JPH05506510A - オンライン工程管理のモニタリングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 オンライン工程管理のモニタリングシステム発明の背景 １、発明の分野 本発明は化学工程をモニターするためのシステムに関するものである。とくに、 化学工程で使用される物質の濃度をインラインでモニターするための光ファイバ ーを基本にしたシステムに関するものである。

アメリカ合衆国政府は米国エネルギー省とウェスティングハウス・サバナーφリ バー社（ＷｅｓｊｉｎｇｈｏｏｓｅＳａｖａｎｎａｈ　Ｒｉｖｅｔ　Ｃｏｍｐａ ｎ７）間の契約番号Ｄ　Ｅ　−Ａ　Ｃ０９−８９Ｓ　Ｒ１８０３５にしたがい、 本発明における権利を所有している。

２、背景の説明 吸収スペクトルの測光がオンラインの化学分析に応用できることは長い間認めら れてきた技術の一つである。

その技術は単純で、比較的容易に工業的および実験室的な化学工程にインターフ ェイス（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｗｉｔｈ）　Ｌ、光を吸収する分析物に対して選 択的で高感度でありうる。

商業的に利用可能なフィルター式測光デバイスは信頼できる高精度なオンライン のデータを提供する。これらのシステムは典型的には二つの光周波数をモニター する。

一つは分析物の吸収と一致し、もう一つは吸収のない点である。これらのデバイ スは自動的にスペクトル基線を移動させるが、マトリックスの状態の変化に起因 した分析物の吸収性の変化ばかりでなく、干渉性の発色団によっても厳密に影響 をうける。もつと複雑な、複数のデータチャネルを集める（ｃｏｌｌｅｃｔ）分 光光度測定デバイスは、これらの影響の一部を訂正することができるが、最近ま ではあまりに複雑で、工程の環境に対して敏感すぎた。

サバナー・リバー工場（Ｓｚｒｘｎｎｘｈ　Ｒｉｗｅｔ　Ｐｌｘｎｔ）では）ネ プツニウムおよびプルトニウムを陰イオン交換カラムから除去するのをモニター するために、数点の商業的な三波長フィルター測光器が、光フアイバーケーブル を用いて改良された。オークリッジ（Ｏｉｋ　Ｒｉｄｇｅ）国立研究所の研究員 は、プロセスストリームにおいてウラニウムおよびプルトニウムの濃度をモニタ ーするために、回転するフィルターのホイール（ｒｏｔａｔｉｎｇ　１ｉｎｅｒ 　ｖｈｅｅｌ）を基本とする光フアイバー測光器を開発した。フランスの研究者 は５つもの測定波長を有する工業的な測光器を使用した同様の分析器を開発した 。また、フランス人によって多重式（ｍａＮｉｐｌｅｘｅｄ）濃度分析器も、光 ファイバーおよび市販のダイオードアレイ（ｄｉｏｄｅ　ｘ＋「ｔ７）分光光度 計を使用して開発された。この分析器は、４００〜８００ｎｍの範囲にわたるデ ータをえながら連続して４つまでの試料の位置をモニターすることができる。

しかしながら、化学的濃度の正確で有効なモニタリングのための、オンラインの 光ファイバーを基本にした装置、システム全体の多数の位置で容易に展開でき（ ｄｅｐｌｏＨｂｌｅ）、かつ迅速なデータの獲得と応答が可能である装置に対す る需要が、なお残っている。

発明の概要 本発明は、その主要な見地にしたがっていえば、工業的または実験室的な化学工 程システムにおける複数の位置において、１以上の化学物質の濃度をモニターす るための装置である。この装置は、光源、および光ファイバーを経由して受光し た光を化学物質を通過するように方向づけ、それを光の一部分が吸収されたあと 再び光フアイバー経由で送り返すためのレンズを有する複数のプローブからなる 。分光計は戻ってきた光を受け、分析を実施するためにプログラムされたディジ タルコンピューターによって分析されるスペクトルを作成する。分光計と、各々 のプローブから返ってきた光との間にはマルチプレクサ−（ｍｕｌ）ｉｐｌｅＸ ｅｒ）があり、これが各々のプローブをいちどに連続してサンプリングする。

