(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基準温度におけるガス検出部の出力信号と、当該出力信号に対応するガス濃度との関係を示す基準ガス濃度校正曲線を使い、前記基準温度と異なる他の温度である実温度において前記ガス検出部から出力された出力信号である実出力信号に対応するガス濃度である実ガス濃度を検出するガス濃度検出方法であって、
前記実温度において前記ガス検出部から出力された実出力信号から一定のオフセット値を減算して第１補正出力値を算出する第１補正を実行する第１補正ステップと、
前記第１補正ステップによって得られる第１補正出力値と、前記基準ガス濃度校正曲線上にあって、ガス濃度検出の精度に基づいて定められた参照出力値とを比較し、前記第１補正出力値が前記参照出力値より小さいか否か判断する判断ステップと、
前記判断ステップにおいて前記第１補正出力値が前記参照出力値より小さいと判断された場合、前記基準ガス濃度校正曲線上の前記第１補正出力値をそのまま第２補正出力値とする第１の第２補正ステップと、
前記判断ステップにおいて前記第１補正出力値が前記参照出力値以上であると判断された場合、前記第１補正出力値をさらに補正するスパン値を、前記実温度と前記参照出力値とを使って算出するスパン値算出ステップと、
前記スパン値算出ステップによって算出されたスパン値を前記第１補正出力値に乗算する第２補正を実行し、前記第２補正出力値を算出する第２の第２補正ステップと、
を含み、
前記基準ガス濃度校正曲線上の前記第２補正出力値に対応するガス濃度を前記実ガス濃度とすることを特徴とするガス濃度検出方法。
【請求項２】
前記ガス検出部がガス濃度を測定できる最低測定温度をＴL、前記ガス検出部がガス濃度を測定できる最高測定温度をＴH、前記基準温度をＴM、前記実温度をＴ、前記基準ガス濃度校正曲線の最低ガス濃度に対応する出力信号をＲLM、前記基準ガス濃度校正曲線の最高ガス濃度に対応する出力信号をＲHM、前記基準温度よりも高い温度において前記最高濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲHH、前記基準温度よりも高い温度において前記最低濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲLH、前記基準温度よりも低い温度において前記最高濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲHL、前記基準温度よりも低い温度において前記最低濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲLLとすると、
前記第１補正ステップにおいては、
前記実温度Ｔが前記基準温度ＴM以上の場合
（ＲLH−ＲLM）・（Ｔ−ＴM）／（ＴH−ＴM）の式によってオフセット値が算出され、
前記実温度Ｔが前記基準温度ＴMより低い場合、
（ＲLL−ＲLM）・（Ｔ−ＴM）／（ＴL−ＴM）の式によってオフセット値が算出されることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度検出方法。
【請求項３】
前記ガス検出部がガス濃度を測定できる最低測定温度をＴL、前記ガス検出部がガス濃度を測定できる最高測定温度をＴH、前記基準温度をＴM、前記実温度をＴ、前記基準ガス濃度校正曲線の最低ガス濃度に対応する出力信号をＲLM、前記基準ガス濃度校正曲線の最高ガス濃度に対応する出力信号をＲHM、前記基準温度よりも高い温度において前記最高濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲHH、前記基準温度よりも高い温度において前記最低濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲLH、前記基準温度よりも低い温度において前記最高濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲHL、前記基準温度よりも低い温度において前記最低濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲLL、前記参照出力値をＲcとすると、
前記スパン値算出ステップにおいては、
前記実温度Ｔが前記基準温度ＴM以上である場合、
[（ＲHM−Ｒc）／[ＲHH−（ＲLH−ＲLM）−Ｒc]−１]・（Ｔ−ＴM）／（ＴH−ＴM）＋１
の式によって前記スパン値が算出され、
前記実温度Ｔが前記基準温度ＴMより低い場合、
[（ＲHM−Ｒc）／[ＲHL−（ＲLL−ＲLM）−Ｒc]−１]・（Ｔ−ＴM）／（ＴL−ＴM）＋１
の式によって前記スパン値が算出されることを特徴とする請求項１または２に記載のガス濃度検出方法。
【請求項４】
前記参照出力値は、
前記基準ガス濃度校正曲線上の１点であって、前記第１補正出力値との差が、前記ガス濃度センサの精度の半分以下になる点であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス濃度検出方法。
【請求項５】
ガス濃度を検出するガス検出部と、所定の基準温度における前記ガス検出部の出力信号と、当該出力信号に対応するガス濃度との関係を示す基準ガス濃度校正曲線を使い、前記基準温度と異なる温度である実温度において前記ガス検出部によって検出されたガス濃度である実ガス濃度を算出する信号処理手段と、
を備えるガス濃度センサであって、
前記信号処理手段は、
前記実温度において前記ガス検出部から出力された出力信号である実出力信号から一定のオフセット値を減算して第１補正出力値を算出する第１補正手段と、
前記第１補正手段によって算出された前記第１補正出力値と、前記基準ガス濃度校正曲線上にあって、ガス濃度検出の精度に基づいて定められた参照出力値とを比較する比較手段と、
前記比較手段によって前記第１補正出力値が前記参照出力値より小さいと判断された場合、前記第１補正出力値をそのまま第２補正出力値とする第１の第２補正手段と、
前記比較手段によって前記第１補正出力値が前記参照出力値以上であると判断された場合、前記第１補正出力値をさらに補正するスパン値を、前記実温度と前記参照出力値とを使って算出するスパン値算出手段と、
前記スパン値算出手段によって算出されたスパン値を前記第１補正出力値に乗算して第２補正出力値を算出する第２の第２補正手段と、
を備え、
前記基準ガス濃度校正曲線上の前記第２補正出力値に対応するガス濃度を前記実ガス濃度とすることを特徴とするガス濃度センサ。
【請求項６】
前記ガス検出部は、
被測定ガスが導入される筒状のセルと、
前記セルの内面に設けられた赤外線を放射する光源と、
前記光源が設けられた内面と対向する内面に設けられ、前記光源から放射された赤外線を検出する赤外線センサと、
