TW459133B

TW459133B - Multi-component gas analyzer having cassette-type light path system

Info

Publication number: TW459133B
Application number: TW090107820A
Authority: TW
Inventors: Shih-Yi Chang
Original assignee: Oriental System Technology Inc
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2001-10-11
Also published as: US6661011B2; US20020139934A1

Description

45 9 1 3 3 五、發明說明（1) 發-明之領域本發明係有關於一種具有+商式朵 t體（此後簡稱多氣體或多種氣體）分析儀、，、特之多^匕合物 =、及系統化且不需任何移動件即可同時種體之多氣體分析儀。 1測多種氣置技術之描诚現代人類之生活環境由於人口之密集以及工業化，化所造成之空氣污染影響人類之身體健 =商二界人士廣泛的注意。人類生活環境中之空氣品空氣文到π杂的程度如何？受到污染的空氣中有哪地β 害於人類身體健康之氣體？以及這些有害於人類一疋氣體其含量有多少？這些問題有賴.於精密且可靠之； :來量測。由於政府機關對空氣污染政策之強制執行，我 =空氣品質的領域中，對室内空氣品質以及汽機車排氣 $卓一氣體或多種氣體之量測儀器便有高度的要求。其 1需要量測之氣體計有二氧化碳（c〇2)、碳氮化合物… ）_以及氧化奴（c〇)等等。在諸多量测儀器中’量測化·些氣體之方法有多種，目前以「非分散式紅外線光譜量 j法」（此後簡稱為Ndir，n〇ndiSpersive infrared)最為普遍。 + NDIR係利用氣體對紅外線（此後簡稱IR， infrared)光 2之選擇性吸收原理’每一種氣體基本上在某特定的波長範圍有一個或多個不同的IR吸收特性。對應於某一特定波

第7頁 459133 五、發明說明（2) 長之氣體，其對某一頻率下之IR光之吸收強度係直接與該氣體之濃度有關。這種氣體吸收原理稱為畢爾-蘭伯定律 (Beer-Lambert Law)。如圖1所示，根據這項定律’一氣體對IR之吸收強度係與該氣體之濃度和光路徑長度成正比，如令 A=氣體對IR之吸收強度（absorbance)，係取原始入射光與經吸收後的光強度比值，再取對數而得。氣體對 IR 之吸收係數（absorption coefficient) C=氣體之漠度（concentration) L=氣體吸收iR所經之總光路徑（light path)長度則其間之關係為

A=K X C X L 如圖1所示，理想上該氣體對IR之吸收強度與該氣體之濃度係成直線關係，但實際上之情況皆有偏差而呈非線性關係’並且，光學密度（optical density)越高，其偏差的程度越大，其中光學密度係指濃度C和光路徑長度l之乘積（C X L)。為降低此偏差值以提高系統量測之精確度 (accuracy)，系統之設計者需選擇一光學密度之最佳值，亦即’對濃度（C)較高或吸收性較強之氣體，其光路徑需選擇較短者，反之，對濃度較低或吸收性較弱之氣體，其光路徑需選擇較長者。因此，若要設計一氣體分析儀能同時量測多種氣體，則必須能夠選擇使甩多種不同的光路長度，以延長儀器的可量測動態範圍。另外’每一特定氣體所能吸收IR之頻率範圍皆為—

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，。因此，對應於此-頻率範圍皆需某 (來過遽並選取單一特定頻率之以，然後! = 1 測器（SenSQI°來感測其光強度（1 ight intend)之變 =。也有將濾光片和感測器結合成一偵檢器（detect〇者。本發明案所引述之第—習知技術為如圖2所示美國專利第5,222,389號之一多光路氣腔（_1衍_^心1^1以3 sample chamber)。如圖2所示，該項第一習知技術之特徵為一長圓筒形空心導光管之周圍2〇2上含有複數個偵檢器 (detector) 206、208、和21〇 ,各裝設在複數個偵檢器口 (detector port) 212、214、和216上，且在出光口之一端上亦設置一偵檢器21 8。這些偵檢器係用來同時量測多種氣體以因應前述之基本原珲，亦即吸收性較強之氣體需選擇較短之光路徑’反之，對吸收性較弱之氣體需選擇較長之光路徑。唯該第一習知技術實際上並無法達到預期的效果，其理由如下： 1. 導光管之周圍202上所設置之偵檢器20 6、208、和210 其所接收到之IR如圖2中之箭頭所示皆為呈斜角之入射光，而因垂直入射於偵檢器之入射面（incident surface)時其效果最好，故此呈斜角之入射光會影響設置於偵檢器中之濾光片（f i 1 ter)之輸出頻率之正確性。 2. 由於入射光呈斜角，入射光之強度即減弱，故輸出之

