特表 2022-538420 原位置赤外線及び紫外線光度計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-09-02

(54)【発明の名称】原位置赤外線及び紫外線光度計

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3504 20140101AFI20220826BHJP

   G01N 21/33 20060101ALI20220826BHJP

【ＦＩ】

G01N21/3504

G01N21/33

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021576660

(86)(22)【出願日】2020-06-25

(85)【翻訳文提出日】2021-12-22

(86)【国際出願番号】 EP2020067803

(87)【国際公開番号】W WO2020260448

(87)【国際公開日】2020-12-30

(31)【優先権主張番号】1909290.7

(32)【優先日】2019-06-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521559234

【氏名又は名称】プロテア リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100122563

【弁理士】

【氏名又は名称】越柴 絵里

(72)【発明者】

【氏名】ドウ クリス

(72)【発明者】

【氏名】ハッチンソン ロビン

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB01

2G059EE11

2G059HH01

2G059HH03

2G059JJ02

2G059JJ11

2G059JJ13

2G059KK01

2G059KK03

(57)【要約】

本発明は、試料ガスの組成を分析する光度計（３０）に関する。光度計は、少なくとも２つのパルスが異なる波長のものである第１の複数の赤外線（ＩＲ）放射パルス（４０）を試料ガスを通じてＩＲ検出器（２６）に導くように構成されたＩＲ光源（２０）を含む。光度計は、紫外線（ＵＶ）検出器（３６）に伝達するための第２の複数のＵＶ放射パルス（３８）を生成するように構成されたＵＶ光源（３２）をさらに含み、第２の複数のパルスのうちの少なくとも２つは異なる波長のものである。経路選択構成（２２、４２～５０）が、第２の複数のパルス（３８）のうちの異なるパルスを試料ガス及びＵＶ検出器（３６）の一方に選択的に伝達するように構成される。光度計は、ＩＲ光源（２０）、ＵＶ光源（３２）、ＩＲ検出器（２６）、ＵＶ検出器（３６）及び経路選択構成（２２、４２～５０）に結合された処理回路をさらに含む。処理回路は、（ｉ）第２の複数のパルス（３８）のうちの所与のＵＶパルスに使用すべき波長を選択し、（ｉｉ）ＩＲ検出器（２６）及びＵＶ検出器（３６）の各々から複数の検出信号を受け取り、（ｉｉｉ）検出信号に基づいて試料ガスの少なくとも１つの成分の濃度を決定するように構成される。試料ガスの組成を分析する方法も開示する。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料ガスの組成を分析する光度計であって、
前記試料ガスを通じて第１の複数の赤外線（ＩＲ）放射パルスをＩＲ検出器に導くように構成されたＩＲ光源と、
紫外線（ＵＶ）検出器に伝達するための第２の複数のＵＶ放射パルスを生成するように構成されたＵＶ光源と、
前記試料ガスを通じて前記第２の複数のパルスのうちの異なるパルスを前記ＵＶ検出器に選択的に伝達するように構成された経路選択構成と、
前記ＩＲ光源、前記ＵＶ光源、前記ＩＲ検出器、前記ＵＶ検出器及び前記経路選択構成に結合されて、（ｉ）前記第２の複数のパルスのうちの所与のＵＶパルスに使用すべき波長を選択し、（ｉｉ）前記ＩＲ検出器及び前記ＵＶ検出器の各々から複数の検出信号を受け取り、（ｉｉｉ）前記検出信号に基づいて前記試料ガスの少なくとも１つの成分の濃度を決定するように構成された処理回路と、
を備えることを特徴とする光度計。

【請求項2】

前記第１の複数のパルスのうちの少なくとも２つは異なる波長のものである、請求項１に記載の光度計。

【請求項3】

前記第２の複数のパルスのうちの少なくとも２つは異なる波長のものである、請求項１又は請求項２に記載の光度計。

【請求項4】

前記経路選択構成は、半径方向に異なる位置に存在する少なくとも１つの内側環状スロット及び少なくとも１つの外側環状スロットを有する回転部材を含む、請求項１、２又は３に記載の光度計。

【請求項5】

前記経路選択構成は、第１のポート及び第２のポートを有する伝達ポストを含み、前記内側スロット及び前記外側スロットが前記第１のポート及び前記第２のポートにそれぞれ重なり合った時に、前記ＵＶ光源から前記第１のポート及び前記第２のポートへのＵＶ放射の伝達が可能になる、請求項４に記載の光度計。