前記赤外線センサの温度を前記実温度として測定する温度計と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載のガス濃度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス濃度検出方法、ガス濃度センサに係り、特に非分散型赤外線吸収法を用いたガス濃度検出方法、このガス濃度検出方法を使ったガス濃度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス濃度センサの一つに、非分散型赤外線吸収法を用いるものがある。非分散型赤外線吸収法を用いたガス濃度センサは、被測定ガスが特定の波長帯の赤外線を吸収する性質を利用するもので、被測定ガスによる赤外線の吸収量の大きさからその濃度が求められる。
ガス濃度センサは、被測定ガスが導入される容器（セル）を備え、セルの内部には広い波長範囲の赤外線を放出する光源と、この光源から放出される赤外線を検出する赤外線センサが設けられている。光源から放出された赤外線は、セルに満たされた被測定ガス内を透過する際に、被測定ガスによって特定の波長帯に吸収を受ける。吸収を受けた赤外線は、ガス濃度センサが備える光学フィルタによって、吸収を受けた波長帯だけが取り出され赤外線センサに到達する。つまり赤外線センサが検出する赤外線の強度は被測定ガスの濃度に比例して減衰しており、赤外線センサの出力はガス濃度に依存した曲線を描く。被測定ガスの濃度は、赤外線センサの出力をその曲線に照らし合わせることで求められる。
【０００３】
しかし、ガス濃度センサの出力信号は、センサの温度が変わると変化する。このため、ガス濃度センサによって検出されたガス濃度を測定環境におけるセンサの温度に合わせて補正すること（以降、温度補正とも記す）が従前よりなされている。
一般的なガス濃度センサの温度補正では、先ず、ガス濃度センサの出力信号とガス濃度との基準温度における関係を示した基準ガス濃度校正曲線を予め取得しておく。基準ガス濃度校正曲線は、基準温度において測定可能な範囲の最低ガス濃度から最高ガス濃度まで濃度の異なる被測定ガスの濃度をガス濃度センサで測定し、ガス濃度センサの出力信号と実際のガス濃度とを対応付けることによって得られる。
【０００４】
図１２（ａ）、（ｂ）は、基準ガス濃度校正曲線に基づいてガス濃度センサの出力信号を温度補正する処理を説明するための図である。図１２（ａ）、（ｂ）のいずれにあっても縦軸はガス濃度センサの出力信号、横軸はガス濃度を示している。実線は基準ガス濃度校正曲線であり、破線は実温度での出力信号である。なお、ガスの最低濃度から最高濃度にかけての出力信号を示す破線は仮想的な曲線であり、実際にはガス濃度センサからは被測定ガスの濃度を示す出力信号だけが出力される。
【０００５】
図１２（ａ）は、オフセット温度補正を説明するための図である。オフセット温度補正は、基準ガス濃度校正曲線に基づいてガス濃度センサの出力信号を温度補正する補正の一つであり、ガス濃度センサの出力信号からオフセット値を差し引くことによって行われる。オフセット値とは、最低ガス濃度に対応する出力信号の温度特性と実温度とで求まる一定の値である。最低ガス濃度が０ｐｐｍの場合のオフセット温度補正を、ゼロ点温度補正と呼ぶことがある。
【０００６】
図１２（ｂ）は、オフセット温度補正後に行われるスパン値による補正を説明するための図である。スパン値による補正は、オフセット温度補正がされた出力信号（補正後の出出力信号を出力値とも記す）に対し、最高ガス濃度に対応する出力信号と最低ガス濃度に対応する出力信号との変化量（傾き）と温度とで求まる一定のスパン値を乗算することによって行われる。なお、この乗算は、図１２（ｂ）に示した角度θ2がθ1に一致するように行われる。
【０００７】
従来技術による温度補正では、以上のようにして補正された出力信号を基準ガス濃度校正曲線に照らし合わせることより被測定ガスの濃度を得ていた。
しかし、被測定ガスの濃度とガス濃度センサの出力信号との関係を示す曲線は、一般的に温度によってその曲線の形状が異なることが知られている。このため、上記した従来技術のように、最小出力値と最大出力値との傾きを使ってスパン値を求めると、最小出力値または最大出力値に近い出力値の範囲においては良好に補正されるが、その間のガス濃度においては、補正された出力値と基準ガス濃度校正曲線との差が比較的大きくなるという問題があった。
【０００８】
広汎なガス濃度の全域にわたって正確に出力信号を温度補正する発明としては、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されたガス濃度検出方法が挙げられる。特許文献１に記載された発明は、空気流量を測定する熱式空気流量計に関するもので、測定対象となる空気流量の範囲を予め分割しておき、分割された空気流量の各範囲に対応する補正係数が予め算出される。特許文献１に記載された発明では、空気流量の範囲に合わせて補正係数を変更し、測定値を補正することによって広汎な空気流量の範囲において適正な補正値を得ることができる。
【０００９】
なお、特許文献１には、複数の補正係数が、空気流量の領域を判定する領域判定データと関連付けられるマップデータとしてＰＲＯＭに記憶されていることが記載されている。
特許文献２に記載されたガス濃度検出方法では、基準温度において、既知の濃度の被測定ガスを測定用チャンバに導入し、その濃度を赤外線センサによって検出する。この際、被測定ガスの濃度を変更することにより、所定の濃度範囲における赤外線センサの出力信号を得ることができる。出力信号は、多項式を使って曲線近似され、曲線近似の結果得られるデータを検量線データという。
【００１０】
さらに、特許文献２に記載れたガス濃度検出方法では、検量線データによって得られる値を温度補正するため、予め補正データを複数作成しておく。補正データは、基準温度と異なる参照温度において取得された検量線データである。また、特許文献２に記載されたガス濃度検出方法では、基準温度において取得された検量線データと参照温度において取得された検量線データとの差分と基準温度と参照温度との差分から検量線データの変化率（傾き）を検出し、その傾きを補正データとして記憶部に記憶させておく。そして、ガス濃度の測定時、温度計によって実測された温度と基準濃度または参照温度との差に検量線データの変化率を乗算して検量線データを温度補正している。
このような特許文献２に記載された従来技術によれば、より広いガス濃度の範囲においてガス濃度センサの出力信号を高い精度で補正することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３６１９２３０号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献２に記載された方法では、検量線データの他に補正データを取得する必要があるため、データ取得やデータの作成に係る時間や労力が製品のコストアップを招くことになる。
