(57)【要約】      （修正有）【課題】微量ガス分析、具体的には、光学ガス分析、特に絶縁油の分解を示す標的種の検出のための方法および装置を提供する。【解決手段】ガス分析装置２００は、ガスサンプルのサンプルボリューム２０２の両側に配置された第１の反射器１０３および第２の反射器１０４を有することができる。第１の反射器の構成は、少なくとも第１の構成１０３と第２の構成１０３ａとの間で可変であってもよく、第１および第２の構成の各々は、光学ビーム起点２１０からの光学放射ビームが、サンプルボリュームを介して検出器の位置２１２に向けられるよう配置される。第２の構成では、光学放射ビームは、第１および第２の反射器のそれぞれから少なくとも１回反射され、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの経路長は、第１の構成の場合よりも長くなる。【選択図】図２
2018119953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス分析のための装置（２００）であって、
ガスサンプルのサンプルボリューム（２０２）の両側に配置された第１の反射器（１０３）および第２の反射器（１０４）を備え、
前記第１の反射器の構成は、少なくとも第１の構成（１０３）と第２の構成（１０３ａ）との間で可変であり、
前記第１の構成（１０３）および第２の構成（１０３ａ）の各々は、光学ビーム起点（２１０）からの光学放射ビームが前記サンプルボリュームを介して検出器の位置（２１２）に向けられるよう配置され、
前記第２の構成（１０３ａ）において、前記光学放射ビームは、前記第１の反射器（１０３）および第２の反射器（１０４）のそれぞれから少なくとも１回反射され、前記サンプルボリュームを通る前記光学放射ビームの経路長は前記第１の構成（１０３）よりも大きい、
装置（２００）。
【請求項２】
前記装置がハウジング（２０１）を備え、前記第１の反射器（１０３）および前記第２の反射器（１０４）が前記ハウジング内に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の構成（１０３）を提供するために前記第１の反射器（１０３）を前記ハウジング内の第１の位置に移動させ、前記ハウジング内の第２の位置に移動させて前記第１の構成（１０３）を提供するアクチュエータ（１０７）をさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の反射器（１０３）の前記第２の位置は、前記第１の位置よりも前記第２の反射器（１０４）から大きく離れる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
第１の反射器が、分析対象のガスのためのサンプルチャンバ（２０２）の壁の一部に取り付けられるか、またはサンプルチャンバ（２０２）の壁の一部を形成し、前記第１の反射器（１０３）の前記第１の位置から前記第２の位置への移動が前記サンプルチャンバのボリュームの増加をもたらす、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記光学ビーム起点（２１０）の前記位置および前記検出器の位置（２１２）は、前記ハウジングに対して固定される、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の反射器（１０４）の前記位置が、前記ハウジングに対して固定される、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の反射器（１０３）および前記第２の反射器（１０４）の少なくとも一方は、非平面反射面を有し、それにより、前記第１の構成（１０３）において、前記光学放射ビームは、前記第１の反射器（１０３）および前記第２の反射器（１０４）のうちの少なくとも一方に、前記第２の構成（１０３ａ）に対して異なる入射角で入射する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の構成（１０３）は、前記サンプルボリュームを通る光学放射ビームの１回または複数回の通過に対応し、前記第２の構成（１０３ａ）は、前記サンプルボリュームを通る前記光学放射ビームの３回以上の通過に対応する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記光学ビーム起点（２１０）は、光源を位置付けるための架台を備える、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記光学ビーム起点に位置する光源（１０１）と、前記検出器の位置に配置された光検出器（１０２）とをさらに備える、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記検出器位置は、前記第２の反射器（１０３）の中心に位置する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