第9頁 459133 五、發明說明（4) 信號/雜訊比值則降低。本發明案所引述之第二習知技術為如圊3所示美國專利第4，914，719號之一多化合物氣體分析儀（multiple component gas ana 1 yzer )。如圖3所示，該氣體分析儀包含可以產生光束之一紅外光源（infrared source) 300、一光學吸收腔（optical absorption chamber) 302、三個分光器（beam splitter) 304、306、308、四個债檢器 (detector) 310、312、314、316、四個濾光片（fiiter) 320、322 '324、326。該光束穿越該光學吸收腔3〇2而被導入該等連串之分光器304、306、308，緊接著被這些分光器304、30 6、308反射且分別偏向（deflected)導引至偵檢器（detector) 310、312、314上，其中一路穿透該等連串之分光器304、306、308之光束則經由濾光片326而打入偵檢器316内。又’每一濾光片320、.322、324、326皆各對應於一特定之不同的頻率範圍。唯該第二習知技術實際上並無法達到延長動態範圍的效果’因為其光路徑之長度僅為該唯一光學吸收腔3〇2之長度，而無法選擇使用多種不同的光路長度以搭配不同之氣體濃度。其結果之狀況舉例如下： 1.若較高濃度之氣體選擇使用較長之光路長度，根據前述之畢爾-蘭伯定律，氣體之吸收強度就會相當局，這會導致氣體對IR之吸收會較易達到飽和，使得感測器中能量測到的光強度十分微弱。 2·若較低濃度之氣體選擇使用較短之光路徑長度’根據

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月案所引述第三習知技術為如®uu：) m 一 I 國專利第5, 773, 828號之一氣體分柄彳=如圖4U)所不美如圖4(a)所示A铉筮=羽,刀析儀（gas anaiPer)。 Ψ ^ m ' 1 " 7" σ技術之十多個實施例中之第1 實施例’忒氣體为儀為—「雙氣體分析儀」，其中一長度 mffiKba(N(U「氣體量測光學吸收腔」4〇3 和一長度L1約為1 mm之二氧化碳（c〇2)厂氣體量測光學吸收腔」407係經由一氣體通道421而相通者。一設置於光源 401附近之滤光片440係做為「穿透和反射」之裝置，用來光譜分光（spectrally diffracting) — IR之特定波長。由光源發出之紅外線（IR ) A以其一特定之波長λ 2穿透濾光片（band pass f i 11er) 440而成為A2，在此一端設覃有一 Ν 〇χ偵檢器405，而以其一特定之波長λΐ自遽光片（band

Pass filter) 440反射而成為A1，在此一端設置有一 C02 偵檢器409。依此裝置’兩種不同的氣體N0X和〇02可藉由經

L--- 第11頁 459133 五、發明說明（6) 一通道4 21而使相通之兩種不同長度L2、L1之「氣體量夠光學吸收腔」403、407來量測。圖4(b)所示為該第三習知技術之十多個實施例中之第 4實施例。如圖4(b)所示，另一設置於「氣體量測光學吸收腔」40 3和NOx偵檢器405間之濾光片444亦係用來光譜分光另一 IR之特定波長以做為「穿透和反射」之裝置。由穿透?慮光片_4 40而來之紅外線（ir) A2以其一特定之波長入4 穿透帶通濾光片444而成為A4，在此一端設置有一NOx偵檢器405，而以其一特定之波長人3自濾光片444反射而成為 A3，在此一端設置有一S〇2氣體偵.檢器412。為增進s〇2氣嫂谓檢器412量測S〇2氣體之靈敏度（sensitivity)，在該第二習知技術之本實施例中，除了加設一通氣道4 2 5使氣體之流通更順暢之外，又增加一長度為L3之「氣體量測光學吸收腔」423，使量測s〇2氣體之光路徑由£2增為L2 + L3。如圖4 (c )所示為該第三習知技術之十幾個實施例中之第7實施例。如圖4(c)所示，為了增加一氧化碳（c〇)氣體之量測’又增加一長度為L4之「氣體量測光學吸收腔」 477，一濾光片442，以及一C0氣體偵檢器441。唯該第三習知技術雖然可按照欲量測氣體之濃度搭配適當之光路徑長度，但卻有以下列未臻完善之處： 1.光路徑之延長以及氣體之流通缺乏有系統之規劃，故「^體量測光學吸收腔」之延伸及通氣道之開闢顯得枝節橫生，凌亂無章，不但佔空間，且氣體之分佈不易均勻。

