JP2018119953A - ガス分析 - Google Patents

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Abstract

【課題】微量ガス分析、具体的には、光学ガス分析、特に絶縁油の分解を示す標的種の検出のための方法および装置を提供する。
【解決手段】ガス分析装置200は、ガスサンプルのサンプルボリューム202の両側に配置された第1の反射器103および第2の反射器104を有することができる。第1の反射器の構成は、少なくとも第1の構成103と第2の構成103aとの間で可変であってもよく、第1および第2の構成の各々は、光学ビーム起点210からの光学放射ビームが、サンプルボリュームを介して検出器の位置212に向けられるよう配置される。第2の構成では、光学放射ビームは、第1および第2の反射器のそれぞれから少なくとも1回反射され、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの経路長は、第1の構成の場合よりも長くなる。
【選択図】図2

Description

本出願は、微量ガス分析、具体的には、光学ガス分析、特に絶縁油の分解を示す標的種の検出のための方法および装置に関する。
ガスの1つまたは複数の標的種の存在を判定するためにサンプルを分析することができるガス分析は、様々な用途に有用である。
特定の用途の1つは、高電圧発電または配電システムにおける変圧器などの電気部品の監視である。大規模電気変圧器は、様々な発電システムまたは配電システムに使用することができる。変圧器の様々な部分は、変圧器および/または周囲環境の他の部分から電気的に絶縁される必要があり、断熱材の少なくとも一部が絶縁油によって提供されることが典型的である。絶縁油は、例えば、変圧器の巻線を冷却および絶縁するためにハウジング内に備えることができる。
絶縁油は、予想される通常の運転条件に対して適切な特性を有するように選択される。しかしながら、電気的障害が発生した場合、異常な動作状態になる可能性がある。例えば、何らかの電気的障害の場合には、通常予想されるものを超える、絶縁油の正常な局部的加熱、および/または絶縁油内の放電があり得る。そのような電気的障害は、絶縁油の成分の分解をもたらし、油の中に溶解した分解ガスを生成する可能性がある。
鉱油などの適切な絶縁油は、一般に長鎖炭化水素分子を含む。電気的障害は、例えば、アセチレン、エタン、またはエチレンなどの様々な異なる成分への絶縁油の分解をもたらす可能性がある。これらの分解成分は、絶縁油中に溶解したガスとして生成することができ、絶縁油が何らかの異常な動作状態に曝された場合にのみ存在するであろう。したがって、そのような分解ガスの存在を検出することは、例えば、予防保全のための監視システムの一部として有用な電気的障害の発生に関する有用な情報を提供する。
溶存ガス分析は、絶縁油のサンプルを変圧器から取り出し、目的の分解ガスの存在について試験することができる既知の技術である。分解ガスの存在を検出することは、障害を示すことがあり、分解ガスのタイプ、濃度および変化率は、障害のタイプおよび/または重大度に関する情報を提供することができる。しかしながら、そのような溶存ガス分析では、典型的には、変圧器から油を除去する必要があり、油は専用の試験室に送る必要があることが多い。
本開示の実施形態は、ガス分析のための方法および装置に関し、特に、例えば、絶縁油の分解ガスに対応する標的種を検出するための、サンプル中の微量のガスを検出するための方法および装置に関する。
したがって、第1の態様によれば、ガス分析のための装置が提供され、ガス分析のための装置は、
a.ガスサンプルのサンプルボリュームの両側に配置された第1の反射器および第2の反射器を備え、
b.第1の反射器の構成は、少なくとも第1の構成と第2の構成との間で可変であり、
c.第1および第2の構成の各々は、光学ビーム起点からの光学放射ビームがサンプルボリュームを介して検出器の位置に向けられるよう配置され、
d.第2の構成において、光学放射ビームは、第1および第2の反射器のそれぞれから少なくとも1回反射され、サンプルボリュームを通る前記光学放射ビームの経路長は第1の構成よりも大きい。
第1の構成と第2の構成との間で第1の反射器の構成を変化させることにより、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの経路長を変化させることができる。これは、サンプルボリューム内のガス中の対象の標的種が光学放射ビームと相互作用する程度に変化し、それによってガス分析の感度を変化させる。以下でより詳細に説明されるように、経路長は、サンプルボリュームを通過する経路の数を変化させることができる。
