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KR20140032898A - 가스의 레이저 분광을 위한 방법 - Google Patents

가스의 레이저 분광을 위한 방법 Download PDF

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KR20140032898A
KR20140032898A KR1020130104881A KR20130104881A KR20140032898A KR 20140032898 A KR20140032898 A KR 20140032898A KR 1020130104881 A KR1020130104881 A KR 1020130104881A KR 20130104881 A KR20130104881 A KR 20130104881A KR 20140032898 A KR20140032898 A KR 20140032898A
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KR
South Korea
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signal
gas
spectrometer
calibration function
properties
Prior art date
Application number
KR1020130104881A
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Inventor
토마스 바이엘
줄리안 이들러
Original Assignee
식아게
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Publication date
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Abstract

분광계를 사용함으로써 가스의 구성 및/또는 샘플 내 가스의 농도를 결정하기 위한 방법은 파장의 함수로서 가스의 흡수 신호를 측정하는 단계를 포함하고, 여기에서 파장은 파장 범위를 실질적으로 연속적으로 통과하고, 파장 범위의 연속적인 통과는 바람직하게 조화 파장 변조(harmonic wavelength modulation)에 의해 중첩되고, 여기에서 빛 소스 변조 속성을 통한 흡수 신호에 대한 파장 변조의 영향 및 분광계의 검출 속성은 각각의 분광계의 장치 속성에 따르고; 흡수 신호를 적어도 하나의 제1 유도 신호로 변환하는 단계를 포함하고; 제1 유도 신호로부터 가스 농도 측정 매개변수를 유도하는 단계를 포함하고; 적어도 가스 농도 측정 매개변수로부터 및 각각의 분광계의 장치 속성의 및 가스의 상태 변수의 영향이 보상되는 캘리브레이션 함수로부터 가스의 구성 및/또는 농도를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따라, 캘리브레이션 함수는 모 캘리브레이션 함수(parent calibration function) 및 장치 캘리브레이션 함수를 포함하고, 여기에서 각각의 유도 신호로부터 유도되는 하나 이상의 가스 농도 측정 매개변수 및 가스의 상태 변수는 모 캘리브레이션 함수로 들어가고, 분광계의 빛 소스 변조 속성이 실질적으로 보상되도록 선택되고, 여기에서 장치 캘리브레이션 함수는 각각의 분광계의 검출 속성을 감안한다.

Description

가스의 레이저 분광을 위한 방법{METHOD FOR THE LASER SPECTROSCOPY OF GASES}
본 발명은 분광계(spectrometer)에 의해 가스의 구성 및/또는 샘플에서의 가스의 농도를 결정하기 위한 방법에 관련된다. 본 발명은 흡수 신호의 측정, 유도 신호로의 흡수 신호의 변환, 유도 신호로부터 가스 농도 측정 매개변수의 유도 및 가스 농도 측정 매개변수로부터 및 캘리브레이션 함수(calibration function)으로부터의 가스의 구성 및/또는 농도의 측정을 포함한다. 본 발명은 그러한 발명의 수행을 위한 분광계에 또한 관련된다.
자신의 구성에 관해서는 특히 샘플의 특정 가스의 농도에 관해서는 가스 샘플의 검사가, 상이한 가스 또는 가스 혼합물을 통과하는 빛과 같은 전자파의 특정 흡수에 관한 분광을 사용하여 이러한 정보를 유도하는 것으로 알려져 있다. 레이저 분광은, 레이저의 빛이 예컨대 측정 공간 내 위치되거나 측정 공간을 통과하여 수행되는 샘플을 통과하여 조사(irradiate)되는, 이러한 목적을 위해 통상적으로 사용된다. 레이저 전파의 방향에서의 샘플의 알려진 범위(측정 공간의 범위)와 함께, 조사된 레이저 빛의 파장에 따르는 흡수 계수는 람버트-비어 법칙(Lambert-Beer's law)에 따라 결정될 수 있다. 결론은 상이한 가스로 알려진 스펙트럼을 사용하는 이러한 방식으로 획득된 흡수 스펙트럼의 비교로부터 샘플에서의 그의 일부 또는 가스의 농도로 귀결된다.
상이한 가스는, 그들이 특히 높은 흡수를 가지는 상이한 통상적인 파장을 가진다. 흡수 스펙트럼에서의 대응하는 최대값 및 전송 스펙트럼에서의 최소값은 이상적으로 날카로운 흡수 선이다. 그러나, 온도 의존 도플러 효과 및 가스의 압력의 모호한 관계로 인해, 실제 흡수 선은 특정 흡수 선 형성을 형성하기에 넓다. 일반적으로, 이는 통상적으로 압력에 의존적인 너비를 가지는 로렌츠 곡선(Lorentz curve)과 함께, 통상적으로 온도 의존 도플러 폭 넓히기(temperature dependent Doppler bradening)에 대한, 가우스 곡선 폴딩(folding of a Gaussian curve)을 도출하는 포크트 프로파일(Voigt profile)을 실질적으로 가진다.
전체 파장 범위는 그러므로, 예컨대 분광계의 레이저가 선형 파장 램프를 통과한다는 점에서 흡수 스펙트럼 내 하나 이상의 그러한 흡수 선의 측정을 위해 검사된다. 이런 점에서, 복수의 횟수에서 동일한 파장 범위를 통과하기 위해 선형 램프는 삼각 함수 또는 톱니 함수의 일부일 수 있다.
이러한 직접적인 분광의 확장은, 파장 범위의 기술된 실질적으로 연속적인 통과가 그에 대하여 빠른 파장의 변조에 의해 중첩되는 파장 변조 분광에 의해 나타난다. 이러한 파장 변조는 확고하게 미리 정해진 변조 주파수에서 통상적으로 사인 곡선이다. 흡수 스펙트럼이 전달 함수처럼 행동하므로, 레이저 빛의 파장 변조는 흡수로 인해 분광계에 의해 기록되는 대응하여 변조되는 흡수 신호 내 신호에 의해 변환된다.
변조 주파수 및 변조 주파수의 정수 배수에서의 일부는 산정을 위해 변조되는 흡수 신호로부터 결정된다. 이는 예컨대, 위상 판별 증폭기(phase-sensitive amplifier), 전형적으로 락인 증폭기(lovk-in amplifier)를 사용하여 또는 계산 처리에 의해, 예컨대 푸리에 분석에 의해 일어날 수 있다. 신호는 그러므로 변조 주파수에서 또는 모든 파장에 대해 복수의 변조 주파수에서 변조된 흡수 신호의 일부를 표시하는 것으로 결정되고, 그들이 실질적으로, 즉 특히 작은 변조 진폭의 이도 저도 아닌 경우(borderline case), 흡수 스펙트럼의 (수학적인) 유도에 대응하므로 유도 신호라고 또한 지칭된다. 이런 점에서 변조 주파수 자신에서의 일부는 제1 유도에 대응하고 1f 신호로 또한 지칭되고; 변조 주파수의 두 배에서 일부는 2f 신호로 지칭되고 제2 유도에 대응하고 이하 이와 같다.
