JP6543645B2 - 透明容器内の気体成分を判定するための方法およびデバイス - Google Patents
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Description
本発明は、詳細には断熱ガラスユニット（ＩＧＵ：insulating glass unit）などの１つまたは複数の分離キャビティのガラスユニットまたは任意の他の同様の透明容器内の関心気体成分を判定するための方法およびデバイスに関する。
ガラス製造プロセスでは、（フロートガラスとして知られている）ガラスシートが、被覆層または強化層などの様々な種類の要素と組み合わせられて、特異性を有する、様々な目的のためのガラス枠を作り出すことが可能である。例えば、断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）は、通常、シート間に閉じた空間がある状態で２つ以上のガラスシートを有する構成を有して構築されており、閉じた空間は、アルゴン、キセノン、クリプトン、窒素またはそれらの混合物などの低熱電導性を有する気体で満たされている。当該業界では、ガラスユニットの品質をチェックし、かつ漏出がなく、その結果充填気体が漏れ出していないことを確実にする必要がある。
様々な種類の解決策が、空間内に含有されている気体混合物の品質および可能性のある漏出を判定するための先行技術から既知である。通常、これらの解決策は、充填気体の吸収ピークを測定し、それにより充填気体の濃度を測定することなど、空間内に含有されている気体混合物中の気体成分の濃度を測定することに基づいている。しかし、充填気体の濃度測定はいくつかの欠点を有する。すなわち様々な種類の充填気体では、異なるレーザ源が使用されなければならず、それは明らかに、測定に費用と時間のかかる方法である。別の欠点が、通常のガラスユニット内の気体量が非常に小さく、そして測定される気体の量が小さく、それによりまた、測定ビームに対して前記気体成分に起因する吸収ピーク（ピークの振幅）は非常に弱いということである。さらに、したがって、測定される気体成分の吸収ピークの位置は、判定される吸収ピークを容易に覆い隠しかつしたがって分析を非常に煩雑かつ骨の折れる作業にする環境ノイズに因り、測定された信号から非常に見つけにくい可能性があると考えられる。
本発明の目的は、既知の先行技術に関する問題を軽減し、なくすことである。特に、本発明の目的は、ガラスユニットの品質、あるいはガラスユニットの空間または他の透明容器もしくは透明空間内に含有されている気体成分の漏出の非侵襲的判定を実施する方法を提供することである。
本発明の目的は、独立請求項の特徴により達成され得る。
本発明は、空間内の対象気体成分の存在を非侵襲的に判定し、それにより請求項１に記載の空間のいかなる漏出も非侵襲的に判定するデバイスに関する。さらに、本発明は、請求項１１に記載の対応する方法に関する。
ある実施形態によれば、ガラスユニットの判定空間内の対象気体成分の存在を非侵襲的に判定するデバイスが、レーザビーム放射ユニットと検出ユニットとを含む。レーザビーム放射ユニットは、前記判定空間に向かってレーザビームを放射するレーザ源を含むことが有利である。検出ユニットは、前記判定空間を通って進む放射レーザビームの透過を検出する検出器を含む。さらに、また、デバイスは較正モードを含む。
デバイスは、少なくとも同じ気体成分、および有利には判定空間内で判定されるものと同じ気体成分の少なくとも１つの基準ピークの位置を、較正モードで測定するように構成されている。較正モードでは、放射レーザビームは、少なくとも対象気体成分を有する較正空間を通って進むように構成されている。検出手段は、較正空間を通って透過するビームを検出するかまたは撮像するように構成されている。なお、デバイスおよび方法が較正モードを含んでいても、対象気体成分の存在の全ての単一判定測定の前に、前記較正を実施する必要はない。較正モードは、例えばデバイスが設定された場合または１日に１度等であり得る、必要な場合にのみ実施されることが有利であるが、当然、また、全ての判定および測定で較正モードを実施することが可能である。
さらに判定目的のために、デバイスは、判定空間内の対象気体成分の存在を判定するために、レーザビーム放射ユニットと検出ユニットとの間に判定空間を受け入れるように、移動する。