マルチプレクサ−は本発明の特徴の一つである。これにより、多数の工程セル（ ｃｅｌｌ）と参照および標準セルからのサンプリングが迅速になる。その結果、 濃度の情報を引き出すことができるデータがつねに流れている。この特徴の利点 は、完全な情報を供給している一方で、様々なセルからの情報を別々に受信し、 処理するための二重の装置が不必要になったことである。

本発明のもう一つの特徴は、受信したデータのコンピューター分析である。その 分析では、濃度に対する吸収および基準線オフセットに調節し干渉（ｉＢｅｒｆ ｅ日ｎｃｅ）とマトリックスの影響を訂正するための種々の分析的技術に関する 、参照セルおよび標準セルの蓄積されたデータと同様、インプットされたデータ を利用する。そしてこの分析では本質的に訂正不可能なエラーが存在するような ときは、示すべきデータの確実な部分を使用する。実験室の測定技術と比較する と、本システムも同等の性能を有し、いずれも２％以内の正確さの濃度を提供す る。

この分析の利点は、正確な作業のためにより時間がかかっていた実験室的技術を 、不必要にしたことである。

本発明のもう一つの特徴は、工程セルとして標準的な圧縮取り付は具（ｃｏｍｐ ｒｅｓｓｉｏｎ　Ｉｉｕｉｎｇｓ）を使用したことである。この特徴の利点は、 光フアイバーケーブルの製造と接続を簡略化したことである。

さらに本発明のもう一つの特徴は、データを妥当なものにし、エラーをチェック するために参照セルと標準セルを使用したことである。

本発明のその他の特徴と利点は、以下の図を伴った好ましい具体例の詳細な説明 を注意深く読むことによって、工程管理の当業者には明らかとなるだろう。

図面の簡単な説明 図中、 図１は典型的な工業的化学工程の概略図、図２は本発明による好ましい具体例の 概略図、図３はフロー（Ｉｌｏｖ）セルで測定されたスペクトル、空のセルにお けるスペクトルおよびネット（ｎｕ）スペクトルの、波長に対する吸収のグラフ 、 図４は種々の濃度の化学物質についての波長に対する吸収のグラフおよび 図５は典型的な工程セルの断面側面図である。

好ましい具体例の詳細な説明 実験室または工業的な化学工程システムは、タンク、エバポレーターなどといっ た、配管で連結された一連の工程容器（ｒｅ＋＋ｅｌ）である。化学工程は少な くとも数個の容器の中でおこる。沈殿、混合、蓄積、蒸発などのその他の工程は 、一つまたはそれ以上の他の容器の中でおこりうる。

このシステム全体にわたって、一つまたはそれ以上の化学物質の濃度を知ること が重要であろう。たとえば、平行に並んだ貯蔵タンクは、下流の反応容器におい て化合するであろう別々の化学物質を各々保持しつる。二つのタンクの中の物質 濃度は、容器内の適切な反応のためには重要なものであろう。したがって二つの 異なる物質の濃度はモニターされなければならない。

図１は多数のタンクと容器とを有するシステムの一例で、全体として参照番号１ ０で示される。化学物質の原料（ｆｅｃｄ　＋ｔｏｃｋ）は第１のデカンタ−１ ２へ、そして第１の保留タンク１４へ、さらに第１のフィードタンク（ｒｅｅｄ ｔａｎｋ）　１６へと流れ込む。フィードタンク１６のあとは化学物質はエバポ レーター２０へ、そしてフィード調節タンク２２へと流れ込む。フィード調節タ ンク２２から化学物質は第２のフィードタンク２４へ、そして第１のミキサセト ラ（ｍｉｘ＋＋／　５ｅｔｔｌｅｒ）バンク（ｂａｎｋ）２６へ、さらに第２の ミキサセトラバンク２８へ、それから策２のデカンタ−３０に、最後に第２の保 留タンク３２へと、システム１０を出る前に移動していく。本発明では、これら のタンクや容器の各々で起こることを詳細に記述することが重要なのではない。

