CN117203515A - 气体分析仪 - Google Patents

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武田直希
东亮一
李波
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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含有的测定对象成分的浓度进行测定，包括：光源部，其射出含有所述测定对象成分的吸收波长的光；单元，其在密封了所述样品气体的空间中容纳一个以上用于反射所述光的反射镜；受光元件，其用于获取通过了所述单元的所述光的辐射光谱；陷波滤光片，其配置在从所述光源部到所述受光元件的任意光路中，并且具有用于减小所述光源部所射出的所述光的辐射光谱中的任意峰的强度的限制频带；以及处理部，其处理所述受光元件的受光信号，并测定所述测定对象成分的浓度。

Description

气体分析仪
技术领域
本发明涉及一种气体分析仪。
背景技术
以往，已知利用光谱分析的气体分析仪(例如，参照专利文献1和非专利文献1)。
专利文献1：日本专利特开2001-188043号公报
非专利文献1：Quantitative Spectroscopy Radiative Transfer Vol.56,No.2,pp.187-208,1996、Johan Mellqvist and Arne Rosen“DOAS FOR FLUE GAS MONITORING-I.TEMPERATURE EFFECTS IN THE U.V./VISIBLE ABSORPTION SPECTRA OF NO,N02,SO2AND NH3”(定量光谱学辐射传输第56卷，第2期，第187-208页，1996年，Johan Mel lqvist和Arne Rosen，“烟气监测差分吸收光谱技术——I.NO、N02、SO2和NH3的紫外/可见吸收光谱中的温度效应”)
发明所要解决的技术问题
气体分析仪优选能够高精度地测定气体浓度。
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光源部，该光源部射出含有所述测定对象成分的吸收波长的光。气体分析仪可以包括单元，该单元在密封了所述样品气体的空间中容纳一个以上用于反射所述光的反射镜。气体分析仪可以包括受光元件，该受光元件用于获取通过了所述单元的所述光的辐射光谱。气体分析仪可以包括陷波滤光片，该陷波滤光片配置在从所述光源部到所述受光元件的任意光路中，并且具有用于减小所述光源部所射出的所述光的辐射光谱中的任意峰的强度的限制频带。气体分析仪可以包括处理部，该处理部处理所述受光元件的受光信号，并测定所述测定对象成分的浓度。
所述陷波滤光片可以配置在所述单元的内部。
所述单元可以具有入射窗，该入射窗用于使来自所述光源部的所述光射入到所述单元的内部。一个以上所述反射镜可以含有从所述入射窗射入的所述光最先到达的第1反射镜。所述陷波滤光片可以配置在所述入射窗和所述第1反射镜之间的所述光路中。
所述陷波滤光片可以配置在所述光源部和所述单元之间的所述光路中。
所述单元可以具有用于将所述光射出到所述单元的外部的出射窗。一个以上所述反射镜可以含有从所述出射窗射出的所述光最后反射的第2反射镜。所述陷波滤光片可以配置在所述第2反射镜与所述受光元件之间的所述光路中。
气体分析仪还可以包括调整部，该调整部用于调整所述陷波滤光片的限制频带的波长。
所述调整部可以通过调整所述光相对于所述陷波滤光片的入射角度来调整所述限制频带的波长。
在所述调整部调整了所述入射角度的情况下，所述处理部可以校正所述受光信号的强度。
在调整了所述入射角度的情况下，所述调整部可以调整至少一个所述反射镜的反射面的角度。
在所述调整部中，可以设定能够变更所述入射角度的变更范围。
所述陷波滤光片可以以与所述入射角度对应的出射角度射出所述光。
在所述出射角度改变的情况下，至少一个所述反射镜上被所述光照射的光斑位置可以在第1方向上变化。
所述至少一个所述反射镜可以具有反射面，该反射面的大小将相对于所述陷波滤光片的所述入射角度从所述变更范围内的最小值变更到最大值时的所述光的所述光斑位置包含在内。
气体分析仪可以将所述陷波滤光片设置在不同的多个位置。
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是示出气体分析装置200的一个示例的图。
图2是示出实施例1的气体分析仪100的结构例的图。
图3是示出光源部120所射出的光106的辐射光谱的一个示例的图。
图4是示出规定波长的光106的强度与测定误差的关系的图。
图5是示出陷波滤光片110的透射特性的一个示例的图。
图6是示出在使用陷波滤光片110时入射到受光元件126的光106的辐射光谱的一个示例的图。
图7是示出气体分析仪100的另一结构例的图。
