FI103216B - Menetelmä NDIR-mittalaitteen lyhyen Fabry-Perot interferometrin ohjaam iseksi - Google Patents
Menetelmä NDIR-mittalaitteen lyhyen Fabry-Perot interferometrin ohjaam iseksi Download PDFInfo
- Publication number
- FI103216B FI103216B FI953370A FI953370A FI103216B FI 103216 B FI103216 B FI 103216B FI 953370 A FI953370 A FI 953370A FI 953370 A FI953370 A FI 953370A FI 103216 B FI103216 B FI 103216B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- interferometer
- pass
- signal
- measurement
- band
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 22
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 21
- 238000001745 non-dispersive infrared spectroscopy Methods 0.000 claims description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- DYRBFMPPJATHRF-UHFFFAOYSA-N chromium silicon Chemical compound [Si].[Cr] DYRBFMPPJATHRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
-
- 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
- G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
- G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
-
- 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
-
- 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
Description
103216
MENETELMÄ NDIR-MITTALAITTEEN LYHYEN FABRY-PEROT INTERFE-ROMETRIN OHJAAMISEKSI
Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukai-5 nen menetelmä NDIR-mittalaitteen lyhyen Fabry-Perot interfe- rometrin ohjaamiseksi.
Ei-dispersiivisiä infrapunamittalaitteita käytetään yleisesti kaasujen pitoisuusmittauksissa. Menetelmä on hyvin selek-10 tiivinen mitattavan kaasun suhteen, kun mittaukseen käytetty aallonpituusalue rajoitetaan vastaamaan mitattavan kaasun karakteerisen absorption aallonpituusaluetta. Aallonpituusalue valitaan NDIR-menetelmässä tavallisesti kaistapääs-tösuotimen avulla. EP-patenttihakemuksessa 94300082.8 on 15 esitetty säädettävä interferometri, jota voidaan käyttää NDIR-mittalaitteessa korvaamaan kaistapäästösuodinta. Inter-ferometrin läpäisykaistan aallonpituus on jännitteellä ohjattavissa ja sitä voidaan käyttää pyyhkäisevään mittaukseen, jossa mittaus suoritetaan kahdella tai useammalla 20 aallonpituudella. Tällöin on hyödyllistä mitata analysoitavan kaasun absorptiokaistan kohdalta ja referenssimittaus sen vierestä. Referenssimittauksen avulla voidaan kompensoida mittalaitteen ikääntymisilmiöitä ja lämpötilariippuvuutta. On myös mahdollista määrittää useamman eri kaasun pitoi-25 suus suorittamalla mittaus usealla eri kaasujen absorption määräämillä aallonpituuksilla.
Säädettävää interferometriä käytettäessä on mittauksen stabiilisuuden kannalta oleellista, kuinka hyvin interfero-3 0 metrin läpäisykaistan aallonpituuden jänniteriippuvuus pysyy vakiosuuruisena. EP-patenttihakemuksessa 94300082.8 on esitetty kaasujen pitoisuuden mittaamiseen tarkoitettu säädettävä lyhyt interferometri. Interferometrin läpäisykaistaa säädetään muuttamalla interferometrin peilien välistä etäi-35 syyttä sähköstaattisen voiman avulla. Interferometri voidaan valmistaa piimikromekaniikalla useasta päällekkäisestä IR-säteilyä läpäisevästä ohutkalvosta, joiden paksuus on valittu siten, että monikerrosrakenteet toimivat interferometrin peileinä.
103216 2
Tavallisesti NDIR-mittalaitteessa moduloidaan käytettävää IR-säteilyä. Tästä on etuna se, että ilmaisimelta saadan AC-signaali, mikä on kohinan ja elektroniikan ryöminnän kannalta edullista. IR-säteilyä voidaan moduloida katkomalla 5 IR-lähteelle syötettävää tehoa. Tällöin kuitenkin vaaditaan IR-lähteeltä riittävän pieni terminen aikavakio, joka mahdollistaa riittävän suuren modulointitaajuuden. Sopiva IR-lähde on esim. pienoishehkulamppu, jota voidaan moduloida aina noin 10 Hz:iin saakka. Lampun hehkulangan lämpötilan 10 modulointi aiheuttaa kuitenkin ylimääräisen rasituksen, mikä pienentää hehkulangan elinikää. Suuremman säteilytehon aikaansaamiseksi on käytettävä säteilevältä pinta-alaltaan suurempaa lämmitettävää kappaletta, jonka lämpiäminen on hidasta. Tällöin onkin käytettävä säteilyn moduloimiseen 15 erillistä mekaanista katkojaa, joka on sijoitettu säteilyn optiselle tielle. Mekaanisen katkojan elinikä on kuitenkin lyhyt.
