JP4497306B2 - ガス分析装置 - Google Patents
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Description
また前記チャンバには、通常は拡散効果により、チャンバに試料ガスを入出して通過させるため1つまたは数個の開口を設け露出させることが装置に必要となる。
選択したガスおよび/または選択した混合ガスの存在を正確に測定するために、および/またはガスおよび/または混合ガスの濃度を注意深く測定するために、チャンバ内に異なる長さの測定光路の必要が生じ、1または数個の測定光路が、選択したガスあるいは混合ガスに必要となり、1または数個の同一あるいは異なる測定光路が選択した第2のガスあるいは混合ガスに必要となる。
原理(B)と呼ばれる第2の原理の使用が、対向する楕円形状の鏡面の使用に関し関連目的のため比較的長い測定光路を必要とする測定に従来知られており、この場合、点の形で生成された光はこれらの鏡面間で所望の測定光路に関し選択した回数として数回反射し、この方法で適応した長い測定光路が提供される。
したがって本発明は単純化のため前述の原理(A)に原則として関係するものと考えられる。
特に、管の4側面に沿った4線に均等に分布させ、それぞれにフィルタを設けた18個の小穴(24)を対向配置する構成が実施形態に示される。
不活性ガスを入れるチャンバ(4)内に1つの焦点を配置し、別のチャンバ(4)を配置して分析する試料ガスを入れる。
2つのチャンバあるいはセル(2,4)は透明シート(15)で互いに分割される。
特許文献4には赤外線出射手段の使用の間、チャンバ内に配置されたガス分析装置が示され、このチャンバの内面には光を良好に反射させる特性を持たせる。
またこの場合、チャンバ内に生成された光放射が周波数に関して前記チャンバに入れたガスに吸収され、光出射手段の強さと光受光手段で検知された周波数に関する強さとの周波数に基づく比較で必要な条件をつくり、ガスおよび/または混合ガスの発生の検知だけでなく現在のガス濃度を測定することが可能となる。
様様な装置や手段を使用してガスまたは混合ガスをガス分析システム内のチャンバに押し込むシステムは「能動」システムと呼ばれるシステムとなる。
前記開口または複数の開口は前記光出射手段と前記光受光手段の間の1つの狭い範囲に配置して、意義および関連する有利性を実現する可能性に技術的課題が存在する。
出射光ビームあるいは光コーンの出射角度の大きい光出射手段のチャンバに付与する曲率半径は出射光ビームの出射角度の狭い光出射ビームのそれよりも小さくなるように選択して、意義および関連する有利性を実現する可能性に技術的課題が存在する。
さらに、光ビームの中心線は湾曲した光反射面よび光出射手段に隣接する面部分を通って接線方向につながるように構成して、意義および関連する有利性を実現する可能性に技術的課題が存在する。
光出射手段の像をフォーカスすることなく強くフォーカスされた光コーンを作り、意義および関連する有利性および関連する条件を実現する可能性が技術的課題である。
前述の1つまたは複数の技術的課題を解決するために、本発明では前記チャンバおよび/またはその1反射面を前記光出射手段と前記光受光手段の間で多少凹状に湾曲した形状にし、前記開口および/または複数の開口を前記光出射手段と前記光受光手段の間の単一の十分に規定した範囲に配置し、さらに前記開口を受動的または能動的に、原則として拡散作用によって試料ガスを別の試料ガスに急速に交換できる寸法および範囲にすることが提案される。
また、前記開口および/または複数の開口の合計面積を光出射手段と光受光手段の間のチャンバの合計内面積の50%未満にすることが提案される。
さらに、前記開口を四角形またはほぼ四角形の横断面にすることが提案される。
さらに、チャンバおよび/または湾曲した光反射面の曲率半径を、光ビームあるいは光コーンを発散させる出射角度が大きい光出射手段の場合は、出射光ビームの出射角度が小さい光出射手段の場合よりも小さく選択することが提案される。
さらに、光ビームの中心線あるいは中心光線を凹状に湾曲した光反射面および光出射手段に隣接する面部分を通って接線方向につながるようにすることが提案される。
特に、前記接線に対する光ビームの中心線の角度は10°以下の角度にすることができる。
光照明手段で生成された光ビームあるいは光コーン、例えばその中心ビームは凹状面で選択した少ない回数で反射してから光受光手段に達するように構成され、中心光線の反射回数は3回から5回の間の回数のように8回未満で選択する。