ガス分析の方法であって、
第１の反射器（１０３）と第２の反射器（１０４）との間に配置されたサンプルボリュームに分析対象のガスを導入するステップと、
光源（１０１）からの光学放射ビームを、第１の構成（１０３）で前記第１の反射器を用いて前記サンプルボリュームを介して光検出器（１０２）に向けるステップと、
光源（１０１）からの光学放射ビームを第２の構成（１０３ａ）で前記第１の反射器を用いて前記サンプルボリュームを介して光検出器（１０２）に向けるステップと、
を備え、
前記第２の構成（１０３ａ）において、前記光学放射ビームは、前記第１の反射器（１０３）および第２の反射器（１０４）のそれぞれから少なくとも１回反射され、前記サンプルボリュームを通る前記放射ビームの経路長は前記第１の構成（１０３）よりも大きい、
方法。
【請求項１４】
前記方法は、前記第１の構成（１０３）から前記第２の構成（１０３ａ）に移動し、また前記サンプルボリューム内の前記ガスの圧力を低下させるために、前記第１の反射器（１０３）を前記第２の反射器（１０４）からさらに離すように移動させるステップを備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の反射器（１０３）を前記第２の反射器（１０４）に対して移動させ、前記光検出器（１０２）で強度を監視して前記第１の構成（１０３）および第２の構成（１０３ａ）の少なくとも１つの最適位置を決定するステップをさらに備える、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、微量ガス分析、具体的には、光学ガス分析、特に絶縁油の分解を示す標的種の検出のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスの１つまたは複数の標的種の存在を判定するためにサンプルを分析することができるガス分析は、様々な用途に有用である。
【０００３】
特定の用途の１つは、高電圧発電または配電システムにおける変圧器などの電気部品の監視である。大規模電気変圧器は、様々な発電システムまたは配電システムに使用することができる。変圧器の様々な部分は、変圧器および／または周囲環境の他の部分から電気的に絶縁される必要があり、断熱材の少なくとも一部が絶縁油によって提供されることが典型的である。絶縁油は、例えば、変圧器の巻線を冷却および絶縁するためにハウジング内に備えることができる。
【０００４】
絶縁油は、予想される通常の運転条件に対して適切な特性を有するように選択される。しかしながら、電気的障害が発生した場合、異常な動作状態になる可能性がある。例えば、何らかの電気的障害の場合には、通常予想されるものを超える、絶縁油の正常な局部的加熱、および／または絶縁油内の放電があり得る。そのような電気的障害は、絶縁油の成分の分解をもたらし、油の中に溶解した分解ガスを生成する可能性がある。
【０００５】
鉱油などの適切な絶縁油は、一般に長鎖炭化水素分子を含む。電気的障害は、例えば、アセチレン、エタン、またはエチレンなどの様々な異なる成分への絶縁油の分解をもたらす可能性がある。これらの分解成分は、絶縁油中に溶解したガスとして生成することができ、絶縁油が何らかの異常な動作状態に曝された場合にのみ存在するであろう。したがって、そのような分解ガスの存在を検出することは、例えば、予防保全のための監視システムの一部として有用な電気的障害の発生に関する有用な情報を提供する。
【０００６】
溶存ガス分析は、絶縁油のサンプルを変圧器から取り出し、目的の分解ガスの存在について試験することができる既知の技術である。分解ガスの存在を検出することは、障害を示すことがあり、分解ガスのタイプ、濃度および変化率は、障害のタイプおよび／または重大度に関する情報を提供することができる。しかしながら、そのような溶存ガス分析では、典型的には、変圧器から油を除去する必要があり、油は専用の試験室に送る必要があることが多い。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の実施形態は、ガス分析のための方法および装置に関し、特に、例えば、絶縁油の分解ガスに対応する標的種を検出するための、サンプル中の微量のガスを検出するための方法および装置に関する。
【０００８】
したがって、第１の態様によれば、ガス分析のための装置が提供され、ガス分析のための装置は、
ａ．ガスサンプルのサンプルボリュームの両側に配置された第１の反射器および第２の反射器を備え、
ｂ．第１の反射器の構成は、少なくとも第１の構成と第２の構成との間で可変であり、