Pitkällä aikavälillä voi interferometrin peilin sisäinen 20 jännitys muuttua, mikä aiheuttaa peilin taipumisen muuttumi sen. Seurauksena on se, että määrättyä jännitettä vastaava peilien välinen etäisyys muuttuu, mikä aiheuttaa muutoksen myös interferometrin läpäisykaistan aallonpituuteen. Tämä aiheuttaa epästabiilisuutta NDIR-mittalaitteen toiminnassa. 25 Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatun tekniikan puutteellisuudet ja aikaansaada aivan uudentyyppinen menetelmä NDIR-mittalaitteen lyhyen Fabry-Perot-inter-ferometrin säätämiseksi.
30
Keksintö perustuu siihen, että lyhyen Fabry-Perot-interfero-metrin läpäisykaistaa säädetään ainakin osittain mittalaitteen optisen suotimen estokaistalle. Yhden keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti interferometrn läpäisykaista 35 ohjataan kokonaisuudessaan jaksollisen toistuvasti optisen suotimen estokaistalle interferometrin käyttämiseksi IR-säteilyn moduloimiseen. Keksinnön toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti interferometrin pituuden jänniteriippu- 103216 3 vuus kalibroidaan säätämällä interferometriä läpäisykaistan reunalle, jolloin stabiilin läpäisykaistan avulla interfe-rometrin jänniteriippuvuus saa kiinteän referenssipisteen.
5 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.
10
Keksinnön mukainen interferometrin ohjausmenetelmä korvaa mekaanisen katkojän tai IR-lähteen sähköisen moduloinnin. Keksinön mukainen ratkaisu on halvempi ja eliniältään pidempi. Keksinnön mukaisesti voidaan IR-lähdettä käyttää DC-oh-15 jauksessa, mikä on halvempi toteuttaa ja IR-lähteeseen ei kohdistu ylimääräistä lämpötilan moduloinnin aiheuttamaa rasitusta.
Keksinnön mukainen automaattinen kalibrointimenetelmä mah-20 dollistaa NDIR-mittalaitteen pitkän ajan stabiilisuuden ja poistaa erillisen kalibroinnin tarpeen.
Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten kuvioiden mukaisten suoritusesimerkkien avulla.
25
Kuvio 1 esittää NDIR-mittalaitetta, johon keksintö on sovellettavissa.
Kuvio 2 esittää sähköisesti säädettävää lyhyttä Fabry-Perot-30 interferometriä, joka on säädettävissä keksinnön mukaisesti.
Kuvio 3 esittää graafisesti keksinnön mukaisesti säädetyn interferometrin päästökaistoja modulointimenetelmän eri hetkillä.
35
Kuvio 4 esittää graafisesti ilmaisimelta saatavan signaalin :* suuruuden interferometrin eri jännitteen arvoilla, kun opti sella tiellä on kuvion 3 mukainen ylipäästösuodin.
103216 4
Kuviossa 1 on esitetty kaaviokuva NDIR-mittalaitteesta, jossa käytetään lyhyttä interferometria. Mittalaite koostuu seuraavista komponenteista: 5 säteilylähde 1, mittauskanava 2, ylipäästösuodin 3, jänniteohjättävä lyhyt interferometri 4, ja ilmaisin 5.
10 Säteilylähteenä 1 käytetään laajakaistaista tennistä IR-lähdettä, joka voi olla esim. hehkulamppu. Säteily kohdistetaan mittauskanavaan 2, joka sisältää mitattavaa kaasua. Mittauskanavan läpäissyt säteily ilmaistaan detektorilla 5.