気体成分が判定されることになる判定空間は、通常、断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）の空間であり、空間は該ユニットのガラスシートにより閉鎖されている。いずれにしても、また、判定空間は任意の他の判定空間または透明容器であってもよいと考えられる。
較正に使用される較正空間は、例えばＯ２などの同じ対象気体成分を有する較正室を含み得る。ある実施形態によれば、放射ビームが検出器により受け入れられる前に前記較正室を通って進むように、較正室は放射ユニットと検出ユニットとの間に配置されていることが有利である。ある実施形態によれば、デバイスは、ユニットの１つの内部に前記較正室を含んでいてもよく、そして、較正室は、放射ビームが検出器により受け入れられる前に前記較正室を通って進むように、移動するように構成されている。さらにある実施形態によれば、特に対象気体成分がＯ２などの自由大気で構成されている気体成分である場合、較正空間は放射ユニットと検出ユニットとの間の自由大気であってもよい。
なお、較正モードにおいて使用される気体成分は、充填気体が測定される場合、例えば判定空間の充填気体と同じであってもよい。しかし、多くの場合、充填気体ではなく別の気体が漏出をより判定し易いことに留意されたい。特に、ガラスユニットに任意の漏出がある場合、充填気体は漏れ出すが、同時に周囲空気の気体成分はガラスユニットの空間内に拡散するかまたはガラスユニットの空間内に流入することに留意されたい。このように、測定され、かつやはり較正室内に含有されている気体成分または自由大気は、例として、例えばＯ２もしくはＣＯ２であってもよいと考えられ、必ずしもアルゴン、キセノン、クリプトン窒素またはそれらの混合物などの充填気体の気体成分であるとは限らない。測定することにより例えばガラスユニット内の酸素の存在が明らかになった場合、漏出が判定され得る。ある実施形態によれば、較正室は、ユニット間の例えば２１％のＯ２または自由大気を有する普通の空気で満たされていてもよい。また、異なる気体成分を有する複数の異なる室が使用され得ることに留意されたい。
有利な実施形態によれば、検出手段は、分析するために前記透過ビームを判定するかまたは撮像するように構成されている。検出手段は、測定ビームの強度に対応する電気信号を供給することが有利である。
較正プロセスでは、判定される気体成分のピーク位置を走査するために、レーザ源の給電電流（electric feed current）が変更される（ＷＭＳ技術）。較正プロセスを開始する場合、電流が増大されて、放射レーザビームの波長を変更する。同時に、電流は判定される信号を強化し、より確実にするために、正弦波信号により調節される。電流は、測定される気体成分の吸収に起因するピーク位置が判定されるように、ある限界まで増大される。次に、電流は、判定されるピークの周囲でレーザ源の放射波長に重なるように、再度減少される。このように、ピーク位置は、波長および／またはレーザ源の給電電流の作用で検出され得る。結果としてピーク対が達成される。
なお、対象気体の絶対濃度を導き出すために、ピークの位置のみが既知でありかつデバイスを較正する必要がない場合でも、対象気体成分の存在の測定または判定は行われ得る。このように、較正は、対象気体成分の基準ピーク（単数または複数）の位置を求めることとして理解されるべきである。通常、ピークの位置の判定は、特に任意の漏出があるかどうかおよび任意の環境気体が空間内に入っているかどうかが判定される場合、十分である。漏出がある場合、前記ピークの当該位置での小さな信号だけで漏出を明らかにし、したがって測定された気体成分の絶対濃度を知る必要がない。いずれにしても、また、必要に応じて絶対濃度が測定され得るように、やはり較正が実行されてもよいことに留意すべきである。このため、これら容器内の様々な濃度の気体成分を有する異なる透明容器は、異なる濃度に関する異なる応答を達成するために測定される。重ねて、較正室内の気体成分の絶対濃度は重要ではないが、それはもっぱら、測定される気体のピーク（単数または複数）の位置を判定するために使用される。
ある実施形態によれば、レーザビーム放射ユニットおよび検出ユニットは、密封ハウジングにより別個に封入されている。ハウジングは、例えば使用されるレーザ波長に対して不活性であるように選択される窒素またはアルゴンなどのシールドガスで満たされていることが有利である。さらに、本質的に、ハウジングからは、測定される気体が、測定を妨げないように出されている。
