專利名稱：紅外線氣體分析儀及紅外線氣體分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法，該紅外線氣體分析儀用以藉由量測對象氣體的紅外光射線吸收特性來檢測樣品氣體的量測對象成分的濃度。
本發(fā)明特別是涉及一種在利用具有極佳熱響應(yīng)性的光源的情況中能夠以簡單結(jié)構(gòu)執(zhí)行高精確性量測、且能夠以與紅外線光源相同的高速執(zhí)行ON/OFF操作的紅外線氣體分析儀以及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法。
背景技術(shù)：
圖7為顯示已知紅外線氣體分析儀的范例的方塊圖。如該圖中所示由紅外線光源1發(fā)射出的紅外光射線被分配單元2分成兩紅外光成分，藉此分別進(jìn)入?yún)⒖紗卧?及樣品單元4；未包含量測對象成分的氣體(如惰性氣體等)密封于參考單元3內(nèi)，而樣品氣體則經(jīng)分配而進(jìn)入樣品單元4。因此，在經(jīng)分配單元分配后，紅外光射線的兩紅外光成分僅其中之一(即在樣品單元4之側(cè))被量測對象成分吸收，接著抵達(dá)檢測器5。
檢測器5具有兩腔室以及一用以檢測氣體流量的流量傳感器53。該兩腔室包含一用以自參考單元3接收紅外光成分的參考側(cè)腔室51、以及一用以自樣品單元4接收另一紅外光成分的樣品側(cè)腔室52；該流量傳感器53設(shè)置于互相連接兩腔室的氣體散布路徑中；再者，包含與量測對象成分相同的成分的氣體密封于檢測器內(nèi)，且當(dāng)分別來自參考單元3及樣品單元4紅外光成分落在檢測器上時(shí)，受密封氣體的量測對象成分即吸收紅外光成分，之后，分別于參考側(cè)腔室51與樣品側(cè)腔室52內(nèi)的氣體便會(huì)歷經(jīng)熱膨脹。
因?yàn)樵趨⒖紗卧?內(nèi)部的參考?xì)怏w不包含量測對象成分，故不會(huì)發(fā)生通過參考單元3的紅外光成分被量測對象成分吸收的情形；且若樣品單元4內(nèi)部包含量測對象成分，則部份紅外光成分會(huì)被吸收，因此導(dǎo)致落在檢測器5的樣品側(cè)腔室52內(nèi)的紅外光成分的量值減少，因此在參考側(cè)腔室內(nèi)部的氣體比在樣品側(cè)腔室內(nèi)部的氣體具有較大的熱膨脹。紅外光射線受到旋轉(zhuǎn)遮光板6遮斷，旋轉(zhuǎn)遮光板6反復(fù)地遮斷及照射，且當(dāng)紅外光射線經(jīng)中斷時(shí)，紅外光成分若非落入?yún)⒖紓?cè)腔室51即落入樣品側(cè)腔室52，因此氣體不會(huì)膨脹。
因此，壓力差便根據(jù)樣品氣體的量測對象成分的濃度而周期性地在參考側(cè)腔室51與樣品側(cè)腔室52間產(chǎn)生，藉此使得氣體到達(dá)并通過設(shè)置于兩腔室間的氣體散布路徑。流量傳感器53檢測氣體行為，以期隨后訊號處理電路7可在AC電壓下將氣體行為放大，因而輸出對應(yīng)于量測對象成分的濃度的訊號。參考數(shù)字8表示用來驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)遮光板6的同步馬達(dá)，而參考數(shù)字9則表示用以調(diào)整分別落在參考單元3與樣品單元4的紅外光成分間的平衡的修整器。
如此，若樣品氣體的量測對象成分的濃度改變，則落在檢測器5(樣品側(cè)腔室52)上的紅外光成分的量值亦發(fā)生改變，因此可通過訊號處理電路7而獲得對應(yīng)于量測對象成分的濃度的輸出訊號。
如圖7所示的紅外線氣體分析儀，其紅外線光源1采用具有可克服各種不同問題(例如在光源處的不良熱響應(yīng)性、光源的波動(dòng)、漂移等)的結(jié)構(gòu)的陶瓷加熱器等。
亦即在使用旋轉(zhuǎn)遮光板來開/關(guān)紅外光射線時(shí)，發(fā)射自一共同光源的紅外光射線于分別落在樣品單元及參考單元前被分成兩紅外光成分，以便消除光源變化的效應(yīng)。
圖8為顯示具有極佳熱響應(yīng)性的紅外線光源的范例的方塊圖。圖8A為平面圖，而圖8B為沿圖8的A-A線切開的截面圖。如圖所示紅外線光源1建構(gòu)成使微橋形狀(micro-bridge-like shape)的燈絲12受支撐于在硅基板10上所形成的凹部11的上方。
燈絲12的平面形狀藉由形成多晶硅層14、隨后再藉由對該多晶硅層14施行線性圖案化來構(gòu)成，其中該多晶硅層14是在形成于硅基板10上的二氧化硅膜13的頂部高度摻雜硼。