ｃ．第１および第２の構成の各々は、光学ビーム起点からの光学放射ビームがサンプルボリュームを介して検出器の位置に向けられるよう配置され、
ｄ．第２の構成において、光学放射ビームは、第１および第２の反射器のそれぞれから少なくとも１回反射され、サンプルボリュームを通る前記光学放射ビームの経路長は第１の構成よりも大きい。
【０００９】
第１の構成と第２の構成との間で第１の反射器の構成を変化させることにより、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの経路長を変化させることができる。これは、サンプルボリューム内のガス中の対象の標的種が光学放射ビームと相互作用する程度に変化し、それによってガス分析の感度を変化させる。以下でより詳細に説明されるように、経路長は、サンプルボリュームを通過する経路の数を変化させることができる。
【００１０】
本装置は、ハウジングを備えることができ、ハウジング内に第１の反射器および第２の反射器が配置される。本装置は、第１の構成を提供するために第１の反射器をハウジング内の第１の位置に移動させ、ハウジング内の第２の位置に移動させて第１の構成を提供するアクチュエータをさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、第１の反射器の第２の位置は、第１の位置よりも第２の反射器から大きく離れる。言い換えれば、第１の位置から第２の位置へ移動することで、第１の反射器と第２の反射器とが離れる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、第１の反射器の第１の位置から第２の位置への移動がサンプルチャンバのボリュームの増加をもたらすよう、第１の反射器が、分析対象のガスのためのサンプルチャンバの壁の一部に取り付けられるか、またはサンプルチャンバの壁の一部を形成する。サンプルチャンバが密閉されている場合、これは、使用時に、サンプルチャンバ内の圧力を低下させることができる。
【００１２】
光学ビーム起点の位置および／または検出器の位置は、ハウジングに対して固定することができる。いくつかの実施形態では、第２の反射器の位置はハウジングに対して固定される。したがって、第１および第２の構成は、ハウジング内を移動する第１の反射器によってのみ提供することができる。
【００１３】
第１の反射器および第２の反射器の少なくとも一方は、非平面反射面を有することができ、それにより、第１の構成において、光学放射ビームは、第１の反射器および第２の反射器のうちの少なくとも一方に、第２の構成に対して異なる入射角で入射する。
【００１４】
一実施形態では、第１の構成は、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの１回または複数回の通過に対応し、第２の構成は、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの３回以上の通過に対応する。
【００１５】
光学ビーム起点は、光源を位置付けるための架台を備えることができる。光学ビーム起点に光源を配置することができる。光検出器は、検出器の位置に配置することができる。いくつかの実装態様では、検出器の位置は、第２の反射器の中心に位置する。
【００１６】
別の態様では、ガス分析の方法が提供され、ガス分析の方法は、
ａ．第１の反射器と第２の反射器との間に配置されたサンプルボリュームに分析対象のガスを導入するステップと、
ｂ．光源からの光学放射ビームを、第１の構成で第１の反射器を用いてサンプルボリュームを介して光検出器に向けるステップと、
ｃ．光源からの光学放射ビームを第２の構成で第１の反射器を用いてサンプルボリュームを介して光検出器に向けるステップと、
を備え、
ｄ．第２の構成において、光学放射ビームは、第１および第２の反射器のそれぞれから少なくとも１回反射され、サンプルボリュームを通る前記光学放射ビームの経路長は第１の構成よりも大きい。
【００１７】
本方法は、第１の構成から第２の構成に移動し、またサンプルボリューム内のガスの圧力を低下させるために、第１の反射器を第２の反射器からさらに離すように移動させることを含むことができる。
【００１８】
本方法は、第１の反射器を第２の反射器に対して移動させ、光検出器で強度を監視して第１および第２の構成の少なくとも１つの最適位置を決定するステップをさらに備えることができる。
【００１９】
本方法は、説明したいずれかの変形の装置を使用して実施することができる。
【００２０】
本開示の様々な態様を、添付の図面を参照して、単なる例として以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態によるガス分析装置を示す図である。