15 Ennen ilmaisua laajakaistaisesta säteilystä valitaan yli- päästösuotimen 3 ja interferometrin 4 avulla mittaukseen sopiva aallonpituuskaista. Interferometria 4 käytetään siten, että jänniteohjauksen avulla mittauksessa käytetään kahta läpäisykaistaa: absorptiokaistaa ja referenssikaistaa.
20 Absorptiokaista valitaan mitattavan kaasun karakteristisen absorptiospektrin perusteella siten, että mitattavan kaasun absorptio aiheuttaa ilmaisimelta saatavan signaalin heikkenemisen. Referenssikaista valitaan absorptiokaistan vierestä. Sen tarkoituksena on saada mitattavan kaasun pitoi- 25 suudesta riippumaton signaali, joka ilmaisee mittauskanavan läpäisseen säteilyn intensiteetin, ja jota voidaan käyttää korjaamaan säteilylähteen intensiteetin muutoksen aiheuttama virhe.
30 Kuviossa 2 on esitetty sähköstaattisesti säädettävän lyhyen interferometrin kaaviokuva, jossa alapeili 6 on interferometrin 7 kiinteä osa ja yläpeili 8 jännitteellä U liikutettava osa. Interferometri 7 voi olla valmistettu piimikrome-kaniikan avulla, kun yläpeili 8 on valmistettu taipuvasta 35 ohutkalvorakenteesta. IR-alueella toimivan lyhyen interferometrin peilien välinen etäisyys L on tyypillisesti 0,5-5 : -. /im.
5 105216
Peilien 6 ja 8 välistä etäisyyttä L säädetään ulkoisen jännitteen U avulla. Peilejä yhteenvetävän sähköstaattisen voiman suuruus saadaan lausekkeesta 5 F, = e A / 2 (U / L)2 (l) missä e on tyhjiön permittiivisyys, A peilin pinta-ala. Yläpeilin 8 liikettä vastustavaa voimaa voidaan hyvin kuvata yhden jousivakion k avulla. Kun L0 on peilien välinen 10 etäisyys lepotilassa saadaan jousivoiman Fj suuruudeksi
Fj = k (Lo - L) (2)
Tietyllä jännitteellä aikaansaatu peilien 6 ja 8 välisen 15 etäisyyden muutos voidaan määrittää, kun staattisessa tilanteessa oletetaan sähköstaattinen ja jousivoima yhtäsuu-riksi mutta vastakkaissuuntaisiksi (Fs = F,) €A/2 (U/L)2 = k (L0 - L) (3) 20
Kuviossa 3 on esitetty absorptiokaista a ja referenssi-kaista b , kun lyhyen interferometrin peilien välinen v etäisyys on 2,1 Mm ja 2,0 Mm. Peilien 6 ja 8 välinen 25 etäisyys on valittu sopivaksi hiilidioksidin mittausta varten. Hiilidioksidin absorptiospektri osuu 4,26 Mm:n kohdalle.
30 Yleensä NDIR-mittalaitteessa moduloidaan mittauskanavan läpäisevää säteilyä joko sähköisesti katkomalla säteily-lähteelle syötettävää tehoa tai mekaanisesti käyttämällä erillistä optista katkojaa. Ilmaisimelta saadaan tällöin AC-signaali, mikä eliminoi ilmaisimelta pimeässä saatavan 35 offset-signaalin vaikutuksen. AC-signaali on edullista myös ilmaisimen signaalin vahvistinpiirin ryöminnän kan-;· naita. Lisäksi kohinan vaikutusta voidaan tällöin pienen tää suodattamalla signaali pienikaistaisella suotimella.
103216 6
Pyrosähköistä ilmaisinta käytettäessä on säteilyn modulointi välttämätöntä, koska pyrosähköinen ilmaisin on herkkä ainoastaan säteilyn intensiteetin muutoksille, eikä sillä ole DC-vastetta.