さらに、特許文献１、特許文献２のいずれに記載された発明にあっても、マップデータや検量線データをセンサ機器のメモリに保存しておく必要がある。特許文献１、特許文献２の発明において保存すべきデータは先に説明した従来技術よりもデータ量が大きくなり、保存に必要なメモリが大きくなってセンサ機器の大型化、コストアップ化を招くことになる。また、特許文献１、特許文献２の方法では、データ数が多いことから演算にかかる処理時間が長くなり、温度補正にかかる演算の負荷が大きくなる。そのうえ、特許文献１、特許文献２の方法では、分割領域の数や補正データの数（参照温度の数）が多いほど検出の精度が高まるから、高精度化に伴ってセンサ機器が大型化、高コスト化し、演算処理の負荷が増大することになる。
【００１３】
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、温度補正のために予め取得しておくデータ量を増やすことなく、温度補正の演算負荷を軽減して、演算処理時間を短くし、さらには、精度の高い温度補正を実現するガス濃度検出方法と、その方法を適用したガス濃度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上の課題を解決するため、本発明のガス濃度検出方法は、所定の基準温度におけるガス検出部（例えば図１（ａ）、２に示した検出部１０１）の出力信号と、当該出力信号に対応するガス濃度との関係を示す基準ガス濃度校正曲線を使い、前記基準温度と異なる他の温度である実温度において前記ガス検出部から出力された出力信号である実出力信号に対応するガス濃度である実ガス濃度を検出するガス濃度検出方法であって、
前記実温度において前記ガス検出部から出力された実出力信号から一定のオフセット値を減算して第１補正出力値を算出する第１補正を実行する第１補正ステップ（例えば図１１に示したＳ７０１）と、前記第１補正ステップによって得られる第１補正出力値と、前記基準ガス濃度校正曲線上にあって、ガス濃度検出の精度に基づいて定められた参照出力値とを比較し、前記第１補正出力値が前記参照出力値より小さいか否か判断する判断ステップ（例えば図１１に示したＳ７０２）と、前記判断ステップにおいて前記第１補正出力値が前記参照出力値より小さいと判断された場合（例えば図１１に示したＳ７０２：Ｎｏ）、前記第１補正出力値をそのまま第２補正出力値とする第１の第２補正ステップ（例えば図１１に示したＳ７０５）と、前記判断ステップにおいて前記第１補正出力値が前記参照出力値以上であると判断された場合（例えば図１１に示したＳ７０２：Ｙｅｓ）、前記第１補正出力値をさらに補正するスパン値を、前記実温度と前記参照出力値とを使って算出するスパン値算出ステップ（例えば図１１に示したＳ７０３）と、前記スパン値算出ステップによって算出されたスパン値を前記第１補正出力値に乗算する第２補正を実行し、前記第２補正出力値を算出する第２の第２補正ステップと（例えば図１１に示したＳ７０４）、を含み、前記基準ガス濃度校正曲線上の前記第２補正出力値に対応するガス濃度を前記実ガス濃度とすること（例えば図１１に示したＳ７０６）を特徴とするガス濃度検出方法。
【００１５】
また、本発明のガス濃度検出方法は、上記した発明において、前記ガス検出部がガス濃度を測定できる最低測定温度をＴL、前記ガス検出部がガス濃度を測定できる最高測定温度をＴH、前記基準温度をＴM、前記実温度をＴ、前記基準ガス濃度校正曲線の最低ガス濃度に対応する出力信号をＲLM、前記基準ガス濃度校正曲線の最高ガス濃度に対応する出力信号をＲHM、前記基準温度よりも高い温度において前記最高濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲHH、前記基準温度よりも高い温度において前記最低濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲLH、前記基準温度よりも低い温度において前記最高濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲHL、前記基準温度よりも低い温度において前記最低濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲLLとすると、前記第１補正ステップにおいては、前記実温度Ｔが前記基準温度ＴM以上の場合、（ＲLH−ＲLM）・（Ｔ−ＴM）／（ＴH−ＴM）の式によってオフセット値が算出され、前記実温度Ｔが前記基準温度ＴMより低い場合、（ＲLL−ＲLM）・（Ｔ−ＴM）／（ＴL−ＴM）の式によってオフセット値が算出されることが望ましい。
【００１６】
また、本発明のガス濃度検出方法は、上記した発明において、前記ガス検出部がガス濃度を測定できる最低測定温度をＴL、前記ガス検出部がガス濃度を測定できる最高測定温度をＴH、前記基準温度をＴM、前記実温度をＴ、前記基準ガス濃度校正曲線の最低ガス濃度に対応する出力信号をＲLM、前記基準ガス濃度校正曲線の最高ガス濃度に対応する出力信号をＲHM、前記基準温度よりも高い温度において前記最高濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲHH、前記基準温度よりも高い温度において前記最低濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲLH、前記基準温度よりも低い温度において前記最高濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲHL、前記基準温度よりも低い温度において前記最低濃度のガスを測定した場合に前記センサから出力される出力信号をＲLL、前記参照出力値をＲcとすると、前記スパン値算出ステップにおいては、前記実温度Ｔが前記基準温度ＴM以上である場合、[（ＲHM−Ｒc）／[ＲHH−（ＲLH−ＲLM）−Ｒc]−１]・（Ｔ−ＴM）／（ＴH−ＴM）＋１の式によって前記スパン値が算出され、前記実温度Ｔが前記基準温度ＴMより低い場合、[（ＲHM−Ｒc）／[ＲHL−（ＲLL−ＲLM）−Ｒc]−１]・（Ｔ−ＴM）／（ＴL−ＴM）＋１の式によって前記スパン値が算出されることが望ましい。
【００１７】
また、本発明のガス濃度検出方法は、上記した発明において、前記参照出力値が、前記基準ガス濃度校正曲線上の１点であって、前記第１補正出力値との差が、前記ガス濃度センサの精度の半分以下になる点であることが望ましい。
