LAS得到的光譜的線型的、以波數(shù)軸 的各點I為中心的寬度2a'的范圍[i_a' <v<X+a' ]，認為由下式表示的多項式表示。
[0071] [數(shù)式 3]
[0073] 在圖5中示意性地示出該多項式。求出數(shù)式（3)的n階微分的話，則為數(shù)式（4)。
[0074][數(shù)式 4]
[0076] 在此，已知通過WMS處理進行同步檢波而得到的n階高次諧波的光譜線型一般由 下式近似地示出（非專利文獻2:Equation8)。
[0077][數(shù)式5]
[0079] 因此，根據(jù)數(shù)式（4)、（5)，為數(shù)式（6)。
[0080] [數(shù)式 6]
[0082] 因此，為了針對DLAS光譜，計算出相對于波數(shù)丄的麗S信號，通過最小二乘法對 [X_a' <v<x+a']的波數(shù)的范圍進行擬合（步驟S4)，求出系數(shù)(步驟S5)。 通過逐次變更丄地進行擬合而求出的系數(shù)b:和b2的線型變得與If和2f的WMS線型相當 (步驟S6)。另外，表示擬合的范圍的a'為相當于調(diào)制振幅的值。
[0083] 在此，示出了相對于圖4的線型，將多項式截取為二次項的情況下的例子。分別在 圖6、圖7中用實線示出相對于波數(shù)I標繪系數(shù)131(^)和132(2〇的結果。另外，擬合范圍 為a' = 0? 11 [cnT1]。
[0084] 對由數(shù)式⑵和數(shù)式⑶得到的線型進行比較后可知，雖然縱軸的刻度不同，但線 型的形狀很一致，截取為二次項所導致的誤差也充分小。另外，刻度不同由數(shù)式（6)可明 白。除此之外，在圖8中示出相對于波數(shù)丄標繪系數(shù)h的結果。圖8的線型基本與圖4的 DLAS光譜一致。這根據(jù)如果在數(shù)式（3)中令v=1則能夠得到t(丄）=1^可以明白。
[0085] 在實際的測定對象氣體的測定中，基于這樣制作的（包含零階的）高階微分曲線， 計算出測定對象氣體的濃度、壓力、溫度等（步驟S7)。例如，測定對象氣體的濃度可以根據(jù) 零階微分曲線（圖8)的吸收峰值的面積計算出。又，還可以根據(jù)二階微分曲線（圖7)的 峰值高度計算出。已知測定對象氣體的壓力P與零階微分曲線（圖8)的吸收峰值的半高 寬度（^具有如下的關系（非專利文獻7)。
[0086] [數(shù)式 7]
[0088] 其中，aM為氣壓P。、溫度I；下的洛侖茲展寬的半高半寬，P。是基準時的測定對象 氣體的壓力，T是測定時的測定對象氣體的溫度，I；是基準時的測定對象氣體的溫度，Y是 表示洛侖茲線寬的溫度依存性的常數(shù)。
[0089] 根據(jù)該數(shù)式，可以求出測定對象氣體的壓力。
[0090] 又，關于測定對象氣體的溫度，已知2個吸收峰值的大小之比隨著溫度變化而變 化，通過采用該關系，可以對測定對象氣體的溫度進行檢測（非專利文獻8)。
[0091] 在實際的測定中，在被測定的DLAS光譜中包含有光檢測器的散粒噪聲、放大電路 的電噪聲，但采用本發(fā)明所涉及的方法的話，由于以數(shù)學的運算進行擬合，所以能夠在降低 了噪聲的狀態(tài)下得到If以及2f的麗S線型和DLAS光譜。
[0092] 接下來，對透射光強度的歸一化處理進行說明。
[0093] 在氣體吸光分光法中，光強度隨著氣室中使用的光學部件的污染或惡劣環(huán)境下的 振動所導致的光軸變化而變化是實用上的課題之一。因此，需要光強度的校正處理，但作為 校正方法之一，已知有將被同步檢波了的2f信號除以If信號的歸一化處理（非專利文獻 4)。但是，采用該方法的話，則需要對激光進行調(diào)制，同步檢波電路也還需要準備If用和2f 用兩個種類。
[0094] 另一方面，在采用本發(fā)明所涉及的多項式近似的麗S相當處理中，也不需要激光 的調(diào)制、同步檢波電路，能夠在進行近似之時同時計算出If以及2f的檢波信號，所以非常 簡便的歸一化處理是可能的。以下示出詳細內(nèi)容。