接著，以分別形成于硅基板10的頂面及底面上的二氧化硅膜13為屏蔽，進(jìn)行非等向性濃度差蝕刻，來移除在燈絲12下方的一部份硅基板10，藉此形成凹部11；之后，在凹部上方設(shè)置微橋結(jié)構(gòu)，以支撐具線性形狀的燈絲12。
隨后，移除部份形成于多晶硅層14上的二氧化硅膜15，以形成電極16a及16b，并經(jīng)由電極16a及16b而將電流供應(yīng)至燈絲12，藉此令燈絲產(chǎn)熱，以放出對應(yīng)于產(chǎn)熱溫度的紅外線。
此處所述的紅外線光源1具有極佳的熱響應(yīng)性及高紅外線放射率(emissivity)，而同時(shí)可以高速進(jìn)行開/關(guān)操作，因此可利用簡單驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)；再者，當(dāng)利用一半導(dǎo)體制程來來制造該紅外線光源1時(shí)，可以大量生產(chǎn)為基礎(chǔ)而在低成本下制造出具有均勻性質(zhì)的高性能紅外線光源。
JP-A No.131230/2002[專利文件2]JP-B No.3174069[專利文件3]JP-A No.221737/2001發(fā)明內(nèi)容然而，若以上述的紅外線光源作為如圖7的已知結(jié)構(gòu)的分析儀，考慮紅外線光源的本質(zhì)，會(huì)有過多的非必要成分組件，以致于無法充份地獲得該光源的優(yōu)點(diǎn)。
再者，人們從未提出適用于上述紅外線光源的分析儀的結(jié)構(gòu)以及利用該析儀的量測方法。
因此，本發(fā)明的目的在于克服如前所述的已知紅外線氣體分析儀的缺點(diǎn)，并提供一種具有簡單結(jié)構(gòu)的紅外線氣體分析儀以及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法，其中該紅外線氣體分析儀在使用具備極佳熱響應(yīng)性的紅外光源時(shí)能夠進(jìn)行高精密度的量測，且能夠以高速施行開/關(guān)操作。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面是提供具有樣品單元的紅外線氣體分析儀，以藉由利用已通過樣品單元的紅外線吸收量的變化來檢測樣品氣體的量測對象成分的濃度，其中樣品氣體散布于樣品單元內(nèi)，且其中該紅外線氣體分析儀包含一第一紅外線光源，用來以紅外線照射樣品單元；一第二紅外線光源，具有與該第一紅外線光源相同的響應(yīng)特性；一檢測器，用以檢測自第一紅外線光源發(fā)射出且已通過樣品單元的第一紅外線與自第二紅外線光源發(fā)射出的第二紅外線間的差值；一光源驅(qū)動(dòng)控制器，用以同步地分別驅(qū)動(dòng)第一及第二紅外線光源；以及一量測控制器，用以在接收來自檢測器的輸出訊號時(shí)，將第一及第二紅外線光源的個(gè)別驅(qū)動(dòng)量的指令提供給光源驅(qū)動(dòng)控制器，藉此產(chǎn)生對應(yīng)于樣品氣體的量測對象成分的濃度的量測輸出。
本發(fā)明的第二方面為提供檢測樣品氣體的量測對象成分的濃度的紅外線氣體分析方法，其藉由利用已通過樣品單元的紅外線吸收量的變化來完成，其中樣品氣體散布于樣品單元內(nèi)，且其中該紅外線氣體分析方法包含以下步驟(1)以發(fā)射自第一紅外線光源的第一紅外線來照射樣品單元；(2)以發(fā)射自第二紅外線光源的第二紅外線來照射平衡側(cè)腔室，其中該第二紅外線光源具有與該第一紅外線光源相同的響應(yīng)特性；(3)在檢測自第一紅外線光源發(fā)射出且已通過樣品單元的第一紅外線與自第二紅外線光源發(fā)射出的第二紅外線間的差值時(shí)，同步地驅(qū)動(dòng)第一及第二紅外線光源；以及(4)產(chǎn)生對應(yīng)于樣品氣體的量測對象成分的濃度的量測輸出。
如此，藉由采用一種結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置有以第一紅外線來照射樣品單元的第一紅外線光源、以及具有與該第一紅外線光源相同的響應(yīng)特性的第二紅外線光源；在檢測已通過樣品單元的第一紅外線與第二紅外線間的差值時(shí)，同步地驅(qū)動(dòng)第一及第二紅外線光源，藉此產(chǎn)生對應(yīng)于樣品氣體的量測對象成分的濃度的量測輸出，即不再需要參考單元及旋轉(zhuǎn)遮光板，因此可實(shí)施在利用具有極佳熱響應(yīng)性的紅外線光源時(shí)能夠進(jìn)行高精確性量測、且能夠以高速執(zhí)行ON/OFF操作的紅外線氣體分析儀，以及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法。