また、本発明のガス濃度センサは、ガス濃度を検出するガス検出部（例えば図１（ａ）、２に示した検出部１０１）と、所定の基準温度における前記ガス検出部の出力信号と、当該出力信号に対応するガス濃度との関係を示す基準ガス濃度校正曲線を使い、前記基準温度と異なる温度である実温度において前記ガス検出部によって検出されたガス濃度である実ガス濃度を算出する信号処理手段（例えば図１（ａ）、２に示した信号処理部１０２）と、を備えるガス濃度センサであって、前記信号処理手段は、前記実温度において前記ガス検出部から出力された出力信号である実出力信号から一定のオフセット値を減算して第１補正出力値を算出する第１補正手段（例えば図１（ｂ）に示した第１補正部１１１）と、前記第１補正手段によって算出された前記第１補正出力値と、前記基準ガス濃度校正曲線上にあって、ガス濃度検出の精度に基づいて定められた参照出力値とを比較する比較手段（例えば図１（ｂ）に示した第１補正部１１２）と、前記比較手段によって前記第１補正出力値が前記参照出力値より小さいと判断された場合、前記第１補正出力値をそのまま第２補正出力値とする第１の第２補正手段（例えば図１（ｂ）に示した第２補正部１１３ａ）と、前記比較手段によって前記第１補正出力値が前記参照出力値以上であると判断された場合、前記第１補正出力値をさらに補正するスパン値を、前記実温度と前記参照出力値とを使って算出するスパン値算出手段（例えば図１（ｂ）に示したスパン値算出部１１４）と、前記スパン値算出手段によって算出されたスパン値を前記第１補正出力値に乗算して第２補正出力値を算出する第２の第２補正手段（例えば図１（ｂ）に示した第２補正部１１３ｂ）と、を備え、前記基準ガス濃度校正曲線上の前記第２補正出力値に対応するガス濃度を前記実ガス濃度とすることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明のガス濃度センサは、上記した発明において、前記ガス検出部が、被測定ガスが導入される筒状のセル（例えば図２に示したセル２）と、前記セルの内面に設けられた赤外線を放射する光源（例えば図２に示した光源７）と、前記光源が設けられた内面と対向する内面に設けられ、前記光源から放射された赤外線を検出する赤外線センサと（例えば図２に示した赤外線センサ１４ａ、１４ｂ）、前記赤外線センサの温度を前記実温度として測定する温度計（例えば図２に示した温度計１６）と、を含むことが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、上記したように、第１補正出力値が参照出力値より小さい場合と大きい場合とで、それぞれに応じた第２温度補正を行っているので、測定濃度の広い範囲において出力値を適正に補正し、正確なガス濃度を得ることができる。このため、本発明によれば、精度の高いガス濃度検出方法、ガス濃度センサを提供することができる。
また、本発明によれば、基準ガス濃度校正曲線のデータと、他の２温度における最低濃度のガスに対する出力信号と、最高濃度のガスに対する出力信号のデータのみを使って実出力値を補正することができるので、温度補正のため予め取得しておくデータ点数を増やすことなく、温度補正の演算負荷を軽減して、演算処理時間を短くできるガス濃度検出方法、ガス濃度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態のガス濃度センサを説明するための図である。
【図２】図１に示した検出部を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態の、実温度Ｔにおける出力信号Ｒを示した図である。
【図４】本発明の一実施形態の、第１温度補正曲線と基準ガス濃度校正曲線とを示した図である。
【図５】本発明の一実施形態の、第２温度補正の概念について説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態の、第２温度補正出力値を示した図である。
【図７】図１に示した信号処理部に保存される最高濃度に対応する出力値ＲHH、ＲLH、最低濃度に対応する出力値ＲHL、ＲLL、参照出力値Ｒc、基準ガス濃度校正曲線のデータを示した図である。
【図８】本発明の一実施形態の、参照出力値Ｒcの設定の方法を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態の、第２温度補正出力値をプロットした図である。
【図１０】本発明の一実施形態の、参照出力値Ｒcの設定の仕方によって変化するガス濃度センサの精度を説明するための図である。
【図１１】本発明の一実施形態の、第１温度補正、第２温度補正の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１２】一般的な基準ガス濃度校正曲線に基づいて出力信号を温度補正する処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
（ガス濃度センサの構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態のガス濃度センサを説明するための図である。図１（ａ）に示したガス濃度センサ１００は、大きく分けて検出部１０１、信号処理部１０２、ガス濃度指示部１０３によって構成されている。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した信号処理部１０２の構成をより具体的に示した図である。
【００２２】
検出部１０１は、ガス濃度と温度とを検出する検出部である。本実施形態では、検出部１０１において光電変換された信号が信号処理部１０２によって補正されてガス濃度を表す値になるため、検出部１０１から出力された補正前の信号を「出力信号」、信号処理部１０２において後述する第１補正、第２補正の少なくとも１つの処理が施された後の値を「出力値」、と記す。
また、検出部１０１は後述する赤外線センサの温度を測定する温度計を備えている。温度計から出力された信号が示す温度を「実温度」と記す。検出部１０１の構成については、図２に示して具体的に説明する。
【００２３】
信号処理部１０２は、図１（ｂ）に示したように、実温度において検出部１０１から出力された出力信号である実出力信号から一定のオフセット値を減算して第１補正出力値を算出する第１補正部１１１、第１補正部１１１によって算出された第１補正出力値と、基準ガス濃度校正曲線上にあって、ガス濃度センサ１００の精度に基づいて定められた参照出力値とを比較する比較部１１２、比較部１１２によって第１補正出力値が参照出力値より小さいと判断された場合、第１補正出力値をそのまま第２補正出力値とする第２補正部１１３ａ、比較部１１２によって第１補正出力値が参照出力値以上であると判断された場合、第１補正出力値をさらに補正するスパン値を実温度と参照出力値とを使って算出するスパン値算出部１１４、スパン値算出部１１４によって算出されたスパン値を第１補正出力値に乗算して第２補正出力値を算出する第２補正部１１３ｂと、を含んでいる。
【００２４】
本実施形態では、第２補正部１１３ａ、１１３ｂによって行われる処理を、特に区別する必要がある場合を除き、総称して、第２補正とも記す。また、第２補正部１１３ａ、１１３ｂを特に区別する必要がない場合、両者を指して第２補正部１１３とも記す。
また、信号処理部１０２は、実温度において検出部１０１から出力された出力信号と実温度とを入力し、出力信号に第１補正、第２補正の少なくとも１つをすることによって出力値を生成する。実温度において検出部１０１から出力された出力信号を、本実施形態では「実出力信号」、実出力信号に基づいて得られた出力値を「実出力値」と記す。さらに、基準ガス濃度校正曲線上の実出力値に対応するガス濃度を、「実ガス濃度」と記す。さらに、本実施形態の基準ガス濃度校正曲線は、図２に示す温度計によって測定される温度が２０℃である場合に所定の濃度範囲（最低濃度から最高濃度の範囲）のガス濃度を検出部１０１によって測定し、検出部１０１の出力信号を既知のガス濃度に対応付けてプロットして得られた曲線である。信号処理部１０２の各構成には、第１補正、第２補正に必要な基準ガス濃度校正曲線や演算式、予め取得された数値が記憶されたメモリ（図示せず）が設けられている。