이러한 관계를 기반으로, 가스 농도 또는 샘플 구성이 각각의 유도신호로부터 또한 결정될 수 있도록 직접적인 흡수 신호 내 포함되는 동일한 정보를 유도 신호는 실질적으로 포함한다. 유도 신호 사용의 이점은 이런 점에서 결정될 정보가 신호대 잡음 비(signal to noise ratio)가 낮은 주파수 범위에서보다 일반적으로 더 나은, 더 높은 주파수 내로 대체되는 것이다. 또한, 제외될 베이스 라인으로 흡수 스펙트럼을 위조하는 배경 신호는 유도 신호에 의해 부분적으로 제거될 수 있다. 예컨대, 일정한 오프셋의 영향은 1f 신호에서; 2f 신호에서 임의의 요구되는 선형 베이스 라인의 영향은 제거되고 이하 이와 같다. 유도 신호의 정도가 더 높을수록, 더 복잡한 베이스 라인이 신호로부터 필터링되지만, 그러나 신호 강도가 또한 더 낮아진다. 이러한 이유로, 2f 신호는 산정을 위한 더 높은 유도의 이점과 결정 사이의 좋은 비교로 통상적으로 사용된다.
파장 변조 분광의 원리에 따라 레이저 분광을 사용하는 가스 분석을 위한 방법은 EP 1 873 513 A2 내에 기술된다. 신호 산정의 일부로서, 흡수 스펙트럼의 2f 신호로부터의 가스의 농도와 같은 매개변수로 결론이 어떻게 귀결되는지 거기에 특히 나타난다. 나아가, 경계 조건의 가변성이 캘리브레이션 인자와 같은 캘리브레이션의 일부로서 결정되는 인자에 의해 고려된다.
레이저의 파장이 레이저에 인가되는 현재 강도에 의해 일반적으로 설정되는 것이 파장 변조 분광의 사용에 있어서 문제가 된다. 파장의 변조는 따라서 대응하는 현재 변조의 결과이다. 지정된 현재 강도에 대한 파장의 의존성은 이런 점에서 그러나 단지 이론상 일정하다. 실제로는, 레이저마다 상이한 복잡한 관계가 있다. 흡수 신호에 대한 파장 변조의 영향은 다음에서 분광계의 빛 소스 변조 속성으로 설계되어야 할 이러한 관계 상에서 레이저의 속성과 같은 장치 속성에 따른다.
파장 변조는 검출기를 사용하여 검출된다. 실제로, 이는 실제 레이저 파장 변조와 측정되는 레이저 파장 변조 사이의 분광계마다 상이한 복잡한 관계이다. 이러한 관계는 사용되는 분광계의 전자 장치 및 분광계의 속성에 의존하고, 다음에서 분광계의 검출 속성으로 지칭되어야 한다. 장치 속성은 그러므로 빛 소스 변조 속성 및 검출 속성으로 분할될 수 있다. 분광계의 검출 속성 및/또는 빛 소스 변조 속성은 시간이 흐르면서 변화하고 그러므로 각각의 분광계에 대해 정기적으로 다시 캘리브레이션되어야 한다. 두 캘리브레이션 사이의 시간 주기는 이런 점에서 일년보다 통상적으로 짧다.
캘리브레이션은 측정 신호로부터 실제 가스 농도의 결정에 대한 영향 위조를 가지고 이러한 영향으로부터 실제 측정 매개변수를 해방시키는 상이한 매개변수를 가장 감안하는 캘리브레이션 함수의 결정에 의해 일어난다. 모든 이러한 영향 매개변수는 그러므로 캘리브레이션 함수로 들어간다. 구체적으로, 파장 변조 분광에 대한 분광계의 캘리브레이션 함수는 그의 온도, 그의 압력, 및 측정에 대한 캐리어 가스에 대한 영향과 같은 샘플의 상태 변수를 감안하여야 한다. 또한, 분광계의 장치 속성은 특히 빛 소스 변조 속성 및 분광계의 검출 속성이 고려되어야 한다. 이러한 방식에서, 이러한 매개변수의 측정 매개변수에 대한 영향은 측정 매개변수가 검사된 가스의 입자의 수에 의존하는 가스 농도 또는 위조 없이 가스 보상(gas compensation)을 궁극적으로 표시할 수 있도록 제거될 수 있다.
그러한 캘리브레이션 함수(캘리브레이션)을 결정하기 위하여, 측정 결과를 위조하는 매개변수에 대한 그의 의존성이 결정되어야 한다. 그러므로 캘리브레이션의 수행은, 자신의 농도 또는 구성이 동등하게 분광계의 현재 강도 및 파장뿐만 아니라 샘플의 각각의 현재 상태 변수로 정확하게 알려져야 하는 참조 샘플을 가지는 복수의 테스트 큐벳(cuvette)에서 유도 신호 및 흡수 신호의 측정을 포함한다. 이러한 측정은 예컨대 분광계의 전체 수행 범위가 커버되는 각각의 샘플의 정확히 설정된 압력 및 온도에서, 이러한 매개변수의 매우 많은 조합을 가지고 수행되어야 한다. 정기적인 캘리브레이션은 오류가 발생하기 쉽고 시간 낭비이거나 또는 서비스 제공자가 실행을 의뢰 받은 경우, 연관된 노력으로 인해, 특히 경험 부족 사용자에 의해 수행되는 경우, 정규 비용을 일으키기 쉽다.
그러므로 본 발명의 목적은 오류가 발생하기 쉽지 않고 덜 시간 낭비이고 더 간단한 분광기를 사용하여 샘플 내 가스의 구성 및/또는 샘플 내 가스의 농도를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징를 가지는 방법에 의해, 특히 캘리브레이션 함수가 모 캘리브레이션 함수(parent calibration function) 및 장치 캘리브레이션 함수를 포함한다는 점에서 만족되고, 여기에서 각각의 유도 신호로부터 유도된 하나 이상의 가스 농도 측정 매개변수 및 가스의 상태 변수는 모 캘리브레이션 함수로 들어가고, 언급된 가스 농도 측정 매개변수는 분광계의 빛 소스 변조 속성이 실질적으로 보상되도록 선택되고, 여기에서 장치 캘리브레이션 함수는 각각의 분광계의 검출 속성을 감안한다. 목적은 본 발명에 따라 방법을 수행하기 위한 분광계에 의해 대응하여 만족된다. 바람직한 양상은 종속항의 대상이다.