5
Keksinnön mukaisessa ratkaisussa säteilyn intensiteetin modulointi suoritetaan esimerkiksi kuvion 2 mukaisen in-terferometrin 7 avulla. Modulointi voidaan suorittaa kuvion 3 mukaisesti säätämällä interferometrin 7 jännite si-l 10 ten, että läpäisykaista osuu ylipäästösuotimen lä- t päisykaistan ulkopuolelle, estokaistalle d. Kuviossa 3 Π esitetyn, ylipäästösuodattimen estokaistalla d sijaitsevan "pimeän" läpäisykaistan c säätäminen korvaa säteilylähteen 4<l sammuttamisen. Ilmaisimelle saadaan AC-signaali, kun vuo- - 15 rotellaan "pimeää" läpäisykaistaa kaistojen a ja b kanssa.
4 Kuvion 3 mukainen "pimeä" läpäisykaista saadaan aikaan, kun interferometrin peilien välinen etäisyys on 1,9 Mm.
- Jännitteellä ohjattavan interferometrin peilien välisen ;s 20 etäisyyden säätöväli on noin 25% lepotilassa olevan inter- : . ferometrin peilien välisestä etäisyydestä. Kuviossa 3 esi- tetyt läpäisykaistat ovat näin selvästi yhden interfero-metrin pyyhkäisyalueella.
25 "Pimeää" läpäisykaistaa voidaan käyttää interferometrin ~ ohjauksessa periaatteessa kahdella eri tavalla: : 1. Interferometrin läpäisykaistaa moduloidaan pimeän [- läpäisykaistan c ja absorptiokaistan a välillä. Täl- j— 30 löin ilmaisimelta saadaan AC-signaali, jonka amplitudi - on verrannollinen absorptiokaistalla ilmaisimeen kohdistetun säteilyn intensiteettiin. Vastaavasti refe- - renssisignaali saadaan moduloimalla läpäisykaistaa pimeän läpäisykaistan c ja referenssikaistan b välil- 35 lä.
; 2. Interferometrin läpäisykaista säädetään jaksol lisesta peräkkäin kohdille a, b ja c ja ilmaisimelta 103216 7 luetaan vastaavat signaalit Sa, Sb ja Sc tahdistettuna läpäisykaistan muutoksiin. Mittaustulokset talletaan mittalaitteen ohjaukseen käytettävään mikroprosessoriin ja "pimeässä" saadun signaalin arvo Sc vähennetään 5 signaalien Sa ja Sb arvoista. Signaali-kohinasuhteen parantamiseksi voidaan mittausjakso toistaa useamman kerran ja keskiarvoistaa mittaustulokset.
Interferometrin 7 stabiilin toiminnan kannalta on tärkeää, 10 että tietyllä jännitteen arvolla läpäisykaistan aallonpituus pysyy mahdollisimman hyvin vakiosuuruisena. Yläpeilin 8 jousivakion muutos aiheuttaa peilien välisen etäisyyden muuttumisen ja läpäisykaistan muuttumisen. Muutoksen syynä voi olla esim. yläpeilin 8 sisäisen jännityksen muuttumi-15 nen. Keksinnön mukaisessa kalibrointimenetelmässä käytetään aallonpituusreferenssiä, jonka avulla jousivakion muutoksen vaikutus läpäisykaistan aallonpituuteen voidaan eliminoida laskemalla sopiva korjauskerroin, jonka avulla muutetaan interferometrin ohjaukseen käytettävän jännit-20 teen arvoa.
Kalibrointimenetelmä perustuu siihen, että käytetään hyväksi sopivan IR-säteilyä läpäisevän komponentin läpäisys-pektriä, jossa on aallonpituusreferenssiksi sopiva lä-25 päisyreuna, läpäisyminimi tai -maksimi. Menetelmässä voidaan käyttää hyväksi esim. kuviossa 3 esitettyä ylipääs-tösuodinta, jonka läpäisykaistan reuna on noin 3,8 μπι:η kohdalla.
