TW202311724A - 濃度測定裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題係提供不使用光纖,可小型化的濃度測定裝置。
解決手段具備:具有氣體流路(11)和與氣體流路(11)交叉的光路徑(12)的測定單元(13)、配設於光路徑(12)的一端,用以將光線射出至光路徑(12)內的光源(14)、配設於光源(14)的側面,且從光源(14)的前端沿著光源(14)的光軸(X)之光射出方向(X1)的後方,作為參照光而檢測出從光源(14)射出的光線的第1光檢測器(15)、及配設於光路徑(12)的另一端,作為光吸收測定用而檢測出從光源(14)射出的光線的第2光檢測器(16)。
Description
本發明係關於依據吸光測定法(Absorptiometry)的原理,用以測定氣體濃度的濃度測定裝置。
先前,作為此種的濃度測定裝置,公知有藉由對具備氣體流路的測定單元射入所定波長的光線,利用光檢測器檢測出通過測定單元內時承受氣體所致之吸收的光線以測定吸光度,適用朗伯-比爾定律(Lambert-Beer law)而根據吸光度運算出氣體的濃度的濃度測定裝置(例如專利文獻1、2、3等)。
又,也公知有為了提升測定精度,讓射入至測定單元前的光線的一部分分歧且作為參照光檢測出該光線,修正入射光的劣化等所致之吸光度運算值的誤差的濃度測定裝置(例如專利文獻3、4等)。
圖1係揭示先前之濃度測定裝置的一例。光源1係包含不同波長的發光元件1a、1b,從各發光元件1a、1b射出之光線L1、L2係在合波模組2的半反射鏡2a合波,透過光纖3a送至分歧模組4,以分歧模組4的半反射鏡4a分成參照光Lr與吸光度測定用的光線Lm。參照光Lr利用用以檢測出參照光的第1光檢測器5檢測。吸光度測定用的光Lm透過光纖3b射入至測定單元6。於測定單元6的內部,透過流入口6a及流出口6b流動氣體G。測定單元6係於一端側設置光透光窗6c,於另一端側設置光反射膜6d。圖中,符號7表示球透鏡,符號8表示光纖連接器。透過光透光窗6c而射入至測定單元6內的光線Lm係在光反射膜6d反射,反射光Lmb再次透射光透光窗6c,透過光纖3b送至分歧模組4,在半反射鏡4a反射而送至第2光檢測器9。於測定單元6內承受氣體G所致之吸收的光Lmb係被分歧模組4的第2光檢測器9檢測出,用於吸光度的運算。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開WO2016/017122號
[專利文獻2]國際公開WO2014/181527號
[專利文獻3]國際公開WO2018/021311號
[專利文獻4]國際公開WO2017/029791號
[發明所欲解決之課題]
但是,於先前的濃度測定裝置中,為了在使來自光源的光線射入至測定單元之前以分歧器分歧,以光纖連接光源與分歧模組與測定單元,光線通過光纖時會衰減,因此並不理想。又,此種的濃度測定裝置也有小型化的請求。
因此,本發明的主要目的係提供不使用光纖,可小型化的濃度測定裝置。
[用以解決課題之手段]
為了達成前述目的,本發明的一樣態的濃度測定裝置,具備:測定單元,係具有氣體流路和與前述氣體流路交叉的光路徑;光源,係配設於前述光路徑的一端,用以將光線射出至前述光路徑內;第1光檢測器,係配設於前述光源的側面,且從前述光源的前端沿著前述光源的光軸之光射出方向的後方,作為參照光而檢測出從前述光源射出的光線;及第2光檢測器,係配設於前述光路徑的另一端,作為光吸收測定用而檢測出從前述光源射出的光線。
依據本發明的一樣態,前述測定單元,係具備:測定單元本體,係具有構成前述光路徑之一部分的貫通孔與前述氣體流路;及射入側構件,係於前述貫通孔之一方的開口部隔著第1透光窗連接於前述測定單元本體,具備前述光源及前述第1光檢測器;前述射入側構件具備第1凹部;前述光源配設於前述第1凹部的底部;前述第1光檢測器,係埋設於前述第1凹部的側壁內。