값은 예컨대, 유도 신호 내 결정될 수 있고 측정될 가스 농도 및/또는 측정 매개변수로 측정될 가스의 구성에 대한 정보를 포함하는 유사한 측정 또는 영역을 그들이 표시한다는 점에서, 이러한 양상에서 각각의 유도 신호로부터 유도될 수 있는 가스 농도 측정 매개변수로 이해될 것이다. 본 발명에 따라, 복수의 가스 농도 측정 매개변수는 모 캘리브레이션으로 또한 들어갈 수 있고 동일하거나 또한 상이한 유도 신호로부터 상이한 방식으로 유도될 수 있다.
가스의 상태 변수는 가스 농도 측정 매개변수와 분리되어 모 캘리브레이션 함수로 명시적으로 들어갈 수 있다. 제공(provision)은 그러나 가스의 일부 또는 모든 상태 변수가 모 캘리브레이션 함수로 명시적으로 들어가지 않으나 그들이 오직 모 캘리브레이션 함수로 들어가는 가스 농도 측정 매개변수 내에서 포함되는 점에서 또한 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르는 방법은, 캘리브레이션 함수가 위조 영향을 보상하기 위한 목적을 위해 제공되는, 각각의 유도 신호로부터 유도된 가스 농도 측정 매개변수로부터 가스의 구성 및/또는 농도가 결정되기 위한 캘리브레이션 함수가 단일의 캘리브레이션 함수가 아니라, 즉 모 캘리브레이션 함수 및 장치 캘리브레이션 함수인, 서로와 별개로 두 상이한 부분 캘리브레이션 함수를 포함하는 점에서 특징적이다. 이러한 두 함수는, 가스의 상태 변수 및 가스 농도 측정 매개변수가 검출 속성이 특히 분광계마다 상이할 수 있고 예컨대, 몇 달의 크기 순서로, 특정 기간을 지나 동일한 분광계에 대해 변할 수 있는, 단지 각각의 분광계의 검출 속성이 장치 캘리브레이션 함수에 의해 고려되는 반면, 측정 내 가스의 현재 물리적 상태를 기술하거나 적어도 그로부터 유도되는 그러한 매개변수인 모 캘리브레이션 함수 내로 들어가는 범위까지 본 발명에 따라 서로로부터 매우 실질적으로 상이하다.
두 지정된 캘리브레이션 함수는 그들이 각각의 다른 부분 캘리브레이션 함수 내로 고려하는 값을 그들로 고려하지 않는 범위까지 서로로부터 특히 분리된다. 이는 모 캘리브레이션 함수 내로 들어가는 값이 분광계의 빛 소스 변조 속성이 실질적으로 보상되도록 선택되는 점에서 가능하다. 이러한 방식에서, 한편으로, 빛 소스 변조 속성이 보상되고, 다른 한편으로, 분광계의 검출 속성이 장치 캘리브레이션 함수 내 그것의 독립적으로 고려되므로, 모 캘리브레이션 함수는 말하자면 장치 속성으로부터 분리된다.
각각의 유도 신호로부터 유도되는 가스 농도 측정 매개변수는 이런 점에서, 가능한 한 정확하게 가스의 보상 또는 농도를 반영하기 위해 둘로 나뉘어지는 캘리브레이션 함수에 의해 위조 영향으로부터 여전히 해방될 가스의 농도를 반영하는 측정 매개변수이다.
가스 농도의 결정은 이런 경우에, 이는 용어가 가스 내 가스 컴포넌트의 농도의 결정 또는 가스의 구성의 결정을 또한 포함하여야 하는, 샘플 내 가스 농도의 결정을 의미할 수 있다.
두 부분 캘리브레이션 함수의 사용에서, 측정 결과 상 모든 적절한 값의 영향은, 단일 측정 함수에 의해 또한 일어났을 때와 마찬가지로, 모 캘리브레이션 함수 및 장치 캘리브레이션 함수의 사용에 의해 확실하게 보상될 수 있다. 그러나, 단일 캘리브레이션 함수의 사용과 다르게, 분광계의 캘리브레이션은 모 캘리브레이션 함수 및 장치 캘리브레이션 함수 내 분할로 인해 실질적으로 간소화된다. 한편으로, 이는 고정된 물리적 관계를 기술하므로, 모 캘리브레이션 함수의 결정은 각각의 분광계에 대해 한번, 특히 예컨대, 동일한 구조의, 동일한 유형의 복수의 분광계에 대해 오직 한번 오직 수행되어야 한다. 다른 한편으로, 변수인, 장치 캘리브레이션 함수의 결정은 정기적으로 확실히 일어나야 하나, 분광계의 적은 속성에 제한되고, 그러므로 실질적으로 더 간단하게 더 빠르게 수행될 수 있다.
모 캘리브레이션 함수는 예컨대, 제조업자에 의해 이미 결정될 수 있다. 분광계의 사용자는, 분광계의 사용자의 전체 범위를 통틀어, 정확하게 설정되어야 하는, 복수의 압력 및 온도에서 테스트 큐벳 내 복수의 참조 샘플을 측정하는 것이 예컨대 요구될 수 있으므로, 이에 모 캘리브레이션에 유입되고 많은 노력 및/또는 비용과 연관된 캘리브레이션의 수행의 이러한 부분이 특히 면제된다. 사용자에 대한 정기적인 캘리브레이션으로 남은, 장치 캘리브레이션 함수의 결정은 이에 비해서 실질적으로 더 간단하고, 그러므로 경험부족 사용자에 의해 빠르고 올바르게 수행될 수 있도록 오류가 발생하기 쉽지 않게 수행될 수 있다.
모 캘리브레이션 함수 및/또는 장치 캘리브레이션 함수는 예컨대, 하나 이상의 가스 농도 측정 매개변수에 적용될 수 있고, 분광계의 장치 속성의 및 샘플의 상태 변수의 영향으로부터 자유로운 가스의 구성 또는 농도를 직접적으로 출력할 수 있다. 그들은 대안적으로 위조 영향으로부터 일제히 그들을 해방시키기 위해 및 제1 장소 내 유도 신호로부터 하나 이상의 가스 농도 측정 매개변수를 구동하기 위해 대안적으로 이용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 모 캘리브레이션 함수 및/또는 장치 캘리브레이션 함수는 (각각의) 정정 값을 전달하고, 위조 영향은 정정 값에 의해 하나 이상의 가스 농도 측정 매개변수의 곱셈에 의해 제거된다. 장치 캘리브레이션 함수는 예컨대 측정된 값에 대한 위조 영향을 제거하기 위해 모 캘리브레이션 함수 내 이후 사용되는 매개변수를 또한 전달할 수 있다.
측정된 흡수 신호를 변환함에 따라 결정되는, 적어도 하나의 유도 신호가, 빛 강도에 비례하는 값으로 표준화되면, 이는 바람직하다. 측정 시스템은 이에 빔 경로 내 먼지의 및 사용되는 광학의 오염에 관계없다.