本装置は、ハウジングを備えることができ、ハウジング内に第1の反射器および第2の反射器が配置される。本装置は、第1の構成を提供するために第1の反射器をハウジング内の第1の位置に移動させ、ハウジング内の第2の位置に移動させて第1の構成を提供するアクチュエータをさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、第1の反射器の第2の位置は、第1の位置よりも第2の反射器から大きく離れる。言い換えれば、第1の位置から第2の位置へ移動することで、第1の反射器と第2の反射器とが離れる。
いくつかの実施形態では、第1の反射器の第1の位置から第2の位置への移動がサンプルチャンバのボリュームの増加をもたらすよう、第1の反射器が、分析対象のガスのためのサンプルチャンバの壁の一部に取り付けられるか、またはサンプルチャンバの壁の一部を形成する。サンプルチャンバが密閉されている場合、これは、使用時に、サンプルチャンバ内の圧力を低下させることができる。
光学ビーム起点の位置および/または検出器の位置は、ハウジングに対して固定することができる。いくつかの実施形態では、第2の反射器の位置はハウジングに対して固定される。したがって、第1および第2の構成は、ハウジング内を移動する第1の反射器によってのみ提供することができる。
第1の反射器および第2の反射器の少なくとも一方は、非平面反射面を有することができ、それにより、第1の構成において、光学放射ビームは、第1の反射器および第2の反射器のうちの少なくとも一方に、第2の構成に対して異なる入射角で入射する。
一実施形態では、第1の構成は、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの1回または複数回の通過に対応し、第2の構成は、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの3回以上の通過に対応する。
光学ビーム起点は、光源を位置付けるための架台を備えることができる。光学ビーム起点に光源を配置することができる。光検出器は、検出器の位置に配置することができる。いくつかの実装態様では、検出器の位置は、第2の反射器の中心に位置する。
別の態様では、ガス分析の方法が提供され、ガス分析の方法は、
a.第1の反射器と第2の反射器との間に配置されたサンプルボリュームに分析対象のガスを導入するステップと、
b.光源からの光学放射ビームを、第1の構成で第1の反射器を用いてサンプルボリュームを介して光検出器に向けるステップと、
c.光源からの光学放射ビームを第2の構成で第1の反射器を用いてサンプルボリュームを介して光検出器に向けるステップと、
を備え、
d.第2の構成において、光学放射ビームは、第1および第2の反射器のそれぞれから少なくとも1回反射され、サンプルボリュームを通る前記光学放射ビームの経路長は第1の構成よりも大きい。
本方法は、第1の構成から第2の構成に移動し、またサンプルボリューム内のガスの圧力を低下させるために、第1の反射器を第2の反射器からさらに離すように移動させることを含むことができる。
本方法は、第1の反射器を第2の反射器に対して移動させ、光検出器で強度を監視して第1および第2の構成の少なくとも1つの最適位置を決定するステップをさらに備えることができる。
本方法は、説明したいずれかの変形の装置を使用して実施することができる。
本開示の様々な態様を、添付の図面を参照して、単なる例として以下に説明する。
一実施形態によるガス分析装置を示す図である。 別の実施形態によるガス分析装置を示す図である。 動作方法のフローチャートである。
本開示の実施形態は、ガス分析、特に光学ガス分析に関する。光学ガス分析は、光源からの光学放射ビームが、光検出器に入射する前に分析対象のガスを含むサンプルボリュームを通過する既知の技術である。光学放射ビームは、例えば、標的種によって比較的強く吸収されまたは散乱され得る波長を含むように、標的種と相互作用することが知られている少なくとも1つの波長を備えるよう選択される。光検出器によって検出された光学放射は、関心波長で分析される。標的種がガスのサンプル中に存在する場合、標的種が存在しなかった場合よりも、関心波長で検出される光学放射の強度が低くなる可能性がある。関心波長における検出された放射の強度を、既知の較正された強度および/または標的種と相互作用しない光学放射ビームの波長に対する強度と比較することは、標的種の存在の指標として使用することができ、検出された相対強度は種中のガスサンプルの濃度の指標を提供することができる。