【図２】別の実施形態によるガス分析装置を示す図である。
【図３】動作方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本開示の実施形態は、ガス分析、特に光学ガス分析に関する。光学ガス分析は、光源からの光学放射ビームが、光検出器に入射する前に分析対象のガスを含むサンプルボリュームを通過する既知の技術である。光学放射ビームは、例えば、標的種によって比較的強く吸収されまたは散乱され得る波長を含むように、標的種と相互作用することが知られている少なくとも１つの波長を備えるよう選択される。光検出器によって検出された光学放射は、関心波長で分析される。標的種がガスのサンプル中に存在する場合、標的種が存在しなかった場合よりも、関心波長で検出される光学放射の強度が低くなる可能性がある。関心波長における検出された放射の強度を、既知の較正された強度および／または標的種と相互作用しない光学放射ビームの波長に対する強度と比較することは、標的種の存在の指標として使用することができ、検出された相対強度は種中のガスサンプルの濃度の指標を提供することができる。
【００２３】
光学放射ビームを生成するための光源および光検出器の特性ならびにそれらの互いの配置ならびにサンプルボリュームは、特定の感度および検出範囲を提供するよう選択される。そのようなガス分析器は、微量ガス分析に有用に使用することができる。
【００２４】
本開示の実施形態は、改善された感度範囲、すなわちガスサンプル中の標的種の異なる濃度に対するより広い感度範囲を有する光学ガス分析に関する。本開示の実施形態は、サンプルボリューム内の光学放射ビームの光経路長を変化させることによってガス分析器の感度範囲を変化させる。サンプルボリューム内の光学放射ビームの経路長を変化させると、検出器に到達する前にビームとサンプルガスとの間の相互作用の量を効果的に変化させることができる。所与の濃度の標的種について、サンプルボリューム内の経路長を変化させることにより、光学放射ビームが光検出器に到達する前に生じる吸収の量が変化する。
【００２５】
例えば、関心波長に対して光検出器で検出された強度が規定された閾値を下回った場合、標的種がガスサンプル内に存在することを示すようガス分析器が配置される。サンプルボリュームを通る経路長が第１の長さである場合、十分な散乱／吸収を引き起こして光検出器に到達する強度を規定された閾値未満に減少させる標的種の最小濃度が存在し得る。したがって、確実に同定され得る最小濃度レベルが存在し得る。ガスサンプルを通る経路長を長くすることは、標的種が光学ビームと相互作用する機会をより多くすることを可能にすることができ、したがって、サンプルボリュームを通る経路長をより長くすることにより、より低い濃度の標的種を検出することを可能にすることができる。
【００２６】
光経路長の変化は、サンプルボリュームを直接通過して光検出器に至る光軸上に光学放射ビームを向けるために光源を配置することによって、および光検出器を光軸に沿って光源に対して移動させることによって達成することができる。しかしながら、このことは、経路長を大きく変化させる場合にかなりの程度の移動を必要とする。
【００２７】
本発明の実施形態では、光経路長は、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの通過回数を変えることによって変化させることができる。第１および第２の反射器は、サンプルボリュームの反対側に配置され、第１の反射器は、少なくとも第１および第２の構成の間で移動可能である。各構成において、起点位置からの光学放射ビームは、サンプルボリュームを介して光検出器に向けられる。第２の構成では、光学放射ビームは、第１および第２の反射器のそれぞれから少なくとも１回反射され、サンプルボリュームを通る放射ビームの経路長は、サンプルボリュームを通る回数がより多いために、第１の構成の場合よりも長くなる。
【００２８】
図１は、一実施形態の原理を示す。図１は、光検出器１０２と、サンプルボリューム１０５の両側の第１の反射器１０３および第２の反射器１０４とに対して配置された光源１０２を示す。使用時には、分析対象のガスがサンプルボリューム１０５に導入され、光源１０１が作動して、光学放射ビーム１０６を生成する。図１の左側には、第１の構成の第１の反射器１０３が示されている。この構成では、光学放射ビーム１０６は反射器１０３に入射し、光検出器１０２に直接反射される。したがって、この第１の構成では、光学放射ビームは、サンプルボリューム１０６を２回通過する。図１の右側に第２の構成が示されている。この構成では、光学放射ビームは第１の反射器１０３に入射するが、この構成では、光検出器１０２に直接反射される代わりに、第２の反射器１０４に向けて反射され、そこで第１の反射器１０３に反射され、光検出器１０２にのみ反射される。したがって、第２の構成では、光学放射ビームは、サンプルボリューム１０６を４回通過する。したがって、第２の構成におけるサンプルボリューム１０５内の光学放射ビーム１０６に対する光経路長は、第１の構成の光経路のビーム１０６の実質的に２倍である。