모 캘리브레이션 함수 내로 들어가는 가스의 상태 변수는, 바람직하게 압력, 온도 및/또는 캐리어 가스 영향, 즉 흡수 스펙트럼 상 그러므로 샘플의 유도 신호 또는 흡수 신호 상의 샘플 내 추가적인 가스의 영향을 포함한다. 상태 변수는, 그러나 가스의 물리적 상태를 기술하는 추가적이고 실질적으로 모든 그러한 매개변수를 또한 포함할 수 있다. 또한, 추가적인 측정 매개변수는 측정 신호로부터 직접적으로 생성되는 모 캘리브레이션 함수로 들어갈 수 있다. 특히 캐리어 가스 영향은 상태 변수에서 반드시 존재해야 하는 것은 아니다.
장치 캘리브레이션 함수에 의해 고려되는 각각의 분광계의 검출 속성이 분광계의 전자장치의 속성이면, 이는 또한 이점이다. 각각의 분광계의 검출 속성은 그러나 장치에 특정한 다른 속성 및 실제 및 측정된 레이저 파장 변조 사이의 관계 상에 영향을 가지는 그러한 속성을 특히 또한 모두 포함할 수 있다. 분광계의 검출 속성에 대한 정보는 따라서 유리하게 모 캘리브레이션 함수가 아닌 오직 장치 캘리브레이션 함수로 유입된다.
본 발명에 따라 방법의 바람직한 추가적인 진전에서, 장치 캘리브레이션 함수는 두 지점 캘리브레이션(two-point calibration)에 의해 결정된다. 두 지점 캘리브레이션은 수행되는 두 측정에 실질적으로 제한되고, 측정은 두 상이한 (참조) 샘플에 의해 및/또는 샘플의 하나 이상의 상태 변수 내에서 상이하다. 구별될 두 지점 측정의 두 "지점"은 자유롭게 선택 가능하거나 미리 정해질 수 있다. "지점"은 예컨대, 참조 가스 구성 또는 두 참조 가스를 가지는 두 테스트 큐벳에 의해 및/또는 두 개의 정의된 압력에 의해 및/또는 동일하거나 상이한 샘플의 온도에 의해 정의될 수 있다. 장치 캘리브레이션의 수행은 이후 이러한 단지 두 측정으로 인해 특히, 간단하게, 확실하게 그리고 빠르게 수행될 수 있다.
두 지점 캘리브레이션이 제1 및/또는 제2 가스 농도를 가지는 참조 가스의 또는 가스의 측정을 포함하면, 이는 더욱 특히 바람직하다. 지정된 제1 가스 농도는 바람직하게 0%의 가스 농도에 대응하고 지정된 제2 가스 농도는 이러한 가스의 최대로 확실하게 측정 가능한 농도의 70%의 가스 농도에 대응한다. 이런 점에서 가스의 최대로 확실하게 측정 가능한 농도는 분광계가 구성되는 가스 농도에 관하여 적용 범위에 의해 정의된다. 지정된 제1 또는 제2 가스 농도에서 참조 가스의 또는 가스의 샘플을 포함하는 테스트 큐벳은 예컨대, 사용자에 의해 장치 캘리브레이션 함수의 정기적인 결정의 단순한 수행을 위해 분광계의 제조에 의해 분광계와 함께 포함될 수 있다.
샘플에서 분광계를 사용하는 측정의 수행에서, 샘플의 흡수 측정으로부터 유도되는 특히 유도 신호인, 측정 신호는, 가스 농도 측정 매개변수의 형태에서, 샘플의 상태 변수에 추가하여, 모 캘리브레이션 함수로 들어간다. 모 캘리브레이션 함수가, 위조 영향이 없는 가스의 구성 및/또는 농도의 결정을 위해 분광계의 빛 소스 변조 속성을 보상하는 것으로부터 양(amount)을 전달할 수 있도록, 그러한 가스 농도 측정 매개변수는 측정 신호의 형태 상에서 빛 소스 변조 속성의 특정 영향이 계산될 수 있는 모 캘리브레이션 함수로 들어가야 한다.
일정한 흡수 선 형상에서, 단지 흡수 선의 높이가 분광계의 빛 소스 변조 속성에 의존하여 할 수 있고, 각각의 측정 매개변수는 예컨대, 적어도 두 유도 신호로부터 결정되어, 분광계의 빛 소스 변조 속성이 보상되고 결정될 구성 및/또는 농도에 대한 특징인 것으로부터 측정 매개변수를 획득할 수 있다. 파장 변조에 의존적인, 유도 신호 값의 특징적인 조합은 그것에 대해 발생한다. 그러나, 흡수 선 형성은 온도 및 압력 또는 캐리어 가스를 가지는 변화하는 혼합물과 같은 상이한 주변 조건에서 일정하지 않으나 오히려 특히 그의 너비에 대한 자신의 형상을 변화시키므로, 추가적인 측정 매개변수가 명백한 방식으로 측정 신호를 벗어나 분광계의 파장 변조를 계산하기 위해 요구된다.
특히 그러한 측정 매개변수는 흡수 선의 폭 넓히기에 대한 측정뿐만 아니라 두 유도 신호의 비에 대한 측정 및 유도 신호에 대한 측정인 위에서 지정된 상태 변수에 추가하여, 모 캘리브레이션 함수로 들어가는 측정 매개변수로 간주될 수 있다. 그러한 가스 농도 측정 매개변수는 이후 분광계의 빛 소스 변조 속성을 보상하는 데에 적절하다. 다음에서, 그러한 적절한 가스 농도 측정 매개변수는 이로운 실시예를 참조하여 기술될 것이다.
바람직한 실시예에서, 제1 유도 신호의 적어도 하나의 영역 또는 제1 유도 신호의 영역에 비례하는 값은 가스 농도 측정 매개변수로서 모 캘리브레이션 함수로 들어간다. 흡수 신호는 제1 유도 신호로 변환될 뿐만 아니라, 제1 유도 신호와 상이한 제2 유도 신호 및 제2 유도 신호의 영역의 및 제1 유도 신호의 영역의 적어도 하나의 비가 가스 측정 매개변수로서 모 캘리브레이션 함수로 들어간다. 신호의 영역은 예컨대, 신호의 경로 내 존재하는 피크의 영역일 수 있다.
수학식 "제1 유도 신호"는 이런 점에서 흡수 신호(1f 신호)의 제1 유도에 대응하는 유도 신호에 제한되지 않으나, 유도 신호(1f, 2f 등) 중 임의의 하나를 설계할 수 있다. 동일한 것이 2f 신호로 제한되는 것으로 이해되지 않을 수학식 "제2 유도 신호"로 적용된다.