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故光路徑延長後其五、發明說明（7) 2.分光之比例固定而無法彈性調節光強度會衰減。發明概耍針對以上三種習知技術未綠完善之處，本發明的目的之-在提供n统規劃之卡mm可㈣測氣體之濃度系統化地加以叠積來搭配適當之光路徑以提高氣體量測之靈敏度，其不但結構緊密（c〇m \- 形狀整齊劃一，大量空間，易於小型 ) 式，且易於製造並可降低成本。本發明的另一目的在提供整體化卡匣式之流導氣體光學吸收腔，透過疊積之每一卡匣卡渖而加二& f 卞匣兩側面所設置之葙數個導氣孔使氣體有效地、均句地暢通。％本發明的又一目的在提供一光學折疊系統中可調節分光比例之半中空式分光鏡。習知技術中穿透部八分光在本發明中改採直接穿越的方式直接穿越分光鏡1 空部分’大大地降低光強度之衰減率，而其分光之藉調整其中空部分及反射部分之比例來達成，藉分光比之調整以調節各個卡匣式光學吸收腔，使其經分光強度保持在合理的範圍内。為達到上述目的，本發明提供—種具有卡匣式 (cassette type)光路系統之多化合物氣體分析至少-個卡以⑽伽），每—該切包括有統、一光路系統 '一光學折疊系統、和一紅外線偵檢系

第13頁 •45 913 3 五、發明說明（8) 統。光源系統，包含一紅外線光源和一用來提供輪入紅外線平行光束之聚光拋物面鏡（reflector)。光路系統包含 ---IE、一光學吸收腔（absorption chamber)和一組反射凹面鏡（concave mirror)，其中該卡匣設置有一含複數個導氣孔（aperture)之導氣孔組交錯相對配置於該卡匣之表面上，且每一導氣孔組四周為一〇-形環所包圍以做為層層疊積之卡匣間密封氣體之用，該等導氧孔組用來均勻分佈地通入之待測氣體化合物，且該卡匣設置有輸入紅外線之進氣口（inlet)及輸出紅外線之排氣口（outlet)，而該光學吸收腔係用來導引待量測之氣體化合物且提供氣體化合物與紅外線接觸並延長光路（light path)之空間，而在該光學吸收腔之内壁筠塗上高反射性鍍膜，又該組反射凹面鏡係交錯相對配置於該光學吸收腔之兩侧，用來做紅外線之導引、延長光路以及提供輸出紅外線之平行光束。光學折疊系統（optical folding system)，包含一分光鏡 (beam spl i tter)和一用來導引紅外線至下一卡匣之偏向器（deflect or)，其中該分光鏡和該偏向器之光路經過之表面均塗上高反射性鑛膜。該分光鏡為一半中空式分光鏡其分為反射鏡部分和中空部分，並以此兩者分配之比例來調節分光比例11紅外線摘檢系統（i n f r a r e d d e ΐ e c t i n g system)，係為一雙波段貞檢器（dual channel detector) ’ 包含一參考偵檢器（reference detector)和一實測偵檢器（measuring detector)，其中每一偵檢器含有一遽光片（filter)和一感測器（sensor)，而該參考偵檢

第14頁 45 9 1 3 3 五、發明說明（9) 器内之濾光片與實測偵檢器内之濾光片分別感應頻率接近但不同頻率之紅外線，故兩者為不同之濾光片，但該參考痛檢器内之感測器與貫測貞檢器内之感測器則完全相同。本發明之上述及其他目的、優點和特色由以下較佳實施例之詳細說明當可更加明白。較佳實施例之詳細說明如圖5所示’一種具有卡匣式光路系統（cassette type light path system)之多化合物氣體分析儀模組 (multi-gas component analyzer modu 1 e)500 包括一前處理系統（pretreatment system) 520、一氣體分析儀本體 600、信號處理系統（signal processing system)700、和一資料處理系統（data processing system) 540。前處理系統520包含一進氣口（gas inlet)522、一取樣探頭（sampling probe) 524、一過濾器（filter)526、一幫浦（pump)528和一導氣口（vent)532。前處理系統520係藉幫浦528通入欲量測之氣體，並以取樣探頭524對其進行取樣（sampling)、調整其溫度和溼度，且將懸浮在欲量測之氣體中之顆粒以過濾器526加以過濾，導氣口（vent)532 係用來平衡大氣壓力者。如圖6(a)所示，氣體分析儀本體600係用來將經由該前處理系統5 2 0而來之氣體加以分析。該氣體分析儀本體 600包括一外殼（housing)610、一光源系統620 ' —光路系統（light path system)630、一光學折疊系統（optical

笫15頁 459133 五、發明說明（10) folding system)670(圖6(a)中未顯示）、和一紅外線债檢系統（infrared detecting system)680(圖中未顯示）。外殼610包含一底盤（chassis)612、一上蓋614、一鎖緊件 616、和一基板（substrate)618。如圖6 (b )所示，光源系統6 2 0，包含一权外線光源6 212 和一用來提供輸入紅外線（i nf rared ray )平行光束之聚光拋物面鏡（reflector)624。如圖7(a)、7(b)和7(c)所示，光路系統（light path system) 630包含--匣外殼640、一光學吸收腔 (absorption chamber) 6 5 0 和一組反射凹面鏡（concave mirror) 660，該卡 E640 包含一第一面 641、第二面 642、一第一侧643、一第二側644、一第三侧645、和一第四侧 646，其中該卡匣外殼6 40各設置有一含複數個導氣孔 (aperture)之導氣孔組647交錯相對配置於該第一面641和第二面642上，且每一導氣孔組647四周為一 0~形環652所包圍以做為層層疊積之卡匣間密封氣體之用，該等導氣孔組647用來均勻分佈導体入之待測氣體化合物，又其中該第一側643具有一第一段653和一第二段6 5 4，而該第一侧 643之該第一段653處設置有輸入紅外線之進口 (ini et) 6 5 5、且在該第一側643之該第二段654處設置有輸出紅外線之出口（outlet)656，而該光學吸收腔650係用來導引待量測之氣體化合物且提供氣體化合物與紅外線接觸且延長光路（light path)之空間，且在該第一侧643、第二侧644、第三侧645、和第四側646之外侧各個設置若干