30 Kuviossa 4 on esitetty ilmaisimelta saatavan signaalin suuruus interferometrin eri jännitteen arvoilla, kun optisella tiellä on kuvion 3 mukainen ylipäästösuodin 3. Jännitteen kasvaessa interferometrin läpäisevän signaalin amplitudi laskee ylipäästösuotimen 3 vaikutuksesta. Ku-35 viossa 4 läpäisykäyrät LI ja L2 eroavat interferometrin yläpeilin 8 jousivakion muutoksen vuoksi. Toisin sanoen • yläpeilin 8 jousivakion muutoksen vuoksi käyrällä LI yli päästösuotimen 3 raja-aallonpituutta vastaava interfero- δ 103216 metrin 4 säätöjännite on muuttunut n. 0,4 V käyrään L2 nähden. Luonnollisesti interferometrin peilien 6 ja 8 välimatka L on molemmilla käyrillä Li ja L2 yhtä suuri esimerkiksi signaalin läpäisyprosentilla 50, kuviossa jännit-5 teillä 8,4 V käyrällä LI ja jännitteellä 8,8 V käyrällä L2.
Ylipäästösuodinta 3 hyväksi käyttävää automaattista kalib-rointimenetelmää voidaan soveltaa esimerkiksi seuraavalla 10 tavalla: - valitaan referenssiaallonpituudeksi se aallonpituuden arvo ylipäästösuotimen reunan kohdalta, jolla ilmaisimelta saatava signaali on 50% pienempi maksi- 15 misignaalista - tehdaskalibrointi suoritetaan siten, että interferometrin ohjausjännitettä pyyhkäistään sopivan jännite-alueen yli mikroprosessorin avulla, mittauspisteet 20 talletetaan prosessoriin ja 50% maksimiarvosta pienen tyneen kohdan jännitearvo Ua lasketaan esim. interpo-loimalla - Ua:n arvo talletetaan mikroprosessorin muistiin 25 - mittalaitteen automaattisessa kalibroinnissa mitataan vastaavalla tavalla kuin tehdaskalibroinnissa mahdollisesti muuttunut läpäisyspektri ja lasketaan 50% maksimiarvosta pienentyneen signaalin jännitearvo 30 Ub - pitoisuusmittauksessa interferometrin jänniteohjauk-sessa käytetään tekijällä Ub/Ua korjattua jännitteen arvoa. Jos esim. tehdaskalibroinnissa hiilidioksidin 35 absorptiokaista osui interferometrin jännitteen arvol le Uc02, on korjatun jännitteen suuruus (Ub/Ua) * Uc02
Ylipäästösuodin 3 valitaan siten, että sen läpäisyspektrin 9 103216 reunan aallonpituusalueella ei ole mittausta häiritsevien kaasujen absorptiospektriä. Mittalaitteen prosessorin avulla voidaan ylipäästösuotimen päästökaistan reunaan liittyvä aallonpituusreferenssi määrittää myös kehit-5 tyneempiä käyränsovitus laskenta-algoritmeja käyttäen.
Yllä esitetty 50% läpäisyarvon käyttö oli vain esimerkinomainen.
Kaavan 3 perusteella voidaan osoittaa, että sama korjaus-10 tekijä Ub/Uakäy kaikilla interferometrin jännitteen arvoilla. Ehtona on kuitenkin se, että yhden jousivakion käyttö on riittävän hyvä malli kuvaamaan yläpeilin 8 liikettä .
15 Ylipäästösuodin 3 on tyypillisesti interferenssisuodin, joka on valmistettu useasta päällekkäisestä ohutkalvoker-roksesta. Ylipäästösuotimen käytön heikkous automaattisessa kalibroinnissa on suotimen läpäisykaistan aallonpituuden lämpötilariippuvuus. Tässä suhteessa parempi vaihtoeh-20 to on käyttää esim. sopivaa lasia jolla on selvä lä- päisyminimi interferometrin pyyhkäisyalueella. Esim. ohuen Vycor-lasin läpäisyspektri on sopiva hiilidioksidin mittauksessa, koska sillä on selvä läpäisyminimi noin 4 μιη:η kohdalla. Vastaavasti kuin ylipäästösuotimen kanssa voi-25 daan läpäisyminimiä käyttää interferometrin aallonpituus- referenssinä kalibroinnissa. Tällöin interferometrin pyyh-käisyspektrin mittaustulokset on sovitettava lasin lä-päisyspektrin perusteella. Myös sopivan muovin käyttö aal-lonpituusreferenssinä on mahdollinen.