【００２５】
ガス濃度指示部１０３は、信号処理部１０２によって変換されたガス濃度をリアルタイムで表示する構成である。ガス濃度指示部１０３には、信号処理部１０２から出力されたガス濃度を示す出力値に基づいて表示データを生成する制御部と、表示データが表示されるディスプレイ画面とがある。なお、このような制御部やディスプレイ画面は周知の構成であるから図示及びこれ以上の説明を省くものとする。
本実施形態では、以上の信号処理部１０２及びガス濃度指示部１０３が、マイコン等、比較的小型のコンピュータとして一体的に構成されるものとする。
【００２６】
図２は、図１に示した検出部１０１を説明するための図である。検出部１０１は、被測定ガスが内部に導入される筒状のセル２を備えている。セル２の一端の壁面には光源７が取り付けられていて、光源７の取り付け面と対向するセル２の内面には赤外線センサ１４ａ、１４ｂが設けられている。光源７と赤外線センサ１４ａ、１４ｂとの間には光学フィルタ１５ａ、１５ｂが設けられていて、光学フィルタ１５ａ、１５ｂによって赤外線センサ１４ａ、１４ｂに入力される赤外線の波長が選択されている。
【００２７】
赤外線センサ１４ａ、１４ｂの間には赤外線センサ１４ａ、１４ｂの実温度を測定する温度計１６が備えられている。
セル２は、被測定ガスを導入、導出するための容器である。セル２には、ガスを導入するための吸気口９ａ、排気口９ｂが設けられている。本実施形態のセル２の内壁は金やアルミ等の金属であるから、光源７から放出された赤外線は内壁に反射され、赤外線センサ１４で検出される赤外線強度が大きくなる。
光源７は、対向する赤外線センサ１４ａ、１４ｂに向かって赤外線を放出する。光源７には、波長制限のない非分散型の赤外線放射源が用いられる。赤外線放射源としては、黒体炉やフィラメント電球等がある。
【００２８】
赤外線センサ１４ａ、１４ｂは、互いに隣接して配置されている。光学フィルタ１５ａ、１５ｂは、それぞれ赤外線センサ１４ａ、１４ｂの直前に設けられている。赤外線センサ１４ａ、１４ｂは、光学フィルタ１５ａ、１５ｂを透過した赤外線を感知し、電気信号に変換する。赤外線センサ１４ａ、１４ｂには、焦電素子、サーモパイル、量子型素子が用いられる。光学フィルタ１５ａ、１５ｂは、所定の波長領域の赤外線を透過させる光学的なバンドパスフィルタである。
【００２９】
例えば、本実施形態のガス濃度センサを二酸化炭素の濃度を測定するガス濃度センサとして構成する場合、二酸化炭素の赤外線吸収の起こりやすい４．２８μｍに中心波長がある光学フィルタ１５ａと、二酸化炭素の赤外線吸収がなく、かつ、水蒸気や他ガスの赤外線吸収の小さい３．９μｍに中心波長がある光学フィルタ１５ｂとが用いられる。光学フィルタ１５ｂと赤外線センサ１４ｂは、ガスによる赤外線吸収量の検出には関係せず、主に光源７の状態をモニタする機能を有する。
【００３０】
つまり、光源７の赤外線強度は、劣化等の理由によって低下することがある。本実施形態では、光源７から放射された赤外線の一部が光学フィルタ１５ｂを透過し、赤外線センサ１４ｂに検出される。赤外線センサ１４ｂに検出された赤外線は被測定ガスによって吸収されていないため、光源７から放射された強度を保っている。
一方、光源７から放射された赤外線の一部は光学フィルタ１５ａを透過し、赤外線センサ１４ａに検出される。赤外線センサ１４ａに検出された赤外線は被測定ガスによって吸収され、被測定ガスの濃度に応じてその強度が減衰されている。本実施形態では、赤外線センサ１４ｂの出力信号を用いて、二酸化炭素の赤外線吸収をモニタしている光学フィルタ１５ａと赤外線センサ１４ａの出力信号を補正するものとする。
【００３１】
このようにすることにより、光源７によって放射される光量の変動によらず正確な二酸化炭素の赤外線吸収量を検出することができる。本実施形態では、赤外線センサ１４aと１４ｂの２つの出力信号が検出部１０１から出力され、信号処理部１０２に入力される。信号処理部１０２では、赤外線センサ１４ｂから得られた出力信号を、赤外線センサ１４ａから得られた出力信号で割った比の値に対し、実温度に応じた温度補正を行っている。
【００３２】
なお、図２に示した実施形態では、光学フィルタ１５ａ、１５ｂと、光学フィルタ１５ａに対応する赤外線センサ１４ａ、光学フィルタ１５ｂに対応する赤外線センサ１４ｂを用いる例を示している。しかし、本実施形態は、光源７によって放射される光をモニタする光学フィルタ１５ｂ、赤外線センサ１４ｂを必須の構成とするものではなく、光学フィルタ１５ａと赤外線センサ１４ａとだけによって赤外線の吸収量を検出することも可能である。
【００３３】
（ガス濃度センサの動作）
以上説明したガス濃度センサは、以下のように動作する。すなわち、検出部１０１内の温度計１６によって測定されたと実温度と、検出部１０１から出力された出力信号とは、信号処理部１０２が備える図示しないＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換される。信号処理部１０２は、デジタル化された出力信号を、出力信号と同時に得られた実温度を用いて補正する。補正は、第１温度補正と第２温度補正によって行われる。補正の具体的な内容については後述する。
【００３４】
信号処理部１０２は、第２温度補正された出力値を基準ガス濃度校正曲線に照らし合わせることにより、被測定ガスのガス濃度を算出する。ガス濃度指示部１０３には、信号処理部１０２において算出された被測定ガスのガス濃度がリアルタイムで表示される。Ａ／Ｄ変換からガス濃度表示までの一連の動作は、マイコンなどのコンピュータによって行われる。
【００３５】
なお、以上の説明は、本実施形態のガス濃度センサを二酸化炭素ガスの濃度検出に適用する例を挙げている。しかし、本実施形態のガス濃度センサは、二酸化炭素濃度の検出に使用されるものに限定されず、赤外線を吸収するガスであればどのようなガスの濃度検出にも適用できる。他のガス濃度を測定する場合、光学フィルタ１５aは、被測定ガスに応じて透過波長の中心波長を有するものに交換される。光学フィルタ１５aを交換することにより、本実施形態のガス濃度センサは、一酸化炭素、メタンガス、ホルムアルデヒド、ＮＯX、ＳＯX、Ｈ2Ｓ等の濃度測定にも適用できる。
さらに、光学フィルタ１５ａ、１５ｂと赤外線センサ１４ａ、１４ｂとは別個の構成であることに限定されず、両者を一体のキャンパッケージとした構成を用いても良い。
【００３６】
（補正方法）
（１）概念
次に図３から図６を使って、本発明の補正方法の概念について説明する。