图8是示出气体分析仪100的另一结构例的图。
图9是示出调整陷波滤光片110的限制频带的波长的示例的图。
图10是示出陷波滤光片110的后级的反射镜的图。
图11是从光106的行进方向观察陷波滤光片110的后级的反射镜的反射面150的图。
图12是示出气体分析仪100的另一结构例的图。
图13是说明实施例2的气体分析仪100的图。
图14是从准直光106的行进方向观察第1反射镜114-1的凹面部151和凹面部151的位置处的准直光106的光斑192的图。
图15是从准直光106的行进方向观察第2反射镜114-2的凹面部151的图。
图16是从准直光106的行进方向观察中央反射镜112的凹面部151和在凹面部151的位置处的准直光106的光斑192的图。
图17是示出中央反射镜112的凹面部151的另一形状示例的图。
图18是从准直光106的行进方向观察折反反射镜115的凹面部151的图。
图19是说明气体分析仪100的动作试验的图。
图20是示出参考例中的受光元件126的受光量的测定值的图。
图21是示出实施例2中的受光元件126的受光量的测定值的图。
图22是说明实施例3的气体分析仪100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。
图1是示出气体分析装置200的一个示例的图。气体分析装置200测定通过烟道10的测定对象气体中包含的测定对象成分的浓度。测定对象气体例如是发动机等的废气，但不限于此。测定对象成分包括硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)或氨(NH3)等，但不限于此。
气体分析装置200包括气体吸入管11、气体排出管12、以及气体分析仪100。气体分析装置200还可以包括气体过滤器14、预热器15、预热温度调节器16和泵17中的至少任一个。
烟道10连接到气体吸入管11和气体排出管12。气体吸入管11将流过烟道10的作为测定对象气体的一部分的样品气体30导入气体分析仪100。气体分析仪100测定样品气体30中包含的测定对象气体的浓度。气体排出管12将由气体分析仪100处理后的样品气体30排出到烟道10。
气体吸入管11可以连接到用于去除样品气体30中的灰尘的气体过滤器14。气体吸入管11可以连接到用于预热样品气体30的预热器15。预热器15可以通过预热温度调节器16调节温度。气体排出管12可以连接到泵17。泵17从气体分析仪100吸引样品气体30并将样品气体30排出到烟道10。
气体分析仪100测定被导入的样品气体30中包含的测定对象成分的浓度。作为一例，气体分析仪100例如通过非专利文献1公开的差分吸光光度法(DOAS)来对测定对象成分的浓度进行测定。气体成分吸收与气体种类相应的特定吸收波长的光。光被吸收的程度随着气体成分的浓度而变化。在差分吸光光度法中，使含有与测定对象成分对应的波长成分的光通过样品气体30，并比较通过前后的该波长成分的强度，从而测定样品气体30中含有的测定对象成分的浓度。此时，通过从测定通过了样品气体30的光而得到的波长光谱中去除较宽的变动，从而能去除光源的光量变动或者样品气体30中的灰尘和烟雾的影响。由此，能稳定地测定由测定对象成分引起的波长光谱的变动，并能稳定地测定测定对象成分的浓度。
气体分析仪100包括单元113、光源部120、受光元件126和处理部127。气体分析仪100还可以包括加热器118、温度调整部119和分光器122中的至少任一个。
光源部120射出光106。在本示例中，光源部120射出包括测定对象成分的吸收波长的光106。作为一个示例，光源部120是能够将发光时间控制在极短时间内的闪光灯。光源部120可以是Xe闪光灯。通过使用Xe闪光灯作为光源部120，能稳定地射出光106。本示例的光源部120优选以恒定的发光周期进行发光。在本示例中，光106是紫外线(波长范围：200nm～400nm)区域中的光。
单元113对样品气体30进行密封。在分析样品气体30中含有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从单元113排出。
来自光源部120的光106入射到单元113。光106在单元113内部穿过样品气体30并射出到单元113的外部。单元113可以是多重反射单元。在这种情况下，入射到单元113的光106在单元113的内部重复反射，并射出到单元113的外部。
在单元113中可以设置有加热器118，以使样品气体30的温度保持在规定的温度。单元113可以与加热器118接触。加热器118的温度可以由温度调节部119控制。
受光元件126获取通过单元113后的光106的辐射光谱。受光元件126测定由分光器122分光后得到的光106的强度。分光器122可以在规定的波长范围内将光106分光到多个波长频带中。规定的波长范围例如是200nm以上且500nm以下的波长范围。波长范围不限于此。受光元件126通过获取每个波长频带中的光106的强度来获取光106的辐射光谱。