【００２９】
第１の反射器は、アクチュエータ１０７によって第１の構成と第２の構成との間で移動させることができる。異なる数の経路を提供するために、第１の反射器１０３の関連部分における光学放射ビーム１０６の入射角は、第１および第２の構成において異なることが理解されよう。これを達成するための様々な方法が存在する。例えば、第１の反射器の異なる部分が、第１の構成と第２の構成のそれぞれにおける光学放射ビーム１０６の経路内に配置されるよう、第１の反射器１０３を回転させることができる。さらに、またはあるいは、第１の反射器１０３の少なくとも一部は、第１および第２の構成において異なる角度に傾斜させることができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、第１の反射器の第１および第２の構成は、第１の反射器を変位させることによって実現することができる。図２は、そのような実施形態による装置２００を示す。図２は、密封されたサンプルチャンバ２０２を少なくとも部分的に規定するハウジング２０１を示す。少なくとも１つの流路２０３が、分析対象のガスに対してサンプルチャンバ２０２への入口／出口を提供することができる。いくつかの実施形態では、流路２０３は、分析対象のガスを含むリザーバ２０５に流体連通をもたらすことができる。
【００３１】
絶縁油の分析への適用において、リザーバ２０５は、絶縁油２０６のサンプルを保持するリザーバとすることができる。絶縁油は、例えば、移送装置２０７を介して変圧器から取り出してもよく、および／またはリザーバ２０５は変圧器の一部であってもよい。リザーバ２０５内の絶縁油は、絶縁油２０６内の溶存ガスがヘッドスペースボリューム２０８に流出するよう何らかの方法で沈降および／または処理され得る。ヘッドスペース領域内のガスがサンプルチャンバ２０２を満たすことを可能にするために、各流路２０３に関連するバルブ２０９を開くことができる。次いで、ガス分析中にバルブ２０９を閉じることができる。
【００３２】
いくつかの例では、ハウジング２０１は、取り付け用の、すなわち光源１０１の配置用の架台２１０を有することができる。光源１０１は、例えば、ダイオードレーザなどであってもよく、比較的狭い線幅の光学放射ビーム、特に、特定の対象の標的種に調整された波長を有する赤外線のビームを生成することができる。本明細書で使用されるように、光学放射という用語は、電磁スペクトルの可視部分だけに限定されず、光学という用語は、赤外線および紫外線放射を含むと解釈されるべきであることに留意されたい。赤外線は、アセチレンなどの対象の標的種にとって特に重要であるだろう。光源１０１は、比較的堅く集束された光学放射ビームを生成するように、光学放射ビームを集束またはコリメートするための光学部品を含むことができる。架台２１０は、光源１０１の位置決めおよび位置合わせを容易にするよう構成することができる。架台２１０は、光源をハウジング２０１の密封された部分内に保持すること、すなわちサンプルチャンバ２０２の一部を形成することができ、または光源をハウジング２０１に結合してシールを形成するよう構成することができる。他の実施形態では、光源は、ハウジング２０１の窓部２１１を介して光学放射ビームをサンプルチャンバ２０２内に導くよう構成することができる。
【００３３】
この実施形態では、光学放射ビームは、可動の第１の反射器１０３に向けられる。第１の反射器１０３は、サンプルチャンバ２０２内のサンプルボリュームの一方の側に配置され、サンプルチャンバ２０２の他方の側の第２の反射器１０４と対向する。しかしながら、光源１０１は、最初に光学放射ビームを第２の反射器１０４の方に向けるよう配置されることを理解されたい。
【００３４】
第１の反射器は、少なくとも第１の位置、すなわち、第１の構成で配置された位置と、第２の位置、すなわち、第２の構成で配置された位置との間で移動可能である。図２は、第２の位置にある第１の反射器１０３を示しており、第１の位置は灰色の輪郭１０３ａで示されている。
【００３５】
第１の位置では、入射ビームはサンプルボリュームの少なくとも一部を通過し、第１の反射器の第１の位置１０３ａから光検出器１０２に向かって反射され得る。この実施形態では、光検出器１０２は、第２の反射器１０４内の検出器ポート２１２の一方の側または内側に配置されてもよい。検出器ポート２１２は、装置２００内の光検出器１０２の位置決めおよび／または位置合わせを容易にすることができる。しかしながら、この場合も、図２に示された構成は一例であり、光源１０１と光検出器１０２の様々な構成を異なる実施形態で使用することができることが理解されるであろう。
