[发明专利]使用激光束的气体分析装置以及气体分析方法

说明书

气体分析装置具备：激光源，输出激光束；照射部，使来自激光源的激光束从多个方向照射包含有测量对象气体的测量区域；多个受光器，接收透射测量区域的激光束，输出与接收的激光束的强度对应的电信号；以及分析装置，基于从各受光器输出的电信号，对测量对象气体的物理状态进行分析。分析装置至少在测量区域中设定表示测量对象气体的物理状态(浓度、温度等)的函数(例如二维多项式f(X，Y))，使用根据从受光器输出的电信号得到测量值，确定函数中包含的各项系数(a_k‑i,i)，从而对测量对象气体的物理状态进行测量。

技术领域

本发明涉及使用激光束来检测对象气体的物理状态(浓度、温度等)的气体分析装置以及气体分析方法。

背景技术

近年来，从地球温暖化、化石燃料的枯竭、防止环境污染等方面考虑，在各个领域中，地球环保、能源的有效利用受到关注，因此，正在进行各种环境技术的研究。

在这种环境技术中，详细解析发动机、燃烧器等中的燃烧现象的燃烧构造及其过渡行为是重要的。近年来，作为通过高响应以时间序列方式测量燃烧气体中温度、浓度的分布的方法，开发了活用半导体激光吸收法的测量技术。

通常，吸收法是利用气体分子按照化学物种吸收特有波长的红外线的性质及其吸收量的温度、浓度依赖性的测量方法。能够通过求出入射光通过光路长度同样的吸收介质(对象气体)时的入射光的强度(I_λ0)与透射光(I_λ)的强度的比(I_λ/I_λ0)，从而测量对象气体的浓度、温度。

作为使用半导体激光并活用吸收法对测量对象气体的性质(浓度、温度)进行测量的技术，有专利文献1等中公开的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-040747号公报

考虑以二维方式对测量对象气体的入射光与透射光的强度比进行测量，使用CT(Computed Tomography：计算机断层扫描)技术进行测量场所的二维图像重建。为了使用CT技术高精度地进行二维图像的重建，需要较多路径信息。

另一方面，在设置有较多路径的情况下，分析测量对象气体会耗费时间，进行二维图像的重建也耗费时间。因此，在需要实时把握时刻变化的燃烧状态的领域，高精度地进行二维图像的重建难以实用化。

发明内容

本发明提供能够短时间且高精度地进行测量对象气体的分析的气体分析装置以及气体分析方法。

在本发明的第一方式中，提供对二维或者三维区域中的测量对象气体的物理状态进行分析的气体分析装置。气体分析装置具备：激光源，输出激光束；激光控制部，控制激光源；分波器，将来自激光源的激光束分支为多个光路；照射部，使分支的激光束从多个方向照射包含有测量对象气体的测量区域；多个受光器，接收投射测量区域的激光束，输出与接收的激光束的强度对应的电信号；以及分析装置，基于从各受光器输出的电信号，对测量对象气体的物理状态进行分析。分析装置至少在测量区域设定表示测量对象气体的物理状态(例如浓度分布、温度分布)的函数，例如规定平面分布或者空间分布的多项式(二维多项式或者三维多项式)，使用根据从受光器输出的电信号得到的测量值，确定多项式中包含的各项系数，从而对测量对象气体的物理状态进行测量。

在本发明的第二方式中，提供对二维或者三维区域中的测量对象气体的物理状态进行分析的气体分析方法。气体分析方法包含下述步骤：使激光束从多个方向照射包含有测量对象气体的测量区域；接收投射测量区域的激光束；以及基于接收的激光束的信息对测量对象气体的物理状态(例如，浓度分布、温度分布)进行分析。在分析步骤中，至少在测量区域设定表示测量对象气体的物理状态的函数，例如，规定平面分布或者空间分布的多项式(二维多项式或者三维多项式)，使用根据接收的激光束的信息得出的测量值，确定多项式中包含的各项系数。