光学放射ビームを生成するための光源および光検出器の特性ならびにそれらの互いの配置ならびにサンプルボリュームは、特定の感度および検出範囲を提供するよう選択される。そのようなガス分析器は、微量ガス分析に有用に使用することができる。
本開示の実施形態は、改善された感度範囲、すなわちガスサンプル中の標的種の異なる濃度に対するより広い感度範囲を有する光学ガス分析に関する。本開示の実施形態は、サンプルボリューム内の光学放射ビームの光経路長を変化させることによってガス分析器の感度範囲を変化させる。サンプルボリューム内の光学放射ビームの経路長を変化させると、検出器に到達する前にビームとサンプルガスとの間の相互作用の量を効果的に変化させることができる。所与の濃度の標的種について、サンプルボリューム内の経路長を変化させることにより、光学放射ビームが光検出器に到達する前に生じる吸収の量が変化する。
例えば、関心波長に対して光検出器で検出された強度が規定された閾値を下回った場合、標的種がガスサンプル内に存在することを示すようガス分析器が配置される。サンプルボリュームを通る経路長が第1の長さである場合、十分な散乱/吸収を引き起こして光検出器に到達する強度を規定された閾値未満に減少させる標的種の最小濃度が存在し得る。したがって、確実に同定され得る最小濃度レベルが存在し得る。ガスサンプルを通る経路長を長くすることは、標的種が光学ビームと相互作用する機会をより多くすることを可能にすることができ、したがって、サンプルボリュームを通る経路長をより長くすることにより、より低い濃度の標的種を検出することを可能にすることができる。
光経路長の変化は、サンプルボリュームを直接通過して光検出器に至る光軸上に光学放射ビームを向けるために光源を配置することによって、および光検出器を光軸に沿って光源に対して移動させることによって達成することができる。しかしながら、このことは、経路長を大きく変化させる場合にかなりの程度の移動を必要とする。
本発明の実施形態では、光経路長は、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの通過回数を変えることによって変化させることができる。第1および第2の反射器は、サンプルボリュームの反対側に配置され、第1の反射器は、少なくとも第1および第2の構成の間で移動可能である。各構成において、起点位置からの光学放射ビームは、サンプルボリュームを介して光検出器に向けられる。第2の構成では、光学放射ビームは、第1および第2の反射器のそれぞれから少なくとも1回反射され、サンプルボリュームを通る放射ビームの経路長は、サンプルボリュームを通る回数がより多いために、第1の構成の場合よりも長くなる。
図1は、一実施形態の原理を示す。図1は、光検出器102と、サンプルボリューム105の両側の第1の反射器103および第2の反射器104とに対して配置された光源102を示す。使用時には、分析対象のガスがサンプルボリューム105に導入され、光源101が作動して、光学放射ビーム106を生成する。図1の左側には、第1の構成の第1の反射器103が示されている。この構成では、光学放射ビーム106は反射器103に入射し、光検出器102に直接反射される。したがって、この第1の構成では、光学放射ビームは、サンプルボリューム106を2回通過する。図1の右側に第2の構成が示されている。この構成では、光学放射ビームは第1の反射器103に入射するが、この構成では、光検出器102に直接反射される代わりに、第2の反射器104に向けて反射され、そこで第1の反射器103に反射され、光検出器102にのみ反射される。したがって、第2の構成では、光学放射ビームは、サンプルボリューム106を4回通過する。したがって、第2の構成におけるサンプルボリューム105内の光学放射ビーム106に対する光経路長は、第1の構成の光経路のビーム106の実質的に2倍である。
第1の反射器は、アクチュエータ107によって第1の構成と第2の構成との間で移動させることができる。異なる数の経路を提供するために、第1の反射器103の関連部分における光学放射ビーム106の入射角は、第1および第2の構成において異なることが理解されよう。これを達成するための様々な方法が存在する。例えば、第1の反射器の異なる部分が、第1の構成と第2の構成のそれぞれにおける光学放射ビーム106の経路内に配置されるよう、第1の反射器103を回転させることができる。さらに、またはあるいは、第1の反射器103の少なくとも一部は、第1および第2の構成において異なる角度に傾斜させることができる。