ある実施形態によれば、デバイスは、測定前に自己チェックを有利に実施するように構成されている。自己チェックでは、デバイスは、デバイスハウジング内の体積を測定するように構成されている。自己チェックでは、判定空間または較正空間が関与しないように、放出ユニットと検出ユニットとは互いに結合されている。したがって、ハウジング内に任意の漏出がある場合、それは通知されるであろう。
ある実施形態によれば、デバイスは、測定される気体成分のピーク位置の周囲で波長を走査する場合に測定曲線におけるピークの距離を調節するために、レーザ放射手段の温度を変更するように構成されている。これにより、ピークの距離は、ピークが互いに覆わないようにかつ最良の解像度が達成されるように、有利な位置に変更され得る。例として、デバイスは、ペルチェ素子などの加熱手段、有利には制御可能な加熱手段を含み得る。加熱手段は、デバイスの温度、および具体的には調節可能なダイオードレーザなどのレーザ放射手段の温度を管理するように構成されていることが有利である。
さらに、ある実施形態によれば、デバイスはまた、例えば対象判定空間の表面上に導入されるように構成されているシリコーン封止などの封止部材などの結合手段を含み得る。さらに、デバイスは、前記結合手段により画定されている、前記デバイスと判定空間の表面との間の体積内に負圧を供給して、デバイスと空間との間の空気を除去するように、かつ前記デバイスを前記表面に固定し、それにより、例えば前記表面に対して本質的に垂直な、デバイスの配置を容易にし、それにより、ずれた配置に因る測定誤差を最小限にするように構成されている負圧供給手段を含み得る。また、デバイスは、前記結合手段により画定されている、前記デバイスと空間の表面との間の体積内にシールドガスを供給し、それにより任意の干渉気体成分を除去するように構成されているシールドガス供給手段を含み得る。空気を除去することに因り、任意の可能性のある干渉気体成分が除去され、そして、より正確な測定結果が達成され得る。
さらに、ある実施形態によれば、デバイスはまた、判定空間の様々な層の厚さもしくは位置および／またはレーザビームの前記判定空間の軌道距離内でのレーザビームの軌道距離を判定するように構成されていてもよい。これは、やはり、測定される空間に関連する界面からの反射と、列検出器（row detector）などの反射検出手段上の異なる位置の反射ビームの反射位置とを測定することにより実施されることが有利であり、または反射位置は可動検出器により判定され得る。反射位置は層または界面の位置を明らかにし、ビームは反射され、既知の光学三角法に基づいて厚さが判定され得る。
判定空間内の気体成分は、各気体成分に特徴的な非常に細い線幅を吸収し、吸収に因る強度変化の大きさは気体の濃度に比例している。対象気体成分の吸収線の周囲のまたはその全体に亘る強度変化は非常に非線形である。本発明では、対象気体成分の吸収線の周囲のもしくはその全体に亘る反射光ビームまたは透過光ビームの強度のこれら非線形の変化は、次いで、気体成分の濃度を判定するために判定される。
測定および較正において検出される吸収信号は、検出される気体成分の検出されたビームおよび濃度の強度の変化を表す非線形曲線にフィットされた二次多項式を強化するために、かつ／または誘発される低周波ノイズを最小限にするために、判定される気体成分の吸収特性上で正弦波的に周波数変調されたダイオードレーザを走査することによるなどの、ＷＭＳ技術またはＦＭＳ技術により操作されることが有利である。
直接吸収能力は１／ｆノイズの発生により低下することが多い。システム構成要素のそのような低周波数ノイズ、例えば１／ｆレーザ過剰ノイズ、を回避する一般的な方法が、吸収信号をより高い周波数に移行させることである。ＴＤＬＡＳ技術では、これはダイオードレーザ動作電流の変調により達成され得る。そのような変調は瞬間レーザ周波数の変調をもたらす。吸収線の非線形反射強度プロファイルとの相互作用時、これは検出強度の周期変調をもたらすであろう。これは、基本変調周波数またはその倍音での吸収信号の検出を可能にする。
例えば、ダイオードレーザ動作電流の正弦波変調がレーザ出力の正弦波状波長（および振幅）変調をもたらす。波長依存のかつ非線形の反射信号（例えば、吸収線形）との相互作用が、変調周波数自体およびその倍音から成る、周期的だが非正弦波状の反射信号をもたらす。これは、低周波数ノイズ（例えば、１／ｆノイズ）による影響を受けにくい高周波数領域に検出周波数を移行させる実施形態において使用されることが可能であり、したがって感度を向上させる。これは、通常、レーザが対象吸収線上で調整される際に、ロックイン増幅器に（最も一般的には第２の）調和成分の振幅を測定させることにより達成される。