【請求項6】

前記経路選択構成は、前記ＵＶパルスを前記試料ガスに導くために前記第１のポートを送信機／受信機モジュールの送信機部分に結合する第１の光経路をさらに含む、請求項５に記載の光度計。

【請求項7】

前記経路選択構成は、前記送信機／受信機モジュールの受信機部分を前記ＵＶ検出器に結合する第２の光経路をさらに含む、請求項６に記載の光度計。

【請求項8】

前記経路選択構成は、前記第２のポートを前記ＵＶ検出器に直接結合する第３の光経路をさらに含む、請求項６又は７に記載の光度計。

【請求項9】

前記第１の光経路、前記第２の光経路及び／又は前記第３の光経路は光導体を含む、請求項６、７又は８に記載の光度計。

【請求項10】

前記光導体のうちの少なくとも１つは光ファイバである、請求項９に記載の光度計。

【請求項11】

前記処理回路は、前記第２の複数のパルスのうちの前記パルスのタイミングを制御して、前記第２の複数のパルスのうちの所与のＵＶパルスに使用すべき前記波長を選択するように構成され、前記第１のポートを通過する連続パルス及び／又は前記第２のポートを通過する連続パルスは異なる波長のものである、請求項３及び５、又はこれらに従属するいずれかの請求項に記載の光度計。

【請求項12】

前記処理回路は、請求項３に従属する場合、前記第２の複数のパルスのうちの前記パルスの前記タイミングを制御し、及び／又は前記第２の複数のパルスのうちの所与のＵＶパルスに使用すべき前記波長を選択するように構成され、前記ＵＶ検出器によって受け取られる前記複数の検出信号は、
（ｉ）前記ＵＶ光源から前記ＵＶ検出器に直接至るＵＶ放射の経路に対応する基準読み取り値、
（ｉｉ）ＵＶ放射によって照明されていない前記試料ガスに対応する暗所読み取り値、及び／又は、
（ｉｉｉ）前記ＵＶ光源から前記試料ガスを介して前記ＵＶ検出器に至るＵＶ放射の経路に対応する測定読み取り値、
を含む、請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載の光度計。

【請求項13】

請求項５に従属する場合、前記測定読み取り値は、前記内側スロットが前記第１のポートに重なり合うことに対応し、及び／又は前記基準読み取り値は、前記外側スロットが前記第２のポートに重なり合うことに対応し、及び／又は前記暗所読み取り値は、前記スロット及びポートが重なり合わないことに対応する、請求項１２に記載の光度計。

【請求項14】

前記経路選択構成は、少なくとも一対の内側スロット及び／又は少なくとも一対の外側スロットを含む、請求項４又はこれに従属するいずれかの請求項に記載の光度計。

【請求項15】

所与の対では、前記内側スロット及び／又は外側スロットが前記回転部材の周囲で離間する、請求項１４に記載の光度計。

【請求項16】

所与の対では、前記内側スロット及び／又は外側スロットが直径方向に対向する、
請求項１４に記載の光度計。

【請求項17】

前記回転部材は、該回転部材上に複数のタイミング標識を含み、前記処理回路は、
（ｉ）前記回転部材の回転中に標識検出器を過ぎる前記標識の通過を検出し、
（ｉｉ）前記検出された標識の通過に基づいて前記内側スロット及び／又は外側スロットの角度位置を決定する、
ように構成される、請求項４又はこれに従属するいずれかの請求項に記載の光度計。

【請求項18】

前記タイミング標識は、一次標識及び複数の二次標識を含む、請求項１７に記載の光度計。

【請求項19】

前記タイミング標識は、前記回転部材の周囲で角度的に離間した複数の貫通孔又は切り欠きを含む、請求項１７又は１８に記載の光度計。

【請求項20】

前記タイミング標識は、前記回転部材の周囲で均等に角度的に離間した複数の貫通孔又は切り欠きを含む、請求項１７、１８又は１９に記載の光度計。

【請求項21】

前記タイミング標識は、前記回転部材の周縁部に配置された切り欠きを含む、請求項１７から２０のいずれかに記載の光度計。

【請求項22】

前記一次標識は、前記二次標識よりも大きい、請求項１８に記載の光度計。

【請求項23】

前記標識検出器は、光送信機／受信機を含む、請求項１７から２２のいずれかに記載の光度計。

【請求項24】

前記回転部材は、離間した複数のフィルタ要素を周囲に有するフィルタホイールを含み、前記フィルタ要素は、前記内側スロット及び／又は外側スロットとは異なる半径方向位置に配置される、請求項４又はこれに従属するいずれかの請求項に記載の光度計。