受光元件126获取每个波长频带中的光106的强度。作为一个示例，受光元件126是CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconcuctor：互补金属氧化物半导体)线传感器。由受光元件126获取到的光106的辐射光谱作为受光信号发送到处理部127。
处理部127处理受光元件126的受光信号。处理部127可以将受光信号转换为数字信号，并进行数字运算处理。处理部127基于受光元件126的受光信号测定包含在样品气体30中的测定对象成分的浓度。处理部127可以通过获取测定对象成分的吸收波长处的光106的强度的变化(即，通过单元113的光106的强度相对于光源部120射出的光106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，处理部127经由通信线149与受光元件126进行有线连接，但是也可以是无线连接。
图2是示出实施例1的气体分析仪100的结构例的图。在图2中，省略了加热器118和温度调整部119。本示例的气体分析仪100还包括准直透镜142。准直透镜142将光源部120所射出的光106转换为准直光。准直光是比光源部120射出的光106更接近平行光的光。准直光可以不是完全平行光。准直透镜142射出使光106会聚并抑制了光106的扩散的准直光。
单元113对样品气体30进行密封。在单元113中设置有入射窗140和出射窗141。在图2中，入射窗140和出射窗141设置在单元113的同一面上，但是入射窗140和出射窗141可以设置在不同的面上。光106通过入射窗140并入射到单元113的内部。在单元113的内部通过样品气体30的光106通过出射窗141并射出到单元113的外部。
在单元113中，用于使光106反射的一个以上反射镜被容纳在密封了样品气体30的空间中。反射镜被配置成使得被导入单元113的光106在单元113内进行多次反射。例如，反射镜被配置在单元113的长边方向的两端部附近。在这种情况下，光106沿着单元113的长边方向在单元113的内部往返。通过光106在单元113的内部往返，能延长光106通过样品气体30的光路长度，并且即使测定对象成分是微量的，也能高精确地测定浓度。
在本示例中，第1反射镜114-1、第2反射镜114-2和中央反射镜112设置在单元113的内部。第1反射镜114-1是通过入射窗140的光106最先到达的反射镜。第2反射镜114-2是通过出射窗141的光106最后反射的反射镜。中央反射镜112进一步反射由第1反射镜114-1反射的光106。中央反射镜112还朝向第2反射镜114-2反射入射的任何光106。在图2的示例中，中央反射镜112朝向第2反射镜114-2反射从第1反射镜114-1入射的光106。在第2反射镜114-2上反射的光106从出射窗141射出到单元113的外部。
中央反射镜112、第1反射镜114-1和第2反射镜114-2配置成使得反射面150彼此相对。光106在各个反射面150上反射。在图2的示例中，中央反射镜112被配置在单元113的长边方向的端部中设置有入射窗140和出射窗141那一侧的端部。第1反射镜114-1和第2反射镜114-2配置在单元113的长边方向的端部中与中央反射镜112相反一侧的端部。在图2的示例中，两个反射镜114被配置在与中央反射镜112相对的位置处，但是在其他示例中，与中央反射镜112相对的位置处可以配置更多个反射镜114。在这种情况下，能增加光106在单元113内部往返的次数，能使光106通过样品气体30的距离更长。与中央反射镜112相对的多个反射镜114可以是一体的反射镜。在这种情况下，该反射镜中，通过了入射窗140的光最先到达的区域是第1反射镜114-1，通过出射窗141的光最后反射的区域是第2反射镜114-2。
本示例的气体分析仪100包括陷波滤光片110。陷波滤光片110配置在从光源部120到受光元件126为止的光106通过的任意光路中。陷波滤光片110具有限制频带，该限制频带用于减小从光源部120射出的光106的辐射光谱中的任意峰处的强度。陷波滤光片110具有例如沿光106的行进方向层叠折射率互不相同的多个电介质膜的结构。
图3是示出光源部120所射出的光106的辐射光谱的一个示例的图。在图3中，横轴表示波长，纵轴表示光106的强度。光106的辐射光谱具有多个峰。峰在图3所示的辐射光谱中是强度呈现为极大值的部分。例如，图3的辐射光谱在波长230nm附近具有峰300。峰300可以是辐射光谱的多个峰中强度最大的峰。
本例的辐射光谱示出峰300处的强度为0.20以上。另一方面，在波长为330nm附近的区域302中，光106的强度示为0.05以下。即，峰300的强度是与区域302相比4倍以上的强度。受光元件126具有测定范围(动态范围)。若根据峰300设定受光元件126的动态范围，则在区域302的波长频带中，只能在动态范围的一部分范围内测定光106的强度。因此，在光106的辐射光谱的强度小的波长区域中，信号分量相对于受光元件126的热噪声或杂散光等的噪声分量之比变小，并且测定精度降低。