제1 유도 신호의 영역은, 이러한 유도 신호의 최소값으로부터 이러한 유도 신호의 최대값의 간격으로부터 또는 X 축과 각각의 유도 신호 사이에 둘러싸인 영역으로부터 바람직하게 유도된다. 동일한 것이 적용 가능한 곳에서 제2 유도 신호의 영역에 적용된다. 그의 영역이 결정될 유도 신호가 흡수 신호의 짝수 유도(2f, 4f 등)에 대략 대응하는 유도 신호이면, 이러한 신호는 일반적으로 가스의 각각의 흡수 선의 중앙 파장에서 우세한 최대값을 가지고, 이러한 최대값의 두 면에서 대칭적으로 각각의 최소값을 가진다. 두 최소값의 평균 값으로부터 또는 두 최소값 중 하나로부터 중앙 최대값의 값 기반 간격은 이러한 유도 신호의 지정된 영역을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 흡수 신호의 홀수 유도(1f, 3f 등)에 대략 대응하는 유도 신호는 일반적으로 각각의 흡수 선의 중앙 파장에 대칭 지점과 같고 중앙 파장에서 0의 교차(zero crossing), 한 면 상에 거기에 인접한 최대값뿐만 아니라 0의 교차의 다른 면 상에 거기에 인접한 최소값을 가진다. 이러한 경우에, 이러한 최소값의 및 이러한 최대값의 값 기반 간격은 지정된 영역의 결정을 위해 사용될 수 있다.
흡수 선의 단지 조금 폭 넓히기가 압력, 온도 또는 추가적인 영향에 기초하여 가정될 수 있는 이벤트에 대하여, 이러한 가스 농도 측정 값(영역 및 영역 비)은 값이 모 캘리브레이션 함수로 들어가기에 이미 충분할 것이다. 더 일반적인 경우에 대하여, 유도 신호로부터 유도된 추가적인 가스 농도 측정 매개변수가 요구된다.
그러므로 제1 유도 신호의 적어도 하나의 너비가 가스 농도 측정 매개변수처럼 모 캘리브레이션 함수로 들어가면, 더 유리하다. 유도 신호의 너비에 대한 모 캘리브레이션 함수의 이러한 의존성은, 궁극적으로 측정 신호에 대한 상태 변수의 영향이 그들의 위치 및 그들의 폭 넓히기에 대해 매우 상이한 흡수 선 형상에 대한 분광계의 빛 소스 변조 속성과는 별개로 계산될 수 있도록 유도 신호의 영역 관계에 대한 또는 영역에 대한 의존성을 보완할 수 있다.
제1 유도 신호의 지정된 너비는 이러한 유도 신호의 극한의 최대값의 절반 최대값에서의 전체 너비 혹은 두 극한 사이, 두 0의 교차 사이 또는 극한과 그러한 유도 신호의 0의 교차 사이의 간격이다. 실질적으로 유도 신호의 모든 현저하고 명확히 식별 가능한 지점은 그러므로 흡수 선이 상이한 가능한 영향에 의해 넓혀지는 정도를 결정하는 것을 가능하게 하는 너비를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도시된 바와 같이, 유도 신호 중 하나의 너비 뿐만 아니라 적어도 두 유도 신호의 영역의 비 또는 영역을 고려하는 모 캘리브레이션 함수는 그러므로 실질적으로 특히 흡수선 내 로렌츠 부분(Lorentz portion)의 압력 의존적인 이중 폭 넓히기 온도 의존적인 가우스 부분(Gaussian portion)의 이중 폭 넓히기를 포함하여, 흡수 선 형상에 대해 샘플의 상태 변수의 모든 적절한 영향을 검출한다. 그러므로, 가스 농도 측정 매개변수로부터, 특히 각각의 유도 신호로부터 유도되는, 각각의 유도 신호로부터, 특히 유도 신호의 영역 및 너비로부터, 유도 신호의 영역 및 너비로부터, 가스 농도 측정 매개변수뿐만 아니라 샘플의 상태 변수로부터 측정될 변수 상의 이러한 위조 영향을 제거하기 위해, 한번 설정이 되면, 모 캘리브레이션 함수는 분광계의 검출 속성의 영향이 아닌 상태 변수의 영향을 고려하는 기여를 제공하기에 적절하다. 이러한 영향이 장치 캘리브레이션 함수 내에서 더 이상 고려되지 않아도 되도록 이러한 상태 변수를 사용하여 측정 신호 상의 분광계의 빛 소스 변조 속성의 영향을 제거하는 것이 특히 가능하지만 이는 검출 속성에 오히려 제한될 수 있다.
각각의 분광계에 대해 한번, 유리하게는 동일한 유형의 일련의 분광계에 대해 오직 한번 오직 일어나야 하는 모 캘리브레이션 함수의 결정(캘리브레이션)에 대해, 본 발명에 따라 방법의 바람직한 실시예는 모 캘리브레이션 함수가 각각의 샘플의 상태 변수의 상이한 조합의 존재 상에서 복수의 측정에 의해 결정되는 것을 제공한다. 이런 점에서, 개별적인 상태 변수는 가능한 한 정확하게 모 캘리브레이션 함수를 결정하는 것이 가능할 상태 변수의 상이한 조합에 의해 분광계의 전체 적용 범위를 통틀어 가능한 한 미세하게 유리하게 눈금이 매겨진다.
측정이 샘플의 상태 변수의 매우 많은 조합에 대해 수행되므로, 모 캘리브레이션 함수는 예컨대 다차원의 다항식으로서 또는 다른 수학적 함수로서 이러한 방식으로 획득되는 데이터 세트로 매치될 수 있다. 모 캘리브레이션이 연속적으로 정의되는 함수는 아니지만 예컨대 반올림 또는 내삽법(interpolation)이 일어날 수 있는 사이에서 복수의 샘플링 지점에 의해 검색 표의 방식으로 정의되는 것이 동등하게 가능하다. 그러한 경험적으로 결정되는 모 캘리브레이션 함수가 그로 들어가는 가스 농도 측정 매개변수의 적절한 선택에 의해 분광계의 빛 소스 변조 속성을 보상하기에 적절한 실질적으로 순수한 로렌츠 곡선인 흡수 선에 대해 수학적으로 나타날 수 있다. 그러므로 결정되는 모 캘리브레이션 함수는 일반적인 경우에서와 같이, 게다가 로렌츠 및 가우스 곡성의 혼합인 포크트 프로파일을 가지는 흡수 선에 대한 이러한 요구되는 속성을 실질적으로 가짐이 나타난다.
본 발명에 따르는, 특히 나타난 실시예 중 하나에 따르는, 방법을 수행하기 위해 적절한 분광계에 본 발명이 또한 관련된다. 그러한 분광계는 예컨대, 자동화된 또는 부분적으로 자동화된 방식에서 매우 크게 각각의 방법을 수행할 수 있고, 마지막으로 지정된 경우에서 사용자는 예컨대 분광계의 디스플레이 장치의 수단에 의해, 방법의 개별적인 단계를 통해 가이드될 수 있다. 분광계는 본 발명에 따라 방법 또는 그의 부분이 루틴으로서 저장되는, 예컨대 마이크로프로세서와 같은, 프로세서 유닛을 더 포함할 수 있다. 또한, 루틴에게 이러한 결정을 수행하기 위해 사용자의 가이드를 위한 장치 캘리브레이션 함수의 결정을 수행하는 것이 제공될 수 있다. 제공은 측정될 가스의 샘플의 상태 변수가 사용자에 의한 입력인 분광계의 실시예에서 이루어진다. 대안적으로, 바람직한 실시예에서, 분광계는 샘플의 온도 및 압력과 같은 이러한 상태 변수 중 적어도 일부를 결정하기 위한 센서를 포함한다.