【請求項25】

試料ガスの組成を分析する方法であって、
請求項１から２４のいずれかに記載の光度計を準備するステップと、
（ｉ）前記ＩＲ検出器及び前記ＵＶ検出器の各々から複数の検出信号を受け取り、（ｉｉ）該検出信号に基づいて前記試料ガスの少なくとも１つの成分の濃度を決定する、ように前記処理回路を動作させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項26】

前記第２の複数のパルスのうちの所与のＵＶパルスに使用すべき波長を選択するように前記処理回路を動作させるステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスモニタリング／分析法に関し、具体的には、赤外線（ＩＲ）測定と紫外線（ＵＶ）測定との組み合わせを有する改善された原位置光度計、及び試料ガスの組成を分析する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガス流中のガスの化学種及び濃度を決定するには、ガス流を分析することが必要となり得る。例えば、発電、焼却、輸送、鉄鋼生産などの用途では、通常は排ガスのガス分析が必要である。このような業界では、汚染レベルを低減するために、ガス状排出物のモニタリング範囲の縮小、及び測定装置の精度／感度を高めるための要件を推進している環境法令からの圧力がますます高まっている。

【0003】

ガス状汚染物質の排出をモニタするには、排気筒（すなわち、煙突）内の原位置に配置される先行技術の赤外線（ＩＲ）光度計を設けることが知られている。このようなシステムは、原位置連続排出モニタリングシステム（ｉｎ－ｓｉｔｕ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＣＥＭＳ）と呼ぶことができる。既知のＣＥＭＳは、最大８つの光波長を利用して排気流中の最大で６つの異なるガスをモニタすることができ、モニタリングに使用される波長は検出すべきガスに依存する。ＣＥＭＳは、特定のガスについては既知のガスフィルタ相関（Ｇａｓ Ｆｉｌｔｅｒ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ：ＧＦＣ）法を使用することもできる。

【0004】

図１（先行技術）に、既知の先行技術の原位置ＩＲ光度計の例を示し、全体的に８で指定する。図示の試料採取プローブ１０は、光度計の本体１４が排気筒（図示せず）の外側に存在するようにフランジ１２まで排気筒に挿入される。プローブ１０内には、焼結アセンブリを含む試料採取セル１６が設けられる。プローブ１０内のレンズ１８も示す。本体１４内には、ガスセル１６内の排ガスにＩＲ光を伝達するＩＲ光源２０が設けられる。ＩＲ光は、フィルタホイール２２上に設けられた８つのフィルタのうちの、モータ２４の制御下で選択されるフィルタを通過する。ＩＲ光は、ガス試料を通過して戻った後にＩＲ検出器２６上に入射する。この既知の光度計８は８つの波長を使用して、通常はガス毎に２つの波長（基準及び測定）を使用し、従って「二重波長単一ビーム（ｄｕａｌ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｂｅａｍ）」検出の原理に基づいて機能する多成分装置である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

既知の原位置ＣＥＭＳに関する問題点は、より狭いモニタリング範囲にわたってガス状排出物を測定する性能の限界に達している点である。このことは、排ガスを浄化（例えば、海水排煙脱硫（ｓｅａ ｗａｔｅｒ Ｆｌｕｅ Ｇａｓ Ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ：ＦＧＤ）システムを使用して浄化）して二酸化硫黄（ＳＯ₂）を除去した後に排気筒ガスの測定を行うのが困難な海洋排ガス浄化システム（ｍａｒｉｎｅ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＥＧＣＳ）では特に問題となり得る。例えば、通常、既知の原位置ＣＥＭＳは、ＳＯ₂については０ｐｐｍ～１５０ｐｐｍの範囲の範囲測定を提供し、ＮＯ₂については０ｐｐｍ～３００ｐｐｍの範囲の範囲測定を提供するが、これらの範囲は最新の法令を満たすほど十分に小さくない（すなわち、十分な精度／感度をもたらさない）。