另外，若將第二紅外線光源的驅(qū)動(dòng)量加以控制，使檢測器在量測操作時(shí)的輸出恒為零，以藉此獲得基于驅(qū)動(dòng)量差值的量測輸出，將可使得檢測器隨時(shí)被使用于其輸出訊號保持于微小值的范圍內(nèi)，藉此擴(kuò)大其量測范圍的動(dòng)態(tài)范圍。


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法的方塊圖；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法的方塊圖；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法的方塊圖；圖4顯示根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法的方塊圖；
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法的方塊圖；圖6顯示根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法的方塊圖；圖7顯示已知紅外線氣體分析儀的范例的方塊圖；以及圖8A及8B顯示具有極佳熱響應(yīng)性的紅外線光源的范例的方塊圖。
附圖符號說明1紅外線光源2分配單元3參考單元4樣品單元5檢測器6旋轉(zhuǎn)遮光板7訊號處理電路8同步馬達(dá)9修整器10硅基板11凹部12燈絲13二氧化硅膜14多晶硅層15b二氧化硅膜16a、16b電極21干擾單元51參考側(cè)腔室52樣品側(cè)腔室53流量傳感器54平衡側(cè)腔室101第一紅外光源102第二紅外光源
103第一光學(xué)傳感器104第二光學(xué)傳感器105第一驅(qū)動(dòng)訊號檢測器106第二驅(qū)動(dòng)訊號檢測器110光源驅(qū)動(dòng)控制器111第一光源驅(qū)動(dòng)器112第二光源驅(qū)動(dòng)器113同步控制器120量測控制器121零點(diǎn)調(diào)整訊號存儲器202第二紅外線光源204第二紅外線光源252樣品側(cè)腔室253流量傳感器254平衡側(cè)腔室具體實(shí)施方式
之后，將參照附圖來說明根據(jù)本發(fā)明的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法。
實(shí)施例1圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法的方塊圖。在圖1中，對應(yīng)于圖7中的部份以相同標(biāo)號來表示。標(biāo)號101，102分別表示具有極佳熱響應(yīng)性的第一及第二紅外線光源，例如先前參照圖8所述，且第一紅外線光源101經(jīng)由干擾單元21而以第一紅外線照射樣品單元4；再者，第二紅外線光源102以第二紅外線照射檢測器5的平衡側(cè)腔室54。在實(shí)施例中，檢測器5具有用以接收第二紅外線的平衡側(cè)腔室54，以取代已知參考側(cè)腔室51，且一流量傳感器53設(shè)置于連接用以經(jīng)由樣品單元4來接收第一紅外線的樣品側(cè)腔室52與平衡側(cè)腔室54的氣體散布路徑中。因此，檢測器5檢測通過樣品單元4的第一紅外線與直接落在檢測器5上的來自第二紅外線光源的第二紅外線間的差值；再者，第一及第二紅外線光源101，102各使用具有相同響應(yīng)性的紅外線光源。
標(biāo)號103，104分別表示第一及第二光學(xué)傳感器，其用以檢測分別發(fā)射自第一及第二紅外線光源101，102的個(gè)別紅外線量；標(biāo)號110表示光源驅(qū)動(dòng)控制器，其用以產(chǎn)生光源驅(qū)動(dòng)訊號，以藉此同步地驅(qū)動(dòng)第一及第二紅外線光源101，102；標(biāo)號120表示量測控制器，其用以將第一及第二紅外線光源101，102的個(gè)別驅(qū)動(dòng)量的指令提供給光源驅(qū)動(dòng)控制器作為光源控制訊號，并在接收來自檢測器5(流量控制器53)的輸出訊號后，產(chǎn)生對應(yīng)于樣品氣體的量測對象成分的濃度的量測輸出。