第16頁 459133 五、發明說明（π) · 鎖緊用之螺絲轂（screw boss)648，而該光學吸收腔650之内壁均塗上高反射性鍍膜。如圖8(a)、8(b)所示，該組反射凹面鏡66〇包含一第一凹面鏡662，一第二凹面鏡664，和一第三凹面鏡666，交錯相對配置於該卡匣640之第一側643和第二侧644，用來做紅外線之導引和延長光路以及提供輸出紅外線平行光束。如圖9所示，光學折疊系統670包含一分光鏡（beam splitter) 671和一用來導引紅外線由一卡g至下一卡臣之偏向器（deflector) 677，其中該分光鏡671和該偏向器 677之光路所經過之表面均塗上高反射性鍍膜。分光鏡677 為一半中空型之分光鏡’其鏡面有一部分為中空部而另一部分為反射面鏡，而該分光鏡之分光比例係按照該中空部之面積與反射面鏡之面積之比例而定。如圖1 0所示，紅外線偵檢系統680，係為一雙波段债檢器（dual channel detector)，包含一參考偵檢器 (reference detector) 682和一實測偵檢器㈧⑽叫“叫 detector)684，其中每一偵檢器含有一濾光片（fUter) (圖中未顯示）和一感測器（sensor)(圖中未顯示），而該參考偵檢器内之濾、光片與實測偵檢器内之濾光片分別感應頻率接近但不同頻率之紅外線，故兩者為不同之濾光片，但該參考偵檢器682内之感測器與實測偵檢器684内之感測器則完全相同。如圖11(a)、11 (b)所示，信號處理系統（signal

第17頁 459133 五、發明說明（12) processing system) 700，包誊用來切換偵檢器信號之多功器（mul tipi exer)702、用來放大信號之放大器 (ampli-f ier)704、用來將類比信號轉換成數位信號之類比/數值轉換器（A/D converter)706、用來分派任務和設定工作環境之微處理機（micr〇pr〇cess〇r)708、用來儲存參數之「可電抹除且可程式唯讀記憶儲存器」（EEPr〇M) 802、用來傳送資料之通訊系統（communication sy s t em )(圖中未顯示）、用來供應相關系統動力用之電源供應系統（power supply system)(圖中未顯示）、和用來指示功能狀態並顯示結果之顯示裝置（d丨sp丨ay apparatus) 8 04 ° 如圖5所示’資料處理系統54〇，用來將由信號處理系統7 0 0送來之資料加以分析、運算、並顯示出其結果。現在將本發明之卡匿式光路系統之多化合物氣體分析儀之作用原理說明如下： ,如圖5所示，將氣體導入氣體分析儀前需經由前處理统500之處理。百先，取樣探頭524將氣體取樣並藉幫浦 52=啟，而由進氣口 522將氣體導入。接著氣體經由過滤 f 濾除氣體中之懸浮微粒等雜質，並經溫度處理以體：之水分。接著如圖7(a)、7(b)、7(c)所示，經 •則處理系統500處理過之氣體由設置於卡匣外殼64〇之入之入氣孔632導入卡匣640之光學吸收腔650中， c二周圍設有用來密封取樣氣體之〇_形環652，使周延不潔軋體不會侵入。卡匣外殼640之第二面642上所設