システム１０は、多数の位置での物質の濃度のモニタリングが重要である化学工 程システムの単なる一例である。第１および第２のデカンタ−１２および３０、 第１および第２の保留タンクＩ４および３２、ｍｌおよび第２のフィードタンク １６および２４、そしてフィード調節タンク２２において、モニタリングセルが 位置づけられる。

本発明の装置の概略図を示す図２に言及すると、光源４０はレンズ系４２によっ て平行になり（ｃａｌｌｉｍａｔｅｄ）、光ファイバー４４に方向づけられてい る。光ファイバー４４は光源４０からマルチプレクサ−５０へと光を搬送する。

マルチプレクサ−５０は、固定されたステージ５２と可動のステージ５４の、た がいに緊密に近接した二つのステージを有する。可動ステージ５４が固定ステー ジ５２に関して直線的に移動するとき、光ファイバー４４の末端は、固定ステー ジ５２上の場所に保持された一連の他の光ファイバーの一つと一直線になる。

これらの光ファイバーの一つである６０は、参照セル６２に通じている（ｌｅａ ｄ　）ｏ）。固定ステージ５２に取り付けられた第２の光ファイバー６４は標準 セル６６に通じている。

残りの光ファイバーは、まとめて６８とするが、複数の工程セルフ０に通じてお り、７０はシステム１０のモニターされているタンクおよび容器の各々の中にあ る。参照セル６２、標準セル６６および工程セルフ０は、以下により充分に記載 されているが、各々は他の光ファイバーにおいて光をマルチプレクサ−５０へと 返す。

参照セル６２は、マルチプレクサ−５０の固定ステージ５２へ通じている第２の 光ファイバー８０を有している。標準セル６６はマルチプレクサ−５０に通じて いる第２の光ファイバー８２を有し、また工程セルはマルチプレクサ−５０に通 じている各々からの第２の光ファイバー、まとめていえば８４、を有している。

可動ステージ５４が光ファイバー４４を光源４０から移動させるとき、それはま た、第３の光ファイバー９０を参照６２、標準６６および工程セルフ０からやっ てくる各々の策２の光ファイバーと一直線になるように、あるいはならないよう に移動させる。東３の光ファイバー９０の別の末端は、受光した光からスペクト ルを作成する分光計９２へと連絡している（ｆｅｅｄ　１ｎｔｏ）。分光計９２ はスペクトルのデータを、分析のためのコンピューター９４へ移送する。スペク トルのデータの分析に加えて、コンピューター９４はマルチプレクサ−５０の可 動ステージ５４の動きを制御し、工程試料管理（ｐｒｏｃｅｓｓ　ｓａｍｐｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）　９６の動作を指示する。

１５ｍをこえる長い距離のためには、典型的な分光光度計の内部光源よりむしろ 、良好な安定性と明るさを有する外部光源が必要である。好ましくはキセノンの アーク灯が用いられ、これはこれらの特性をかねそなえており、１００　ｍまで も照らすのに適している。適当なランプはハフ′７ツ３−ボレーション（Ｈａｍ ａｍａｔｓｕ　Ｃａｒｐ、）　ｌこよって製造されたモデルナンバーＬ２＋９４ である。光ファイバーにおけるソラリゼーションの影響を軽減するために、ラン プからの光は、測定がなされる間だけ通過させる。