【0006】

さらに、光度計を使用したガス測定のドリフトも既知の問題である。ドリフトを除去するには、「単一波長二重ビーム」及び「二重波長単一ビーム」という２つの異なる技法が知られている。「単一波長二重ビーム」法は、共通の光源及び検出器を使用し、ビームが２つの経路に分割される。一方の経路はガス試料を含む試料セルを通過し、他方の経路は空気を含む並列セルを通過する。各経路からの信号を比較することによって、特定のガスの濃度を計算することができる。「二重波長単一ビーム」法は、共通の光源及び検出器を使用し、試料セルを通じて基準波長及び測定波長が単一ビームとして二者択一的に送信される。各波長からの信号を比較することによって、特定のガスの濃度を計算することができる。一般に、ドリフトの低減又は回避においては「二重波長単一ビーム」よりも「単一波長二重ビーム」の方が効果的であると考えられている。

【0007】

本発明の広義の目的は、これまでに知られている装置及び方法の上述した不利点のうちの１つ又は２つ以上に対処することである。

【0008】

上述した問題点のうちの少なくともいくつかを低減又は最小化できる、試料ガスの組成を分析する光度計及び方法が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第１の態様によれば、試料ガスの組成を分析する光度計が提供される。光度計は、試料ガスを通じて第１の複数の赤外線（ＩＲ）放射パルスをＩＲ検出器に導くように構成されたＩＲ光源を含む。光度計は、紫外線（ＵＶ）検出器に伝達するための第２の複数のＵＶ放射パルスを生成するように構成されたＵＶ光源をさらに含む。経路選択構成が、試料ガスを通じて第２の複数のパルスのうちの異なるパルスをＵＶ検出器に選択的に伝達するように構成される。光度計は、ＩＲ光源、ＵＶ光源、ＩＲ検出器、ＵＶ検出器及び経路選択構成に結合された処理回路をさらに含む。処理回路は、（ｉ）第２の複数のパルスのうちの所与のＵＶパルスに使用すべき波長を選択し、（ｉｉ）ＩＲ検出器及びＵＶ検出器の各々から複数の検出信号を受け取り、（ｉｉｉ）検出信号に基づいて試料ガスの少なくとも１つの成分の濃度を決定するように構成される。

【0010】

このような装置は、少なくとも実施形態では、ＵＶモニタリングを使用したＳＯ₂の測定が、範囲測定に関する原位置ＩＲ光度計の性能を大幅に改善するという利点をもたらす。例えば、通常、本発明の原位置ＣＥＭＳは、ＳＯ₂では０ｐｐｍ～３０ｐｐｍの範囲の改善された範囲測定を可能にし、ＮＯ₂では０ｐｐｍ～３０ｐｐｍの範囲内の範囲測定を可能にする。ＵＶダイオードによってもたらされる利点としては、海洋産業において、海水排煙脱硫を使用する既知の海洋排ガス浄化システムによって浄化された後の排気筒ガスを測定して分析するために原位置ＩＲ光度計を使用できる点が挙げられる。このような改善された原位置赤外線光度計は、陸上ベースのＦＧＤ用途において装置がＳＯ₂をモニタする能力、又は陸上ベースの選択的触媒還元（ＳＣＲ）用途において装置がＮＯ₂をモニタする能力を改善することもできる。なお、上記の項目（ｉｉｉ）については、試料ガスの少なくとも１つの成分の濃度の決定が検出信号のレベル（すなわち、振幅、強度又は大きさ）に基づくと理解されるであろう。

【0011】

第１の複数のパルスのうちの少なくとも２つは異なる波長のものであることが好ましい。第２の複数のパルスのうちの少なくとも２つは異なる波長のものであることが好ましい。このような構成は、基準波長及び測定波長を提供し、「二重波長単一ビーム」検出法によって測定信号の安定性が改善されるという利点を有する。

【0012】

経路選択構成は、半径方向に異なる位置に存在する少なくとも１つの内側環状スロット及び少なくとも１つの外側環状スロットを有する回転部材を含むことが好ましい。経路選択構成は、第１のポート及び第２のポートを有する伝達ポストを含み、内側スロット及び外側スロットが第１のポート及び第２のポートにそれぞれ重なり合った時に、ＵＶ光源から第１のポート及び第２のポートへのＵＶ放射の伝達が可能になることが好ましい。経路選択構成は、ＵＶパルスを試料ガスに導くために第１のポートを送信機／受信機モジュールの送信機部分に結合する第１の光経路をさらに含むことが好ましい。経路選択構成は、送信機／受信機モジュールの受信機部分をＵＶ検出器に結合する第２の光経路をさらに含むことが好ましい。経路選択構成は、第２のポートをＵＶ検出器に直接結合する第３の光経路をさらに含むことが好ましい。