光源驅(qū)動(dòng)控制器110根據(jù)由例如以一預(yù)定循環(huán)傳遞的矩形波所構(gòu)成的光源驅(qū)動(dòng)訊號來驅(qū)動(dòng)第一及第二紅外線光源101，102，藉此同步地開/關(guān)第一及第二紅外線光源101，102。因此，當(dāng)?shù)谝患暗诙t外線光源101，102點(diǎn)亮?xí)r，對應(yīng)于第一與第二紅外線間的差值的壓力差即形成于檢測器5的個(gè)別腔室間；然而當(dāng)?shù)谝患暗诙t外線光源101，102熄滅時(shí)，并未形成壓力差。因此，流量傳感器53即產(chǎn)生對應(yīng)于樣品氣體的量測對象成分的濃度的輸出。
量測控制器120藉由利用第一及第二紅外線光源101，102的驅(qū)動(dòng)訊號(同步訊號)來執(zhí)行流量傳感器53的輸出的同步整流(rectification)，藉此輸出對應(yīng)于樣品氣體的量測對象成分的濃度的量測輸出。
之后，將依序說明量測控制器120對于第一及第二紅外線光源101，102的個(gè)別驅(qū)動(dòng)量的控制。
以紅外線氣體分析儀來實(shí)施校正操作(例如在量測操作前的零點(diǎn)(zero)調(diào)整、跨距(span)調(diào)整等)屬于一般性練習(xí)。在進(jìn)行用以將未包含量測對象成分的參考?xì)怏w(零點(diǎn)氣體)分配至樣品單元4的零點(diǎn)調(diào)整操作時(shí)，第一紅外線光源101的驅(qū)動(dòng)量調(diào)整至適合量測的數(shù)值，而第二紅外線光源102的驅(qū)動(dòng)量調(diào)整至使來自檢測器5的輸出訊號為零；同時(shí)，在進(jìn)行用以將具有已知成分濃度的參考?xì)怏w(跨距氣體)分配至樣品單元4的跨距調(diào)整操作時(shí)，量測電路的增益等經(jīng)調(diào)整至使量測輸出指示著一預(yù)定濃度值。
其次，在用以將樣品氣體分配至樣品單元4時(shí)，量測控制器120接收來自檢測器5(流量傳感器53)的輸出訊號，于是產(chǎn)生了對應(yīng)于樣品氣體的量測對象成分的濃度的量測輸出。
再者，量測控制器120接收第一及第二光學(xué)傳感器103，104的個(gè)別輸出，并于分別自第一及及第二紅外線光源101，102發(fā)出的紅外線的個(gè)別量值發(fā)生異常時(shí)產(chǎn)生警報(bào)(alarm)訊號。
如此，因采用具有極佳熱響應(yīng)性的第一及及第二紅外線光源101，102，可藉由波形呈矩形的驅(qū)動(dòng)訊號為媒介而直接打開/關(guān)閉紅外線，因此不再需要已知旋轉(zhuǎn)遮光板；再者，因可利用紅外線光源穩(wěn)定且具有相同響應(yīng)性的特性，故可令紅外線直接落在檢測器5的其中一光檢測室(平衡側(cè)腔室54)上，因此可利用一其中不須設(shè)置已知參考單元的簡單結(jié)構(gòu)來執(zhí)行高精確性量測。
實(shí)施例2圖2顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法的方塊圖。在圖2中，對應(yīng)于圖1中的部份以相同標(biāo)號來表示。以圖中所示的本實(shí)施例而言，在零點(diǎn)調(diào)整操作時(shí)須調(diào)整第二紅外線光源102的驅(qū)動(dòng)量，使得經(jīng)由樣品單元4而落在檢測器5的樣品側(cè)腔室52上的第一紅外線與直接落在平衡側(cè)腔室54上的來自第二紅外線光源102的第二紅外線間的差值變成零，且檢測器5(流量傳感器53)的輸出變成零，而在量測操作時(shí)須調(diào)整第二紅外線光源102的驅(qū)動(dòng)量，使檢測器5(流量傳感器53)的輸出亦變成零，由此基于驅(qū)動(dòng)量差值而獲得對應(yīng)于樣品氣體的量測對象成分的濃度的量測輸出。
尤其，在零點(diǎn)調(diào)整操作時(shí)，量測控制器120具有一用以儲存第二紅外線光源102的驅(qū)動(dòng)量的零點(diǎn)調(diào)整訊號存儲器121；且在量測操作時(shí)，該量測控制器120基于第二紅外線光源102的驅(qū)動(dòng)量差值，來檢測對應(yīng)于量測對象成分的第二紅外線的變化。