【００３６】
図２に示す実施形態では、点線２１３によって示されるように、光学放射ビームは、（第１の位置１０３ａの）第１の反射器から光検出器１０２に直接向けられてもよい。このようにして、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの２つの経路が存在し、経路は、装置２００の構成要素間の光学放射ビームの自由空間移動を表す。これにより、サンプルボリュームを通る第１の光経路長Ｌ１がもたらされる。
【００３７】
第１の反射器１０３の第２の位置では、光学放射ビームは、第１の反射器１０３の異なる部分に入射し、第１の反射器１０３の表面への局所的に異なる入射角を有する。したがって、光学放射ビームは、第１の反射器１０３から離れた異なる方向に反射され、この実施形態では、破線２１４によって示される経路上を移動する。この例では、光学放射ビームは、第２の反射器１０４と第１の反射器１０３との間で前後に反射され、サンプルチャンバ２０２のサンプルボリュームを６回通過する。これは、第１の位置の場合よりもサンプルボリュームを通る著しく長い経路長Ｌ２を提供する。
【００３８】
図２に示したものと同様の１つの設計では、第１の位置におけるサンプルチャンバを通る光経路長Ｌ１は３０ｍｍ程度であったが、第２の位置におけるサンプルチャンバを通る光経路長Ｌ２は１０５ｍｍ程度であり、第１の反射器の直線移動は約７ｍｍである。したがって、第１の反射器の比較的小さな直線移動は、例えば、３倍以上のオーダーの、サンプルボリュームを通る経路長の著しい増加をもたらすことができる。
【００３９】
第１の反射器１０３は、リニアアクチュエータ１０７によって第１の位置と第２の位置との間で移動させることができる。上述したように、直線的な移動の程度は、経路長の著しい変動、したがって、ガスサンプルとの相互作用の量、したがって、検出器の感度の著しい変動を達成するためには特に大きくする必要はない。
【００４０】
図２に示す実施形態では、第１の位置において、第１の反射器１０３は、第２の位置よりも第２の反射器１０４により近く配置されることに留意されたい。したがって、第１および第２の反射器１０３および１０４は、反射器間の間隔を広げることによって、サンプルボリュームを通過する回数および個々の経路の光経路長を増加させるように、互いに構成される。
【００４１】
図２は、ハウジング内で移動可能な第１の反射器１０３が、変化する表面プロファイルを有すること、すなわち、平らではない、すなわち非平面の表面を有し、ハウジングに対して固定された第２の反射器１０４は一般的な平坦な表面を有する。しかしながら、第１の可動反射器１０３は平面とすることができ、第２の固定反射器１０４はプロファイルされた表面を有することができ、あるいは、反射器１０３および１０４の両方は、様々な位置で所望の光経路を提供するために、適切にプロファイルされた表面を有することができる。
【００４２】
第１の反射器１０３および第２の反射器１０４の表面プロファイルは、第１および第２の構成において、光源１０１と光検出器１０２との間に異なる光経路を提供するようにまとめて構成される。いずれの場合においても、光学放射ビームは、第１の反射器１０３または第２の反射器１０４の異なる部分に入射するか、および／または反射器のその部分に異なる入射角で入射する。
【００４３】
図２は、第２の反射器１０４がハウジング２０１に対して固定されていることを示している。これは、ただ１つの移動反射器１０３のみを提供することが比較的簡単であるとする簡便な実装態様であるが、実装態様によっては、第１および第２の反射器の両方がハウジングに対して移動可能であってもよい。
【００４４】
さらに、またはあるいは、いくつかの実施形態では、光源１０１および光検出器１０２のうちの少なくとも一方の位置は、サンプルチャンバ２０２内の光源１０１と光検出器１０２との間の光経路長を変更するように、ハウジング内に移動可能とすることができる。このようにして光源１０１の位置を変化させると、光学放射ビームが第１の反射器１０３および／または第２の反射器１０４の異なる部分に入射し、異なる方向に反射されて、サンプルチャンバ２０２を通る異なる数の経路をもたらすことができる。光検出器１０２の位置を移動させることにより、光検出器１０２が光学放射ビームを遮る位置を変更することができ、したがってサンプルチャンバ２０２を通過する回数を変更することができる。
【００４５】
しかしながら、光源１０１および／または光検出器１０２を移動させることは、整列を維持することで問題を招く可能性があり、したがって、光源１０１および光検出器１０２をハウジング２０１内の固定位置に保持し、反射器１０３または１０４の一方の位置のみを移動してもよい。