• ·
Claims (4)
1. Menetelmä NDIR-mittalaitteen lyhyen Fabry-Perot inter-ferometrin (4) ohjaamiseksi, jossa menetelmässä 5 - valolähteellä (1) synnytetään mittaussignaali, - mittaussignaali johdetaan mitattavaan kaasuseosta sisältävään mittauskohteeseen (2), - mitattava signaali kaistanpäästösuodatetaan ainakin kahdella läpäisykaistalla (a, b) sähköisesti säädettävän Fabry-Perot interferometrin (4) avulla, 15. ennen ilmaisimeen tuloaan mittaussignaali suodate taan kiinteällä suodattimena (3), ja - suodatetut signaalit ilmaistaan ilmaisimella (5), 20 tunnettu siitä, että « - mittausjakson aikana interferometrin (4) päästokaista (c) säädetään ainakin osittain suodattimen esto-kaistalle (d) , 25 - mittaussignaali suodatetaan sellaisella kiinteällä optisella komponentilla (3), jonka läpäisyspektri sisältää interferometrin pyyhkäisyalueella lä-päisyminimin tai läpäisyreunan ja 30 - läpäisyminimiä tai läpäisyreunaa käytetään aallon- 103216 pituusreferenssinä interferometrin jänniteohjauksen kalibroinnissa.
2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu sii-5 tä, että läpäisykaista säädetään jaksollisen toistuvasti optisen suotimen (3) estokaistalle signaalin moduloimisek-si.
3. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että mittaussignaalin suodattavana optisena komponenttina käytetään ylipäästösuodinta (3).
4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaussignaalin suodat- 15 tavana optisena komponenttina (3) käytetään IR-säteilyä läpäisevää muovia tai lasia. m ϊ * 12 103216
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI953370A FI103216B (fi) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | Menetelmä NDIR-mittalaitteen lyhyen Fabry-Perot interferometrin ohjaam iseksi |
| EP96660035A EP0753733B1 (en) | 1995-07-07 | 1996-06-28 | Method of controlling a short-etalon Fabry-Perot interferometer used in an NDIR measurement apparatus |
| DE69628974T DE69628974T2 (de) | 1995-07-07 | 1996-06-28 | Methode zur Kontrolle eines Fabry-Perot-Interferometers mit einem kurzen Etalon zur Verwendung in einer NDIR Messvorrichtung |
| US08/675,858 US5835216A (en) | 1995-07-07 | 1996-07-05 | Method of controlling a short-etalon fabry-perot interferometer used in an NDIR mearsurement apparatus |
| JP17647396A JP3778996B2 (ja) | 1995-07-07 | 1996-07-05 | Ｎｄｉｒ測定装置に使用されるショートエタロン・ファブリー・ペロー干渉計を制御する方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI953370 | 1995-07-07 | ||
| FI953370A FI103216B (fi) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | Menetelmä NDIR-mittalaitteen lyhyen Fabry-Perot interferometrin ohjaam iseksi |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI953370A0 FI953370A0 (fi) | 1995-07-07 |
| FI953370A FI953370A (fi) | 1997-01-08 |
| FI103216B1 FI103216B1 (fi) | 1999-05-14 |
| FI103216B true FI103216B (fi) | 1999-05-14 |
Family
ID=8543759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI953370A FI103216B (fi) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | Menetelmä NDIR-mittalaitteen lyhyen Fabry-Perot interferometrin ohjaam iseksi |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5835216A (fi) |
| EP (1) | EP0753733B1 (fi) |
| JP (1) | JP3778996B2 (fi) |
| DE (1) | DE69628974T2 (fi) |