第18頁 45 9 13 3 五、發明說明（13) 置之導氣孔組647用來將氣體流通之各個卡匣640，且導氣孔組647在第二層卡匣外殼6 40後，其在第一面641及第二面642上係以交錯配置之方式設置以使各層之卡匣外殼64〇之各光學吸收腔650内之氣體均勻分佈，氣體最後由設置於最後一層卡匣外殼640之第二面642上之出氣孔634導出。導氣孔組647可設置於不妨礙光路徑之任何卡匿外殼 640之第一面641和第二面642上之位置。其次，如圖8 ( a)及圖9所示’光束由光源6 2 2經聚光拋物面鏡624之聚光後射入分光鏡671。然後一部分光束經分光鏡671之中空部分672而由第一層之偵檢器進行檢測，而另一部分光束經分光鏡671之面鏡部分674反射至偏向器 677，然後再經由偏向器677之反射而入射到第二層之卡匿 640 ’依此次第類推至以後各層。而在每一層卡匡中，光束均次第經由第一凹面鏡662、第二凹面鏡664、及第三凹面鏡666之反射。再如圖11所示，光源系統620 (見圖6)中紅外光之輸入係經由微處理機708之控制提供一脈波（pUi se)8〇6並藉一切換開關808提供一切斷（of f)位置之黑暗背景光做標準以和接通（on)位置之明亮光做比較，使氣體分析儀之準確性不至於受到不同環境光之影響。另外，用來切換偵檢器信號之多功器（mill tipi exer)702係用來切換選擇用來量測溫度之熱變阻器（1^63：111丨&〇1〇 902、用來量測光強度之熱電元件 1 (Thermopile one) 904 和熱電元件2 (Therm〇pi'le two) 906、及用來量測電路偏差值之共同接地極（c〇mffl〇n)

第19頁 459133 五、發明說明（14) ------- 908 ° 本發明之卡匣式光路系統之多化合物氣體分析儀中每一卡E之光路長度均相同且為一定值，而用來量測某一氣體化合物之分析儀係根據其所需搭配之光路長度來決定需組合卡匣之數目。 ^本發明之卡匣式光路系統之多化合物氣體分析儀中該问反射性鑛膜（highly reflective coating)之材料為金 (gold)或鋅化硒（ZnSe)玻璃。、 '本發明之卡匣式光路系統之多化合物氣體分析儀中該分光鏡和該偏向器之材料為ABS樹脂或pC樹脂。 .在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體的實施例僅為了易於說明本發明之技術内容，而並非將本發明狹限制於該實施例，凡依本發明之精神及以下申請專利之情況所作種種變化實施均屬本發明之阁圖式簡單說明圖1表示根據畢爾-蘭伯定律（Beer-Lambert Law)所描述 —氣體對紅外線之吸收強度與該氣體濃度之關係曲線圖。圖2為第一習知技術中所引述美國專利第5, 222, 389號之多光路氣腔之結構及紅外線之傳播示意圖。圖3為第二習知技術中所引述美國專利第4, 914, 719號之多化合物氣體分析儀之結構及紅外線之傳播示意圖。圖4(a)、4(b)、4(c)分別表示第三習知技術所引述美國專利第5，7 ί 3，8 2 8號之一氣體分析儀中之3種實施例之結構示意圖。圖5為本發明之具有卡匣式光路系統（cassette type light path system)之「多化合物氣體分析儀模組」之立體圖。圖6(a)為本發明氣體分析儀之結構之立體圖。圖6 ( b )為本發明氣體分析儀内部之結構及其功能運作之立體圖。圖7(a)、7(b)、7(c)為本發明氣體分析儀内部之卡匣詰構立體圖。圖8(a)、8(b)各表示本發明氣體分析儀内部之卡匣結構之上部和下部及其光路徑之結構平面圖。圖9為本發明氣體分析儀内部之光學折疊系統之作用示意圖。圖1 0為本發明氣體分析儀内部之紅外線偵檢系統之雙波段

第21頁 ^59133 圊式簡單說明偵檢器之作用示意圖。圖11為本發明氣體分析儀内部之信號處理系統之作用示意圖。標號說明 202 空心導光管之周圍 206、208、210、218 偵檢器 212、214、216 偵檢器口 3 0 0 紅外光源 3 0 2 光學吸收腔 304、306、308 分光器 310、312、314、316 偵檢器 320、322、324、32 6 濾光片 4 0 1 光源 40 3、407 氣體量測光學吸收腔 405、409、412、441 偵檢器 421、425 導氣道 440 、 442 、 444 濾光片 477 氣體量測光學吸收腔 50 0 多化合物氣體分析儀模組 5 2 0 前處理系統 522 進氣口 524 取樣探頭 526 過濾器

第22頁圖式簡單說明 528 幫浦 532 導氣口 540 資料處理系統 600 氣體分析儀本體 610 外殼 612 底盤 614 上蓋 616 鎖緊件 618 基板 620 光源系統 622 紅外線光源 624 聚光拋物面鏡 63 0 光路系統 6 3 2 入氣孔 634 出氣孔 64 0 卡E外殼 6 41 第一面 642 第二面 643 第一侧 644 第二側 645 第三侧 646 第四側 647 導氣孔組 648 螺絲轂

第23頁 459133 圖式簡單說明 650 光學吸收腔 652 0-形環 653 第一段 654 第二段 655 紅外線之進口 6 56 紅外線之出口 660 反射凹面鏡組 6 6 2 第一凹面鏡 664 第二凹面鏡 666 第三凹面鏡 670 光學折疊系統 671 分光鏡 677 偏向器 680 紅外線偵檢系統 682 參考偵檢器 684 實測偵檢器 70 0 信號處理系統 704 放大器 70 6 類比/數值轉換器（A/D convertor) 708 微處理機 802 可電抹除且可程式唯讀記憶儲存器（EEPR0M) 804 顯示裝置 806 脈波 808 切換開關