图4是示出规定波长的光106的强度与测定误差的关系的图。横轴示出受光元件126中的光106的强度的测定值。本示例的受光元件126是CMOS线传感器。本示例的受光元件126的动态范围是100dB左右。若将受光元件126的动态范围量化为数字值，则为0～65535(96.4dB)。设定动态范围，使得峰300处的光106的强度在测定值范围的上限附近。
图4的纵轴的值越小，表示测定误差越小。如图4所示，若光106的强度变大，则测定误差变小。在图4的例子中，如果信号强度为20000左右，则测定误差变得足够小。如图3的区域302所示，在光106的强度较小的波长频带中，受光元件126中的测定值变为16383.75(65535÷4)以下。因此，区域302中的测定误差变大。即，如果多个波长的光106的强度存在差异，则某一波长的受光元件126的动态范围变小，并且该波长处的测定精度恶化。因此，在多个波长处测定光106的强度时，优选地使各个测定波长的光106的强度的差异尽可能小。
如图2所示，本示例的气体分析仪100包括陷波滤光片110，其减小包含光106的任意峰300的波长频带的强度。由此，减小光106的辐射光谱中的强度差，并减小多个波长的测定误差。
图5是示出陷波滤光片110的透射特性的一个示例的图。图5的横轴示出射入陷波滤光片110的光106的波长。纵轴示出从陷波滤光片110射出的光106的强度与入射到陷波滤光片110的光106的强度之比。陷波滤光片110具有透射率示出极小值的限制频带RB。限制频带RB例如是透射率为70％以下的频带。限制频带RB的透射率的极小值可以是20％以上，可以是30％以上，也可以是40％以上。
限制频带RB包含峰300的波长。由此，能降低峰300的强度，减小光106的辐射光谱中的强度差。在光源部120是氙闪光灯时，限制频带RB的中心波长可以存在于220nm到240nm的范围内。限制频带RB的宽度可以为10nm以上，也可以为20nm以上。限制频带RB的宽度可以为40nm以下，也可以为30nm以下。
图6是示出在使用了陷波滤光片110时入射到受光元件126的光106的辐射光谱的一个示例的图。在图6中，横轴表示波长，纵轴表示光106的强度。与图3相比的光106的辐射光谱相比，波长在230nm附近的强度变弱。通过使用陷波滤光片110，能抑制光106的辐射光谱的强度之差，从而能提高测定精度。
如图2所示，陷波滤光片110可以位于单元113的内部的光路中。陷波滤光片110可以配置在入射窗140和第1反射镜114-1之间的光路中。
图7是示出气体分析仪100的另一结构例的图。本示例的气体分析仪100的设置陷波滤光片110的位置与图2至图6的示例不同。其它结构与图2至图6中所说明的任一个方式相同。
本示例中的陷波滤光片110配置在光源部120和单元113的入射窗140之间的光路中。陷波滤光片110可以配置在准直透镜142等光学构件和入射窗140之间。通过在单元113的外部设置陷波滤光片110，可以容易地调整光106相对于陷波滤光片110的入射角。
图8是示出气体分析仪100的另一结构例的图。本示例的气体分析仪100的设置陷波滤光片110的位置与图2至图6的示例不同。其它结构与图2至图6中所说明的任一个方式相同。
本示例的陷波滤光片110配置在第2反射镜114-2和受光元件126之间的光路中。如图8中所示，在单元113的内部，陷波滤光片110可以配置在第2反射镜114-2和出射窗141之间。陷波滤光片110可以配置在出射窗141与受光元件126之间的光路中。陷波滤光片110可以配置在出射窗141与分光器122之间的光路中。
在调整陷波滤光片110的限制频带的情况下，有时要调整陷波滤光片110的后级的反射镜的角度等。例如，在通过调整光106相对于陷波滤光片110的入射角度来调整限制频带的波段的情况下，可以根据陷波滤光片110的后级的反射镜的角度进行调整。根据本示例，由于反射镜不存在于陷波滤光片110后面的光路中，因此可以不对反射镜进行角度调整。
图9是示出调整陷波滤光片110的限制频带的波长的示例的图。本示例的气体分析仪100包括调整部190，该调整部190用于调整陷波滤光片110的限制频带的波长。
本示例中的陷波滤光片110是层叠具有不同折射率的多个电介质膜的滤光片。在这种情况下，可以通过调整光106相对于陷波滤光片110的入射角θ1来调整陷波滤光片110的限制频带。调整部190可以通过使陷波滤光片110旋转来调整入射角度θ1。
调整部190可以基于光源部120所射出的光106的辐射光谱来调整入射角度θ1。调整部190可以检测辐射光谱中的最大峰300，并调整入射角度θ1，使得峰300被包含在陷波滤光片110的限制频带中。调整部190可以从光106的辐射光谱中检测气体分析仪100的作为测定对象的波长频带内的最大峰300。