光ファイバーは、ポリマーで被覆加工されたシリカであって、紫外線に良好に反 応するために水酸基含量が高く、そして放射能を帯びた環境の中でも良好な放射 抵抗を有するものが好ましい。わずか６００μｍのコア（ｃ　ｏ　ｔ　ｅ）を有 するファイバーは、ファイバーの柔軟性と光搬送能力の最良の妥協のために、さ らに７５０μｍのポリマーのクラツディングおよび１０６０μｍのＥＴＦＥ緩衝 直径（ｂｕｆｆｅｔ　ｄ目ｍｅｔｅｒ）を有するものが好ましい。好適なケーブ ルは、ケブラーストレングス　メンバーズ（Ｋｅｙｌａ＋ＳＨｅｎｇ＋ｈ　ｍｅ ｍｂｅｒｓ）を有するベルデン（Ｂｅｌｄｅ＋）　＃　２２６１０１ビトライト （Ｂｉｔｌｉｔｅ）の漏光のない（ｔｉｇｈりチューブとＰｖＣの被覆とからな る応用光子装置（Ａｐｐｌ目ｄＰｈｏｔｏｎｉｃ　Ｄｅｒｉｃｅ）によって製造 される０本発明に使用される好ましいマルチプレクサ−は、ステッパー−モータ ー（Ｓｔａｐｐｅ＋−ｍａｔｏ＋ｌ制御の直線的トランスレータ−である。固定 ステージと可動ステージとを逆にすることは可能であるが、大部分の光ファイバ ーが接続したステージを固定し、レンズから分光光度計までの光ファイバーをた だ一組だけ可動ステージに有せしめることが好ましい。二つのステージの光フア イバー間の空間は、ファイバーからファイバーの接続における搬送損失を２デシ ベル程度に小さくするために、約１１ｎＩ１１といったきわめて狭いものに保持 すべきである。アエロチック・インコーポレーション（Ａｅ＋ｏｔｅｃｈ、　Ｉ ｎｃ）により好適なマルチプレクサ−が製造されており、これは目的とする光フ ァイバーの連結（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）のためのカスタマイゼーション（ｃｕｓ＋ ｏｍｉｒ［１ｏｎ）を必要とし、近接点であれば１秒未満の切り換え時間を有し ている。

分光光度計９２は好ましくは光ダイオードアレイの工程分析器である。他の分光 測定技術、たとえば高速走査型回折格子や音響光学フィルター（ａｃｏｕｓｔｉ ｃ−ｏｐｔｉｅｘｌ！ｉＮｅ＋）装置などもまた応用することができる。固定さ れた凹面のホログラフィック回折格子および１９０〜１１２０■のスペクトルの 範囲を網羅する３２８の素子配列を備えた適当な強度の単ビームデバイスは、ヒ ユーレットパラカード（Ｈｅｖｌｅｔ＋　Ｐｇｃｋｚｒｄ）によって製造された モデル８４５２である。それは組み込み式の重水素ランプを有し、そのランプは 短い距離には満足できるものであるが、より長い距離となると前記のようなもっ と明るいランプを代わりに使用することが好ましい。

スペクトルのデータを分析するには、データ分析用にプログラムされた汎用コン ピューター９４が必要である。

コンピューター９４は、ＩＢＭ７５５２工業用コンピューターなどのように、同 様に強度にすぐれ、暑いとかほこりっぽい、あるいは電磁気学的に６雑音が多い ”といったような工業的工程の環境の中でも作動しうろことが好ましコンピュー ター９４は、コンピューター用ソフトウェアと測定された吸収スペクトルと相関 のある分析物の濃度の情報のモデルとを用いてプログラムされたものである。