如此，若將第二紅外線光源102的驅(qū)動(dòng)量加以控制，使在量測操作時(shí)檢測器5(流量傳感器53)的輸出恒為零，以藉此基于驅(qū)動(dòng)量差值而獲得量測輸出，此將使得檢測器5(流量傳感器53)隨時(shí)被使用于其輸出訊號保持于微小值的范圍內(nèi)，藉此擴(kuò)大其量測范圍的動(dòng)態(tài)范圍。
實(shí)施例3圖3顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法的方塊圖。在圖3中，對應(yīng)于圖1中的部份以相同標(biāo)號來表示。圖中的本實(shí)施例顯示圖2中的光源驅(qū)動(dòng)控制器110的特殊結(jié)構(gòu)范例，其用以分別驅(qū)動(dòng)第一及第二紅外線光源101，102。標(biāo)號113表示同步控制器，其用以產(chǎn)生波形呈矩形的同步訊號；標(biāo)號111，112分別表示第一及第二光源驅(qū)動(dòng)器，其用以響應(yīng)同步訊號及來自量測控制器120的光源控制訊號，而產(chǎn)生待分別供應(yīng)至第一及第二紅外線光源101，102的光源驅(qū)動(dòng)訊號；而標(biāo)號105，106分別表示第一及第二驅(qū)動(dòng)訊號檢測器，其用以檢測待分別供應(yīng)至第一及第二紅外線光源101，102的個(gè)別光源驅(qū)動(dòng)訊號的大小，并將其分別回饋至第一及第二光源驅(qū)動(dòng)器111，112。
亦即，待供應(yīng)至第一及第二紅外線光源101，102的個(gè)別光源驅(qū)動(dòng)訊號的大小(電壓)，分別藉由第一及第二驅(qū)動(dòng)訊號檢測器105，106來加以檢測，以便接著將其分別回饋至第一及第二光源驅(qū)動(dòng)器111，112，以致第一及第二光源驅(qū)動(dòng)器111，112可根據(jù)個(gè)別大小的個(gè)別光源控制訊號而驅(qū)動(dòng)第一及第二紅外線光源101，102，其中個(gè)別大小的個(gè)別光源控制訊號對應(yīng)于由量測控制器120所強(qiáng)行加諸的光源控制訊號。
一般而言，需要供應(yīng)大電流以驅(qū)動(dòng)紅外線光源，且若第一及第二光源驅(qū)動(dòng)器111，112的準(zhǔn)確度不佳，或者電纜的電阻值等歷經(jīng)溫度變化的效應(yīng)，則由于驅(qū)動(dòng)電路的電阻值等的變化，并無法以高精確性來驅(qū)動(dòng)紅外線光源；然而，若采用圖中所示的結(jié)構(gòu)，第一及第二紅外線光源101，102可以高精確性來驅(qū)動(dòng)，而不致受到上述效應(yīng)的影響。
再者，量測控制器120在零點(diǎn)調(diào)整操作時(shí)調(diào)整第二紅外線光源102的驅(qū)動(dòng)量，使經(jīng)由樣品單元4而落在檢測器5的樣品側(cè)腔室52上的第一紅外線與直接落在平衡側(cè)腔室54上的來自第二紅外線光源102的第二紅外線間的差值變成零，且當(dāng)在量測操作時(shí)接收來自檢測器5(流量傳感器53)的輸出訊號時(shí)，檢測器5(流量傳感器53)的輸出變成零，藉此產(chǎn)生對應(yīng)于樣品氣體的量測對象的濃度的量測輸出。
實(shí)施例4圖4顯示根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法的方塊圖。
在圖4中，對應(yīng)于圖2及3中的部份以相同標(biāo)號來表示。圖中所示的本發(fā)明實(shí)施例與圖3中具有相同結(jié)構(gòu)，其中執(zhí)行參照圖2所述的相同量測操作。
尤其，在零點(diǎn)調(diào)整操作時(shí)，量測控制器120具有一用以儲存第二紅外線光源102的驅(qū)動(dòng)量的零點(diǎn)調(diào)整訊號存儲器121；且第二紅外線光源102的驅(qū)動(dòng)量(光源控制訊號)在零點(diǎn)調(diào)整操作時(shí)加以調(diào)整，使經(jīng)由樣品單元4而落在檢測器5的樣品側(cè)腔室52上的第一紅外線與直接落在平衡側(cè)腔室54上的來自第二紅外線光源102的第二紅外線間的差值變成零，且檢測器5(流量傳感器53)的輸出變成零，而在量測操作時(shí)須調(diào)整第二紅外線光源102的驅(qū)動(dòng)量，使檢測器5(流量傳感器53)的輸出亦變成零，由此基于驅(qū)動(dòng)量差值而獲得對應(yīng)于樣品氣體的量測對象成分的濃度的量測輸出。