光106的辐射光谱可以由受光元件126测定，也可以由使用者等提供光谱数据。例如，在使单元113处于真空状态，或者将在气体分析仪100的测定频带中不具有吸收光谱的气体导入单元113的状态下，将光106射入单元113。在这种状态下，受光元件126可以测定从单元113射出的光106的辐射光谱。
若改变陷波滤光片110的入射角度θ1，则来自陷波滤光片110的光106的出射角度θ2会发生变动。若光106的出射角度θ2改变，则陷波滤光片110的后级的光路改变。
若光路改变，则射入到受光元件126的光106的光轴改变，因此，由受光元件126检测的光106的强度有时会变动。在调整部190调整了入射角度θ1的情况下，处理部127可以校正受光信号的强度。在处理部127，可以预先设定通过将入射角度θ1的调整量与受光信号的强度的校正量相关联而获得的校正用数据。校正用数据也可以在依次改变入射角度θ1的情况下，从受光元件126的受光强度如何变化的实测数据生成。
图10是示出陷波滤光片110的后级的反射镜的图。在本示例中，示出了第1反射镜114-1。通过了陷波滤光片110的光106最先到达第1反射镜114-1。在调整了光106相对于陷波滤光片110的入射角度θ1(参照图9)时，本示例的调整部190调整陷波滤光片110的后级中的至少一个反射镜的反射面150的角度。本示例中的反射面150是凹面，但是反射面150也可以是平坦的面，也可以包括凹面和平坦面双方。
如在图9所说明的那样，若陷波滤光片110的入射角度θ1改变，则从陷波滤光片110射出的出射角度θ2改变。调整部190调整陷波滤光片110的后级的反射镜的反射面150的角度θ3，以抵消由出射角度θ2的变化引起的光106的光轴的变化。角度θ3是反射面150相对于规定的基准面189的角度。基准面189例如是与单元113的长边方向正交的面。由此，能防止光106的光轴偏移，从而防止光106没有照射到例如后级的反射镜的反射面150。
调整部190可以调整紧接在陷波滤光片110之后的第1反射镜114-1的反射面150的角度θ3。在仅通过调整第1反射镜114-1的角度无法抵消光106的光轴偏移的情况下，调整部190可以进一步调整其它反射镜的反射面150的角度。在仅通过调整第1反射镜114-1的角度就能抵消光106的光轴偏移的情况下，调整部190也可以不调整其它反射镜的反射面150的角度。
图11是从光106的行进方向观察陷波滤光片110的后级的反射镜的反射面150的图。在本示例中，示出了第1反射镜114-1的反射面150。在调整了陷波滤光片110中的入射角度θ1时，从陷波滤光片110射出的光106的光轴改变。因此，在反射镜114的反射面150中，光106照射的光斑192的位置根据陷波滤光片110的入射角度θ1和出射角度θ2的变更而沿第1方向移动。
在本示例的调整部190中，设定能够变更陷波滤光片110的入射角度θ1的变更范围。在将相对于陷波滤光片110的入射角度θ1设定为该变更范围内的最小值时，例如，光106照射到光斑192-1的位置。在将相对于陷波滤光片110的入射角度θ1设定为该变更范围内的最大值时，例如，光106照射到光斑192-2的位置。反射镜114-1优选具有反射面150，该反射面150的大小包含在使相对于陷波滤光片110的入射角度θ1从最小值变更到最大值时的光斑192-1和光斑192-2。由此，即使在变更了陷波滤光片110的入射角度θ1的情况下，光106也可以通过反射面150反射。尽管已经在图11中说明了反射镜114-1，但陷波滤光片110的后级中的所有反射镜也可以是相同的。
各个反射镜的反射面150可以是圆形的，也可以是其他形状的。例如，反射面150在第1方向上的长度可以大于在与第1方向正交的第2方向上的长度。气体分析仪100可以将图9中说明的结构、图10中说明的结构和图11中说明的结构中的两个以上组合来设置。
图12是示出气体分析仪100的另一结构例的图。本示例的气体分析仪100与图2至图11的示例的不同之处在于设置多个陷波滤光片110。其它结构与图2至图11中所说明的任一个方式相同。本示例的陷波滤光片110设置在光路上的多个不同位置处。
多个陷波滤光片110可以设置在单元113的内部，多个陷波滤光片110可以设置在单元113的外部，陷波滤光片110可以设置在单元113的内部和外部双方。在图12的示例中，陷波滤光片110设置在入射窗140和第1反射镜114-1之间以及出射窗141和第2反射镜114-2之间。每个陷波滤光片110的通过特性可以是相同的，也可以是大不相同的。调整部190可以调整各个陷波滤光片110的特性，也可以仅调整任一个陷波滤光片110的特性。