【００４６】
第１の反射器１０３の第１の位置および第２の位置は、ガスセンサの設計、すなわち、光源１０１と光検出器１０２との相対位置ならびに第１および第２の反射器１０３および１０４の表面プロファイルに基づいて知られている。しかしながら、実際には、光源１０１の位置調整および／または反射器１０３、１０４の位置決めは、設計仕様とは若干異なる場合があり、および／または動作条件、例えば、温度によって変化する可能性がある。いくつかの実施形態では、第１および第２の構成における第１の反射器の実際の位置は、較正ステップにおいて決定されてもよい。第１の反射器１０３は、第１または第２の位置に対応すると予想される位置またはその近傍に配置することができる。光源１０１および光検出器１０２はアクティブであり、アクチュエータ１０７は第１の反射器の位置を調整することができる。強度読取値は、検出された最高強度に対応する第１の反射器の位置を決定するために予想される第１または第２の位置の周りの様々な位置から取得され得、その位置は関連する第１または第２の構成として使用され得る。
【００４７】
図２は、第１の反射器１０３の純粋に直線的な変位に関して説明したが、これは、第１の反射器１０３および／または第２の反射器１０４の一部の回転または傾斜と組み合わせることができることに留意されたい。
【００４８】
図２の実施形態は、ハウジング２０１のリムに取り付けられた光源を示しているが、光源は任意の好都合な位置に配置することができることを理解されたい。しかしながら、中心に取り付けられた検出器を備えた、図２に示すようなリムに配置された光源は、複数の光源（明瞭にするために図２には図示せず）の使用を可能にする。光源１０１および光検出器１０１の位置は、他の実施形態では、任意の都合のよい相対位置に変更することができる。
【００４９】
第１および第２の構成、例えば、反射器の第１および第２の位置のそれぞれにおいて、光学放射ビームは、反射器１０３および１０４の表面の一部に入射することのみが予想されることに留意されたい。したがって、反射器１０３および１０４は、その全表面にわたって連続的に反射する必要はなく、光学放射ビームが使用中に入射する部分でのみ反射することができる。
【００５０】
上述のように、ある場合には、光学放射は、比較的狭い波長範囲、例えば、関心波長での狭い線幅の放射ビームとして選択することができる。狭い線幅は、対象の標的種に対して良好な感度を提供するために有用であり得る。
【００５１】
しかしながら、光学ガスセンサは、場合によっては、大気の広がりまたは圧力の広がりの影響を受ける可能性がある。圧力の広がりは、他のガス分子の存在が特定の周波数での放射線の吸収または放出を妨害し、その結果、周波数における有効なスペクトル拡散をもたらす既知の効果である。これは、光検出器での強度の明白な低下が標的種の存在ではなく圧力の広がりに起因する可能性があるため、特に、低濃度の標的種において、ガス分析において問題を引き起こす可能性がある。
【００５２】
圧力の広がりの影響を低減するために、いくつかのガス分析器に排気ポンプを設けて、分析が行われている間にサンプルチャンバを少なくとも部分的に排気し、チャンバ内の圧力を低下させることができる。しかしながら、これにはポンプの存在が必要であり、これにより装置のコストおよび複雑さを増す可能性がある。
【００５３】
本開示の実施形態では、反射器の１つの直線移動を使用して、サンプルチャンバ２０２内のボリューム変化を生じさせ、サンプルチャンバが密封された後に、例えば、サンプルチャンバの圧力を低下させるなどの、サンプルチャンバ２０２内の圧力変化に影響を与えることができる。
【００５４】
したがって、図２を参照すると、第１の反射器１０３は、サンプルチャンバ２０２の可動端壁の一部として形成することができるか、または取り付けることができ、すなわち、第１の反射器１０３は、ハウジング２０１のエッジとシールを形成することができ、そのようなシールを形成する可動壁面上に取り付けることができる。使用時には、第１の反射器１０３を移動させて、サンプルチャンバ内の光学放射ビームの光経路長の両方を変化させるだけでなく、サンプルチャンバ内の圧力を変化させることもできる。
【００５５】