図３は、実温度Ｔにおける出力信号Ｒと基準ガス濃度校正曲線を示した図である。図３の縦軸は出力信号を、横軸はガス濃度を示す。横軸に示したＣは、本実施形態のガス濃度センサが検出できる最高のガス濃度である。ガス濃度０からＣを、ガス濃度センサの濃度検出範囲と記す。なお、本実施形態の図３に示した出力信号および図４〜６、図８〜１０に示した出力値は、全て、赤外線センサ１４ｂから得られた出力信号を、赤外線センサ１４ａからから得られた出力信号で割って求められる比として表されたものである。
【００３７】
図３に示した破線は、本実施形態のガス濃度センサが実温度Ｔにおいて全濃度検出範囲の被測定ガスを測定したときの出力信号の集合によって表される。実際の測定において、ガス濃度センサからは破線上の１点が出力信号として出力される。また、図３の実線は、基準温度において出力信号とガス濃度との関係を示した基準ガス濃度校正曲線である。実温度Ｔの時の出力信号Ｒは、ガス濃度に依存して図３の破線のように変化する。出力信号Ｒに第１温度補正と第２温度補正をし、基準ガス濃度校正曲線に照らし合わされることでガス濃度が導き出される。
【００３８】
（ａ）第１温度補正
第１温度補正では、出力信号Ｒからオフセット値が差し引かれる。図３に示した例では、オフセット値はゼロ点温度補正のオフセット値であって、最低ガス濃度における出力信号Ｒ0と基準ガス濃度校正曲線の出力信号Ｐ0との差と認められる値である。本実施形態では、オフセット値を後述する方法によって算出している。オフセット値の算出に必要な値は、予め図１に示した信号処理部１０２の図示しないメモリに予め保存されている。
【００３９】
図４は、第１温度補正出力値Ｒ1の集合によって表される曲線（以降、第１温度補正曲線と記す）と基準ガス濃度校正曲線とを示した図である。第１温度補正曲線は、図３に示した出力信号Ｒの集合によって表される曲線からオフセット値を差し引いて得られる曲線である。図４の縦軸は出力信号を第１補正した出力値、横軸はガス濃度を示している。横軸中に示したＣは、ガス濃度センサの検出できる最高ガス濃度である。
図４によれば、第１温度補正曲線と基準ガス濃度校正曲線とは、ガス濃度の比較的低い場合によく一致しているが、ガス濃度が高まるに連れてその差異が大きくなることが分かる。
【００４０】
（ｂ）第２温度補正
図５は、第２温度補正の概念について説明するための図である。図５の縦軸は出力信号を第１補正した出力値、横軸はガス濃度を示している。横軸中に示したＣは、ガス濃度センサが検出できる最高ガス濃度である。図５中に実線で示した曲線は基準ガス濃度校正曲線であり、破線で示した曲線は第１補正後の出力信号の集合によって表される第１温度補正曲線である。
【００４１】
また、本実施形態では、基準ガス濃度校正曲線上の出力値の１点あるいは複数の点を参照出力値Ｒcに定める。参照出力値Ｒcの決め方については、後に具体的に説明する。
第２温度補正にあっては、基準ガス濃度校正曲線において最高ガス濃度Ｃに対応する出力信号ＲHMと参照出力値Ｒcとを結んだ直線の横軸に対する傾きを傾きα1とする。また、第１温度補正曲線において最高ガス濃度Ｃに対応する出力信号ＲH1’と参照出力値Ｒcとを結んだ直線の横軸に対する傾きを傾きα2とする。そして、ガス濃度の測定において得られた第１温度補正出力値Ｒ1と参照出力値Ｒcとの関係により、第１温度補正曲線の傾きα2を傾きα1に補正するためのスパン値が第１温度補正出力値に乗算される。
【００４２】
なお、スパン値を求めるために必要な値は、図１に示した信号処理部１０２の図示しないメモリに予め保存されている。
すなわち、第２温度補正では、先ず、第１温度補正出力値Ｒ1が参照出力値Ｒcと比較される。比較の結果、第１温度補正出力値Ｒ1が参照出力値Ｒc以上の値を持つ（Ｒ1を含めて高い）場合には、図５に示した傾きα2にスパン値が乗算される。スパン値は、傾きα2を傾きα1に補正する値である。第１温度補正出力値Ｒ1を、スパン値を使って補正することにより、第２温度補正出力値Ｒ2が得られる。
一方、第１温度補正出力値Ｒ1が参照出力値Ｒcより低い場合、第２温度補正では、第１温度補正出力値Ｒ1が、そのまま第２温度補正出力値Ｒ2となる。
【００４３】
図６は、以上のようにして生成された第２温度補正出力値Ｒ2を示した図である。図６の縦軸は第１温度補正出力値を第２補正した第２補正出力値、横軸はガス濃度を示している。横軸中に示したＣは、ガス濃度センサが検出できる最高ガス濃度である。図６によれば、第２温度補正出力値Ｒ2は、ガス濃度の全範囲で基準ガス濃度校正曲線とよく一致していることが分かる。このことにより、本実施形態は、出力信号を第１温度補正、第２温度補正して得られる第２温度補正出力値Ｒ2を生成し、第２温度補正出力値Ｒ2に対応するガス濃度をガス濃度センサによって検出されたガス濃度とする。
【００４４】
（２）具体的な処理
（ａ）オフセット値の算出
ここで、第１温度補正に使用されるオフセット値を算出する方法を説明する。本実施形態では、温度センサがガス濃度を測定できる最低測定温度ＴLと最高測定温度ＴHが設定される。また、基準ガス濃度校正曲線を得た基準温度を基準温度ＴMと表す。最高測定温度ＴHにおいて測定できる最低ガス濃度に対応する出力信号をＲLH、最低測定温度ＴLにおいて測定できる最低ガス濃度に対応する出力信号をＲLLと示す。また、基準温度ＴMにおいて測定できる最低ガス濃度に対応する出力信号をＲLMと示す。
【００４５】
本実施形態では、オフセット値を、出力信号ＲLH、ＲLM、ＲLL、温度ＴM、ＴH、ＴL及び図１に示した温度計１６によって測定された実温度Ｔを使って以下の式（１）または式（２）のように表す。式（１）は実温度Ｔが基準温度ＴM以上の場合（ＴMを含めて高い場合）に適用される式であり、式（２）は実温度Ｔが基準温度ＴMより低い場合に適用される式である。
（ＲLH−ＲLM）・（Ｔ−ＴM）／（ＴH−ＴM）        …式（１）
（ＲLL−ＲLM）・（Ｔ−ＴM）／（ＴL−ＴM）        …式（２）
【００４６】
（ｂ）スパン値の算出
また、本実施形態では、最高測定温度ＴHにおいて測定される最高ガス濃度に対応する出力信号をＲHH、最低測定温度ＴLにおいて測定される最高ガス濃度に対応する出力信号をＲLHと示す。また、基準温度ＴMにおいて測定できる最高ガス濃度に対応する出力信号をＲHMと示す。スパン値は、実温度Ｔが基準温度ＴM以上である場合、以下の式（３）によって求められ、実温度Ｔが基準温度ＴMより低い場合、以下の式（４）によって求められる。なお、式（３）、（４）中のＲcは、前記した参照出力値Ｒcである。
[（ＲHM−Ｒc）／[ＲHH−（ＲLH−ＲLM）−Ｒc]−１]・（Ｔ−ＴM）／（ＴH−ＴM）＋１                                  …式（３）
[（ＲHM−Ｒc）／[ＲHL−（ＲLL−ＲLM）−Ｒc]−１]・（Ｔ−ＴM）／（ＴL−ＴM）＋１                                  …式（４）
【００４７】
本実施形態では、ガス濃度センサがガス濃度を測定可能な最高測定温度において測定される最高濃度に対応する出力信号ＲHH、最低濃度に対応する出力信号ＲLH、ガス濃度センサがガス濃度を測定可能な最低測定温度において測定される最高濃度に対応する出力信号ＲHL、最低濃度に対応する出力信号ＲLL、参照出力値Ｒc、基準ガス濃度校正曲線のデータが、図１に示した信号処理部１０２の図示しないメモリに保存されている。