图13是说明实施例2的气体分析仪100的图。在图13中，省略了图2至图12所示的结构中除单元113以外的结构。除了单元113之外的结构可以与图2至图12中说明的任一个方式相同。虽然图13中的单元113是入射窗140和出射窗141是共用窗口的折返型单元，但是单元113可以具有与图2至图12中所说明的实施例相同的结构。此外，在图2至图12中说明的实施例中的单元113也可以是图13所示的折返型单元。
在本示例中，第1反射镜114-1、第2反射镜114-2、中央反射镜112以及折返反射镜115设置在单元113的内部。每个反射镜在反射面上具有凹面部151。折返反射镜115配置在单元113的长边方向上与中央反射镜112相同侧的端部。折返反射镜115相对于中央反射镜112配置在与入射窗140相反的一侧。
第1反射镜114-1是通过了入射窗140的光106最先到达的反射镜。第1反射镜114-1将来自入射窗140的光106朝向中央反射镜112反射。中央反射镜112将来自第1反射镜114-1的光106朝向第2反射镜114-2反射。
第2反射镜114-2与折返反射镜115相对地配置，并朝向折返反射镜115反射来自中央反射镜112的光106，并朝向中央反射镜112反射来自折返反射镜115的光106。中央反射镜112将来自第2反射镜114-2的光106朝向第1反射镜114-1反射。第1反射镜114-1朝向出射窗141反射来自中央反射镜112的光106。根据本示例，能容易地增加光106的反射次数，而不增大单元113的尺寸。在图13的示例中，两个反射镜114被配置在与中央反射镜112相对的位置处，但是在其他示例中，也可以将更多个反射镜114配置在与中央反射镜112相对的位置处。
两个相对的反射镜之间的距离大致等于该反射镜的凹面部151的曲率半径。例如，该距离为该曲率半径的90％以上且110％以下。每个反射镜的凹面部151的曲率半径也可以大致相等。每个反射镜的曲率半径的最大值与最小值的比率可以为100％以上，且120％以下。
受光元件126上的光106的受光强度有时会由于气体分析仪100的温度变动等而变动。例如，若反射镜的曲率因温度变动而改变，则反射镜的凹面部151相对于光轴的倾斜会改变。凹面部151的中央附近的倾斜变化较小，但是在反射面150的远离光轴的端部处，相对于光轴的倾斜变化相对较大。因此，若温度发生变动，则远离光106的光轴的分量是否到达受光元件126有时会发生改变，从而受光元件126上的受光量会改变。
本例的气体分析仪100包括准直部143。准直部143配置在光源部120和单元113之间。准直部143将光源部120所射出的光106转换为准直光并射入到入射窗140。本例的准直部143使用抛物面镜。由此，能生成像差影响较少的准直光。然而，准直部143可以是图2等所示的透镜。
在本示例中，从入射窗140射入的准直光106最先到达的第1反射镜114-1的凹面部151的宽度小于准直光106的宽度。凹面部151是第1反射镜114-1的反射面中呈凹面的部分。即，凹面部151不包含平坦的部分。第1反射镜114-1的整个反射面可以是凹面部151。
图14是从准直光106的行进方向观察第1反射镜114-1的凹面部151和和准直光106的光斑192的图。图14中的光斑192示出凹面部151的位置处的光斑。凹面部151在准直光106的行进方向上的位置是凹面部151的中央部193的位置。也就是说，光斑192是准直光106照射在该位置处的平面上的范围。在另一个例子中，光斑192可以是紧接在准直部143射出之后的准直光106的光斑，也可以是在入射窗140的位置处的准直光106的光斑。光斑192可以是垂直于准直光106的行进方向的平面上的光强度为最大值P1的一半(0.5×P1)以上的范围。即，在该平面的光的强度分布中，可以将半值全宽的区域视为准直光106的光斑192。
将凹面部151的宽度设为R1，将准直光106的光斑192的宽度设为R0。该宽度可以是与凹面部151的中央部193中的微小面平行的面上的宽度。该宽度可以是垂直于准直光106的行进方向的面上的宽度。在凹面部151是圆形的情况下，凹面部151的宽度是圆形的直径。在凹面部151是非圆形的情况下，凹面部151的宽度指的是凹面部151在该面上的宽度中的最大宽度。例如，在凹面部151是正方形的情况下，凹面部151的宽度是正方形的对角线的长度。光斑192的宽度的测定方法也与凹面部151的宽度的测定方法相同。
凹面部151的宽度R1小于准直光106的光斑192的宽度R0。由此，准直光106中的远离凹面部151的中央部193的分量不会被凹面部151反射。因此，即使在凹面部151的倾斜因温度变动而改变的情况下，远离中央部193的位置的准直光106也不会对受光元件126中的测定值造成影响。因此，能抑制由温度变动引起的误差。此外，由于通过准直部143将光106变为准直光106，因此能使与准直光106的行进方向垂直的面上的光强度的分布平坦化。因此，即使在准直光106的光轴的位置偏离凹面部151的中央部193的情况下，也能够抑制照射到整个凹面部151的光量发生变动，能够高精度地测定气体浓度。此外，由于每个反射镜具有凹面部151，因此容易维持反射镜中的反射光的平行性。宽度R1可以为20mm以下，也可以为10mm以下。