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Claims

45913- 六、申請專利範圍 1. 一種具有卡匣式光路系統之多化合物氣體分析儀含有至少一個卡匣（Cassette)，每一該卡匣包括：一光源系統，包含一紅外線光源和一用來提供輸入紅外線（infrared ray)平行光束之聚光拋物面鏡 (ref lector)； —光路系統（light path system)，包含一卡匣外殼、一光學吸收腔（optical absorption chamber) 和一組反射凹面鏡（concave mirror)，該卡匣外殼包含一第一面、一第二面、一第一侧、一第二側、一第三側、和一第四桐，其中該卡匣外殼各設置有一含複數個氣孔（aperture)之氣孔組交錯相對配置於該第一面和第二面上’且每一氣孔組四周為一〇型環所包圍以做為層層疊積之卡匣間密封氣體之用，該等氣孔組用來均勻分佈通入之待測氣體化合物，又其中該第一侧具有一第一段和一第二段，而該第一侧之該第一段處設置有輪入紅外線之進氣口 (inlet)、且在該第一侧之該第二段處設置有輸出紅外線之排氣口（ on 11 e t )，而該光學吸收腔係用來導引待量測之氣體化合物且提供氣體化合物與紅外線接觸且延長光路（light path)之空間，且在該第一侧、第二侧、第三侧、和第四側之外側各設置若干鎖緊用之螺絲轂（screw boss)，而該光學吸收腔之内壁均塗上高反射性鍍膜，又該組反射凹面鏡包含一第一凹面鏡* 一第二凹面鏡，和一第三凹面

第26頁 '459133 ~^ " ...... .... ~ — ^' 六、申請專利範圍鏡，交錯相對配置於該光學吸收腔之第一側和第二· 侧，用來做紅外線之導引、延長光路以及提供輸出紅外線之平行光束； —光學折疊系統（optical folding system)，包含一分光鏡（beam splitter)和一用來導引紅外線至下 --^匣之偏向器（deflector)，其中該分光鏡和該偏向器之光路經過之表面均塗上高反射性鍵膜；以及紅外線Ί貞檢系統（infrared detecting system)，係為一雙波段偵檢器（dual channel detector)，包含一參考偵檢器（reference detector)和一實測價檢器（measuring detector)，其中每一該债檢器含有一濾光片（filter)和一感測器（sensor)，而該參考偵檢器内之濾光片與該實測偵檢器内之濾光片分別感應頻率接近但不同頻率之紅外線，故兩者為不同之濾光片，但該參考偵檢器内之該感測器與該實測偵檢器内之該感測器則完全相同。 2_如申請專利範圍第丨項所述之具有卡匣式光路系統之多 4匕0物观體分析儀，其中該分光鏡為一半中空型之分光鏡，其鏡面有一部分為中空部而另一部分為反射面鏡’而該分光鏡之分光比例係按照該中空部之面反射面鏡之面積之比例而定。〇 3.如申請專利範圚第丨項所述之具有卡匣式光路系統之. 化合物氣體分析儀，其中該每一卡匣之光路長度均相

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六'申讀專利範圍同且為一定值，而周來量測每一氣體化合物之分析係根據該氣體所需匹配之光路長度來決定氣體分所需組合卡匣之數目。％ 4.如申請專利範圍第3項所述之具有卡匣式光路系統之化合物氣體分析儀僅含一卡匣，故成為一「具有卡昆式光路系統之單一氣體分析儀」，用來量測一單—氣體，而該卡匣之大小係根據該氣體所需匹配之光路„ 度來決定。〜 5.如申請專利範圍第1項所述之具有卡匣式光路系統之多化合物氣體分析儀或第4項所述之具有卡匣式光路系統之單一氣體分析儀，其中該高反射性鍍膜'、 reflective Coating)之材料為由金（Au)、銀（Ag)、銘（A1)所構成族群中之一種。 6·如申請專利範圍第1項所述之具有卡匣式光路系統之多化合物氣體分析儀，其中該分光鏡之材料為鋅化硒夕 (ZnSe)玻璃。 7·如申請專利範圍第1項所述之具有卡匣式光路系統之多化合物氣體分析儀，其中該分光鏡和該偏向器之材料為由ABS樹脂或pc樹脂所構成之族群中之一種。 8.如申請專利範圍第1項所述之具有卡匣式光路系統之多化合物氣體分析儀或第4項所述之具有卡匣式光路系統之單—氣體分析儀’其中該氣孔組之配置係為可避、免妨礙光路之任何位置。 9. 一種具有卡匣式光路系統之多化合物氣體分析儀模組