분광계의 빛 소스의 파장이 정확하게 설정되고 흡수 신호의 파장 의존 측정을 위한 넓은 파장 범위를 통해 연속적으로 이상적으로 변화할 수 있으면, 본 발명에 따라 방법을 수행하는 것은 유리하다. 날카로운(sharp) 파장의 빛을 획득하기 위해, 필터 또는 그리드는 종래의 빛 소스 전에 예컨대 삽입될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 분광계는 빛 소스로서 레이저를 포함하고, 흡수 선은 가스에 의한 이러한 레이저의 빛의 흡수를 도출한다. 레이저의 사용은 단순한 방식에서 날카롭게 정의되는 파장을 가지는 높은 강도의 빛을 획득하는 것을 가능하게 한다. 이러한 레이저의 파장은 바람직하게 게다가 조정 가능하다. 특히 다이오드 레이저는 예컨대, 본 발명에 따라 분광계 내에서 바람직하게 사용되는 분산 피드백 다이오드 레이저 또는 수직 공동 다이오드 레이저의 방식으로 이러한 목적에 적절하다.
모 캘리브레이션 함수가 분광계 내 실질적으로 영구적으로 저장되면, 더 바람직하다. 분광계는 예컨대, 이러한 목적을 위해 메모리 유닛을 포함할 수 있다. 모 캘리브레이션 함수는 예컨대, 검색 표의 방식으로 샘플링 지점의 다차원 매트릭스로서 또는 수학적인 함수의 정의로서, 저장될 수 있다. 반올림 또는 내삽법은 샘플링 지점 사이의 값을 결정하기 위해 제공될 수 있다. 분광계 내 모 캘리브레이션 함수의 영구적인 저장은 모 캘리브레이션 함수의 결정이 예컨대 제조업자에서 한 번 일어나고, 이후 분광계의 모든 추가적인 사용에 대해 분광계 내 접근 가능한 방식에서 존재하는 것을 가능하게 한다. 모 캘리브레이션의 결정의 반복은 일반적으로 제공되지 않으므로, 모 캘리브레이션은 쓰기 방지 방식으로 분광계 내에 저장될 수 있다.
장치 캘리브레이션 함수는 모 캘리브레이션 함수에 유사한 방식으로 분광계 내 저장될 수 있다. 그러나, 장치 캘리브레이션 함수는 일반적으로 정기적으로 재결정되어야 하므로, 영구적으로 저장되는 것이 아닌, 오히려 겹쳐 쓰이는 것이 바람직하다.
본 발명은 첨부된 개략도를 참조하여 다음에서 설명될 것이다.
도 1은 측정의 실행 동안 관계되는 종래기술에 따라 캘리브레이션 함수 내로 들어가는 값인, 개략적인 표현 내에 있고; 및
도 2는 모 캘리브레이션 함수 및 장치 캘리브레이션 함수 내로 나뉘어지는 캘리브레이션 함수인, 측정의 실행 동안 관계되는 본 발명에 따라 방법의 실시예에 따라 캘리브레이션 함수 내로 들어가는 값인, 개략적인 표현 내에 있다.
캘리브레이션 함수(19, 27, 29)을 결정하기 위한 (한 번 또는 정기적인) 측정 전에 수행될 각각의 캘리브레이션은 도시되지 않았다. 도 1 및 2 내에 나타난 측정 루틴에서, 각각의 캘리브레이션 함수(19, 27, 29)은 이미 결정되고, 즉 그들은 상이한 영향, 특히 분광계의 장치 속성(13)의 및 가스의 상태 변수(11)가 측정 영향(21) 상에 어떻게 행동하는지 기능적인 관계 상의 각각의 정보를 저장된 형태로 이미 포함한다.
도 1 내 개략적인 표현은 샘플의 가스의 측정될 구성 및/또는 농도에 기초하는 측정 매개변수(15)로부터 및 측정을 위해 사용되는 분광계의 장치 속성(13)으로부터, 측정될 샘플의 상태 변수(11)로부터 시작한다. 여기에서 상태 변수는 압력 p, 온도 T 및 캐리어 가스 영향 X이다. 분광계의 장치 속성(13)은, 분광계의 파장 변조 상의 영향을 위조하는, 분광계의 빛 소스 변조 속성(14) 및 사용되는 분광계의 전자 장치 상의 영향을 실질적으로 위조하는, 검출 속성(16)이 그에 의해 결정되는 점에서 측정 상의 효과를 그러한 범위까지 가지고 실질적으로 분광계의 레이저의 및 전자장치의 속성이다. 가스의 구성 및/또는 농도의 결정에 관련되는 측정될 측정 매개변수(15)는 입자의 수 N이다.
도 1를 참조하여 측정의 수행은 상이한 방식에서 상이한 정도로 지정된 입력 값(11, 13, 15)의 영향에 대상이 되는 흡수 신호를 측정함으로써 일어난다. 흡수 신호는 일반적으로 파장 변조 분광계 내 집적적으로 기록되지만 가스 농도 측정 매개변수가 결정되는 제1 유도 신호 xf 내로 변환된다. 이는 빔 경로 내 먼저 또는 오염된 창문으로 인해 강도 변동에 관계 없이 유도 신호를 획득하기 위해 수신된 강도에 비례하는 값 상에서 유도 신호 xf의 표준화(norming)를 일반적으로 포함한다. xf 신호의 영역 F(xf)(17)은 제1 유도 신호로부터 유도 될 수 있고 측정 매개변수(15)뿐만 아니라 분광계의 장치 속성(13)의 및 샘플의 상태 변수(11)의 영향에 처음에 의존하는 이러한 가스 농도 측정 매개변수를 일반적으로 나타낸다. 측정 신호로부터 유도된 가스 농도 측정 매개변수는 샘플의 상태 변수(11) 및 xf 신호의 표면(17)이 들어가는 캘리브레이션 함수 K(p, T, X, F)(19)를 사용하여 분광계의 장치 속성(13)의 및 샘플의 상태 변수(11)의 영향을 위조하는 것으로부터 해방된다. 이는 예컨대, 그러한 경우 또는 다른 및 더 복잡한 방식에서 캘리브레이션 함수(19)에 대응하는 정정 인자에 의해 가스 농도 측정 매개변수의 곱셈에 의해 일어날 수 있다. 캘리브레이션 함수(19)에 의한 정정의 결과는 궁극적으로 측정된 샘플 내 가스의 구성 및/또는 농도(21)이다.