既知の濃度はインプットされたデータに直線的に相関していると仮定される。コ ンピューター分析は部分最小二乗（Ｐａｒｔｉａｌ　Ｌｅａｓ）　５ｑｕａ＋ｅ ＋ｌ　、主要要素回帰（ＰｒｉｎｃｉｐｌｅＣｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｒｅｇｒｅ＋ ＋１ｏｎ）、古典的最小二乗（Ｃ１ａｓ＋１ｃｉｌＬｅａｓｔ　５ｑｕａｒｅｓ ）および多重直線回帰（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ＬｉｎｅａｒＲｅｇ＋ｅｚｉｏｎ） の分析計算を含んでいる。これらのはじめの二つは、いずれも、その組（＋　ｅ 　りのスペクトル間の差異を示す直交ベクトルを作成することによってスペクト ルデータの組が作成されるという点で似ている。主要要素回帰分析では、ベクト ルはスペクトルのデータ中の誤差を最小にするように選択される。未知のスペク トルはさらに、主要要素回帰ベクトルの各々に対応した固有値まで容易に分解可 能である。濃度のためのモデルを作成するばあい、キャリブレーションデータの 組におけるスペクトルの固有値が、その既知の濃度を用いて多重最小二乗法など の多数の手法のいずれかによって対応づけられる。

主要要素回帰においては、ベクトルはスペクトルのデータにおける誤差を最小に するよう選択されるが、部分最小二乗分析では、与えられた濃度における誤差を 最小にするように選択される。このようにして新しいベクトルとしての濃度モデ ルの作成が計算される。このことによってモデル濃度に必要なベクトルの数や結 果に含まれる“ノイズの量がしばしば軽減される。しかしながら欠点をあげると 、部分最小二乗分析はデータと濃度の間の直線的関係を仮定することである。

部分最小二乗分析では、はじめにスペクトルと直交ベクトルとの間の類似性（ｌ 　１ｋｅｎｅｘｓｅｓ）を計算し、そしてつぎに、ベクトル各々からの濃度への 寄与（ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を合計することにより、未知のスペクトルか ら濃度を計算する。スペクトル残金（ｒｅｓｉｄｕａｌ）は、もとのスペクトル から、ベクトルの類似性をさしひくことによって計算される。与えられた化学シ ステムを示すために使用されるベクトルの数は、既知の濃度で一組のスペクトル の予測される誤差を最小にすることによって決定される。この検査用の組（ｙｅ ＋ｉ［１ｃｘｊｉｏｎ　＋ｅｔｌは、もちろんモデル作成に使用される組の一部 であってはならない。

図３は空のセルの吸収スペクトル９８と化学物質が流れているセルから測定され たスペクトル９９を例示している。

ネットスペクトル１０Ｇは空のセルのスペクトルから測定されたスペクトルをさ しひくことによってえられる。

図４に、数個のネットスペクトルを示しているが、各々は一つの化学物質の異な る濃度に対応している。スペクトル１０１　ａ　、１０１ｂ　、１０１ｃ　、ｆ ｏｌｄおよび１０１　ｅは各々６．０．４．０　、２．０．１．０および０．１ モルの濃度に対応している。

図５で例示したように、工程セル１０２は、インテリア（ｉｎ＋ｅ＋ｉｏｉ　１ ０ｇを有するプローブ体ＩＮを備えたプローブ１０４であり、化学物質が流れこ んだり流れ出したりするための、二つのコネクション１１０および１１２　、第 １の光ファイバー１１６が光をプローブのインテリア１０８に搬送するための第 ３のコネクション１１４ならびに第２の光ファイバー１２０がプローブ１０４か らの光を光の一部が吸収されたあと搬送するための第４のコネクション１１８を 有している。プローブ体ＩＮは、化学物質がその間を流れることができるように 間隔をあけて位置づけられた第１および第２の光ファイバー１１６および１２０ を保持する。