待供應(yīng)至第二紅外線光源102的光源驅(qū)動(dòng)訊號的大小(電壓)藉由第二驅(qū)動(dòng)訊號檢測器106來加以檢測，接著將其回饋至第二光源驅(qū)動(dòng)器112；然而，若發(fā)生故障，例如調(diào)整驅(qū)動(dòng)量操作時(shí)的不穩(wěn)定性，則可省略其中由第二驅(qū)動(dòng)訊號檢測器106來施行的回饋操作。
實(shí)施例5圖5顯示根據(jù)本發(fā)明又再一實(shí)施例的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法的方塊圖。在圖5中，對應(yīng)于圖4中的部份以相同標(biāo)號來表示。圖中所示的本發(fā)明實(shí)施例與圖4中具有相同結(jié)構(gòu)，其中第二紅外線光源102的驅(qū)動(dòng)量變化由第二驅(qū)動(dòng)訊號檢測器106的輸出而獲得。
亦即，若第二紅外線光源102的驅(qū)動(dòng)量得自第二驅(qū)動(dòng)訊號檢測器106的輸出，此將使得人們可準(zhǔn)確地得到第二紅外線光源102的確實(shí)驅(qū)動(dòng)量，因此可執(zhí)行具有較高精確性的量測。
實(shí)施例6圖6顯示根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的紅外線氣體分析儀及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法的方塊圖。在圖6中，對應(yīng)于圖1中的部份以相同標(biāo)號來表示。圖中所示的本發(fā)明實(shí)施例與圖1具有相同結(jié)構(gòu)，其中密封于兩檢測器5，25內(nèi)的氣體的吸收特性互異，而兩檢測器5，25串聯(lián)設(shè)置，藉此使得人們可同時(shí)量測樣品氣體的兩成分的個(gè)別濃度。
尤其，因?yàn)橥ㄟ^檢測器5的樣品側(cè)腔室52的紅外線，在對應(yīng)于其內(nèi)所密封的量測對象成分氣體的波長區(qū)域外并未被吸收，因此藉由利用具有與上述該波長區(qū)域不同吸收特性的波長區(qū)域的成分氣體，可同時(shí)量測兩種或多種成分的個(gè)別濃度。
檢測器25與檢測器5具有相同結(jié)構(gòu)，且其包含一樣品側(cè)腔室252、一平衡側(cè)腔室254、及一流量傳感器253。
發(fā)射自第一紅外線光源101的第一紅外線于通過樣品單元4后通過檢測器5的樣品側(cè)腔室52，并落在檢測器25的樣品側(cè)腔室252；另外，以來自第二紅外線光源202的第二紅外線照射平衡側(cè)腔室254。
第二紅外線光源202的發(fā)光量由第二光學(xué)傳感器204來檢測。
再者，在圖6中，用以接收流量傳感器等的輸出的AC放大器并未圖示。
在檢測器25的該側(cè)上的量測操作與前述檢測器5的量測操作相同，且第二紅外線光源202亦與第一及第二紅外線光源101，102同步開/關(guān)。
量測控制器120獨(dú)立地控制第二紅外線光源102，202的驅(qū)動(dòng)量，以執(zhí)行與參照圖1所述相同的用于個(gè)別量測對象成分的量測操作。
在上述說明中，人們已藉由其中多成分參照如圖1所示結(jié)構(gòu)的紅外線氣體分析儀同時(shí)量測的范例及利用該紅外線氣體分析儀的紅外線氣體分析方法來展現(xiàn)；然而，根據(jù)本發(fā)明的紅外線氣體分析儀的結(jié)構(gòu)及紅外線氣體分析方法并不限于上述，且分別利用圖2至5所示的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)類似的量測。
另外，在上述說明中，已藉由利用波形呈矩形的驅(qū)動(dòng)訊號來分別驅(qū)動(dòng)第一及第二紅外線光源101，102，202的范例來展現(xiàn)；然而，驅(qū)動(dòng)訊號并不僅限于此，且驅(qū)動(dòng)訊號的波形可呈梯形。
權(quán)利要求