図３は、１つの例示的な方法を示すフローチャートである。ステップ３０１において、第１の反射器を第１の位置、すなわち、第２の反射器１０４に最も近い位置に移動させて、サンプルチャンバ２０２の最小ボリュームを画定することができる。流路２０３のバルブ２０９は、気体が逃げることができるように開放されている。次いで、関心ガスをサンプルチャンバ２０２に導入することができる（３０２）。流路２０３のバルブ２０９は、関心ガスがサンプルチャンバ２０２を満たすのに十分な長さの間、単に開いたままにしてもよく、またはいくつかの実施形態では、何らかのフロー刺激を使用してもよい。このように、サンプルチャンバ２０２は、例えば、大気圧であってもよい、リザーバ２０５内のガスの圧力で分析対象のガスで満たすことができる。次いで、バルブが閉じられ（３０３）、サンプルチャンバが密封される。次いで、光源１０１および光検出器１０２を作動させて、対象の標的種の検出を実行する（３０４）。第１の位置にある第１の反射器１０３によって、サンプルチャンバを通る経路長は、短い経路長である経路長Ｌ１である。これは事実上最も高い検出限界を提供し、すなわち、特定の検出可能な強度低下を提供するのに必要とされる標的種の濃度が最大である。したがって、標的種が高濃度で存在する場合、標的種が検出され、強度が低下すると、第１の範囲内の標的種の濃度に関する情報が明らかになる。
【００５６】
次に、本方法はステップ３０５に進み、第１の反射器１０３がアクチュエータ１０７によって第２の位置に移動される。いくつかの例では、このステップは常に本方法の一部として実行することができるが、他の実施形態では、第１の検知ステップ３０４において否定的な検出があった場合にのみ、本方法の一部を実行することができる。
【００５７】
第１の反射器１０３を第２の位置に移動させることにより、サンプルチャンバ２０２内のボリュームが増加した。バルブ２０９が閉じられると、サンプルチャンバは密閉され、したがって、ボリュームの増加は圧力の低下をもたらす。減圧は圧力の広がりの影響を軽減し、したがって、ガス分析測定値がより正確であることを意味する（３０６）。延長された経路長Ｌ２は、標的種と光学放射ビームとの間の相互作用の機会が増え、より敏感な測定を提供することを意味する。減圧は、ビーム経路の単位長さ当たりの標的種の相互作用も減少するが、経路長Ｌ２は、上述したように、経路長Ｌ１よりもかなり長く、したがって、相互作用率の低下を補うことができることが理解されよう。したがって、この第２の位置では、標的種の濃度に対するガス分析器の感度が高められ、検出限界が低くなり、圧力の広がりが低減されるため、精度が向上する。
【００５８】
詳述されたシステムはまた、検出器出力を使用して、最適な信号に達するまで、第２の反射器の増分移動による第１および第２の反射器の誤整列を克服することができる。
【００５９】
したがって、本開示の実施形態は、サンプルボリューム内の圧力が低下すると同時に、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの経路長を増加させることを可能にする。経路長の変化および圧力の減少は、どちらも、ガス分析装置の要素、例えば、可動反射器または可動反射器が取り付けられた壁の移動によって実現することができる。これにより、別個の真空ポンプが必要無くなる。
【００６０】
上述の実施形態は、サンプルボリュームを通る光学放射ビームの通過回数の変動、および場合によってはサンプルボリュームの結果的なボリューム変化を伴うため、サンプルボリュームを通る異なる光経路長を有する２つの異なる構成のそれぞれに関して説明した。しかしながら、他の実施形態では、サンプルボリュームおよび／または様々なサンプルボリュームに異なる経路長を提供する少なくとも１つの追加の構成トップが存在し得る。
【００６１】
実施形態は、絶縁油からの分解ガスを検出するための微量ガス分析に特に有用であるが、一般に、この原理はあらゆるタイプの微量ガス分析に適用可能である。
【００６２】
上記の実施形態は単なる例示として与えられ、特徴および構成を変えることができることが理解されるであろう。他の実施形態のいずれかにおいて、１つの実施形態に関して記載された文脈および特徴によって明白に除外されない限り、個別にまたは組み合わせて使用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０１  光検出器、光源
１０２  光源、光検出器、第２の反射器
１０３  第１の反射器、移動反射器
１０３ａ  第１の位置、輪郭
１０４  第２の反射器
１０５  サンプルボリューム
１０６  光学放射ビーム、サンプルボリューム
１０７  アクチュエータ
２００  装置
２０１  ハウジング
２０２  サンプルチャンバ
２０３  流路
２０５  リザーバ
２０６  絶縁油
２０７  移送装置
２０８  ヘッドスペースボリューム
２０９  バルブ
２１０  架台
２１１  窓部
２１２  検出器ポート、
【図１】
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【図２】
2018119953.tif 000004
【図３】
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【外国語明細書】
2018119953000001.pdf