又,依據本發明的一樣態,前述第1光檢測器,係以傾斜面向前述光源的光軸之方式,固定於前述射入側構件。
又,依據本發明的一樣態,前述測定單元,係具備於前述貫通孔之另一方的開口部隔著第2透光窗連接於前述測定單元本體,具備前述第2光檢測器的檢測側構件;前述檢測側構件,係具備與前述貫通孔一起構成前述光路徑之一部分的第2凹部;前述第2光檢測器配設於前述第2凹部的底部;前述檢測側構件,係更具備存在於前述第2光檢測器與前述第2透光窗之間的聚光透鏡;前述聚光透鏡與前述光源的距離為15mm以下。
又,依據本發明的一樣態,前述光源包含波長不同的複數發光元件。
又,依據本發明的一樣態,前述複數發光元件,係包含波長230nm~320nm的前述發光元件,與波長520nm~680nm的前述發光元件。
又,依據本發明的一樣態,各前述複數發光元件的光軸,係以朝向1個前述第2光檢測器,從前述複數發光元件發出之光線利用前述第2光檢測器受光之方式構成。
[發明的效果]
依據本發明,藉由設為前述第1光檢測器在前述光源的側面且後方檢測前述光源之光線的構造,可縮短前述光源及前述第1光檢測器與前述氣體流路的距離,可不使用光纖而讓前述測定單元小型化。
針對本發明的濃度測定裝置的第1實施形態,以下參照圖2及圖3進行說明。
參照圖2及圖3,濃度測定裝置10具備:具有氣體流路11和與氣體流路11交叉的光路徑12的測定單元13、配設於光路徑12的一端,用以將光線射出至光路徑12內的光源14、配設於光源14的側面,且從光源14的前端14a沿著光源14的光軸X之光射出方向X1的後方(圖2的箭頭Y方向),作為參照光而檢測出從光源14射出的光線的第1光檢測器15、及配設於光路徑12的另一端,作為光吸收測定用而檢測出從光源14射出的光線的第2光檢測器16。
測定單元13具備用於光路徑12的貫通孔17、具有氣體流路11的測定單元本體18、具備光源14及第1光檢測器15的射入側構件19。射入側構件19於貫通孔17之一方的開口部17a隔著第1透光窗20連接於測定單元本體18。射入側構件19藉由螺絲21固定於測定單元本體18。
氣體流路11係一端開口為氣體流入口11a,另一端開口為氣體流出口11b,在圖示例中直線狀地貫通測定單元本體18。測定單元本體18藉由不鏽鋼等具有優良耐蝕性的材料形成。第1透光窗20可理想地使用機械、化學穩定的藍寶石玻璃,也可利用其他穩定的材料,例如石英玻璃等。
射入側構件19具備隔著第1透光窗20而與貫通孔17光學上連通,構成光路徑12之一部分的第1凹部22。亦即,貫通孔17與第1凹部22係以光線可透過第1透光窗通過之方式綿延。光源14配設於第1凹部22的底部。
光源14可理想地使用發光二極體、雷射二極體等的發光元件。圖示例的光源14係為覆蓋LED元件的封止樹脂呈砲彈型之所謂砲彈型發光二極體。導線23從射入側構件19的底孔24拉出。第1光檢測器15及第2光檢測器16可使用光二極體、光電晶體等的光感測器。
第1光檢測器15係埋設於第1凹部22內的側壁22a,理想為埋設於第1凹部22內的側壁22a的底側端部。第1光檢測器15以第1光檢測器15的光軸Z與光源14的光軸X成為非平行之方式固定於射入側構件19。
第1光檢測器15係嵌入於在傾斜方向貫穿設置於射入側構件19的安裝孔19b而埋設固定。射入側構件19的安裝面成為傾斜面19c。第1光檢測器15具備使來自光源14之光線聚光的透鏡15b。透鏡15b以其一部分從第1凹部22的側壁22a向內側超出之方式突出配置。
檢測側構件27連接於測定單元本體18。第2光檢測器16係組入於檢測側構件27。檢測側構件27係於貫通孔17之另一方的開口部17b隔著第2透光窗28連接於測定單元本體18。檢測側構件27係具備第2凹部27a,第2光檢測器16配設於第2凹部27a的底部。在第2光檢測器16與第2透光窗28之間存在聚光透鏡29。聚光透鏡29與光源14的距離L1為15mm以下。第2凹部27a係隔著第2透光窗28而與貫通孔17光學上連通,構成光路徑12之一部分。檢測側構件27藉由螺絲30固定於測定單元本體18。