凹面部151的宽度R1在准直光106的光斑192的宽度R0的80％以下。由此，容易降低由温度变动引起的测定误差。宽度R1可以是宽度R0的75％以下，也可以是70％以下。然而，如果使宽度R1过小，则到达受光元件126的光量变小，SN比降低。宽度R1可以是宽度R2的50％以上。宽度R1可以是宽度R2的55％以上，也可以是60％以上。
第1反射镜114-1的整个反射面的宽度可以小于准直光106的宽度R0。例如，在反射面在凹面部151的周围具有平坦面的情况下，整个反射面的宽度可以小于准直光106的宽度R0。另外，整个反射面可以是凹面部151。在这种情况下，整个反射面的宽度是凹面部151的宽度R1。尽管在图14中说明了第1反射镜114-1，但是在单元113的其它反射镜中，凹面部151的宽度也可以小于准直光的宽度。
图15是示出了从准直光106的行进方向观察第2反射镜114-2的凹面部151的图。图15中再次示出了与图14相同的光斑192。将第2反射镜114-2的凹面部151的宽度设为R2。凹面部151的宽度R1小于准直光106的光斑192的宽度R0。宽度R2可以与宽度R1相同。通过使宽度R2小于宽度R0，即使在由第1反射镜114-1反射之后使准直光106的宽度变大的情况下，也能在第2反射镜114-2中再次形成准直光106的宽度。由此，能进一步抑制由于温度变动引起的误差分量，更高精度地测定气体浓度。宽度R2可以为20mm以下，也可以为10mm以下。
宽度R2可以小于宽度R1。通过逐渐减小反射镜的宽度，即使在准直光106的光轴偏离反射镜的中央部193的情况下，也容易将准直光106照射到整个该反射镜。因此，能抑制由光轴偏移引起的测定误差。在另一示例中，除第1反射镜114-1之外的所有反射镜的宽度可以大于第1反射镜114-1的宽度R1。由此，即使在第1反射镜114-1的后级发生光轴偏移的情况下，也容易在每个反射镜反射整个准直光106。
宽度R2可以大于宽度R1。宽度R2可以大于宽度R0。在第1反射镜114-1，准直光106的宽度形成为R1。因此，在使第2反射镜114-2的宽度R2与第1反射镜114-1的宽度R1相同的情况下，若准直光106的光轴偏离第2反射镜114-2的中央部193，则准直光106的一部分从第2反射镜114-2偏离，并且不会被第2反射镜114-2反射。因此，到达受光元件126的光量有时会变得过小。通过使宽度R2大于宽度R1，容易确保到达受光元件126的光量。如图2所示的结构，第2反射镜114-2可以是设置在出射窗141跟前的反射镜。通过在第1反射镜114-1上将准直光106直径形成得较小，能有效地减少测定误差。此外，通过使第2反射镜114-2相对较大，容易确保到达受光元件126的光量。
图16是从准直光106的行进方向观察中央反射镜112的凹面部151和在中央反射镜112的凹面部151的位置处的准直光106的光斑192的图。将中央反射镜112的凹面部151的宽度设为R3。到达中央反射镜112的准直光106通过第1反射镜114-1形成为宽度R1。宽度R3可以大于宽度R1。在图13所示的结构中，来自第1反射镜114-1的准直光106(光斑192-3)和来自第2反射镜114的准直光106(光斑192-4)射入到中央反射镜112。光斑192-3和光斑192-4有时配置在凹面部151的不同位置。中央反射镜112可以具有大于宽度R1的宽度R3，使得能够反射来自第1反射镜114-1的准直光106和来自第2反射镜114的准直光106双方。宽度R3可以大于宽度R0。宽度R3可以大于20mm，也可以为30mm以上。
图17是示出中央反射镜112的凹面部151的另一形状示例的图。在图16的示例中，中央反射镜112是圆形的。本示例中的中央反射镜112是非圆形的。在中央反射镜112中，将光斑192-3和光斑192-4在并排方向上的宽度设为R3，将在与该方向正交的方向上的宽度设为W3。宽度W3可以小于宽度R3。宽度W3可以大于宽度R1，也可以小于宽度R1。在这种结构中，中央反射镜112能反射来自第1反射镜114-1的准直光106和来自第2反射镜114的准直光106双方。
图18是示出了从准直光106的行进方向观察折返反射镜115的凹面部151的图。图15中再次示出了与图14相同的光斑192。将折返反射镜115的凹面部151的宽度设为R4。凹面部151的宽度R4小于准直光106的光斑192的宽度R0。宽度R4可以与宽度R1相同。宽度R4可以与宽度R2相同。通过使宽度R4小于宽度R0，即使在由第2反射镜114-1反射之后，准直光106的宽度变大的情况下，也能在折返反射镜115再次形成准直光106的宽度。由此，能进一步抑制由于温度变动引起的误差分量，更高精度地测定气体浓度。