[0095] 如果將射入氣體的光強度設為I。的話，則被檢測的光強度為S(v) =GIQt(v)。 G表示相對于各光學部件的光強度的降低（以及變動）和檢測到光強度的電增益。因此，在 實際的裝置中，將基于數(shù)學運算的WMS處理適用于S(v)，則變?yōu)槿缦碌臄?shù)式。
[0096] [數(shù)式 8]
[0098] 因此，在此得到的系數(shù)為
[0099] [數(shù)式 9]
[0100] b〇, =GI〇b〇 (9a)
[0101] b/ =Globi (9b)
[0102] b2' =GI0b2 (9c)
[0103] 因此，為了得到與光強度的變動不依存而僅依存于透射光譜的值，可以如以下那 樣將b2'（2f信號）除以V(If信號）或者V。
[0104] [數(shù)式 10]
[0107] 另外，在吸光少的情況下為k~1(b^接近1)，所以如式（10b)所示那樣的近似是 可能的。以上，不依存于光強度的穩(wěn)健的氣體測量成為可能。
[0108] 符號說明
[0109] 11…氣室
[0110] 12…激光光源
[0111] 13…光檢測器
[0112] 14…光源控制部
[0113] 15"，A/D轉換器
[0114] 16…分析部。
【主權項】
1. 一種氣體吸收分光裝置，其特征在于，具有： a) 波長可變的光源； b) 光源控制部，其使由所述光源所生成的光的波長變化； c) 光檢測器，其對由所述光源生成、通過了測定對象氣體的光的強度進行檢測； d) 多項式近似部，其在波長的各點在規(guī)定的波長寬度的范圍內(nèi)利用近似多項式對伴隨 著所述光源控制部所引起的波長的變化的、由所述光檢測器檢測到的光強度的變化的曲線 進行近似； e) 微分曲線制作部，其基于所述各點的近似多項式的各項的系數(shù)，制作所述曲線的包 含零階的n階微分曲線；以及 f) 物理量決定部，其基于所述包含零階的n階微分曲線，決定所述測定對象氣體的溫 度、濃度、以及壓力中的至少一個。2. 如權利要求1所述的氣體吸收分光裝置，其特征在于， 在所述多項式近似部中采用的近似多項式為二次多項式。3. 如權利要求1或2所述的氣體吸收分光裝置，其特征在于， 在所述多項式近似部以及所述微分曲線制作部中采用零階微分曲線，在所述物理量決 定部中根據(jù)該零階微分曲線的峰值面積來決定測定對象氣體的濃度。4. 如權利要求1或2所述的氣體吸收分光裝置，其特征在于， 在所述多項式近似部以及所述微分曲線制作部中采用二階微分曲線，在所述物理量決 定部中根據(jù)該二階微分曲線的峰值高度來決定測定對象氣體的濃度。5. -種氣體吸收分光方法，其特征在于，包括如下步驟： a) 將波長變化的光照射于測定對象氣體； b) 對于表示通過了測定對象氣體的所述光的相對于波長的強度的變化的曲線，在波長 的各點在規(guī)定的波長寬度的范圍內(nèi)利用近似多項式進行多項式近似； c) 基于各點的所述近似多項式的各項的系數(shù)，制作所述曲線的包含零階的n階微分曲 線； d) 基于所述包含零階的n階微分曲線，決定所述測定對象氣體的物理量。
【專利摘要】提供一種即使在高速測定時也能進行精度良好的氣體濃度等的測定的氣體吸收分光裝置以及氣體吸收分光方法。將波長變化的激光照射于測定對象氣體，求出表示通過了測定對象氣體的所述激光的相對于波長的強度的變化的光譜線型。對于該光譜線型，在波長的各點在規(guī)定的波長寬度的范圍內(nèi)利用近似多項式進行多項式近似，基于各點的所述近似多項式的各項的系數(shù)，制作該光譜線型的包含零階的n階微分曲線?；谶@樣作成的包含零階的n階微分曲線，決定測定對象氣體的物理量。
【IPC分類】G01N21/39
【公開號】CN104903703
【申請?zhí)枴緾N201380069618
【發(fā)明人】村松尚, 森谷直司, 松田直樹
【申請人】株式會社島津制作所
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2013年12月25日
【公告號】EP2942616A1, US20150338342, WO2014106940A1