本発明は、全ての測定の前でも容易な内部または外部の較正プロセスなどの、既知の先行技術方法を凌ぐ多くの有利な特徴をもたらす。さらに、本発明によれば、レーザ放射ビームの波長およびデータを測定することに影響を及ぼす、レーザ源の温度調節に因る不正確さを補償することが可能である。さらに、本発明は、本質的にピークの位置（単数または複数）のみが測定される事柄であるため、較正に使用される気体成分の濃度に関する正確な知識がなくても、判定および測定を可能にする。さらに、本発明のデバイスは自己チェックに因り非常に信頼性がある。較正プロセスおよび自己チェックは、全ての測定の前でも自動的にかつ迅速に実施され得る。
次に、本発明は、添付図面に基づき、例示的実施形態を参照してより詳細に記載される。
図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の有利な実施形態による例示的デバイス１００の原理を示し、該デバイスは放射ユニット１０１と検出ユニット１０２とを含む。レーザビーム放射ユニットは、判定を実施する場合に検出ユニット１０２に向かってかつまた前記判定空間１１３に向かって、レーザビームを放射するレーザ源１０５を含むことが有利である。検出ユニット１０２は、例えば前記判定空間を通って進む放射レーザビームの透過を検出する検出器１０６を含む。さらに、また、デバイスは較正モードを含み、そして、放射されたレーザビームは較正空間を通って進むように構成されている。
なお、デバイスまたはユニット１０１、１０２はまた、放射し、判定空間または較正空間に放射ビーム１０１ａの視準を合わせ、かつ判定空間または較正空間からのビームを前記検出器１０６に集める適切な光学手段（図示せず）も含むことが有利である。
較正に使用される較正空間は、同じ対象気体成分を有する較正室を含み得る。図１Ｂは配置を描写しており、較正室１０８ａは、放射ビーム１０１ａが検出器１０６により受け入れられる前に前記較正室１０８ａを通って進むように、放射ユニット１０１と検出ユニット１０２との間に配置されている。図１Ｃは配置を描写しており、較正室１０８ｂは放射ユニット１０１内に配置されており、その結果、較正のために、較正室１０８ｂは、放射ビーム１０１ａが検出器１０６により受け入れられる前に前記較正室１０８ｂを通って進むように、移動するように構成されている。なお、また、較正室１０８ｂは検出ユニット１０２内にそれぞれ配置されていてもよい。本実施形態では、ユニット１０１、１０２は、それらがいずれの外部信号も検出していないように、互いに当接して結合されていることが有利である。さらに、図１Ａは配置を描写しており、使用されている較正空間は、放射ユニット１０１と検出ユニット１０２との間の自由大気の空間１０８ｃである。
判定目的で、デバイス１００は、図１Ｄに示されている通り、判定空間１１３内の対象気体成分の存在を判定するために、レーザビーム放射ユニット１０１と検出ユニット１０２との間に判定空間１１３を受け入れるように、移動する。
また、自己チェックが行われてもよく、較正室１０８ｂが測定に関与しないようにそれが離れて移動した時に、図１Ｃに示されている通り、デバイスハウジング１０３、１０４内の体積が測定される。前記体積から信号が検出されない場合、漏出はなく、ハウジングおよびハウジング内のシールドガスは適正に作用する。ハウジングは、放射ユニット１０１および検出ユニット１０２を封入している密封ハウジングであることが有利である。
また、デバイスは、封止部材などの、例えば対象判定空間１１３の表面上にまたは較正室１０８ａが使用される場合にはその表面上に導入されるように構成されているシリコーン封止などの、結合（接続、インターフェイス）手段１０９を含み得る。さらに、デバイスは、前記結合手段により画定されている、前記デバイス１００と判定空間または較正空間の表面との間の体積１１５内に負圧を供給して、該体積から干渉空気を除去するように、かつデバイスを前記表面に固定し、それにより、例えば前記表面に対して本質的に垂直な、デバイスの配置を容易にし、それによりずれた配置に因る測定誤差を最小限にするように構成されている、真空ポンプなどの、負圧供給手段１０７を含み得る。また、デバイスは、体積１１５内にシールドガスを供給し、それにより任意の干渉気体成分を除去するように構成されているシールドガス供給手段１１０を含み得る。