【００４８】
図７は、信号処理部１０２の図示しないメモリに保存される出力信号ＲHH、ＲHL、ＲLL、ＲLH、参照出力値Ｒc、基準ガス濃度校正曲線のデータを示した図である。図７の縦軸は検出部１０１の出力信号を表し、横軸はガス濃度をｐｐｍの単位で示している。プロットの別は各曲線が測定された際の実温度を表していて、黒い菱形で表されるプロットは基準温度２０℃で測定された基準ガス濃度校正曲線上の値を表している。白い四角形のプロットは最低測定温度である−１０℃において測定された値であり、白い三角形のプロットは最高測定温度である５０℃において測定された値である。なお、図７に示した例では、最低測定濃度は５００ｐｐｍ、最高測定濃度は４０００ｐｐｍである。
【００４９】
なお、本実施形態では、上記した出力信号ＲHH、ＲHL、ＲLL、ＲLH、参照出力値Ｒc、基準ガス濃度校正曲線のデータをどのような形式で保存するものであってもよく、図７に示したような曲線の他、このような曲線を描くための数値や演算式等であってもよい。
図７から分かるように、本実施形態では、基準ガス濃度校正曲線と最低濃度に対応する出力信号ＲLH、ＲLL、最高濃度に対応する出力信号ＲHH、ＲHLの４点とを保存しておくだけでガス濃度センサの出力信号を補正することができる。なお、以上の説明では、三温度のデータを使って、基準温度ＴMを境にした線形近似によりガス濃度を算出する例を示したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、多項次近似によりガス濃度を算出してもよい。
【００５０】
つまり、以上説明した本実施形態は、基準ガス濃度校正曲線、最低ガス濃度における出力信号、最高ガス濃度における出力信号、実温度を使ってオフセット値、スパン値を算出する。そして、ガス濃度センサの出力信号からオフセット値を差し引くことによって第１補正を行い、算出された値（第１補正された値）が参照出力値Ｒcと比較される。算出された値が参照出力値Ｒcより小さい場合、第１補正値をそのまま第２補正値とし、第２補正値が基準ガス濃度校正曲線と対照され、基準ガス濃度校正曲線上の一致する出力値に対応するガス濃度が測定値となる。
また、算出された値が参照出力値Ｒc以上の場合、第１補正された値にスパン値が乗算されて第２補正値となる。基準ガス濃度校正曲線上の第２補正値に一致する出力値に対応するガス濃度が測定値となる。
【００５１】
（ｃ）参照出力値の設定
[参照出力値を、第１温度補正出力値と基準濃度ガス校正曲線との差がガス濃度センサの精度の半分以下となる範囲とする場合]
図８は、参照出力値Ｒcの設定の方法を説明するための図である。図８の縦軸は出力信号を第１補正した出力値を示していて、横軸はＣＯ2ガスの濃度を示している。黒い菱形のプロットは実温度が基準温度である２０℃であるときの基準ガス濃度校正曲線上の値、白い四角形のプロットは実温度が−１０℃であるときの第１補正出力値、白い三角形のプロットは実温度が５０℃であるときの第１補正出力値である。
【００５２】
図８に示した例では、最低測定温度が−１０℃、最高測定温度が５０℃に設定されている。図示された曲線は、実温度−１０℃、２０℃、５０℃のそれぞれにおいて、最低ガス濃度から最高ガス濃度までの間にある５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、４０００ｐｐｍの濃度のガスを順にセル２に導入し、得られた出力信号を増幅し、さらに第１温度補正を行って第１温度補正出力値とし、第１温度補正出力値をガス濃度に対応付けて記録することによって得られる。なお、実温度が２０℃であるときに得られた曲線は、基準ガス濃度校正曲線と一致する。
【００５３】
実温度が−１０℃、５０℃であるときに得られた第１温度補正出力値は、基準ガス濃度校正曲線と比較される。各測定濃度に対応するプロット近傍に付された数値は、実温度−１０℃または５０℃における第１温度補正出力値と基準ガス濃度校正曲線上の出力値との差のうち、大きい方の値をガス濃度に換算した値を示している。２０００ｐｐｍ以下のガス濃度では、第１温度補正出力値と基準ガス濃度曲線上の出力値との差に対応するガス濃度は２０ｐｐｍ以下で良く補正されている。一方で、２０００ｐｐｍより高いガス濃度では、その差が徐々に大きくなり、ガス濃度が４０００ｐｐｍのときは１２６ｐｐｍの差が生じている。
【００５４】
本実施形態では、参照出力値Ｒcを、第１補正出力値と基準ガス濃度校正曲線上の出力値との差がガス濃度センサの精度の半分以下に相当する出力値とする。このため、ガス濃度センサの精度が５０ｐｐｍに設定されている場合、第１補正後の出力値のうち、基準ガス濃度校正曲線上の出力値との差に対応するガス濃度が２５ｐｐｍまでの出力値が参照出力値Ｒcになり得る。このため、図８に示した例では、ガス濃度が５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍに対応する出力値が参照出力値Ｒcになり得る。
【００５５】
なお、図８のように参照出力値Ｒcになり得る出力値が複数ある場合、そのうちのより高いガス濃度である２０００ｐｐｍに対応する出力値１．３８４を参照出力値Ｒcに設定することが考えられる。より高いガス濃度に対応する出力値を参照出力値Ｒcに設定することにより、高いガス濃度における誤差をより低減することが可能になる。
本実施形態では、同一要素で構成された検出部をもつガス濃度センサであれば、最初の一回だけ上述のような参照出力値を求める作業を行えばよい。そして、以降ガス濃度センサで温度補正する際は、同じ参照ガス濃度（図９の例では２０００ｐｐｍ）を用いて、基準ガス濃度校正曲線から参照出力値Ｒcを求めればよい。
【００５６】
参照出力値Ｒcの設定後、第１補正出力値をさらに基準ガス濃度校正曲線に近づけるために、第２温度補正、すなわちスパン値による第１補正出力値の温度補正が行われる。本実施形態の場合、参照出力値Ｒcは、基準ガス濃度校正曲線上にあり、参照ガス濃度２０００ｐｐｍのときの出力値、１．３８４である。
実温度Ｔ時の第１温度補正出力値Ｒ1が参照出力値Ｒc以上である場合、第１温度補正出力値Ｒ1から参照出力値Ｒcを減算し、次いで前記した式（３）または式（４）を使って算出された一定のスパン値を乗算する。最後に参照出力値Ｒcを乗算の結果得られた値に加えて第２温度補正出力値Ｒ2が算出される。一方、実温度Ｔにおける第１温度補正出力値Ｒ1が参照出力値Ｒcより低い場合、第１温度補正出力値Ｒ1がそのまま第２温度補正出力値Ｒ2となる。
【００５７】
第２温度補正出力値は基準ガス濃度校正曲線と対照され、基準ガス濃度校正曲線上の第２温度補正出力値に対応するガス濃度が測定濃度としてガス濃度センサから出力される。出力されたガス濃度は、ガス濃度指示部１０３によって表示される。