いくつかの実施形態では、第1の反射器の第1および第2の構成は、第1の反射器を変位させることによって実現することができる。図2は、そのような実施形態による装置200を示す。図2は、密封されたサンプルチャンバ202を少なくとも部分的に規定するハウジング201を示す。少なくとも1つの流路203が、分析対象のガスに対してサンプルチャンバ202への入口/出口を提供することができる。いくつかの実施形態では、流路203は、分析対象のガスを含むリザーバ205に流体連通をもたらすことができる。
絶縁油の分析への適用において、リザーバ205は、絶縁油206のサンプルを保持するリザーバとすることができる。絶縁油は、例えば、移送装置207を介して変圧器から取り出してもよく、および/またはリザーバ205は変圧器の一部であってもよい。リザーバ205内の絶縁油は、絶縁油206内の溶存ガスがヘッドスペースボリューム208に流出するよう何らかの方法で沈降および/または処理され得る。ヘッドスペース領域内のガスがサンプルチャンバ202を満たすことを可能にするために、各流路203に関連するバルブ209を開くことができる。次いで、ガス分析中にバルブ209を閉じることができる。
いくつかの例では、ハウジング201は、取り付け用の、すなわち光源101の配置用の架台210を有することができる。光源101は、例えば、ダイオードレーザなどであってもよく、比較的狭い線幅の光学放射ビーム、特に、特定の対象の標的種に調整された波長を有する赤外線のビームを生成することができる。本明細書で使用されるように、光学放射という用語は、電磁スペクトルの可視部分だけに限定されず、光学という用語は、赤外線および紫外線放射を含むと解釈されるべきであることに留意されたい。赤外線は、アセチレンなどの対象の標的種にとって特に重要であるだろう。光源101は、比較的堅く集束された光学放射ビームを生成するように、光学放射ビームを集束またはコリメートするための光学部品を含むことができる。架台210は、光源101の位置決めおよび位置合わせを容易にするよう構成することができる。架台210は、光源をハウジング201の密封された部分内に保持すること、すなわちサンプルチャンバ202の一部を形成することができ、または光源をハウジング201に結合してシールを形成するよう構成することができる。他の実施形態では、光源は、ハウジング201の窓部211を介して光学放射ビームをサンプルチャンバ202内に導くよう構成することができる。
この実施形態では、光学放射ビームは、可動の第1の反射器103に向けられる。第1の反射器103は、サンプルチャンバ202内のサンプルボリュームの一方の側に配置され、サンプルチャンバ202の他方の側の第2の反射器104と対向する。しかしながら、光源101は、最初に光学放射ビームを第2の反射器104の方に向けるよう配置されることを理解されたい。
第1の反射器は、少なくとも第1の位置、すなわち、第1の構成で配置された位置と、第2の位置、すなわち、第2の構成で配置された位置との間で移動可能である。図2は、第2の位置にある第1の反射器103を示しており、第1の位置は灰色の輪郭103aで示されている。
第1の位置では、入射ビームはサンプルボリュームの少なくとも一部を通過し、第1の反射器の第1の位置103aから光検出器102に向かって反射され得る。この実施形態では、光検出器102は、第2の反射器104内の検出器ポート212の一方の側または内側に配置されてもよい。検出器ポート212は、装置200内の光検出器102の位置決めおよび/または位置合わせを容易にすることができる。しかしながら、この場合も、図2に示された構成は一例であり、光源101と光検出器102の様々な構成を異なる実施形態で使用することができることが理解されるであろう。
図2に示す実施形態では、点線213によって示されるように、光学放射ビームは、(第1の位置103aの)第1の反射器から光検出器102に直接向けられてもよい。このようにして、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの2つの経路が存在し、経路は、装置200の構成要素間の光学放射ビームの自由空間移動を表す。これにより、サンプルボリュームを通る第1の光経路長L1がもたらされる。