チャンバは光出射手段と反射光受光手段との間に位置する光反射面を形成するため多少湾曲した形状にする。
図1にガス分析装置の公知の実施形態を示すが、本発明はこの装置を改良した装置であると認めることができる。
しかし、ガス分析装置1は試料ガスを入れたチャンバ2、光出射手段3、チャンバ2を通った反射光を受光する手段4および使用する周波数分析が可能なようにされた電子回路で構成され、公知の方法で前記チャンバ2に存在する選択したガスおよび/または混合ガスの存在および濃度が分析され決定されることが記載されている。
前記チャンバ2には4側面のうちの1側面にそれぞれが沿った4本の線上に配置された多数の小さな開口が一対の円形開口6として、また垂直の一対の円形開口として設けられ、これらの開口は試料ガスが前記チャンバに入り拡散した後で出て行く通路となるように構成される。
合計の開口面積はチャンバの合計外側面積の約10%を占め、この方法で手段4で受光される光の強さはこれに応じて減少するものと推測される。
(提供する実施形態の記載)
本発明の革新的な概念を主として明確にするために、本発明に関連する重要な特徴を説明し添付図に示される図面について記載した今回提供する実施形態を以下に説明するに際して、最初に用語および特別の技術を選択したことを明確にする必要がある。
ガス分析装置1は試料ガスを入れたチャンバ20、光出射手段3、チャンバ20を通って反射した光を受光する手段4および電子回路5で構成され、前記チャンバ20内に試料ガス「G」として存在する選択したガスおよび/または混合ガスの存在および濃度を分析して決定することがスペクトラル分析によって可能であるように構成される。
また演算電子回路5には図2に示すようにテーブル5aが比較回路とともに含まれ、このテーブルに選択したガスおよび/または混合ガスの選択した数個の制限値が記憶されて、演算回路5内の選択したガスおよび/または混合ガスの瞬間値がテーブルに記憶された制限値を超えたときアラーム回路6が光学的あるいは音声的に作動する。
これらの実施形態にはそれぞれ少なくとも1つの開口30,40および50が含まれ、試料ガス「G」が速い速度で前記チャンバ20に入出し、ここで前述の拡散によってガス交換が行われる。
図2にはチャンバ20は円形環の一部を形成するため湾曲した対向する2つの面30a,30cと部分的筒状面30bとで構成されるが、明らかにこれ以外の湾曲面も使用できる。
本発明では光出射手段3のおおよその拡散像が光受光手段4に現れるようになっているので、湾曲した光反射面30bに異なる曲率および異なる曲率半径を与える可能性が選択した実施形態に存在する。
図6に示すように、出射ビーム3’の光線3dは平行面となる壁部30cおよび30aで反射し、さらに壁部30cで再度反射した光線3d’が光受光手段4で検出される。
図4は前記開口40を湾曲した楕円面の一部であって幅が長径の半分未満となる個所に設けたものを示す。
符号3a,3b,3cおよび3dを付した中心線を有する出射光ビーム3’の出射角度が大きい光出射手段では、光ビーム3’内で光線を発散させる出射角度が小さい光出射手段に対するものよりも、チャンバの内面30bから光出射手段までの距離「a」において、チャンバ20の曲率半径「R」が小さくなるように選択される。
フィルタ60は図3の実施形態においては開口30を覆い、フィルタ61は図4の実施形態においては開口40を覆い、またフィルタ62は図5の実施形態においては開口50を覆うようにする。
特に本発明では使用するフィルタ面は前記開口30,40または50がチャンバ20内の容積に対する係数を10−25(1/mm)とすることを提案する。
図8には光ビーム3’が円弧形状の面30bで一度だけ反射する場合の手段3からのビームあるいは光線通路を示す。
フォーカスは使用する反射回数が多いほど落ちるが、実用的には中心光線における反射点の数が4あるいは4程度に選択することを提案する。
光出射手段3の像を直接にフォーカスしなくても、図9および図10において強くフォーカスされた光ビームあるいは光コーンが反射光を受光する前記手段4に生じる。
中心ビームあるいは光線の反射回数は図9の場合の2回だけのように実用上8回未満に
選択するが、図10に示す4回のように回数は3回および5回の間に選択することができる。
ここに示す中心光ビームあるいは光線3aは接線9に平行であるが、本図から明らかなように角度「b」は正または負の値に変更することができ、図9には正の値の場合を示す。
光出射手段および光受光ローブの光受光手段の位置および方向に関し前述した原理と同一の原理を使用することを妨げるものではない。
a. 選択する距離「a」