図９は、図８の第１温度補正出力値に第２温度補正をして得られる第２温度補正出力値をプロットした図である。図９の縦軸は出力信号を第２補正した出力値を示していて、横軸はＣＯ2ガスの濃度を示している。黒い菱形のプロットは実温度が基準温度である２０℃であるときの基準ガス濃度校正曲線上の値、白い四角形のプロットは実温度が−１０℃であるときの第２補正出力値、白い三角形のプロットは実温度が５０℃であるときの第２補正出力値である。
【００５８】
各プロット近傍に記された数値は、−１０℃または５０℃における第２温度補正出力値と基準ガス濃度校正曲線上の出力値との差のうち、大きい方の値をガス濃度に換算した値を示している。２０００ｐｐｍ以下のガス濃度では、第１温度補正出力値が参照出力値Ｒcより低いため、第２温度補正による誤差は第１温度補正のときと同じである。一方で、２０００ｐｐｍより高いガス濃度では、第１温度補正出力値が参照出力値Ｒcより高いため、スパン値を使った第２温度補正が行われる。
【００５９】
図９から分かるように、各ガス濃度における第２温度補正後の出力値と基準ガス濃度校正曲線との差は、図８に示した第１温度補正後の基準ガス濃度校正曲線との差よりも小さくなっている。また、第２温度補正後の基準ガス濃度校正曲線との差に対応するガス濃度は、測定ガス濃度の全範囲でガス濃度センサの精度の仕様である±５０ｐｐｍよりも充分小さくなっている。
以上述べたように、本実施形態によれば、予め取得しておくべきデータ量を従来よりも低減し、温度補正の演算負荷を軽減して演算処理時間を短くしながら、精度の高いガス濃度検出方法、このガス濃度検出方法が適用されるガス濃度センサを提供することができる。
【００６０】
次に、以上説明した参照出力値Ｒcの設定の仕方によって変化するガス濃度センサの精度を説明する。図１０（ａ）は、ＣＯ2ガス濃度を５００ｐｐｍから４０００ｐｐｍまで変化させ、そのときガス濃度センサから出力された出力値に第１温度補正を施した第１温度補正出力値Ｒ１を表した図である。ガス濃度の計測は−１０℃、２０℃、５０℃の三温度について行われ、破線は実温度が−１０℃であるときに得られた出力値を示している。また、より細かい破線は実温度が２０℃、一点鎖線は実温度が５０℃のときに得られた出力値を示している。図１０（ａ）の縦軸は出力信号を第１補正した出力値、横軸はＣＯ2ガスの濃度を示している。
【００６１】
図１０に示した例では、ガス濃度が１０００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍであるときに出力された出力値が参照出力値Ｒc1、Ｒc2、Ｒc3に設定されている。参照出力値Ｒc1、Ｒc2、Ｒc3のそれぞれの近傍に記された数値は、実温度が−１０℃、５０℃のときに得られた出力値と、実温度が２０℃のときに得られた出力値（基準ガス濃度校正曲線上の出力値）との一致性をパーセントで示している。
【００６２】
図１０（ｂ）は、参照出力値をＲc1、Ｒc2、Ｒc3とした場合のガス濃度センサの精度を示している。
図１０（ａ）、（ｂ）によれば、参照出力値Ｒcの設定値によってガス濃度センサの精度が変わることが分かる。このため、参照出力値Ｒcは、ガス濃度センサに許容される誤差や要求される精度の範囲内で、他の条件等を考慮して適宜設定される。
なお、上記した本実施形態によれば、測定温度範囲を−１０℃から５０℃、測定ガス濃度を５００ｐｐｍから４０００ｐｐｍとしている。しかし、本発明は、このような温度範囲やガス濃度範囲に限定されるものではなく、任意の温度範囲及びガス濃度範囲に適応可能である。
【００６３】
（ｄ）ガス濃度算出の手順
図１１は、以上説明した第１温度補正、第２温度補正の処理を説明するためのフローチャートである。フローチャートによって示された処理は、図１に示した信号処理部１０２によって行われる。図示したフローチャートによれば、先ず、ガス濃度センサの図１、２に示した検出部１０１から出力信号が信号処理部１０２に入力され、出力信号Ｒを得る。信号処理部１０２は、出力信号Ｒから予め算出されているオフセット値を減算する。減算により、出力信号Ｒは第１温度補正出力値Ｒ1になる（ステップＳ７０１）。
【００６４】
次に、信号処理部１０２では、第１温度補正出力値Ｒ1と参照出力値Ｒcとが比較される（ステップＳ７０２）。比較の結果、第１温度補正出力値Ｒ1が参照出力値Ｒcより小さい場合（ステップＳ７０２：Ｎｏ）、第１温度補正出力値Ｒ1はそのまま第２補正出力値Ｒ2となる（ステップＳ７０５）。また、第１温度補正出力値Ｒ1が参照出力値Ｒc以上である場合（ステップＳ７０２：Ｙｅｓ）、信号処理部１０２がスパン値を算出し（ステップＳ７０３）、算出されたスパン値を第１温度補正出力値Ｒ1に乗算して第２補正が行われ第２補正出力値Ｒ2となる（ステップＳ７０４）。最後に第２補正出力値Ｒ2を基準ガス濃度校正曲線に照らし合わせることでガス濃度が求められる（ステップＳ７０６）。
【００６５】
（ｅ）参照出力値の他の設定例
以上説明した本実施形態では、参照出力値Ｒcを１つ決定し、第１温度補正値が参照出力値以上であるか、または参照出力値未満であるかによって第２補正の対応を変えている。しかし、本実施形態は、Ｒcを１つに定めることに限定されるものでなく、複数設定してもよい。そして、例えば、複数設定されたＲc1、Ｒc2、Ｒc3（Ｒc1＜Ｒc＜Ｒc3）と第１補正出力値とを比較し、第１補正出力値がＲc1以下であった場合には第１補正出力値をそのまま第２補正出力値とし、基準ガス濃度校正曲線上の第２補正出力値に対応するガス濃度を測定値とする。
【００６６】
また、第１補正出力値がＲc1よりも大きくてＲc2以下であった場合には第１補正出力値に第１のスパン値Ｓ1を乗算して第２補正出力値とし、第１補正出力値がＲc2よりも大きくてＲc3以下であった場合には第１補正出力値に第２のスパン値Ｓ2を乗算して第２補正出力値としてもよい。このとき、基準ガス濃度校正曲線上の第２補正出力値に対応するガス濃度が測定値となる。
また、本実施形態では、参照出力値Ｒcを、被測定ガスの種類に応じて変更するものであってもよい。さらに、オフセット値及びスパン値は、式（１）、（２）及び式（３）、
【００６７】
（４）によって算出されるものに限定されるものでなく、前記した「（１）概念」と一致するものであれば、どのような計算式を使って算出されるものであってもよい。そして、この算出のためにガス濃度センサの信号処理部に保存されるデータのデータ量は少ないほど好ましいことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、非分散型赤外線吸収法を用いたガス濃度センサであれば、どのようなガス濃度センサにも利用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１００  ガス濃度センサ
１０１  検出部
１０２  信号処理部
１０３  ガス濃度表示部
２  セル
７  光源
９ａ、９ｂ  吸気口、排気口
１４ａ、１４ｂ  赤外線センサ
１５ａ、１５ｂ  光学フィルタ
１６  温度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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