第1の反射器103の第2の位置では、光学放射ビームは、第1の反射器103の異なる部分に入射し、第1の反射器103の表面への局所的に異なる入射角を有する。したがって、光学放射ビームは、第1の反射器103から離れた異なる方向に反射され、この実施形態では、破線214によって示される経路上を移動する。この例では、光学放射ビームは、第2の反射器104と第1の反射器103との間で前後に反射され、サンプルチャンバ202のサンプルボリュームを6回通過する。これは、第1の位置の場合よりもサンプルボリュームを通る著しく長い経路長L2を提供する。
図2に示したものと同様の1つの設計では、第1の位置におけるサンプルチャンバを通る光経路長L1は30mm程度であったが、第2の位置におけるサンプルチャンバを通る光経路長L2は105mm程度であり、第1の反射器の直線移動は約7mmである。したがって、第1の反射器の比較的小さな直線移動は、例えば、3倍以上のオーダーの、サンプルボリュームを通る経路長の著しい増加をもたらすことができる。
第1の反射器103は、リニアアクチュエータ107によって第1の位置と第2の位置との間で移動させることができる。上述したように、直線的な移動の程度は、経路長の著しい変動、したがって、ガスサンプルとの相互作用の量、したがって、検出器の感度の著しい変動を達成するためには特に大きくする必要はない。
図2に示す実施形態では、第1の位置において、第1の反射器103は、第2の位置よりも第2の反射器104により近く配置されることに留意されたい。したがって、第1および第2の反射器103および104は、反射器間の間隔を広げることによって、サンプルボリュームを通過する回数および個々の経路の光経路長を増加させるように、互いに構成される。
図2は、ハウジング内で移動可能な第1の反射器103が、変化する表面プロファイルを有すること、すなわち、平らではない、すなわち非平面の表面を有し、ハウジングに対して固定された第2の反射器104は一般的な平坦な表面を有する。しかしながら、第1の可動反射器103は平面とすることができ、第2の固定反射器104はプロファイルされた表面を有することができ、あるいは、反射器103および104の両方は、様々な位置で所望の光経路を提供するために、適切にプロファイルされた表面を有することができる。
第1の反射器103および第2の反射器104の表面プロファイルは、第1および第2の構成において、光源101と光検出器102との間に異なる光経路を提供するようにまとめて構成される。いずれの場合においても、光学放射ビームは、第1の反射器103または第2の反射器104の異なる部分に入射するか、および/または反射器のその部分に異なる入射角で入射する。
図2は、第2の反射器104がハウジング201に対して固定されていることを示している。これは、ただ1つの移動反射器103のみを提供することが比較的簡単であるとする簡便な実装態様であるが、実装態様によっては、第1および第2の反射器の両方がハウジングに対して移動可能であってもよい。
さらに、またはあるいは、いくつかの実施形態では、光源101および光検出器102のうちの少なくとも一方の位置は、サンプルチャンバ202内の光源101と光検出器102との間の光経路長を変更するように、ハウジング内に移動可能とすることができる。このようにして光源101の位置を変化させると、光学放射ビームが第1の反射器103および/または第2の反射器104の異なる部分に入射し、異なる方向に反射されて、サンプルチャンバ202を通る異なる数の経路をもたらすことができる。光検出器102の位置を移動させることにより、光検出器102が光学放射ビームを遮る位置を変更することができ、したがってサンプルチャンバ202を通過する回数を変更することができる。
しかしながら、光源101および/または光検出器102を移動させることは、整列を維持することで問題を招く可能性があり、したがって、光源101および光検出器102をハウジング201内の固定位置に保持し、反射器103または104の一方の位置のみを移動してもよい。
第1の反射器103の第1の位置および第2の位置は、ガスセンサの設計、すなわち、光源101と光検出器102との相対位置ならびに第1および第2の反射器103および104の表面プロファイルに基づいて知られている。しかしながら、実際には、光源101の位置調整および/または反射器103、104の位置決めは、設計仕様とは若干異なる場合があり、および/または動作条件、例えば、温度によって変化する可能性がある。いくつかの実施形態では、第1および第2の構成における第1の反射器の実際の位置は、較正ステップにおいて決定されてもよい。第1の反射器103は、第1または第2の位置に対応すると予想される位置またはその近傍に配置することができる。光源101および光検出器102はアクティブであり、アクチュエータ107は第1の反射器の位置を調整することができる。強度読取値は、検出された最高強度に対応する第1の反射器の位置を決定するために予想される第1または第2の位置の周りの様々な位置から取得され得、その位置は関連する第1または第2の構成として使用され得る。