1.一種紅外線氣體分析儀，具有其中散布著樣品氣體的樣品單元，以藉由通過該樣品單元的紅外線的吸收量上的變化，來檢測該樣品氣體的量測對象成分的濃度，該紅外線氣體分析儀包含一第一紅外線光源，用來以紅外線照射該樣品單元；一第二紅外線光源，具有與該第一紅外線光源相同的響應(yīng)特性；一檢測器，用以檢測發(fā)射自該第一紅外線光源且已通過該樣品單元的第一紅外線與發(fā)射自該第二紅外線光源的第二紅外線間的差值；一光源驅(qū)動(dòng)控制器，用以同步地分別驅(qū)動(dòng)該第一及該第二紅外線光源；及一量測控制器，用來提供該第一及該第二紅外線光源的個(gè)別驅(qū)動(dòng)量指令給該光源驅(qū)動(dòng)控制器，并接收來自該檢測器的輸出訊號，藉以產(chǎn)生對應(yīng)于該樣品氣體的該量測對象成分的該濃度的一量測輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外線氣體分析儀，其中該光源驅(qū)動(dòng)控制器以一預(yù)定循環(huán)同步地分別開/關(guān)該第一及該第二紅外線光源。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外線氣體分析儀，其中該檢測器包含一樣品側(cè)腔室，其內(nèi)封入有一包含該量測對象成分的氣體，以容許該第一紅外線落于其上；一平衡側(cè)腔室，用以容許該第二紅外線落于其上；以及一流量傳感器，設(shè)置于連接該樣品側(cè)腔室與該平衡側(cè)腔室的一氣體散布路徑中。
4.如權(quán)利要求1所述的紅外線氣體分析儀，其中該檢測器包含多個(gè)量測對象為彼此不同的氣體成分的檢測器。
5.如權(quán)利要求1所述的紅外線氣體分析儀，其中該多個(gè)檢測個(gè)別設(shè)置著該第二紅外線光源。
6.如權(quán)利要求1所述的紅外線氣體分析儀，其中該第一及該第二紅外線光源分別增設(shè)第一及第二光學(xué)傳感器，以檢測個(gè)別光源的異常。
7.如權(quán)利要求1所述的紅外線氣體分析儀，其中該量測控制器在零點(diǎn)調(diào)整操作時(shí)調(diào)整該第二紅外線光源的個(gè)別驅(qū)動(dòng)量，使該檢測器的個(gè)別輸出為零，并在量測操作時(shí)基于該檢測器的該個(gè)別輸出的大小而獲得對應(yīng)于該量測對象成分的個(gè)別濃度的該量測輸出。
8.如權(quán)利要求1所述的紅外線氣體分析儀，其中該量測控制器在零點(diǎn)調(diào)整操作時(shí)調(diào)整該第二紅外線光源的個(gè)別驅(qū)動(dòng)量，使該檢測器的個(gè)別輸出為零，且在量測操作時(shí)也調(diào)整該第二紅外線光源的個(gè)別驅(qū)動(dòng)量，使該檢測器的個(gè)別輸出為零，藉此基于在彼時(shí)點(diǎn)上的個(gè)別驅(qū)動(dòng)量差值而獲得對應(yīng)于該量測對象成分的個(gè)別濃度的該量測輸出。
9.如權(quán)利要求1所述的紅外線氣體分析儀，其中該光源驅(qū)動(dòng)控制器具有一同步控制器，用以產(chǎn)生同步訊號；第一及第二光源驅(qū)動(dòng)器，用以分別開/關(guān)待響應(yīng)該同步訊號而分別提供至該第一及該第二紅外線光源的驅(qū)動(dòng)訊號；以及第一及第二驅(qū)動(dòng)訊號檢測器，分別用以檢測待分別提供至該第一及該第二紅外線光源的個(gè)別驅(qū)動(dòng)訊號的大小。
10.如權(quán)利要求1所述的紅外線氣體分析儀，其中該光源驅(qū)動(dòng)控制器具有一同步控制器，用以產(chǎn)生同步訊號；第一及第二光源驅(qū)動(dòng)器，用以分別開/關(guān)待響應(yīng)該同步訊號而分別提供至該第一及該第二紅外線光源的驅(qū)動(dòng)訊號；以及第一及第二驅(qū)動(dòng)訊號檢測器，用以分別檢測待分別提供至該第一及該第二紅外線光源的個(gè)別驅(qū)動(dòng)訊號的大小，并基于在該量測操作時(shí)的該第二驅(qū)動(dòng)訊號檢測器的輸出上的差值，而獲得對應(yīng)于各該量測對象成分的個(gè)別濃度的該量測輸出。
11.一種紅外線氣體分析方法，其藉由通過其內(nèi)散布著樣品氣體的樣品單元的紅外線吸收量上的變化，來檢測該樣品氣體的量測對象成分的濃度，該方法包含下列步驟以發(fā)射自第一紅外線光源的第一紅外線來照射該樣品單元；以發(fā)射自第二紅外線光源的第二紅外線來照射平衡側(cè)腔室，該第二紅外線光源具有與該第一紅外線光源相同的響應(yīng)特性；在檢測已通過該樣品單元的該第一紅外線與該第二紅外線間的差值時(shí)，同步地驅(qū)動(dòng)該第一及該第二紅外線光源；及產(chǎn)生對應(yīng)于該樣品氣體的該量測對象成分的濃度的量測輸出。