さらに、デバイスは、較正室１０８ｂの移動およびレーザビーム放射手段１０５の動作などの、デバイスの動作を制御する制御手段１１２を含み得る。例として、制御手段１１２は、対象気体の周囲で波長領域を走査するために、レーザ源１０５の電流を制御してもよい。較正プロセスおよびまた判定プロセスでは、図２の曲線に認められる通り電流が変化し、放射ビームの波長は、レーザ源の給電電流の作用で変化する。図３は測定曲線を示し、対象気体により誘発されたピークは、本質的に同じ波長で認められる。これらのピーク位置（波長、または実際には前記波長を可能にする、レーザ源の電流）は、次いで、前記空間１１３内の対象気体の判定に使用される。
さらに、また、デバイスは、レーザ放射手段１０５の温度を変更するように構成されている、ペルチェ素子などの温度管理手段１１１を含み得る。温度を変更することにより、測定曲線におけるピークの距離１１７は、ピーク位置の周囲で波長を走査する場合に調節され得る。
放射ビームの部分が反射される反射点の距離（変位）１１４が、厚さ測定のために容易に判定され得る。厚さ測定では、測定される空間に関連する界面からの反射および列検出器１１８上などの反射検出手段上の異なる位置での反射ビームの反射位置１１６が判定され得る。図１Ｄに認められる通り、反射位置は、ビームが反射された層または界面の位置を明らかにし、既知の光学三角法に基づき、厚さまたは他の距離が判定され得る。
また、デバイスは、測定された強度に関しても、厚さ、距離およびまたビームの軌道距離、ならびにビームの反射を起こした界面または表面の順序に関しても、任意の計算および判定を実施するように構成されているデータ処理ユニット１１９を含むことが有利である。さらに、データ処理ユニット１１９は、測定空間内の対象気体の存在、およびそれによりまた任意の可能性のある漏出を判定するように、警報などの任意の漏出指示を相応に実施するように構成されていてもよい。
本発明が前述の実施形態を参照して前段で説明され、本発明のいくつかの利点が実証された。本発明はこれらの実施形態に制限されるばかりでなく、発明的思考および以下の特許請求の範囲の精神および範囲内で、全ての可能性のある実施形態を含むことが明らかである。前段ではガラスユニットのみが記載されていても、例えばフロートガラス、合わせガラス、強化ガラス（toughtened or tempered glass）、具体的には断熱ガラス、またはコーティング、例えば導電性塗料、で被覆されたガラスなどのガラスまたはプラスチックなどの、様々な種類の反射する透明物体、およびまた他の透明容器が判定され得ることに留意されたい。なお、分かり易くするために、これが図に明確に示されていない場合でも、レーザビームは、測定を妨げる可能性のある干渉を最小限にするように、空間および界面または表面に向かってある角度で放射されることが有利である。
１００ デバイス
１０１ 放射ユニット、レーザビーム放射ユニット
１０１ａ 放射ビーム
１０２ 検出ユニット
１０３、１０４ デバイスハウジング
１０５ レーザ源、レーザビーム放射手段
１０６ 検出器
１０７ 負圧供給手段
１０８ａ、１０８ｂ 較正室
１０８ｃ （自由大気の）空間
１０９ 結合手段
１１０ シールドガス供給手段
１１１ 温度管理手段
１１２ 制御手段
１１３ 判定空間
１１４ （反射点の）距離（変位）
１１５ 体積
１１６ （反射ビームの）反射位置
１１７ （ピークの）距離
１１８ 列検出器
１１９ データ処理ユニット
１０１ 放射ユニット、レーザビーム放射ユニット
１０１ａ 放射ビーム
１０２ 検出ユニット
１０３、１０４ デバイスハウジング
１０５ レーザ源、レーザビーム放射手段
１０６ 検出器
１０７ 負圧供給手段
１０８ａ、１０８ｂ 較正室
１０８ｃ （自由大気の）空間
１０９ 結合手段
１１０ シールドガス供給手段
１１１ 温度管理手段
１１２ 制御手段
１１３ 判定空間
１１４ （反射点の）距離（変位）
１１５ 体積
１１６ （反射ビームの）反射位置
１１７ （ピークの）距離
１１８ 列検出器
１１９ データ処理ユニット
Claims (16)