図2は、第1の反射器103の純粋に直線的な変位に関して説明したが、これは、第1の反射器103および/または第2の反射器104の一部の回転または傾斜と組み合わせることができることに留意されたい。
図2の実施形態は、ハウジング201のリムに取り付けられた光源を示しているが、光源は任意の好都合な位置に配置することができることを理解されたい。しかしながら、中心に取り付けられた検出器を備えた、図2に示すようなリムに配置された光源は、複数の光源(明瞭にするために図2には図示せず)の使用を可能にする。光源101および光検出器101の位置は、他の実施形態では、任意の都合のよい相対位置に変更することができる。
第1および第2の構成、例えば、反射器の第1および第2の位置のそれぞれにおいて、光学放射ビームは、反射器103および104の表面の一部に入射することのみが予想されることに留意されたい。したがって、反射器103および104は、その全表面にわたって連続的に反射する必要はなく、光学放射ビームが使用中に入射する部分でのみ反射することができる。
上述のように、ある場合には、光学放射は、比較的狭い波長範囲、例えば、関心波長での狭い線幅の放射ビームとして選択することができる。狭い線幅は、対象の標的種に対して良好な感度を提供するために有用であり得る。
しかしながら、光学ガスセンサは、場合によっては、大気の広がりまたは圧力の広がりの影響を受ける可能性がある。圧力の広がりは、他のガス分子の存在が特定の周波数での放射線の吸収または放出を妨害し、その結果、周波数における有効なスペクトル拡散をもたらす既知の効果である。これは、光検出器での強度の明白な低下が標的種の存在ではなく圧力の広がりに起因する可能性があるため、特に、低濃度の標的種において、ガス分析において問題を引き起こす可能性がある。
圧力の広がりの影響を低減するために、いくつかのガス分析器に排気ポンプを設けて、分析が行われている間にサンプルチャンバを少なくとも部分的に排気し、チャンバ内の圧力を低下させることができる。しかしながら、これにはポンプの存在が必要であり、これにより装置のコストおよび複雑さを増す可能性がある。
本開示の実施形態では、反射器の1つの直線移動を使用して、サンプルチャンバ202内のボリューム変化を生じさせ、サンプルチャンバが密封された後に、例えば、サンプルチャンバの圧力を低下させるなどの、サンプルチャンバ202内の圧力変化に影響を与えることができる。
したがって、図2を参照すると、第1の反射器103は、サンプルチャンバ202の可動端壁の一部として形成することができるか、または取り付けることができ、すなわち、第1の反射器103は、ハウジング201のエッジとシールを形成することができ、そのようなシールを形成する可動壁面上に取り付けることができる。使用時には、第1の反射器103を移動させて、サンプルチャンバ内の光学放射ビームの光経路長の両方を変化させるだけでなく、サンプルチャンバ内の圧力を変化させることもできる。
図3は、1つの例示的な方法を示すフローチャートである。ステップ301において、第1の反射器を第1の位置、すなわち、第2の反射器104に最も近い位置に移動させて、サンプルチャンバ202の最小ボリュームを画定することができる。流路203のバルブ209は、気体が逃げることができるように開放されている。次いで、関心ガスをサンプルチャンバ202に導入することができる(302)。流路203のバルブ209は、関心ガスがサンプルチャンバ202を満たすのに十分な長さの間、単に開いたままにしてもよく、またはいくつかの実施形態では、何らかのフロー刺激を使用してもよい。このように、サンプルチャンバ202は、例えば、大気圧であってもよい、リザーバ205内のガスの圧力で分析対象のガスで満たすことができる。次いで、バルブが閉じられ(303)、サンプルチャンバが密封される。次いで、光源101および光検出器102を作動させて、対象の標的種の検出を実行する(304)。第1の位置にある第1の反射器103によって、サンプルチャンバを通る経路長は、短い経路長である経路長L1である。これは事実上最も高い検出限界を提供し、すなわち、特定の検出可能な強度低下を提供するのに必要とされる標的種の濃度が最大である。したがって、標的種が高濃度で存在する場合、標的種が検出され、強度が低下すると、第1の範囲内の標的種の濃度に関する情報が明らかになる。