【0013】

１つの実施形態では、第１の光経路、第２の光経路及び／又は第３の光経路が光導体を含む。光導体のうちの少なくとも１つは光ファイバであることが好ましい。

【0014】

処理回路は、第２の複数のパルスのうちのパルスのタイミングを制御して、第２の複数のパルスのうちの所与のＵＶパルスに使用すべき波長を選択するように構成され、第１のポートを通過する連続パルス及び／又は第２のポートを通過する連続パルスは異なる波長のものであることが好ましい。

【0015】

１つの実施形態では、処理回路が、第２の複数のパルスのうちのパルスのタイミングを制御し、及び／又は第２の複数のパルスのうちの所与のＵＶパルスに使用すべき波長を選択するように構成され、ＵＶ検出器によって受け取られる複数の検出信号が、（ｉ）ＵＶ光源からＵＶ検出器に直接至るＵＶ放射の経路に対応する基準読み取り値、（ｉｉ）ＵＶ放射によって照明されていない試料ガスに対応する暗所読み取り値、及び／又は（ｉｉｉ）ＵＶ光源から試料ガスを介してＵＶ検出器に至るＵＶ放射の経路に対応する測定読み取り値を含む。

【0016】

測定読み取り値は、内側スロットが第１のポートに重なり合うことに対応し、及び／又は基準読み取り値は、外側スロットが第２のポートに重なり合うことに対応し、及び／又は暗所読み取り値は、スロット及びポートが重なり合わないことに対応することが好ましい。

【0017】

１つの実施形態では、経路選択構成が、少なくとも一対の内側スロット及び／又は少なくとも一対の外側スロットを含む。所与の対では、内側スロット及び／又は外側スロットが回転部材の周囲で離間することが好ましい。所与の対では、内側スロット及び／又は外側スロットが直径方向に対向することが好ましい。

【0018】

１つの実施形態では、回転部材が回転部材上に複数のタイミング標識を含み、処理回路が、（ｉ）回転部材の回転中に標識検出器を過ぎる標識の通過を検出し、（ｉｉ）検出された標識の通過に基づいて内側スロット及び／又は外側スロットの角度位置を決定するように構成される。タイミング標識は、一次標識及び複数の二次標識を含むことが好ましい。タイミング標識は、回転部材の周囲で角度的に離間した複数の貫通孔又は切り欠きを含むことが好ましい。タイミング標識は、回転部材の周囲で均等に角度的に離間した複数の貫通孔又は切り欠きを含むことが好ましい。タイミング標識は、回転部材の周縁部に配置された切り欠きを含むことが好ましい。一次標識は、二次標識よりも大きいことが好ましい。標識検出器は、光送信機／受信機を含むことが好ましい。

【0019】

回転部材は、離間した複数のフィルタ要素を周囲に有するフィルタホイールを含み、フィルタ要素は、内側スロット及び／又は外側スロットとは異なる半径方向位置に配置されることが好ましい。

【0020】

本発明の別の態様によれば、試料ガスの組成を分析する方法が提供される。方法は、添付の特許請求の範囲の請求項１から２４のいずれかに記載の光度計を準備するステップを含む。方法は、（ｉ）ＩＲ検出器及びＵＶ検出器の各々から複数の検出信号を受け取り、（ｉｉ）検出信号に基づいて試料ガスの少なくとも１つの成分の濃度を決定する、ように処理回路を動作させるステップをさらに含む。

【0021】

方法は、第２の複数のパルスのうちの所与のＵＶパルスに使用すべき波長を選択するように処理回路を動作させるステップをさらに含むことが好ましい。

【0022】

本発明の代替特徴によれば、試料ガスの組成を分析するための光度計であって、試料セル内の試料ガスを通じて第１の複数の赤外線（ＩＲ）放射パルスをＩＲ検出器に導くように構成されたＩＲ光源と、試料ガスを通じて第２の複数の紫外線（ＵＶ）放射パルスをＵＶ検出器に導くように構成されたＵＶ光源と、ＩＲ光源、ＵＶ光源、ＩＲ検出器及びＵＶ検出器に結合されて、（ｉ）ＩＲ検出器及びＵＶ検出器の各々から複数の検出信号を受け取り、（ｉｉ）検出信号に基づいて試料ガスの少なくとも１つの成分の濃度を決定するように構成された処理回路と、を含む光度計が提供される。

