所述出射窗是共用的构件。

3.如权利要求1或2所述的气体分析仪，其特征在于，

所述折返镜设置在到所述反射镜的距离为该所述反射镜的曲率半径的85％以上且115％以下的范围内。

4.如权利要求1至3中任一项所述的气体分析仪，其特征在于，

所述折返镜配置成比所述中央镜更远离所述反射镜。

5.如权利要求1至4中任一项所述的气体分析仪，其特征在于，

将以所述中央镜的镜面的中心线作为基准与所述入射窗的出射面的中央点呈线对称地配置的点作为基准点，以与所述中心线平行并通过所述基准点的线作为基准线的情况下，

比所述基准线更靠与所述入射窗相反的一侧的所述折返镜的镜面的长度大于比所述基准线更靠所述入射窗一侧的所述折返镜的镜面的长度。

6.如权利要求1至5中任一项所述的气体分析仪，其特征在于，

所述折返镜是凹面镜。

7.如权利要求6所述的气体分析仪，其特征在于，

所述折返镜的曲率半径与所述反射镜或所述中央镜的曲率半径相同。

8.如权利要求6所述的气体分析仪，其特征在于，

所述折返镜的曲率半径与所述反射镜或所述中央镜的曲率半径不同。

9.如权利要求1至8中任一项所述的气体分析仪，其特征在于，

所述折返镜的反射特性与所述反射镜或所述中央镜的反射特性不同。

10.如权利要求9所述的气体分析仪，其特征在于，

包括滤光片，该滤光片配置在所述折返镜和所述反射镜之间，变更所述折返镜的反射特性。

11.如权利要求9或10所述的气体分析仪，其特征在于，

所述反射镜的反射特性与所述中央镜的反射特性不同。

12.如权利要求1至11中任一项所述的气体分析仪，其特征在于，

包括光纤，该光纤将光入射到所述入射窗，

所述入射窗配置成相对于所述光纤所射出的光具有角度。

13.如权利要求12所述的气体分析仪，其特征在于，

所述入射窗配置成相对于所述光纤所射出的光具有70°以上且75°以下的角度。

14.如权利要求1至13中任一项所述的气体分析仪，其特征在于，

还包括光纤，该光纤具有射出光的出射面和接收光的受光面。

15.如权利要求14所述的气体分析仪，其特征在于，

所述光纤具有供光通过的多条路径，

根据所述测定对象成分的浓度，控制多条所述路径中从所述光纤射出的光所通过的路径的数量和入射到所述光纤的光所通过的路径的数量。

16.如权利要求14或15所述的气体分析仪，其特征在于，

所述光纤的所述出射面和所述反射镜之间的距离相对于所述反射镜的曲率半径偏离预先确定的散焦距离地进行配置。

17.如权利要求16所述的气体分析仪，其特征在于，

所述散焦距离在所述光纤的所述受光面的宽度以下。

18.一种多重反射单元，对入射的光进行多重反射并射出，其特征在于，包括：

供光入射的入射窗；

中央镜；

与所述中央镜相对地配置的两个以上反射镜；

折返镜，该折返镜相对于所述中央镜配置在与所述入射窗相反的一侧；以及

出射窗，该出射窗相对于所述中央镜配置在与所述入射窗相同的一侧，

所述折返镜使入射到所述入射窗上的光折返从而返回到所述出射窗。