(57)【要約】【課題】ガス温度の変化に応じて、周波数変調方式を利用したガス濃度検出と、差分吸収方式を利用したガス濃度検出と、を切り換えることで、ガス温度に応じて吸収が大きく変化するガスでも、広いガス温度範囲でガス濃度を正確に測定するレーザ式ガス分析計を提供する。【解決手段】測定ガス用温度センサ４０からの温度信号に基づいて、切換制御部５０は、温度が所定温度を上回る場合には周波数変調方式ガス濃度測定部３３を選択し、また、温度が所定温度を下回る場合には差分吸収方式ガス濃度測定部３４を選択するように制御する。これにより、広いガス温度範囲でガス濃度を正確に測定するレーザ式ガス分析計１とした。【選択図】図１
2014016313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光による検出光を出射する発光部と、
測定ガスが存在する空間を介して伝播された検出光を受光して検出信号を出力する受光部と、
受光部から出力された検出信号に基づいて周波数変調方式でガス濃度を測定する周波数変調方式ガス濃度測定部と、受光部から出力された検出信号に基づいて差分吸収方式でガス濃度を測定する差分吸収方式ガス濃度測定部と、を備える信号処理部と、
測定ガスが存在する空間内の温度を測定して温度信号を出力する測定ガス用温度センサと、
測定ガス用温度センサからの温度信号に基づいてガス濃度測定方式を、周波数変調方式または差分吸収方式を選択するように、信号処理部を制御する切換制御部と、
を備えることを特徴とするレーザ式ガス分析計。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ式ガス分析計において、
前記発光部は、
レーザ素子と、
レーザ素子の温度検出部と、
レーザ素子の温度調節部と、
レーザ素子からの出射波長が所定値になるように温度検出部による検出温度に応じて温度調節部を制御する温度制御部と、
レーザ素子への供給電流を変化させて測定ガスの吸光特性を走査するための波長走査駆動信号を生成する波長走査駆動信号発生部と、
高周波変調信号を生成する高周波変調信号発生部と、
波長走査駆動信号を高周波変調信号により変調してレーザ素子に対する駆動信号を生成し、駆動信号を電流信号に変換してレーザ素子へ出力するするレーザ駆動信号発生部と、
を備え、
前記信号処理部の周波数変調方式ガス濃度測定部は、
受光素子における高周波変調信号の２倍周波数成分を有する参照信号を生成する参照信号発生部と、受光素子の出力信号から前記２倍周波数成分をそれぞれ検出する同期検波部と、同期検波部の出力信号の値に基づいて測定ガスの濃度を演算する演算部と、
を備え、
前記信号処理部の差分吸収方式ガス濃度測定部は、
受光素子の出力信号から基礎信号を抽出するフィルタ部と、測定ガスがないときの基準信号を出力する信号記憶部と、基準信号から基礎信号を引いた差分値に基づいて測定ガスの濃度を演算する演算部と、を備えることを特徴とするレーザ式ガス分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間内の測定ガスの有無や濃度を分析するレーザ式ガス分析計に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体状のガス分子には、それぞれ固有の光吸収スペクトルがあることが知られている。例えば、図１３のＮＨ３ガスの吸収スペクトルのような特性を有する。レーザ光を用いたガス分析計は、このように特定波長の吸収量がガスの濃度に比例する原理に基づいて、ガス濃度を測定する。ここで、吸収線の中心の周波数ｆc における減衰量は、ガスの濃度に比例する。したがって、ｆc の発振周波数をもつ半導体レーザ光をガスに照射し、その減衰量を測定し適当な係数を掛けることでガスの濃度を推定することができる。
【０００３】
このようにレーザ光を用いたガス分析による濃度計測方法は、大きく差分吸収方式と周波数変調方式がある。通常、差分吸収方式では、比較的簡単な構成でガス濃度の測定が可能である。一方、周波数変調方式では、信号処理が複雑になるが高感度なガス濃度測定が可能である。
【０００４】
差分吸収方式によりガス濃度を測定する装置は、例えば特許文献１（特開平７−１５１６８１号公報、発明の名称「ガス濃度測定装置」）に記載されている。このガス濃度測定装置は、特許文献１の図８で示すように、２波長式半導体レーザ、ガスセル、受光レンズ、受光部、ガス濃度測定装置を備えた装置である。
【０００５】
そして、図１４の差分吸収方式による濃度測定原理でも示すように、吸収線の中心周波数ｆｃを発振周波数とするレーザ光と、吸収線の無い中心周波数ｆｒを発振周波数とするレーザ光と、という２種のレーザ光をガスに照射し、それぞれの受光部が出力する信号の強度を差分して得た信号強度差に適当な比例定数を掛けて濃度に換算する、というものである。