| FI (1) | FI103216B (fi) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5920391A (en) * | 1995-10-27 | 1999-07-06 | Schlumberger Industries, S.A. | Tunable Fabry-Perot filter for determining gas concentration |
| US6590710B2 (en) * | 2000-02-18 | 2003-07-08 | Yokogawa Electric Corporation | Fabry-Perot filter, wavelength-selective infrared detector and infrared gas analyzer using the filter and detector |
| US6341039B1 (en) | 2000-03-03 | 2002-01-22 | Axsun Technologies, Inc. | Flexible membrane for tunable fabry-perot filter |
| US6373632B1 (en) | 2000-03-03 | 2002-04-16 | Axsun Technologies, Inc. | Tunable Fabry-Perot filter |
| US6608711B2 (en) * | 2000-03-03 | 2003-08-19 | Axsun Technologies, Inc. | Silicon on insulator optical membrane structure for fabry-perot MOEMS filter |
| US6836366B1 (en) | 2000-03-03 | 2004-12-28 | Axsun Technologies, Inc. | Integrated tunable fabry-perot filter and method of making same |
| US6724785B1 (en) * | 2000-04-14 | 2004-04-20 | Agilent Technologies, Inc. | Tunable fabry-perot filters and lasers with reduced frequency noise |
| US20030018271A1 (en) * | 2001-07-02 | 2003-01-23 | Kimble Allan Wayne | Simplified and lightweight system for enhanced visualization of subcutaneous hemoglobin-containing structures |
| FI114657B (fi) | 2003-03-24 | 2004-11-30 | Vaisala Oyj | Menetelmä Fabry-Perot-interfometrin peilien välimatkan jänniteriippuvuuden selvittämiseksi |
| KR101229021B1 (ko) * | 2006-06-20 | 2013-02-01 | 엘지디스플레이 주식회사 | 확대된 영상을 표시하는 영상표시장치 및 이를 이용한 영상표시방법 |
| JP4356724B2 (ja) * | 2006-09-20 | 2009-11-04 | 株式会社デンソー | 赤外線式ガス検知装置およびそのガス検知方法 |
| DE102006045253B3 (de) * | 2006-09-26 | 2007-12-20 | Dräger Medical AG & Co. KG | Gaskonzentrationsmessvorrichtung |
| JP4784495B2 (ja) * | 2006-11-28 | 2011-10-05 | 株式会社デンソー | 光学多層膜ミラーおよびそれを備えたファブリペロー干渉計 |
| EP2185914B1 (en) * | 2007-09-05 | 2019-10-09 | GE Analytical Instruments, Inc. | Carbon measurement in aqueous samples using oxidation at elevated temperatures and pressures |
| DE102009011421B3 (de) * | 2009-03-03 | 2010-04-15 | Drägerwerk AG & Co. KGaA | Gaskonzentrationsmessvorrichtung |
| JP2010286291A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Hioki Ee Corp | 赤外線分光器および赤外線分光測定装置 |
| WO2013001994A1 (ja) * | 2011-06-28 | 2013-01-03 | オリンパス株式会社 | 分光画像取得装置及び分光画像取得方法 |
| GB2497296B (en) * | 2011-12-05 | 2017-07-12 | Gassecure As | Gas sensors |
| US10545049B2 (en) | 2014-06-27 | 2020-01-28 | Spectral Engines Oy | Method for stabilizing a spectrometer using single spectral notch |
| DE102017207186A1 (de) * | 2017-04-28 | 2018-10-31 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Mikrospektrometermoduls |
| CN108872124B (zh) * | 2017-05-12 | 2020-12-08 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种在线一氧化碳分析仪和加热炉燃烧控制系统 |
| JP6720112B2 (ja) * | 2017-05-23 | 2020-07-08 | 浜松ホトニクス株式会社 | フィルタ制御式導出方法、光計測システム、ファブリペロー干渉フィルタの制御方法、及び、フィルタ制御プログラム |
| JP7335869B2 (ja) | 2017-08-07 | 2023-08-30 | オーアイ コーポレーション | 高温燃焼を使用した全有機体炭素分析装置（ｔｏｃａ）のパルス注入技術による流れの停止 |
| CN111183343A (zh) * | 2017-10-06 | 2020-05-19 | 生物辐射实验室股份有限公司 | 蛋白质定量设备 |
| EP4078115A1 (en) * | 2019-12-19 | 2022-10-26 | Ams Sensors Singapore Pte. Ltd. | Detector wavelength calibration |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3832548A (en) * | 1972-10-18 | 1974-08-27 | Oceanetics Inc | Gas detector unit |