次に、本方法はステップ305に進み、第1の反射器103がアクチュエータ107によって第2の位置に移動される。いくつかの例では、このステップは常に本方法の一部として実行することができるが、他の実施形態では、第1の検知ステップ304において否定的な検出があった場合にのみ、本方法の一部を実行することができる。
第1の反射器103を第2の位置に移動させることにより、サンプルチャンバ202内のボリュームが増加した。バルブ209が閉じられると、サンプルチャンバは密閉され、したがって、ボリュームの増加は圧力の低下をもたらす。減圧は圧力の広がりの影響を軽減し、したがって、ガス分析測定値がより正確であることを意味する(306)。延長された経路長L2は、標的種と光学放射ビームとの間の相互作用の機会が増え、より敏感な測定を提供することを意味する。減圧は、ビーム経路の単位長さ当たりの標的種の相互作用も減少するが、経路長L2は、上述したように、経路長L1よりもかなり長く、したがって、相互作用率の低下を補うことができることが理解されよう。したがって、この第2の位置では、標的種の濃度に対するガス分析器の感度が高められ、検出限界が低くなり、圧力の広がりが低減されるため、精度が向上する。
詳述されたシステムはまた、検出器出力を使用して、最適な信号に達するまで、第2の反射器の増分移動による第1および第2の反射器の誤整列を克服することができる。
したがって、本開示の実施形態は、サンプルボリューム内の圧力が低下すると同時に、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの経路長を増加させることを可能にする。経路長の変化および圧力の減少は、どちらも、ガス分析装置の要素、例えば、可動反射器または可動反射器が取り付けられた壁の移動によって実現することができる。これにより、別個の真空ポンプが必要無くなる。
上述の実施形態は、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの通過回数の変動、および場合によってはサンプルボリュームの結果的なボリューム変化を伴うため、サンプルボリュームを通る異なる光経路長を有する2つの異なる構成のそれぞれに関して説明した。しかしながら、他の実施形態では、サンプルボリュームおよび/または様々なサンプルボリュームに異なる経路長を提供する少なくとも1つの追加の構成トップが存在し得る。
実施形態は、絶縁油からの分解ガスを検出するための微量ガス分析に特に有用であるが、一般に、この原理はあらゆるタイプの微量ガス分析に適用可能である。
上記の実施形態は単なる例示として与えられ、特徴および構成を変えることができることが理解されるであろう。他の実施形態のいずれかにおいて、1つの実施形態に関して記載された文脈および特徴によって明白に除外されない限り、個別にまたは組み合わせて使用することができる。
101 光検出器、光源
102 光源、光検出器、第2の反射器
103 第1の反射器、移動反射器
103a 第1の位置、輪郭
104 第2の反射器
105 サンプルボリューム
106 光学放射ビーム、サンプルボリューム
107 アクチュエータ
200 装置
201 ハウジング
202 サンプルチャンバ
203 流路
205 リザーバ
206 絶縁油
207 移送装置
208 ヘッドスペースボリューム
209 バルブ
210 架台
211 窓部
212 検出器ポート、

Claims (15)

  1. ガス分析のための装置(200)であって、
    ガスサンプルのサンプルボリューム(202)の両側に配置された第1の反射器(103)および第2の反射器(104)を備え、
    前記第1の反射器の構成は、少なくとも第1の構成(103)と第2の構成(103a)との間で可変であり、
    前記第1の構成(103)および第2の構成(103a)の各々は、光学ビーム起点(210)からの光学放射ビームが前記サンプルボリュームを介して検出器の位置(212)に向けられるよう配置され、
    前記第2の構成(103a)において、前記光学放射ビームは、前記第1の反射器(103)および第2の反射器(104)のそれぞれから少なくとも1回反射され、前記サンプルボリュームを通る前記光学放射ビームの経路長は前記第1の構成(103)よりも大きい、