宽度R4可以小于宽度R2。通过逐渐减小反射镜的宽度，即使在准直光106的光轴偏离反射镜的中央部193的情况下，也容易将准直光106照射到整个该反射镜。因此，能抑制由光轴偏移引起的测定误差。宽度R4可以大于宽度R1。宽度R4可以大于宽度R2。宽度R4可以为20mm以下，也可以为10mm以下。
图19是说明气体分析仪100的动作试验的图。在本示例中，对在使气体分析仪100的温度改变时的受光元件126上的特定波长的受光量的测定值进行了检测。图19是气体分析仪100的温度变化模式的一个示例。
图20是示出参考例中的受光元件126的受光量的测定值的图。在本示例中，所有反射镜的凹面部151的宽度为准直光106的宽度以上。在参考示例中，受光元件126的测定值随着温度变动而较大地变动。
图21是示出实施例2中的受光元件126的受光量的测定值的图。在本示例中，第1反射镜114-1的凹面部151的宽度R1小于准直光的宽度R0。在本例中，能抑制伴随温度变动的测定值的变动。
图22是示出实施例3的气体分析仪100的图。本示例的气体分析仪100具有将图2至图12的实施例1中所说明的任一方式的陷波滤光片110追加到图13至图21的实施例2中所说明的任一方式的气体分析仪100的结构。本示例的气体分析仪100还可以包括图9或图10中说明的调整部190。本例的气体分析仪100可以具有图2至图12中说明的各功能。本示例的气体分析仪100可以具有将实施例1的结构与实施例2的结构适当组合而成的结构。
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，14气体过滤器，15预热器，16预热温度调节器，17泵，30样品气体，100气体分析仪，106光，110陷波滤光片，112中央反射镜，113单元，114反射镜，115折返反射镜，118加热器，119温度调整部，120光源部，122分光器，126受光元件，127处理部，140入射窗，141出射窗，142准直透镜，143准直部，149通信线，150反射面，151凹面部，189基准面，190调整部，192光斑，193中央部，200气体分析装置，300峰，302区域。

Claims (11)

1.一种气体分析仪，对样品气体中含有的测定对象成分的浓度进行测定，其特征在于，包括：
光源部，该光源部射出含有所述测定对象成分的吸收波长的光；
单元，该单元在密封了所述样品气体的空间中容纳一个以上用于反射所述光的反射镜；
受光元件，该受光元件用于获取通过了所述单元的所述光的辐射光谱；
陷波滤光片，该陷波滤光片配置在从所述光源部到所述受光元件的光路的任意光路中，并且具有用于减小所述光源部所射出的所述光的辐射光谱中的任意峰的强度的限制频带；以及
处理部，该处理部处理所述受光元件的受光信号，并测定所述测定对象成分的浓度。
2.如权利要求1所述的气体分析仪，其特征在于，
所述陷波滤光片配置在所述单元的内部。
3.如权利要求2所述的气体分析仪，其特征在于，
所述单元具有入射窗，该入射窗用于使来自所述光源部的所述光射入到所述单元的内部，
一个以上所述反射镜包括从所述入射窗射入的所述光最先到达的第1反射镜，
所述陷波滤光片配置在所述入射窗和所述第1反射镜之间的所述光路中。
4.如权利要求1所述的气体分析仪，其特征在于，
所述陷波滤光片配置在所述光源部和所述单元之间的所述光路中。
5.如权利要求1所述的气体分析仪，其特征在于，
所述单元具有用于使所述光射出到所述单元的外部的出射窗，
一个以上所述反射镜包括从所述出射窗射出的所述光最后反射的第2反射镜，
所述陷波滤光片配置在所述第2反射镜与所述受光元件之间的所述光路中。
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，
还包括调整部，该调整部用于调整所述陷波滤光片的限制频带的波长。
7.如权利要求6所述的气体分析仪，其特征在于，
所述调整部通过调整所述光相对于所述陷波滤光片的入射角度来调整所述限制频带的波长。
8.如权利要求7所述的气体分析仪，其特征在于，
在所述调整部调整了所述入射角度的情况下，所述处理部校正所述受光信号的强度。
9.如权利要求7所述的气体分析仪，其特征在于，
所述调整部在调整了所述入射角度的情况下，调整至少一个所述反射镜的反射面的角度。
10.如权利要求7所述的气体分析仪，其特征在于，
在所述调整部中，设定有能够变更所述入射角度的变更范围，
所述陷波滤光片以与所述入射角度对应的出射角度射出所述光，
在所述出射角度改变的情况下，在至少一个所述反射镜上被所述光照射的光斑位置在第1方向上变化，
所述至少一个所述反射镜具有反射面，该反射面的大小将相对于所述陷波滤光片的所述入射角从所述变更范围内的最小值变更到最大值时的所述光的所述光斑位置包含在内。
11.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，
将所述陷波滤光片设置在多个不同的位置。
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