【0023】

本発明の代替特徴によれば、試料ガスの組成を分析するための光度計であって、試料ガスを通じて第１の複数の赤外線（ＩＲ）放射パルスをＩＲ検出器に導くように構成されたＩＲ光源と、試料ガスを通じて第２の複数の紫外線（ＵＶ）放射パルスをＵＶ検出器に導くように構成されたＵＶ光源と、ＩＲ光源、ＵＶ光源、ＩＲ検出器及びＵＶ検出器に結合されて、（ｉ）ＩＲ検出器及びＵＶ検出器の各々から複数の検出信号を受け取り、（ｉｉ）検出信号に基づいて試料ガスの少なくとも１つの成分の濃度を決定するように構成された処理回路と、を含む光度計が提供される。

【0024】

本発明の代替特徴によれば、試料ガスの組成を分析するための光度計であって、試料ガスを通じて第１の複数の赤外線（ＩＲ）放射パルスをＩＲ検出器に導くように構成されたＩＲ光源と、試料ガスを通じて第２の複数の紫外線（ＵＶ）放射パルスをＵＶ検出器に導くように構成されたＵＶ光源と、ＩＲ光源、ＵＶ光源、ＩＲ検出器及びＵＶ検出器に結合されて、（ｉ）ＩＲ検出器及びＵＶ検出器の各々から複数の検出信号を受け取り、（ｉｉ）ＩＲ検出器からの検出信号を使用して試料ガスの第１の成分の第１の濃度を決定し、（ｉｉｉ）ＵＶ検出器からの検出信号を使用して試料ガスの第２の成分の第２の濃度を決定し、（ｉｖ）検出信号に基づいて第２の成分の補正濃度を決定するように構成された処理回路とを含み、補正濃度は、第１の濃度に基づいて交差感受性について補正された第２の濃度である、光度計が提供される。

【0025】

本発明の１つの態様又は特徴のいずれかの好ましい又は任意の特徴は、本発明の他の態様又は特徴の好ましい又は任意の特徴とすることができる。とりわけ、添付の特許請求の範囲の請求項２～請求項２６のうちのいずれかは、本発明の上記代替特徴のうちのいずれかに従属することができる。

【0026】

添付図面を参照しながらほんの一例として示す以下の好ましい実施形態の説明からは、本発明の他の特徴が明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】既知のガス光度計の形態を示す図である（先行技術）。

【図2】本発明の実施形態よる光度計の斜視図である。

【図3】図２の光度計を使用する経路選択構成の拡大図である。

【図4】図３に記載の経路選択構成の軸方向図である。

【図5】本発明の実施形態による方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図２、図３及び図４に、全体的に３０で指定する、本発明の実施形態によるＩＲ測定と紫外線（ＵＶ）測定との組み合わせを有する改善された原位置赤外線（ＩＲ）光度計を示す。図２～図４では、図１の先行技術の構成と同様の特徴を同様の参照番号で示す。図２及び図３では、本体１４内に、フィルタホイール２２内の異なる半径方向位置に存在する２つの光スロット４５、４７のうちの一方を通じてガスセル１６内の排ガスにＵＶ光を伝達するＵＶ光源３２（例えば、ＵＶ発光ダイオード）が設けられる。２つの光スロット４５、４７は、フィルタホイール２２の貫通孔であり、部分的に円形（すなわち、弓形）で細長い。ＵＶ光は、ガス試料を通過して戻った後にＵＶ検出器３６上に入射する。また、図２には、ＵＶ検出器から生じるＵＶ信号３８、及びＩＲ検出器２６から生じるＩＲ信号４０も示す。また、上述したような８つの波長のうちの１つをＩＲ光源２０を使用して選択するフィルタホイール２２の８つのフィルタ２１も示す。