| US3914055A (en) * | 1974-05-23 | 1975-10-21 | Lansing Research Corp | Instrument for high resolution spectral analysis with large optical throughput |
| DE3812334A1 (de) * | 1988-04-14 | 1989-10-26 | Hartmann & Braun Ag | Interferometrische einrichtung |
| US4998017A (en) * | 1989-05-01 | 1991-03-05 | Ryan Fredrick M | Method and arrangement for measuring the optical absorptions of gaseous mixtures |
| DE3925692C1 (fi) * | 1989-08-03 | 1990-08-23 | Hartmann & Braun Ag, 6000 Frankfurt, De | |
| US5357340A (en) * | 1989-10-12 | 1994-10-18 | Hartmann & Braun | Method for spectroscopy using two Fabry-Perot interference filters |
| FI96450C (fi) * | 1993-01-13 | 1996-06-25 | Vaisala Oy | Yksikanavainen kaasun pitoisuuden mittausmenetelmä ja -laitteisto |
| FI94804C (fi) * | 1994-02-17 | 1995-10-25 | Vaisala Oy | Sähköisesti säädettävä pintamikromekaaninen Fabry-Perot-interferometri käytettäväksi optisessa materiaalianalyysissä |
-
1995
- 1995-07-07 FI FI953370A patent/FI103216B/fi active
-
1996
- 1996-06-28 EP EP96660035A patent/EP0753733B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-06-28 DE DE69628974T patent/DE69628974T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-07-05 JP JP17647396A patent/JP3778996B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1996-07-05 US US08/675,858 patent/US5835216A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69628974D1 (de) | 2003-08-14 |
| FI103216B1 (fi) | 1999-05-14 |
| EP0753733B1 (en) | 2003-07-09 |
| EP0753733A1 (en) | 1997-01-15 |
| JP3778996B2 (ja) | 2006-05-24 |
| FI953370A (fi) | 1997-01-08 |
| JPH0933345A (ja) | 1997-02-07 |
| DE69628974T2 (de) | 2004-05-06 |
| US5835216A (en) | 1998-11-10 |
| FI953370A0 (fi) | 1995-07-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI103216B (fi) | Menetelmä NDIR-mittalaitteen lyhyen Fabry-Perot interferometrin ohjaam iseksi | |
| KR100395460B1 (ko) | Ｎｄｉｒ 계기 | |
| FI96450C (fi) | Yksikanavainen kaasun pitoisuuden mittausmenetelmä ja -laitteisto | |
| US6843102B1 (en) | Gas sensor arrangement | |
| US4013260A (en) | Gas analyzer | |
| KR20010034642A (ko) | 전자기 방사 필터링 디바이스의 파장 교정 방법 | |
| JP6096210B2 (ja) | ガスセンサ | |
| CA2499396C (en) | An infrared measuring apparatus and method for on-line application in manufacturing processes | |
| RU2363933C2 (ru) | Способ контролирования давления газообразного вещества и устройство для реализации этого способа | |
| CN111929269B (zh) | 抗水汽干扰的三通道红外甲烷探测器 | |
| US4596931A (en) | Method of eliminating measuring errors in photometric analysis | |
| CN112730304B (zh) | 一种红外燃气报警及气体浓度检测方法 | |
| US5818598A (en) | Nondispersive optical monitor for nitrogen-oxygen compounds | |
| US7705991B2 (en) | Gas concentration measuring apparatus | |
| JPH0989765A (ja) | 赤外線ガス分析器 | |
| Takeuchi et al. | Highly accurate CO2 gas sensor using a modulation-type pyroelectric infrared detector | |
| EP1606597B1 (en) | Method for determining the voltage sensitivity of the distance between the mirrors of a fabry-perot interferometer | |
| KR820001025B1 (ko) | 적외선 가스분석장치 | |
| AU702148B2 (en) | Gas detector | |
| JPH08304278A (ja) | 赤外線吸収式湿度変動計 | |
| JPH02307040A (ja) | 光学式成分分析装置 | |
| JPS63136584A (ja) | 半導体レ−ザ装置 | |
| JPH0875650A (ja) | 赤外線ガス分析計 | |
| JPS6071938A (ja) | 赤外線分析計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HC | Name/ company changed in application |
Owner name: VAISALA OYJ |