b. 選択する角度「b」
c. 光源の形式と強度およびその出射角度(約15°)
d. 反射光を受光する手段4の位置およびその受光角度(約15°)
e. 光を反射する凹状面30bの選択した曲率半径「R」
f. 試料ガス「G」を十分拡散させる選択した開口30の寸法と位置
g. 光出射手段3の熱がチャンバ20内の対流に関与するようなチャンバ20の位置
図12は図2および図3による実施形態において表面波ガイドシステムに置き換え、手段3および手段4を端部あるいは2つの平行面部間に配設してそれぞれ弦部で分離したものの斜視図を示す。
手段3は、図11に示すように、光ビーム3’’を焦点3’’’に収束させてそこから発散する光ビームあるいは光コーン3aを出すための光システム3hおよびフィラメント3gで構成される。
この方法によりチャンバ20の容積は図10に示す容積まで減少させうることは明らかである。
所望の技術的機能を達成するために構成枠内において各ユニットと開示した別の各ユニットとを組み合わせることが可能であることに特に注意を払われたい。
Claims (8)
- 試料ガス(「G」)を入れるようにしたチャンバ(20)と、
光出射手段(3)と、
前記チャンバを通って反射した光を受光する光受光手段(4)と、
電子回路(5)
とで構成されたガス分析装置であって、
前記チャンバ(20)内に試料ガス(「G」)として存在する選択したガスあるいは混合ガスの存在をスペクトル分析手段で分析決定するように設定され、
チャンバ(20)の対向する内面(30a,30c)に光ガイドとしての光反射特性が付与され、
ガスが前記チャンバ内に入り前記チャンバから出て行く通路としての1つあるいは複数の開口(30)が前記チャンバ(20)の1つの面に設けられ、
チャンバ(20)は、一端に光出射手段(3)を、他端に光受光手段(4)が設けられ、光出射手段(3)と光受光手段(4)間を長手方向とする細長い形状とした、
ガス分析装置において、
前記チャンバ(20)および1つの光反射面(30b)は、前記光出射手段(3)と前記光受光手段(4)の間で、長手方向に細長く、かつ湾曲した形状にされ、
1つあるいは複数の開口(30)は前記光出射手段(3)と前記光受光手段(4)の間のチャンバの1つの面に配置され、かつ前記開口(30)はチャンバ内の試料ガス(G)が別のガスと交換される寸法とされ、
それによって、光反射面(30b)を露出可能にした前記チェンバ(20)は、光反射面(30b)に対向した面に少なくとも1つの前記開口を有し、
前記光出射手段(3)および受信反射光の前記光受光手段(4)が、前記チャンバの両端に配置され、
前記光出射手段(3)の中心線は、光出射手段(3)に隣接する凹状に湾曲した光反射面(30b)の接線方向に出射するように構成され、
前記開口(30)は前記チェンバ(20)の1つの面に設けられる
ことを特徴とする装置。 - 前記開口および/または複数の開口の合計面積は光出射手段と光受光手段の間のチャンバ(20)の合計内面積の15%を超えるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記開口および/または複数の開口の合計面積は光出射手段と光受光手段の間の、チャンバ(20)の合計内面積の50%未満になるように構成されたことを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
- 前記開口および/または複数の開口の合計面積は、光出射手段と光受光手段の間の、チャンバの合計内面積の20〜30%になるように構成されたことを特徴とする請求項1、2または3に記載の装置。
- 前記開口は四角形またはほぼ四角形の横断面に構成されたことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記開口は四角形に属し、チャンバの4つの面のうちの1つの面に設けられたことを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記開口を覆うようにフィルタが設けられ、使用するフィルタの面積はチャンバの容積に対する前記開口の比が10−25(1/mm)となるように構成された請求項1に記載の装置。
- 光出射手段(3)に隣接する湾曲面の接線(9)と、光ビームの中心線間の角度(「b」)は、10°以下になるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の装置。
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