459133 — -------—~~-. 六、申請專利範圍 (gas component analyzer module)包括· 一前處理系統（pretreatment system)，包含一進氣口 (gas inlet)、一取樣探頭（sampling probe)、一含有過濾片之過濾器（filter )、和一幫浦（pump)，用來吸入欲量測之氣體，並對其進行取樣 (sampling)、調整其溫度和溼度，且將懸浮在欲量測之氣體中之顆粒加以過濾；一氣體分析儀本體，用來將經由該前處理系統處理後之氣體加以分析，該氣體分析儀本體包括：一光源系統，包含一紅外線光源和一用來提供輪入紅外線（inf rared ray)平行光束之聚光撤物面鏡 (reflector)； . 一光路系統（light path system)，包含·—^匣外殼、一光學吸收腔（absorption chamber)和一組反射凹面鏡（concave mirror)，該卡匣外殼包含一第一面、第二面、一第一側、一第二側、一第三侧、和一第四側，其中該外殼各設置有一含複數個氣孔（a p e r t u r e)之氣孔組交錯相對配置於該第一面和第二面上，且每一氣孔組四周為一型環所包圍以做為層層疊積之卡匣間密封氣體之用’該等氣孔組用來均勻分佈通入之待測氣體化合物’又其令該第一侧具有一第一段和一第二段，而該第一側之該第一段處設置有輸入紅外線之進口（inlet)、且在該第一侧之該第二段處設置

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459l 3 /、、申請專利範圍有輸出紅外線之出.口（outlet)，而該光學吸收腔係用來導引待量測之氣體化合物且提供氣體化合物與紅外線接觸且延長光路（light path)之空間，且在該第一侧、第二侧、第三側、和第四侧之外側各個設置若干鎖緊用之螺絲轂（screw b〇ss) ’而該光學吸收腔之内壁均塗上高反射性鍍膜’又該組反射凹面鏡包含一第一凹面鏡，一第二凹面鏡，和一第三凹面鏡’交錯相對配置於該

光學吸收腔之第一側和第二侧，用來做紅外線之導引、延長光路以及提供輸出紅外線平行光束；光學折疊（optical folding system)系統，包含一分光鏡（beam splitter)和一用來導引紅外線由一卡匣至下一卡匣之偏向器（deflector )，其中該分光鏡和該偏向器之光路經過之表面均塗上高反射性鍍膜；及

一紅外線读檢系統（infrare(i detecting system)，係為一雙波段摘檢器（dual channel detector)，包含一參考偵檢器（reference detector)和一實測憤檢器（measuring detector)，其中每一偵檢器含有一 ί慮光片（filter)和一感測器（sensor)，而該參考偵檢器内之濾光片與實測偵檢器内之濾光片分別感應頻率接近但不同頻率之紅外線，故兩者為不同之濾光片，但該參考偵檢器内之感測器與實測偵檢器内之感測器則完全相同；

第30頁 459133 六、申請專利範圍一信號處理系統（signal processing system)，包含用來切換參考偵檢器（reference detector)和實測貞檢器（measuring detector)之類比多功器 (analog multiplexer)、用來放大信號之放大器 (amp 1 i - f i er)、用來將類比信號轉換成數位信號之A/D轉換器（a/J) converter)、用來分派任務、没疋工作環境、並執行部分數學運算之中央處理系統（cpu)、用來儲存參數之記憶儲存器（mem〇ry storage)、用來傳送資料之通訊系統 (communication system)、及用來指示功能狀態並顯示結果之顯示裝置（dispiay apparatus); 以及 10 一資料處理系統，用來將由信號處理系統送來之資料加以分析、運算、並顯示出其結果。 ί I Ϊ專f範圍第9項所述之具有+ ^式光路系統之 =口物氣體分析儀模組，其中該每一卡匣之光路長為一定值，而用來量測每一氣體化合物之刀斤儀係根據其所需匹配之光路長度儀模組所需組合卡！之數目。采决疋乳體/刀析 11. =申請專利範圍第1〇項所述之多化人铷名邮、，上 ^ '尤路系統之有卡析儀模組僅含一卡® ’故成為一「具單i i路系統之單一氣體分析儀」，用來量測一氣體’而該卡匣之大小係根據兮衰光路長度來決定。机體所需匹配之

45913 3 六、申請專利範圍 1 2.如申請專利範圍第11項所述之具有卡匣式光路糸單一氣體分析儀包括：、’ 一前處理系統（pretreatment system)，包含—進氣口 (gas inlet)、一取樣探頭（sampling pr〇be)、—含有過濾片之過濾器（filter)、和一幫浦（pump)，用來吸入欲量測之氣體’並對其進行取樣（samp I i ng)、調整其溫度和渥度’且將懸浮在欲量測之氣體中之顆粒加以過濾；一氣體分析儀本體，用來將經由該前處理系統處理後之氣體加以分析，該氣體分析儀本體包括：一光源系統’包含一紅外線光源和一用來提供輸入紅外線（infrared ray)平行光束之聚光拋物面鏡 (reflector)；一光路系統（1 ight path system)，包含·—^匣外殼、一光學吸收腔（absorpti〇n chamber)和一組反射凹面鏡（concave mirror)，該卡匣外殼包含一第一面、第二面、一第—側、一第二侧、一第三侧、和一第四侧，其中該外殼各設置有一含複數個氣孔（aperture)之氣孔組交錯相對配置於該第一面和第二面上，且每一氣孔組四周為一塑環所包圍以做為層層疊積之卡匣間密封氣體之用，該等氣孔組用來均勻分佈通入之待測氣體化合物’又其中該第一側具有一第一段和一第二段，而該第一侧之該第一段處設置有輸入紅外線