【0029】

図３及び図４に示すように、フィルタホイール２２が２３で示すように回転すると、ＵＶ光源３２が２対のスロット４５、４７を二者択一的に照明する。ＵＶ光は、２対のスロット４５、４７を通過した後に、支持体４３上に取り付けられたピラー４２に接続された２つの光ファイバ４４、４６に入射する。ＵＶ光は、回転するフィルタホイール２２を通過した後に、２つの光ファイバ４４、４６を順に照明する。図４に示すように、ピラー４２は、互いに上下関係にある光ファイバ４４、４６の光ファイバ入射点を提供して、一方のＵＶ光ビームが光ファイバ４４を通じて検出器３６に供給され、他方のＵＶ光ビームが光ファイバ４６を通じて送信機／受信機モジュール４８に供給されるようにする。図４に、光ファイバ４４、４６のピラー４２に対するフィルタホイール２２の配置を示す。図４には、互いに直径方向に対向して、同様に互いに直径方向に対向するフィルタホイール２２上の２つの光スロット４７からオフセットされた、フィルタホイール２２上の２つの光スロット４５も示す。光スロット４５は、光ファイバ４４を介してＵＶ検出器３６にＵＶビームを供給するためのものであり、光スロット４７は、送信機／受信機モジュール４８へのＵＶビームのためのものである。送信機／受信機モジュール４８はレンズピラーモジュールであり、ガスセル１６内のガス試料を通じて光ファイバ４６からのＵＶ光を伝達し、（双方向矢印４９で示すように）ガスセル１６内のガス試料から反射されたＵＶ光を受け取り、光ファイバ５０を介してこれを検出器３６に受け渡すように動作する。

【0030】

モータ２４がフィルタホイール２２を回転させると、ＵＶ光のための２つの光スロット４５、４７が、二者択一的に切り替えられる２つのＵＶ光ビームを使用する可能性を提供する。ＵＶ光源３２はＳＯ₂モニタリングのためのものであり、上述した「二重波長単一ビーム」法に必要な単一の光源及び検出器を使用する要件を満たす二重経路構成で、２５０ｎｍ～３２５ｎｍの（２８０ｎｍ辺りを中心とすることができる）波長で動作する。

【0031】

ＵＶ光源３２は、（一方が２５０ｎｍ～３２５ｎｍで動作してＳＯ₂をモニタし、他方が３５０ｎｍ～４５０ｎｍで動作してＮＯ₂をモニタする）連続的に切り替わって異なる波長で動作する２つのＵＶダイオードを含む。このようなＩＲ能力と組み合わせたＵＶモニタリングのための構成は、２つのガス（すなわち、ＳＯ₂及びＮＯ₂）のモニタリングを可能にするとともに、さらに低いＮＯ₂濃度をモニタすることもできるという利点をもたらす。

【0032】

ＵＶシステム及びＩＲシステムの各々からのデータは、交差感受性（すなわち、ＮＯ₂に対する水蒸気の影響）を補正するためにも使用される。この補正は、ＵＶ信号でＮＯ₂をモニタし、Ｈ₂ＯのＩＲ範囲を使用していずれかの交差感受性を補正することによって行われる。このように、ＵＶ能力とＩＲ能力とを組み合わせると、ＵＶ能力又はＩＲ能力のいずれかを単独で使用する場合と比べてモニタリングが改善される。

【0033】

ＵＶ信号３８及びＩＲ信号４０の信号処理は、フィルタホイール２２の外周上の既存の１６個のタイミングスロット５１を利用して（単複の）ＵＶ光源に対するＵＶ光スロット４５、４７の位置を決定する分析器ＰＣＢ（図示せず）上で実行される。ＵＶ光源３２からのＵＶビームは、図２～図４に示す構成を使用して、試料セル１６を通じて検出器３６に直接二者択一的に送られる。このような構成では、ＵＶ検出器３６又はＵＶ光源３２のいずれかによって引き起こされるあらゆるドリフトを除去することができる。このドリフトの除去は、フィルタホイール２２内の２つのオフセットスロット４５、４７の一方のスロット４５をガスセル１６へのファイバ４６と整列させ、他方のスロット４７をＵＶ検出器３６へのファイバ４４と整列させることによって達成される。ＵＶパルスは、ガスセル１６を介して（すなわち、ファイバ４６で出力されてファイバ５０で戻され）ＵＶ検出器３６に、及び直接（すなわち、ファイバ４４を介して）ＵＶ検出器３６に、二者択一的に送られると理解されるであろう。ＵＶビームのタイミング及び切り替えは、基準読み取り値、暗所読み取り値（ｄａｒｋ ｒｅａｄｉｎｇ）及び測定読み取り値をもたらすように、スロット４５、４７を含むフィルタホイール２２を使用して行われる。マイクロプロセッサ装置（図示せず）を使用して全ての信号を電子的に合成して、数値グラフの形態を取ることができる測定読み取り値を必要に応じてディスプレイ（図示せず）上に提示する。