二つのレンズ１２２および１２４は、好ましくは平凸で、光を光ファイバー１１ ６から化学物質を通過し、第２の光ファイバー１２０へと方向づける。

標準セル６２はプローブ１０４に類似している。しかしながら、それはインテリ アに既知の標準製炭の化学物質でみたされた空洞を有する。参照セル６Ｇは空ま たはブランク（ｂｌａｎｋ）セルであり、同様にプローブ１０４に類似して使用 にあたっては、ブランクセルと標準セルが測定されてから、各々の工程セルがモ ニターされる。流れている化学物質の流れからの有効なデータのみが濃度の計算 に使用されることを確実にするには迅速な獲得（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）およ び平均化手段が必要である。各々のマルチプレクサ−の位置では、１／ｌＯ秒間 のスペクトルが１５回集められる。スペクトルの基準線オフセットがあらかじめ 指定した切り捨て値よりも小さいならば、そのスペクトルは平均および分散スペ クトルの計算に含められる。分散スペクトルの大きさは、工程セルを通過する流 れを示す。流れが乱れると、安定した溶液の分散の実さいなら、試料採取器（ｓ ａｍｐｌｅｒ）はふさがれる可能性があり、適切な警告がコンピューターから装 置のオペレーターに与えられなければならない。

様々な基準線への影響を除去するため、濃度および残に残された吸収である。残 金スペクトルの大きさは、計が１よりはるかに大きいという条件では残金の平均 残金に対する比は１よりはるかに大きくなる。

のは明らかだろう。

要　約　書 化学工程システムにおける複数の位置で、化学物質の濃度をモニターするための 光ファイバーを基本としたオンラインの装置であって、 各々がシステムの異なる位置にある複数のプローブ、光源（４０）、 光をプローブへ（６０，６４，６８）およびプローブから（８０，８２，８４） 搬送するための光ファイバー、光を光源から、連続してプローブからプローブへ と切す換えるためのマルチプレクサ−（５０）、プローブから受光した光からス ペクトルを作成するためのダイオードアレイ分光光度計（９２）およびそのよう にして作成されたスペクトルを分析するためにプログラムされたコンピューター （９４）からなる装置。

プローブによって光は、マルチプレクサ−に返ってくる前に光の一部が吸収され るように化学物質（７０）を通過する。標準（６６）および参照セル（６２）は データを妥当なものとし、エラーをチェックするために含まれている。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成４年９月２１日 １特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ９２１００２２８ ２発明の名称 オンライン工程管理のモニタリングシステム３特許出願人 住　所　アメリカ合衆国、２０５８５　ブイストリフト　オブコロンビア、ワシ ントン、ニス　ダブリュー、インディペンデンス　アベニュー　１ＯＮ名　称　 アメリカ合衆国 国　籍　アメリカ合衆国 ４代理人　〒５４０ 住　所　大阪市中央区谷町二丁目２番２２号５補正書の提出年月日 請求の範囲 Ｉ　システムにおける複数の位置で、化学工程に組み入れられた１以上の化学物 質の濃度をモニターするための装置であって・ 光源、 該光を該１以上の化学物質の試料を通過するように方向づけ、その結果該化学物 賀が該光の一部を吸収できるようにするための複数の工程セルであって、各々が 、該光源からの光が通過して方向づけられるインテリアを有する工程セル、 該光を搬送するための第１の手段であって、該光源から該複数の工程セルの各々 へと該光を搬送する第１の搬送手段、 該光を身過するための第２の手段であフて、該光を、該複数の工程セルの各々か ら、該光の一部が該１以上の化学物質に吸収された後に搬送する第２の搬送手段 、該第２の搬送手段によって受光した該光からスペクトルを作成するための手段 であって、光学的に該第２の搬送手段に通じている作成手段、 該作成手段が該工程セルのうちの一つのセルから工程スペクトルを作成できるよ うに、いちどに該複数の工程セルのうちの一つの工程セルを選択するためのマル チプレクシング手段、 該工程スペクトルと比較するための参照スペクトルを作成する参照セルであって 、該化学物質を内部にまったく含有せず、該光を該光源から該内部を通過するよ うに方向づける参照セル、 該工程スペクトルと比較するための標準スペクトルを作成する標準セルであって 、既知の濃度の該化学物質を含有し、該光を該光源から通過するように方向づけ るインテリアを有する標準セルおよび 該参照スペクトル、該標準スペクトルおよび該工程スペクトルを比較し、該工程 セルの中の該化学物質の該濃度を決定するための手段 からなる装置。