光路徑12係藉由第1凹部22、第1透光窗20、與氣體流路11交叉的貫通孔17、第2透光窗28、具備聚光透鏡29的第2凹部27a構成。從設置於第1凹部的光源14射出的光線係通過第1透光窗20、與氣體流路11交叉的貫通孔17、第2透光窗28、與氣體流路11交叉的貫通孔17、第2透光窗28、第2凹部27a內的聚光透鏡29,藉由第2光檢測器16檢測出,並且一部分的光線藉由第1光檢測器15檢測出。
藉由第1光檢測器15及第2光檢測器16所檢測出的檢測訊號光被送至控制部31。控制部31係控制供給至光源14的電流,並且具備藉由公知的電流-電壓轉換電路,作為電壓而測定第1光檢測器15及第2光檢測器16的輸出的測定電路31a。又,控制部31可具備記憶以測定電路31a測定之測定值的資料記錄器31b、運算濃度計算及修正處理的電腦31c等,可依據以測定電路31a測定的測定值,進行濃度計算處理及修正處理。再者,適用朗伯-比爾定律而運算氣體的濃度的方法、將該運算值使用參照光來修正的方法等為公知,故省略詳細說明。前述構造的濃度測定裝置可發揮以下所述的作用效果。
光源14及第1光檢測器15係不使用光纖,直接安裝於測定單元13,故沒有光纖之光的衰減。
第1光檢測器15係藉由設為在光源14的側面且後方(圖1的箭頭Y方向)檢測光源14之光線的構造,可縮短光源14及第1光檢測器15與氣體流路11的距離,可小型化測定單元13。
第1光檢測器15係藉由埋設於射入側構件19的第1凹部22的側壁22a內,不用為了第1光檢測器15而增加第1凹部22的內部空間,有助於測定單元13的小型化。
構成光源14的發光二極體一般來說有指向角。第1光檢測器15即使配置於光源14的指向角的範圍外,也有一定量的強度的光線出現於光源14的後方,可作為參照光而檢測出其。又,可藉由透鏡15b將光線聚集於第1檢測器15。
第1光檢測器15係光軸Z與光源14的光軸X為非平行,對於光源14的光軸X傾斜地安裝。如此藉由設為傾斜地安裝第1光檢測器15的構造,相較於將第1光檢測器15與光源14各個光軸成為平行之方式並排配置的狀況,可小型化安裝之處的射入側構件19,不需要配設半反射鏡,可小型化測定單元13整體。
藉由僅使第1光檢測器15的透鏡15b的一部分突出於第1凹部22內的構造,可不增加構成光路徑12的一部分之第1凹部22的空間,讓來自光源14的參照光聚光,可小型化測定單元13。
在第1實施形態的濃度測定器中,揭示以1個發光元件構成光源14的範例,可預先知道所測定的臭氧的大略的濃度,作為光源14,使用波長230nm~320nm,例如300nm的LED元件。
接著,針對本發明的濃度測定裝置的第2實施形態,以下參照圖4進行說明。再者,對於與前述第1實施形態相同或類似的構造部分附加同符號。圖4係中央縱剖面側視圖,對應第1實施形態的圖3的剖面圖。第2實施形態的中央縱剖面前視圖係與第1實施形態的圖2幾乎相同,故省略圖示。
參照圖4,在第2實施形態的濃度測定裝置中,光源14具備波長不同的2個發光元件14a、14b。發光元件14a、14b的各光軸Xa、Xb係以朝向1個第2光檢測器16的中心部(半導體晶片16a的中心部),從發光元件14a、14b發出之光線利用第2光檢測器16受光之方式構成。
於圖示例中,光源14之一方的發光元件14a係為波長230nm~320nm,另一方的發光元件14b係為波長520nm~680nm。該2種類的波長適合臭氧氣體的濃度測定。也就是說,臭氧氣體係在高濃度區域中600nm附近有吸收的尖峰,在低濃度區域中255nm附近有吸收的尖峰。因此,藉由設置2種類之波長的發光元件14a、14b,可測定高濃度區域及低濃度區域之臭氧氣體的濃度。第1光檢測器15及第2光檢測器16使用對發光元件14a、14b的各個波長具有感受性的光感測器。可因應應測定之氣體的特性,選擇各發光元件14a、14b的波長,也可設置不同波長之3以上的發光元件。