    装置(200)。
  2. 前記装置がハウジング(201)を備え、前記第1の反射器(103)および前記第2の反射器(104)が前記ハウジング内に配置される、請求項1に記載の装置。
  3. 前記第1の構成(103)を提供するために前記第1の反射器(103)を前記ハウジング内の第1の位置に移動させ、前記ハウジング内の第2の位置に移動させて前記第1の構成(103)を提供するアクチュエータ(107)をさらに備える、請求項2に記載の装置。
  4. 前記第1の反射器(103)の前記第2の位置は、前記第1の位置よりも前記第2の反射器(104)から大きく離れる、請求項3に記載の装置。
  5. 第1の反射器が、分析対象のガスのためのサンプルチャンバ(202)の壁の一部に取り付けられるか、またはサンプルチャンバ(202)の壁の一部を形成し、前記第1の反射器(103)の前記第1の位置から前記第2の位置への移動が前記サンプルチャンバのボリュームの増加をもたらす、請求項4に記載の装置。
  6. 前記光学ビーム起点(210)の前記位置および前記検出器の位置(212)は、前記ハウジングに対して固定される、請求項2乃至4のいずれか1項に記載の装置。
  7. 前記第2の反射器(104)の前記位置が、前記ハウジングに対して固定される、請求項2乃至4のいずれか1項に記載の装置。
  8. 前記第1の反射器(103)および前記第2の反射器(104)の少なくとも一方は、非平面反射面を有し、それにより、前記第1の構成(103)において、前記光学放射ビームは、前記第1の反射器(103)および前記第2の反射器(104)のうちの少なくとも一方に、前記第2の構成(103a)に対して異なる入射角で入射する、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の装置。
  9. 前記第1の構成(103)は、前記サンプルボリュームを通る光学放射ビームの1回または複数回の通過に対応し、前記第2の構成(103a)は、前記サンプルボリュームを通る前記光学放射ビームの3回以上の通過に対応する、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の装置。
  10. 前記光学ビーム起点(210)は、光源を位置付けるための架台を備える、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の装置。
  11. 前記光学ビーム起点に位置する光源(101)と、前記検出器の位置に配置された光検出器(102)とをさらに備える、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の装置。
  12. 前記検出器位置は、前記第2の反射器(103)の中心に位置する、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の装置。
  13. ガス分析の方法であって、
    第1の反射器(103)と第2の反射器(104)との間に配置されたサンプルボリュームに分析対象のガスを導入するステップと、
    光源(101)からの光学放射ビームを、第1の構成(103)で前記第1の反射器を用いて前記サンプルボリュームを介して光検出器(102)に向けるステップと、
    光源(101)からの光学放射ビームを第2の構成(103a)で前記第1の反射器を用いて前記サンプルボリュームを介して光検出器(102)に向けるステップと、
    を備え、
    前記第2の構成(103a)において、前記光学放射ビームは、前記第1の反射器(103)および第2の反射器(104)のそれぞれから少なくとも1回反射され、前記サンプルボリュームを通る前記放射ビームの経路長は前記第1の構成(103)よりも大きい、
    方法。
  14. 前記方法は、前記第1の構成(103)から前記第2の構成(103a)に移動し、また前記サンプルボリューム内の前記ガスの圧力を低下させるために、前記第1の反射器(103)を前記第2の反射器(104)からさらに離すように移動させるステップを備える、請求項13に記載の方法。
  15. 前記第1の反射器(103)を前記第2の反射器(104)に対して移動させ、前記光検出器(102)で強度を監視して前記第1の構成(103)および第2の構成(103a)の少なくとも1つの最適位置を決定するステップをさらに備える、請求項14に記載の方法。
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