- ガラスユニットの判定空間（１１３）内の対象気体成分の存在を非侵襲的に判定するデバイス（１００）であって、前記判定空間に向かってレーザビームを放射するレーザ源を含むレーザビームの放射ユニット（１０１）と、前記空間を通って進む前記放射レーザビームの透過を検出する検出器を含む検出ユニット（１０２）と、較正モードとを含む、デバイスにおいて、
−前記デバイスは、前記判定空間内で判定されるものと少なくとも同じ気体成分の少なくとも１つの基準ピークの位置を、濃度を判定することなく、前記較正モードで測定するように構成されており、前記放射レーザビームは、少なくとも前記対象気体成分を有する較正空間を通って進むように構成されており、前記検出ユニットは、本質的に、前記較正空間を通って透過する前記ビームを検出するかまたは撮像するように構成されており、
−前記デバイスは、前記レーザビーム放射ユニット（１０１）と前記検出ユニット（１０２）との間に前記判定空間（１１３）を受け入れるように構成され、前記判定空間内の前記対象気体成分の前記存在のみの判定を目的としており、前記対象気体成分の前記濃度を判定することなく、前記判定空間の前記測定は、前記基準ピークと同じ位置にピークを誘発するか否かを判定することによってなされることを特徴とする、デバイス（１００）。 - 前記レーザビームの放射ユニット（１０１）と前記検出ユニット（１０２）とは、前記両ユニットの両方を別個に封入している複数の密封ハウジング（１０３、１０４）を含み、前記ハウジングは、レーザ波長に対して不活性であるシールドガスで満たされており、本質的に、前記対象気体が取り除かれている、請求項１に記載のデバイス。
- 前記デバイスは自己チェックを実施するように構成されており、前記検出ユニット（１０２）は複数のデバイスハウジング内の体積を測定するように構成され、前記両ユニット（１０１、１０２）が互いに結合されるように構成されて、判定空間および較正空間が関与されなくなる、請求項１または２に記載のデバイス。
- 前記較正空間は、ａ）自由大気を含むか、もしくはｂ）Ｏ２などの前記対象気体成分を含む較正室を含み、前記自由大気または前記校正室が前記ユニット（１０１、１０２）間に配置されており、またはｃ）前記デバイスは前記両ユニット（１０１、１０２）のうちの１つの中に較正室を含んでおり、前記較正室は、移動されるように構成されて、前記放射ビームが前記検出器により受容される前に前記較正室を通って進む、請求項１から３のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスは、前記レーザ放射手段の給電電流の作用で前記ピークの正確な位置を判定するために、較正プロセスにおいて、測定される前記気体成分の仮定ピークの周囲で波長を走査するために前記レーザ源の電流を変更するように構成されており、そして、前記判定空間内の前記気体成分を判定する測定プロセスにおいても、前記デバイスは前記波長または前記ピーク位置を使用するように構成されている、請求項１から４のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスは、測定される前記気体成分の前記ピーク位置の周囲で波長を走査する場合、前記レーザ放射手段の温度を変更して、測定曲線における前記ピークの距離を調節するように構成されている、請求項１から５のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスは、測定される前記判定空間の表面上に導入されるように構成されている結合手段（１０９）と、前記結合手段により画定される、前記デバイスと前記判定空間の前記表面との間の体積内に負圧を供給するように構成されている負圧供給手段とを含む、請求項１から６のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスは、測定される前記判定空間の前記表面上に導入されるように構成されている結合手段と、前記結合手段により画定される、前記デバイスと前記判定空間の前記表面との間の体積内にシールドガスを供給するように構成されているシールドガス供給手段とを含む、請求項１から７のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスはまた、前記判定空間の界面から前記放射ビームの反射の位置を判定するように構成されており、それにより前記判定空間の異なる層の厚さおよび／または前記判定空間内の前記レーザビームの軌道距離を判定するように構成されている反射測定検出器を含む、請求項１から８のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスは、前記デバイスの温度および特に調節可能なダイオードレーザなどの前記レーザ放射手段の温度を管理するように構成されている、ペルチェ素子などの加熱手段を含む、請求項１から９のいずれかに記載のデバイス。