12.如權(quán)利要求11所述的紅外線氣體分析方法，還包含以一預(yù)定循環(huán)同步地開/關(guān)該第一及該第二紅外線光源的步驟。
13.如權(quán)利要求11所述的紅外線氣體分析方法，其中該第一及第二紅外線由一檢測器來進(jìn)行光檢測，該檢測器包含一樣品側(cè)腔室，其內(nèi)封入有一包含該量測對象成分的氣體，以容許該第一紅外線落于其上；一平衡側(cè)腔室，用以容許該第二紅外線落于其上；以及一流量傳感器，設(shè)置于連接該樣品側(cè)腔室與該平衡側(cè)腔室的一氣體散布路徑中。
14.如權(quán)利要求11所述的紅外線氣體分析方法，其中該檢測器包含多個(gè)量測對象為彼此不同的氣體成分的檢測器。
15.如權(quán)利要求11所述的紅外線氣體分析方法，其中該多個(gè)檢測器個(gè)別設(shè)置著該第二紅外線光源。
16.如權(quán)利要求11所述的紅外線氣體分析方法，其中該第一及該第二紅外線光源分別增設(shè)第一及第二傳感器，以檢測個(gè)別光源的異常。
17.如權(quán)利要求11所述的紅外線氣體分析方法，還包含下列步驟在零點(diǎn)調(diào)整操作時(shí)調(diào)整該第二紅外線光源的個(gè)別驅(qū)動(dòng)量，使已通過該樣品單元的該第一紅外線與該第二紅外線間的差值為零，并在量測操作時(shí)基于已通過該樣品單元的該第一紅外線與該第二紅外線間的該差值，而獲得對應(yīng)于該量測對象成分的個(gè)別濃度的該量測輸出。
18.如權(quán)利要求11所述的紅外線氣體分析方法，還包含下列步驟在零點(diǎn)調(diào)整操作時(shí)調(diào)整該第二紅外線光源的個(gè)別驅(qū)動(dòng)量，使已通過該樣品單元的該第一紅外線與該第二紅外線間的差值為零，且亦在量測操作時(shí)調(diào)整該第二紅外線光源的個(gè)別驅(qū)動(dòng)量，使已通過該樣品單元的該第一紅外線與該第二紅外線間的差值為零，藉此基于個(gè)別驅(qū)動(dòng)量差值而獲得對應(yīng)于該量測對象成分的個(gè)別濃度的該量測輸出。
19.如權(quán)利要求11所述的紅外線氣體分析方法，還包含下列步驟檢測分別待提供至該第一及該第二紅外線光源的該個(gè)別驅(qū)動(dòng)訊號的大小，并將所檢測到的該個(gè)別驅(qū)動(dòng)訊號分別回饋至第一及第二光源驅(qū)動(dòng)器。
20.如權(quán)利要求11所述的紅外線氣體分析方法，還包含下列步驟檢測分別待提供至該第一及該第二紅外線光源的該個(gè)別驅(qū)動(dòng)訊號的大小，并將所檢測到的該個(gè)別驅(qū)動(dòng)訊號分別回饋至第一及第二光源驅(qū)動(dòng)器，且在該量測操作時(shí)，基于在該第二紅外線光源的該個(gè)別驅(qū)動(dòng)訊號的變化量，而獲得對應(yīng)于該量測對象成分的個(gè)別濃度的該量測輸出。
全文摘要
一種紅外線氣體分析儀以及紅外線氣體分析方法，其在使用具有極佳熱響應(yīng)性的紅外線光源時(shí)能夠施行高精確性量測，且能夠以高速進(jìn)行開/關(guān)控制。該紅外線氣體分析儀具有一樣品單元，包含第一紅外線光源，以第一紅外線來照射該樣品氣體；第二紅外線光源，具有與該第一紅外線光源相同的響應(yīng)特性；檢測器，檢測發(fā)射自第一紅外線光源且已通過該樣品單元的第一紅外線與發(fā)射自第二紅外線光源的第二紅外線間的差值；光源驅(qū)動(dòng)控制器，同步地分別驅(qū)動(dòng)該第一及該第二紅外線光源；及量測控制器，在接收來自該檢測器的輸出訊號時(shí)，提供第一及第二紅外線光源的個(gè)別驅(qū)動(dòng)量指令給光源驅(qū)動(dòng)控制器，藉此產(chǎn)生對應(yīng)于該樣品氣體的該量測對象成分的該濃度的量測輸出。
文檔編號G01N21/25GK1766572SQ20051011809
公開日2006年5月3日 申請日期2005年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月26日
發(fā)明者南光智昭, 山岸秀章, 松村茂 申請人:橫河電機(jī)株式會(huì)社