캘리브레이션 함수(19)이 위조 영향을 제거하는 것의 이러한 목적을 만족시킬 수 있도록, 그것은 예컨대, 그것이 정의된 방식에 의해, 상태 변수(11) 및 장치 속성(13)이 어떻게 측정 신호에서 동작하는지에 대한 정보를 획득하고 사용하여야 한다. 이러한 목적을 위해, 캘리브레이션 함수(19)은, 이러한 관계가 상이한 조건 하에 복수의 캘리브레이션 측정에 의해 및 참조 측정과의 비교에 의해 결정되고 캘리브레이션 함수(19)으로 유입되는 측정의 일부로 측정 전에 결정되었어야 한다. 장치 속성(133)이 그러나 시간에 따라 변화하므로, 캘리브레이션 함수(19)은 매개변수 세트로 간단하게 기술될 수 없는 새로운 장치 속성(13)에 대해 정기적으로 재결정되어야 한다.
종래기술에서의 절차와 본 발명에 따르는 방법의 차이는 도 2의 도 1과의 비교에 의해 설명될 것이다. 도 2 내 도시된 측정의 루틴에서, 다음에 빛 소스 변조 속성(14) 및 분광계의 검출 속성(16)을 통해 측정 신호에 대한 영향을 가지는, 각각의 분광계의 동일한 장치 속성(13), 샘플의 동일한 상태 변수(11) 및 측정될 결과에 대한 기반을 형성하는 샘플의 동일한 측정 매개변수(15)가 추측된다. 다음에 이러한 매개변수는, 파장 변조 분광계의 기본적인 원리에 따라, 유도 신호의 형태로는 들어가지만 산정 내로 직접적으로 들어가지 않는 측정 흡수 신호에 대한 영향을 가진다.
제1 유도 신호 xf는 다음에 xf 신호의 영역 F(xf)(17)의 형태에서 가스 농도 측정 매개변수를 유도하기 위한 시작 지점이다. 하지만 도 2 내 기술된 방법에서, 도 1을 따르는 방법과는 다르게, xf 신호의 오직 하나의 영역 F(xf)(17)만이 가스 농도 측정 매개변수로 사용되는 것은 아니다. 흡수 신호는 적어도 하나의 추가적인 유도 신호 yf 내 오히려 변환된다. xf 신호는 예컨대, 2f 신호일 수 있고, yf 신호는 3f 신호일 수 있다. 영역 F(xf)(17) 및 F(yf)(17)는 이후 두 영역(17)의 단순한 몫 F(xf)/F(yf)으로 여기에서 형성되는 관계 V(23)를 형성하기 위해 오프셋된다. 또한, 추가적인 유도 신호 y'f에 대한 추가적인 영역 F(y'f)(17')의 결정은 또한 (점선으로 표시된) 관계 V(23)내로 또한 들어갈 수 있게 또한 제공될 수 있다. 또한 유도 신호 2f의 너비 B(zf)(25)는 제3 가스 농도 측정 매개변수로 결정되고, 그의 너비 zf는 xf 또는 yf 와 상이하거나 동일할 수 있다.
도 2에서 도시된 실시예에서, 세 가지 가스 농도 측정 매개변수(17, 23, 25)는 그러므로 캘리브레이션 함수(19)으로 들어간다. 현재 경우에서, 이러한 가스 농도 측정 매개변수는 각각의 유도 신호의 너비(25), 영역(17) 및 두 영역(17)의 관계(23)이다. 측정 신호가 장치 속성(13)에 의해 확실히 또 위조되도록 분광계의 빛 소스 변조 속성(14)가 캘리브레이션 함수의 후속적인 사용의 일부로 보상되는, 그러한 적절한 가스 농도 측정 매개변수의 이러한 선택에 의해 이는 실제로 유리하게 가능하게 이루어지지만, (특히 가스의 상태 변수(11)에 대한 및 빛 소스 변조 속성(14)로부터) 우선 다른 영향으로부터 검출 속성(16)의 고려 없이 제1 단계에서 지금 해방될 수 있다.
본 발명에 따라, 도 1로부터 단일의 캘리브레이션 함수(19) 대신, 즉 도 2에 도시된 바와 같이, 장치 캘리브레이션 함수(29)의 및 모 캘리브레이션 함수(27)의 두 부분의 캘리브레이션 함수의 사용이 제공된다. 이런 점에서, 측정 동안, zf 신호의 너비(25)뿐만 아니라 yf 신호 및 xf 신호(17), 상태 변수(11), xf 신호 영역(17), 영역(17)의 관계(23)는 모 캘리브레이션 함수 KM(p, T, X, F, V, B)(27)로 들어간다. 상기된 바와 같이, 모 캘리브레이션 함수로 들어가는 가스 농도 측정 매개변수의 이러한 선택은 빛 소스 변조 속성(14)이 보상되고, 모 캘리브레이션 함수(27)이 그러므로 분광계의 장치 속성(13)으로부터 말하자면 분리되는 적절한 가능성을 나타낸다.
모 캘리브레이션 함수(27)에 의해 고려되지 않는 분광계의 검출 속성(16)은 이러한 목적을 위해 장치 캘리브레이션 함수 KG(29)에 의해 고려된다. 이러한 목적을 위해, 검출 속성(16)은, 특히 그들이 일반적으로 그와 같이 존재하지 않으므로, 측정 동안 장치 캘리브레이션 함수(29)으로의 매개변수로 전송되지 않아도 되지만, 그들은 정기적으로 반복되어야 하는 그것의 결정에 의해 장치 캘리브레이션 함수 내 기능적인 관계로 저장되고 오히려 이미 고려된다.
두 부분 캘리브레이션 함수는 그러므로 측정 신호 상의 상이한 영향의 상호적으로 독립적인 제거에 적절하다. 이런 점에서, 도 1의 단일의 캘리브레이션 함수(19)의 영향에 대응하는 분광계의 장치 속성(13)의 및 샘플의 상태 변수(11) 둘의 영향을 위조하는 것으로부터 측정 신호의 궁극적으로 해방이 장치 캘리브레이션 함수(29)의 및 모 캘리브레이션 함수(27) 둘의 사용에 의해 궁극적으로 일어나므로, 부분 캘리브레이션 함수는 서로에 보충적이다. 예컨대, 모 캘리브레이션 함수(27) 및/또는 장치 캘리브레이션 함수(29)은 예컨대, 다른 수하적 연산에 의해 또는 곱셈에 의해, 측정 신호 또는 하나 이상의 가스 농도 측정 매개변수로 적용되는 정정 값을 각각 출력할 수 있다. 모 캘리브레이션 함수(27) 및/또는 장치 캘리브레이션 함수(27)은 그러나, 예컨대, 서로 후에, 가스 농도 측정 매개변수로 직접적으로 또한 적용될 수 있고, 그러므로 측정될 결과는 최종적으로 즉, 샘플 내 가스의 구성 및/또는 농도를 도출하도록 영향을 위조하는 것으로부터 그들을 해방시킬 수 있다.