- ガラスユニットの判定空間（１１３）内の対象気体成分の存在を非侵襲的に判定する方法であって、レーザビームが、レーザ源を含む放射ユニット（１０１）により前記判定空間に向かって放射され、前記空間を通って進む前記放射レーザビームの透過が、検出器を含む検出ユニット（１０２）により検出される、方法において、
−前記判定に関連して較正モードが実施され、前記判定空間内で判定されるものと少なくとも同じ気体成分の少なくとも１つの基準ピークの位置が、濃度を判定することなく、測定され、前記放射レーザビームが、少なくとも前記対象気体成分を有する較正空間を通って進み、前記検出ユニットは、前記較正空間を通って進む前記ビームを本質的に検出するかまたは撮像するように構成されており、
−前記判定空間は、前記レーザビームの放射ユニット（１０１）と前記検出ユニット（１０２）との間に受け入れられ、前記判定空間内の前記対象気体成分の前記存在のみの判定を目的としており、前記対象気体成分の前記濃度を判定することなく、前記判定空間の前記測定は、前記基準ピークと同じ位置にピークを誘発するか否かを判定することによってなされることを特徴とする、方法。 - 前記方法において、自己チェックが実施され、前記放射ユニット（１０１）および前記検出ユニット（１０２）のハウジング（１０３、１０４）内の体積が測定され、前記両ユニットが互いに結合されるように構成されて、判定空間および較正空間が関与されなくなる、請求項１１に記載の方法。
- 前記較正空間は、ａ）自由大気を含むか、もしくはｂ）Ｏ２などの前記対象気体成分を含む較正室を含み、前記自由大気または前記校正室が前記両ユニット（１０１、１０２）間に配置されており、またはｃ）前記両ユニット（１０１、１０２）のうちの１つの中に較正室が設けられかつ移動されて、前記放射ビームが前記検出器により受容される前に前記較正室を通って進む、請求項１１または１２に記載の方法。
- 前記レーザ放射手段の給電電流の作用で前記ピークの正確な位置を判定するために、較正プロセスにおいて判定される前記気体成分の仮定ピークの周囲で波長を走査するために、前記レーザ源の電流が変更され、そして、前記判定空間内の前記気体成分を判定する判定プロセスにおいても、前記波長または前記ピーク位置が使用される、請求項１１から１３のいずれかに記載の方法。
- 測定される前記気体成分の前記ピーク位置の周囲で波長を走査する場合、前記レーザ放射手段の温度が、測定曲線における前記ピークの距離を調節するように操作される、請求項１１から１４のいずれかに記載の方法。
- 前記ユニットの結合手段が、測定される前記判定空間の表面上に導入され、前記結合手段により画定されている、前記ユニットと前記判定空間の前記表面との間の体積内に負圧が供給され、かつ／または前記結合手段により画定されている、前記デバイスと前記判定空間の前記表面との間の前記体積内にシールドガスが供給される、請求項１１から１５のいずれかに記載の方法。
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| US5060505A (en) * | 1989-09-12 | 1991-10-29 | Sensors, Inc. | Non-dispersive infrared gas analyzer system |
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| US5317156A (en) * | 1992-01-29 | 1994-05-31 | Sri International | Diagnostic tests using near-infrared laser absorption spectroscopy |
| US5331409A (en) | 1992-06-12 | 1994-07-19 | George Thurtell | Tunable diode laser gas analyzer |
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