２、　前記光源が、前記作成手段が前記スペクトルを作成しているときに作動し 、該作成手段が該スペクトルを作成していないときには作動しないものである請 求項１記載の装置。

３、　前記マルチプレクシング手段が固定ステージおよび可動ステージからなり 、前記工程セルが該固定ステージに接続している請求項１記載の装置。

４　前記第２の光搬送手段および前記作成手段が前記マルチプレクシング手段に 接続しており、該マルチプレクシング手段が固定ステージおよび可動ステージか らなり、該第２の搬送手段が該固定ステージに接続しており、該固定ステージお よび該可動ステージがおおよそ３−ｍｍをこえて離れないように配置されている 請求項１記載の装置。

５　他の工程セルが前記マルチプレクシング手段によって選択される前に、前記 作成手段が各々の工程セルから複数のスペクトルを収集する請求項１記載の装置 。

６、　前記第１および前記第２の光搬送手段がいずれもさらに、ポリマーで被覆 されたシリカの光ファイバーからなる請求項１記載の装置。

７、　前記光源がキセノンアーク灯である請求項１記載の装置。

国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．システムにおける複数の位置で、化学工程に組み入れられた１以上の化学物 質の濃度をモニターするための装置であって、 光源、 該光を該１以上の化学物質の試料を通過するように方向づけ、その結果該化学物 質が該光の一部を吸収できるようにするための複数の手段であって、各々が該シ ステムの内部に位置づけられている手段、該光を搬送するための第１の手段であ って、該光源から該複数の方向づけ手段の各々へと該光を搬送する第１の搬送手 段、 該光を搬送するための第２の手段であって、該光を、該方向づけ手段の各々から 、該光の一部が該１以上の化学物質に吸収された後に搬送する第２の搬送手段、 該第２の搬送手段によって受光した該光からスペクトルを作成するための手段で あって、光学的に該第２の搬送手段に通じている作成手段および 該作成手段によって作成された該スペクトルを分析するための手段 からなる装置。
2. ２．さらに、前記作成手段が前記方向づけ手段の一つからのスペクトルをいちど に作成するように、前記複数の方向づけ手段の一つをいちどに選択するためのマ ルチプレクシング手段からなる請求項１記載の装置。
3. ３．前記マルチプレクシング手段が連続して前記複数の方向づけ手段の各々を選 択する請求項２記載の装置。
4. ４．さらに、前記スペクトルを参照スペクトルと比較するための手段からなる請 求項１記載の装置。
5. ５．さらに、前記スペクトルを標準スペクトルと比較するための手段からなる請 求項１記載の装置。
6. ６．さらに、前記１以上の化学物質の参照試料を通適するように前記光を方向づ け、その結果該参照試料が該光の一部を吸収できるようにするための参照手段お よび 前記作成手段が前記方向づけ手段の一つからのスペクトルをいちどに作成するよ うに該複数の方向づけ手段の一つをいちどに選択するためのマルチプレクシング 手段であって、該作成手段が参照スペクトルを作成するように該参照手段を選択 するマルチプレクシング手段 からなる請求項１記載の装置。
7. ７．前記第１および第２の光搬送手段が光ファイバーからなる請求項１記載の手 段。
8. ８．前記方向づけ手段の各々が、 前記１以上の化学物質が内部に入ることができるように、前記システムに通じて いるインテリアを有するプローブ体および 前記第１の光搬送手段から受光した光を、前記第２の光搬送手段に集束するため の手段 からなる請求項１記載の装置。
9. ９．前記第１の光搬送手段が第１の光ファイバーからなり、前記第２の光搬送手 段が第２の光ファイバーからなり、および前記方向付け手段がさらに、前記１以 上の化学物質が前記プローブ体の内部に入ることができるように、前記システム に通じているインテリアを有するプローブ体および 該第１の光ファイバーから受光した光を該第２の光ファイバーに集束するための 手段 からなり、 該プローブ体は、該光が該１以上の化学物質を通過して該第１の光ファイバーか ら該第２の光ファイバーへ伝播するための径路を供給している請求項７記載の装 置。