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之進口（inlet)、且在該第一側之該第二段處設置有輸出紅外線之出口（0ιιΐ16ΐ)，而該光學吸收腔係用來導引待量測之氣體化合物且提供氣體化合物與紅外線接觸且延長光路（Ught path)之空間，且在該第一側、第二側、第三侧、和第四側之外侧各個設置若干鎖緊用之螺絲轂（screw boss) ’而該光學吸收腔之内壁均塗上高反射性鍍膜，又該組反射凹面鏡包含一第一凹面鏡，一第二凹面鏡’和一第三凹面鏡，交錯相對配置於該光學吸收腔之第一侧和第二侧，用來做紅外線之導引、延長光路以及提供輸出紅外線平行光束；及 4 5 9 1 2 穴、貧导利範圍一紅外線债檢糸統（infrared detecting system)，係為一雙波段偵檢器（dual channel detector) ’包含一參考偵檢器（reference detector)和一實測偵檢器（measuring detector) ’其中每一偵檢器含有一濾光片 (filter)和一感測器（sensor)，而該參考债檢器内之濾光片與實測偵檢器内之濾光片分別感應頰率接近但不同頻率之紅外線，故兩者為不同之濾光片’但該參考偵檢器内之感測器與實測偵檢器内之感測器則完全相同；以及一信號處理系統（signal processing system)，包含用來切換參考偵檢器（reference detector)和實

第33頁 4 5 9 13 s 六、申請專利範圍測4貞檢器（measuring detector)之類比多功器 (analog multiplexer)、用來放大信號之放大器 (ampli-fier)、用來將類比信號轉換成數位信號之A/D轉換器（A/D converter)、用來分派任務、設定工作環境、並計算濃度之中央處理系統 (CPU)、用來儲存參數之記憶儲存器（memory storage)、及用來指示功能狀態並顯示氣體濃度結果之顯示裝置（display apparatus)。 13. 如申請專利範圍之第12項所述之具有卡匣式光路系統之單一氣體分析儀，其中該前處理系統包含一進氣口、一過濾片和一氣孔組，其係利用氣體之自然對流擴散（free convection and diffusion)來流入欲量測之氣體者。 14. 如申請專利範圍第9項所述之具有卡匣式光路系統之多化合物氣體分析儀或第12項之具有卡匣式光路系統之單一氣體分析儀，其中該高反射性鍍膜（highly reflective coating)之材料為由金（Au)、銀（Ag) ' 和鋁（A1)所構成族群中之一種。 15. 如申請專利範圍第12或第丨3項所述之具有卡匣式光路系统之單一氣體分析儀，其中該前處理系統中所含之過濾片之材質為活性碳（active carbon)。 16. 如申請專利範圍第丨2項所述之具有卡匣式光路系統之單一氣體分析儀，其令該氣孔組之配置係可避免妨礙光路之任何位置。

第34頁 4 5 9 13；：; 六、申請專利範圍 17·如申請專利範圍第9項所述之具有卡匣式光路系統之多化合物氣體分析儀，其中該分光鏡為一半中空型之分光鏡’其鏡面有一部分為中空部而另一部分為反射面鏡’而該分光鏡之分光比例係按照該中空舆反射面鏡之面積之比例而定。 18·如申請專利範圍第9項所述之具有卡匣式光路系統之多化合物氣體分析儀或第12項所述之具有卡匣式光路系統之單一氣體分析儀，其中該高反射性鍍臈 (highly reflective coaung)之材料為由金（Au)、 19 銀（Ag)、和鋁（A1)所構成族群中之一種。如申》青專利範圍第9項所述之具有卡匣式光路系統之 ^化合物氣體分析儀，其中該分光鏡之材料為鋅化硒 CZnSe)玻璃。 20. 21 ，申f專利範圍第9項所述之具有卡匡式光路系統之二物氣體分析儀，其令該分光鏡和該偏向器之材艸為由ABS樹脂或pC樹脂所構成族群中之一種。 J申:專利範圍第9項所述之具有卡匣式光路系統之系# ί氣體分析儀或第13項所述之具有卡匿式光路免妨i::氣f分析儀，其”氣礼組之配置係可避巧噪光路之任何位置。