본 발명에 따라 방법에 따라 단일의 측정 내 가스의 구성 및/또는 농도의 특정 결정이 특정 상황에서, 더 중간적인 단계가 zf 신호 또는 너비(25)의 및 이러한 영역(17)의 비(23)의 xf 또는 yf 신호의 영역(17)의 계산에 의해 일어나는 범위까지 종래기술로부터 알려진 방법에 대하여 더 복잡할 수 있더라도, 그럼에도 불구하고, 특히 분광계의 사용자 의해 캘리브레이션 및 측정의 정기적인 수행을 수행하는 것이 더욱 쉽다. 지정된 추가적인 계산은 즉 자동화될 수 있고 예컨대 분광계 자신 내에서 단지 적은 처리 노력을 가지고 수행될 수 있다. 노력에서의 가능한 가벼운 증가는, 비교적 복잡한 모 캘리브레이션 함수(27)이 분광계의 사용자에 의함이 아니라 일반적으로 한번 단지 결정되어야 하는 이점에 의해 보상되고, 이에 반하여 정기적으로 결정되어야 하는 캘리브레이션 함수(29)은 예컨대 두 지점 캘리브레이션의 수단에 의해, 종래기술의 단일의 캘리브레이션 함수(19)보다 실질적으로 더 간단하게 결정될 수 있다.
상기된 문맥의 목적을 위해, 용어 "샘플"은 예컨대, 측정 공간을 통해 전달되고, 예컨대 방출 가스 통로 또는 침니(chimney) 내 가스 또는 스모크인, 그의 농도 또는 구성이, 결정될 것인 가스뿐만 아니라 닫힌 측정 공간 내 가스를 포함한다.

Claims (19)

  1. 분광계에 의해 가스의 구성(composition) 및/또는 샘플 내 가스의 농도를 결정하기 위한 방법으로서,
    상기 파장의 함수로 상기 가스의 흡수 신호를 측정하는 단계 ? 여기에서, 상기 파장은 파장 범위를 실질적으로 연속적으로 통과하고, 상기 파장 범위의 연속적인 통과는 파장 변조(wavelength modulation)에 의해 중첩되고, 빛 소스 변조 속성 및 상기 분광계의 검출 속성을 통한 상기 흡수 신호 상의 상기 파장 변조의 상기 영향은 상기 각각의 분광계의 장치 속성에 의존함 -;
    상기 흡수 신호를 적어도 하나의 제1 유도 신호로 변환하는 단계;
    상기 제1 유도 신호로부터 가스 농도 측정 매개변수를 유도(deriving)하는 단계;
    상기 각각의 분광계의 상기 장치 속성의 및 상기 가스의 상태 변수의 영향을 보상해 주는 캘리브레이션 함수(calibration function)로부터 및 적어도 상기 가스 농도 측정 매개변수로부터 상기 가스의 구성 및/또는 농도를 결정하는 단계
    를 포함하며,
    상기 캘리브레이션 함수는 장치 캘리브레이션 함수 및 모 캘리브레이션 함수(parent calibration function)를 포함하고, 상기 분광계의 상기 빛 소스 변조 속성이 실질적으로 보상되도록 각각의 유도 신호로부터 유도된 하나 이상의 가스 농도 측정 매개변수 및 상기 가스의 상기 상태 변수는 상기 모 캘리브레이션 함수로 들어가서 선택되고, 상기 장치 캘리브레이션 함수는 상기 각각의 분광계의 상기 검출 속성을 감안하는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장은 파장 범위를 실질적으로 연속적으로 통과하고, 상기 파장 범위의 연속적인 통과는 조화 파장 변조(harmonic wavelength modulation)에 의해 중첩되는 것인, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 유도 신호로 상기 흡수 신호를 변환하는 단계는, 상기 유도 신호가 빛 강도에 비례하는 값으로 표준화되는 것을 포함하는 것인, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스의 상기 상태 변수는 상기 샘플의 온도, 압력 및/또는 캐리어 가스 영향을 포함하는 것인, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 캐리어 가스 영향은 상태 변수로 존재하지 않아도 되는 것인, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 분광계의 상기 빛 소스 변조 속성은 상기 분광계의 빛 소스의 속성이고 그리고/또는 상기 각각의 분광계의 상기 검출 속성은 상기 분광계의 전자장치(electronics)의 속성인 것인, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장치 캘리브레이션 함수는 두 지점 캘리브레이션(calibration)에 의해 결정되는 것인, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 두 지점 캘리브레이션은 제1 및/또는 제2 가스 농도에서 참조 가스(reference gas)의 또는 상기 가스의 측정을 포함하는 것인, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 두 지점 캘리브레이션은 상기 가스의 최대로 확실하게 측정 가능한 농도의 대략 0% 내지 대략 70%에서의 상기 참조 가스의 또는 상기 가스의 측정을 포함하는 것인, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유도 신호의 적어도 하나의 영역 또는 상기 제1 유도 신호의 상기 영역에 비례하는 값은 상기 가스 농도 측정 매개변수로서 상기 모 캘리브레이션 함수로 들어가는 것인, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 흡수 신호를 제2 유도 신호로 변환하는 것 및 상기 제1 유도 신호의 영역 및 상기 제2 유도 신호의 영역 중 적어도 하나가 상기 가스 농도 측정 매개변수로서 상기 모 캘리브레이션 함수로 들어가는 것을 더 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 유도 신호의 상기 영역 및/또는 제2 유도 신호의 영역은, x 축 및 상기 각각의 유도 신호 사이에 포함되는 영역으로부터 또는 상기 각각의 유도 신호의 최소값에서 상기 각각의 유도 신호의 최대값의 간격(spacing)으로부터 유도되는 것인, 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유도 신호의 적어도 하나의 너비는 상기 가스 농도 측정 매개변수로서 상기 모 캘리브레이션 함수로 들어가는 것인, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 유도 신호의 상기 너비는, 상기 제1 유도 신호의 두 극한(extreme) 사이, 상기 제1 유도 신호의 두 0의 교차(two zero crossings) 사이 또는 유도(derivative)와 상기 제1 유도 신호의 0의 교차 사이의 간격, 혹은, 상기 제1 유도 신호의 극한의 최대값의 절반에서의 전체 너비인 것인, 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 모 캘리브레이션 함수는 각각의 샘플의 상태 변수의 상이한 조합의 존재에 대한 복수의 측정에 의해 결정되는, 방법.
  16. 제1항에 따른 방법을 수행하기 위한 분광계.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 분광계는 레이저를 포함하며, 상기 흡수 신호는 상기 가스에 의해 상기 레이저의 빛의 흡수로부터 도출된 것인, 분광계.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 레이저는 다이오드 레이저인 것인, 분광계.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 모 캘리브레이션 함수는 상기 분광계 내에 실질적으로 영구적으로 저장되는 것인, 분광계.
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