10. １０．システムにおける複数の位置で、化学工程に組み入れられた１以上の化学 物質の濃度をモニターするための装置であって、 光源、 複数の第１の光ファイバーであって、各々が、該光源に近接した第１の末端と第 ２の末端とを有する第１の光ファイバー、 該システムの中に位置づけられた複数のプローブであって、各々が、該複数の第 １の光ファイバーの一つにおける該第２の末端に取り付けられており、該化学物 質がその内部に入ることができるように該システムに通じているインテリアを有 するプローブ、複数の第２の光ファイバーであって、各々が、第１の末端および 第２の末端を有し、第１の末端の各々が該複数のプローブの一つに取り付けられ ており、該第１の光ファイバーの該第２の末端からの光が、該第２の光ファイバ ーの該第１の末端に到着する前に該プローブのインテリアを通過して通過するよ うに該第１の光ファイバーの該第２の末端から間隔をあけて配置されている第２ の光ファイバー、 該プローブの一つをいちどに選択するための手段であって、該第２の光ファイバ ーの該第２の末端の各々と通じている選択手段、 第１の末端および第２の末端を有する第３の光ファイバーであって、該第１の末 端が、選択したいずれかのプローブの該第２の光ファイバーの該第２の末端から の光を受光する第３の光ファイバー、 該第３の光ファイバーの該第２の末端に取り付けられた、該第３の光ファイバー によって搬送された光からスペクトルを作成する分光計および 該分光計によって作成された該スペクトルを分析するための手段 からなる装置。
11. １１．前記選択手段が、 固定ステージおよび 該固定ステージに隣接して位置づけられた可動ステージ からなるマルチプレクサーであって、 前記第２の光ファイバーの前記第２の末端が該固定ステージに取り付けられてお り、前記第３の光ファイバーの前記第１の末端が該可動ステージに取り付けられ ており、さらに可動ステージが、該第２の光ファイバーの該第２の末端からの光 をいちどにそして連続して受光するように、該第３の光ファイバーの該第１の末 端を接続せしめるものである請求項１０記載の装置。
12. １２．前記プローブの各々がさらに、 プローブ体および 前記第１の光ファイバーの前記第２の末端からの光を前記第２の光ファイバーの 前記第１の末端に集束させるための、該プローブ体内部に位置づけられたレンズ 手段 からなる請求項１０記載の装置。
13. １３．さらに、前記複数のプローブのいずれかから受光した光から前記分光計に よって作成されたスペクトルのいずれかを参照するための手段からなる請求項１ ０記載の装置。
14. １４．システムの中の化学物質の濃度をモニターするための方法であって、 前記システムにわたって複数のプローブを配置するステップであって、該プロー ブが、光ビームを受光し、該光ビームをその付近の該化学物質を通過して通過さ せ、および該化学物質を通過して該光ビームが通過したのちに該光ビームを送り 返すように適応させたものであるステップ、 光ビームを該プローブの各々、一つのプローブにいちどに搬送するステップ、 該プローブの各々から返ってきた該光ビームを受光するステップ、 該プローブの各々から返ってきた光からスペクトルを作成するステップおよび 各々の該プローブ付近の該化学物質の濃度に対して、前記プローブ各々からの該 スペクトルを分析するステップ からなる方法。
15. １５．さらに、前記スペクトルの各々の妥当性を決めるために前記複数のプロー ブからの該スペクトルの各々を参照と比較するステップからなる請求項１４記載 の方法。
16. １６．前記ビームが前記複数のプローブの各々のプローブに連続して搬送される 請求項１４記載の方法。
17. １７．前記分析ステップがさらに、 ネットスペクトルを作成するために前記の受信スペクトルから、空のプローブの スペクトルを差し引くことおよび 該ネットスペクトルに対応する前記化学物質の濃度を決定するために、該ネット スペクトルを既知の吸収スペクトルと相関させること からなる請求項１４記載の方法。