【0034】

上記では光ファイバ４４、４６、５０の使用について説明したが、代替構成では、他のタイプの導波管又は光導体を使用して二重ＵＶ経路を達成することもできると理解されるであろう。また、ＵＶモニタリング及びＩＲモニタリングの両方を実行する際には、フィルタホイール２２が２３で示すように連続して回転すると理解されるであろう。

【0035】

図５に、全体的に６０で指定する本発明の実施形態による方法のステップを示す。これらのステップは、異なる順序で実行することもでき、必ずしも図５に示す順序で実行しなくてもよいと理解されるであろう。

【0036】

最初に、例えば本明細書で上述した測定シナリオと同様に、ガスを分析すべき原位置に光度計を設ける（ブロック６２）。処理回路（例えば、上述した分析器ＰＣＢ（図示せず））がパルスのタイミング及び波長を制御し、方法は、上述したタイミング機構を使用して処理回路が所与のＵＶパルス（すなわち、測定ＵＶパルス及び基準ＵＶパルス）の波長を選択するステップ（ブロック６４）に進む。１つの構成では、ＵＶ波長が動的に選択される。次に、ＩＲ光源からのＩＲパルス及びＵＶ光源からのＵＶパルスをガスセル内の試料ガスに導く（ブロック６６）。ＩＲ検出器及びＵＶ検出器を使用して検出信号を受け取る（ブロック６８）。最後に、処理回路が検出信号に基づいて試料ガスのガス成分の濃度を決定する（ブロック７０）。

【0037】

本明細書で説明した構成は、ドリフト及びノイズに関して十分に許容できる性能を有する光度計を提供するとともに、１つの試料採取セル１６のみを含む結合ユニットにおけるＵＶ測定及びＩＲ測定の使用を可能にする。ＵＶダイオード３２が狭い固定波長で動作するのに対し、ＩＲ測定との組み合わせは、装置が「原位置」ガス分析器内で従来の「二重ビーム」原理で幅広い波長範囲にわたって使用されることを可能にすると理解されるであろう。要約すると、本発明の実施形態は、
１．ＵＶ及びＩＲの組み合わせタイミングシステムを含むＵＶ及びＩＲの組み合わせ光学系、
２．同じ試料セルにおけるＵＶ及びＩＲの組み合わせ測定、
３．ＵＶ信号及びＩＲ信号の組み合わせ信号処理、及び、
４．組み合わせ交差感受性補正、
を提供する。

【0038】

さらに、改善された原位置ＩＲ光度計は、先行技術のシステムを６チャネルから８チャネルに拡大するさらなる範囲能力（すなわち、２つの追加ＵＶチャネル）を実現する。また、改善された原位置ＩＲ光度計はＩＲ波長を解放し、これによっていくつかの用途のガス測定に関する妥協を低減する。図１の先行技術の装置の主な制約は、利用可能な波長が８つしか存在せず、従って６つのガス化学種をモニタする際に、モニタすべきガスに依存して、各ガスに割り当てる波長に関して妥協を行う必要がある点である。それぞれが２つの波長スロットを占有する（ＧＦＣを使用した）ＮＯ及びＣＯのモニタリング、並びに（測定フィルタ及び広帯域フィルタ法を使用した）ＳＯ₂のモニタリングを行う際には、交差感受性補正のためにＣＯ₂及びＨ₂Ｏをモニタする必要がある。図１の先行技術の装置を使用すると２つのスロットしか残らないため、ＣＯ₂及びＨ₂Ｏには、理想的ではなく測定精度を損なう恐れがある固定参照番号（ｆｉｘｅｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｎｕｍｂｅｒ）を使用する必要がある。図１の先行技術の装置を使用すると、しばしば測定フィルタが第２のガスのための基準フィルタとして１つのガスに使用され、これによって較正時間及び測定精度に著しく加わってしまう。図２～図４に示す本発明の実施形態を使用すると、ＵＶ ＳＯ₂チャネルが含まれていることによって２つのフィルタスロットがＩＲ範囲のために解放される。このような構成は、本発明の装置にさらなる動作柔軟性をもたらすとともに、ガスモニタリングのための交差感受性補正も改善する。

【符号の説明】

【0039】

１６ 試料採取セル
２０ ＩＲ光源
２１ フィルタ
２２ フィルタホイール
２４ モータ
２６ ＩＲ検出器
３０ 原位置赤外線（ＩＲ）光度計
３２ ＵＶ光源
３６ ＵＶ検出器
３８ ＵＶ信号
４０ ＩＲ信号
４５、４７ 光スロット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】