本發明並不限定解釋於前述實施形態,於不脫離本發明之趣旨的範圍中可施加各種變更。
10:濃度測定裝置
11:氣體流路
11a:氣體流入口
11b:氣體流出口
12:光路徑
13:測定單元
14:光源
14a:發光元件
14b:發光元件
15:第1光檢測器
15b:透鏡
16:第2光檢測器
17:貫通孔
17a:開口部
18:測定單元本體
19:射入側構件
19c:傾斜面
20:第1透光窗
21:螺絲
22:第1凹部
22a:側壁
24:底孔
27:檢測側構件
27a:第2凹部
28:第2透光窗
29:聚光透鏡
30:螺絲
31:控制部
31a:測定電路
31b:資料記錄器
31c:電腦
G:氣體
L1:距離
X:光軸
X1:光射出方向
Z:光軸
[圖1]揭示先前之濃度測定裝置的概略構造圖。
[圖2]揭示本發明的濃度測定裝置之第1實施形態的中央縱剖面前視圖。
[圖3]揭示圖2的濃度測定裝置之要部的中央縱剖面前視圖。
[圖4]揭示本發明的濃度測定裝置之第2實施形態的中央縱剖面前視圖。
10:濃度測定裝置
11:氣體流路
11a:氣體流入口
11b:氣體流出口
12:光路徑
13:測定單元
14:光源
14a:發光元件
15:第1光檢測器
15b:透鏡
16:第2光檢測器
17:貫通孔
18:測定單元本體
19:射入側構件
19b:安裝孔
19c:傾斜面
20:第1透光窗
21:螺絲
22:第1凹部
22a:側壁
23:導線
24:底孔
27:檢測側構件
27a:第2凹部
28:第2透光窗
29:聚光透鏡
30:螺絲
31:控制部
31a:測定電路
31b:資料記錄器
31c:電腦
G:氣體
X:光軸
X1:光射出方向
Y:方向
Z:光軸
Claims (7)
- 一種濃度測定裝置,其特徵為具備: 測定單元,係具有氣體流路和與前述氣體流路交叉的光路徑; 光源,係配設於前述光路徑的一端,用以將光線射出至前述光路徑內; 第1光檢測器,係配設於前述光源的側面,且從前述光源的前端沿著前述光源的光軸之光射出方向的後方,作為參照光而檢測出從前述光源射出的光線;及 第2光檢測器,係配設於前述光路徑的另一端,作為光吸收測定用而檢測出從前述光源射出的光線。
- 如請求項1所記載之濃度測定裝置,其中, 前述測定單元,係具備: 測定單元本體,係具有構成前述光路徑之一部分的貫通孔與前述氣體流路;及 射入側構件,係於前述貫通孔之一方的開口部隔著第1透光窗連接於前述測定單元本體,具備前述光源及前述第1光檢測器; 前述射入側構件具備第1凹部; 前述光源配設於前述第1凹部的底部; 前述第1光檢測器,係埋設於前述第1凹部的側壁內。
- 如請求項2所記載之濃度測定裝置,其中, 前述第1光檢測器,係以傾斜面向前述光源的光軸之方式,固定於前述射入側構件。
- 如請求項2或3所記載之濃度測定裝置,其中, 前述測定單元,係具備於前述貫通孔之另一方的開口部隔著第2透光窗連接於前述測定單元本體,具備前述第2光檢測器的檢測側構件; 前述檢測側構件,係具備與前述貫通孔一起構成前述光路徑之一部分的第2凹部; 前述第2光檢測器配設於前述第2凹部的底部; 前述檢測側構件,係更具備存在於前述第2光檢測器與前述第2透光窗之間的聚光透鏡; 前述聚光透鏡與前述光源的距離為15mm以下。
- 如請求項1至4中任一項所記載之濃度測定裝置,其中, 前述光源包含波長不同的複數發光元件。
- 如請求項5所記載之濃度測定裝置,其中, 前述複數發光元件,係包含波長230nm~320nm的前述發光元件,與波長520nm~680nm的前述發光元件。
- 如請求項5或6所記載之濃度測定裝置,其中, 各前述複數發光元件的光軸,係以朝向1個前述第2光檢測器,從前述複數發光元件發出之光線利用前述第2光檢測器受光之方式構成。
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