【０００６】
また、周波数変調方式によりガス濃度を測定する装置も、例えば先に述べた特許文献１に記載されている。このガス濃度測定装置は、特許文献１の図７で示すように、周波数変調式半導体レーザ、ガスセル、受光レンズ、受光部、ガス濃度測定装置を備えた装置である。
【０００７】
そして、図１５の周波数変調方式による濃度測定原理で示すように、中心周波数ｆｃ、変調周波数ｆｍで半導体レーザの出力を周波数変調し、対象となる測定ガスに照射する。ガスの吸収線は周波数に対してほぼ２次関数となっているので、この吸収線が弁別器の役割を果たし受光部では変調周波数ｆｍの２倍の周波数の信号（２倍波）が得られる。そして、受光部でエンベロープ検波を行うことで振幅変調による基本波を推定でき、この基本波の振幅と前記２倍波の振幅の比を位相同期させることで、距離に関係なくガス濃度に比例した値を得る、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１５１６８１号公報（発明の名称「ガス濃度測定装置」）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これらのようなガス分析計は、例えばごみ焼却場の煙道などに設置される。ガス分析計の校正は、設置場所で通常使用されるガス温度で行われるが、煙道内のガス温度は、炉の運転状態によって変化し、ガス濃度測定中に１００℃オーダのガス温度変化が生じる場合もある。一般的に、ガス温度が低いときに、ガスの吸収は大きくなっている（なお、測定ガスおよび測定波長によっては、逆の場合もある）。
【００１０】
例えば、図１６に示すように、１０００℃と２５℃とのＨＣｌガスを比較すると、２５℃のときに吸収が大きい。このようにガス温度に応じ吸収量が変化するため、下式のようなガス温度補正処理を行っている。
【００１１】
［数１］
補正ガス濃度＝α×測定ガス濃度
【００１２】
ただし、αはガス温度補正係数である。
このような処理を行うことで、ガス温度が変化した時にも正確なガス濃度測定が可能となる。
【００１３】
周波数変調方式を採用する場合、通常使用するガス温度に合わせて同期検波信号などを出力する回路ゲインを調整する。ガス温度が低下して吸収が大きくなると、同期検波信号の振幅が大きくなって測定ガス濃度が大きくなる。さらにガス温度が低下するとサチレーション（飽和）が発生する。また、図１７に示すように、広帯域な吸収特性を持つＳＯ２ガスの場合は、さらなるガス温度低下で吸収が大きくなると、受光光量低下も大きくなるため、同期検波信号の信号が小さくなり、測定ガス濃度は低下に転ずる。このような場合のガス温度−ガス濃度の特性は、図１８で示すようになる。
【００１４】
図１８の区間Ａのガス温度範囲であれば、数式１に示すガス温度補正方法が適用できる。しかしながら、区間Ｂのガス温度範囲でガス濃度を測定する場合は、数式１に示すガス温度補正方法は適用できない。
【００１５】
一方で、差分吸収方式の場合は、周波数変調方式に比べて感度が低いため、より広いガス温度範囲で数式１のガス温度補正を適用可能である。しかし、既に述べた通り、周波数変調方式に比べて感度が低いため、吸収の小さいガス（ガス温度が高い）ときに、煙道で要求される精度のガス濃度測定ができないことがある。
周波数変調方式と差分吸収方式とは、ともに長所と短所とを併せ持つものであった。
【００１６】
そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス温度の変化に応じて、周波数変調方式を利用したガス濃度検出と、差分吸収方式を利用したガス濃度検出と、を切り換えることで、ガス温度に応じて吸収が大きく変化するガスでも、広いガス温度範囲でガス濃度を正確に測定するレーザ式ガス分析計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の請求項１に係るレーザ式ガス分析計は、
レーザ光による検出光を出射する発光部と、
測定ガスが存在する空間を介して伝播された検出光を受光して検出信号を出力する受光部と、
受光部から出力された検出信号に基づいて周波数変調方式でガス濃度を測定する周波数変調方式ガス濃度測定部と、受光部から出力された検出信号に基づいて差分吸収方式でガス濃度を測定する差分吸収方式ガス濃度測定部と、を備える信号処理部と、
測定ガスが存在する空間内の温度を測定して温度信号を出力する測定ガス用温度センサと、
測定ガス用温度センサからの温度信号に基づいてガス濃度測定方式を、周波数変調方式または差分吸収方式を選択するように、信号処理部を制御する切換制御部と、
を備えることを特徴とするレーザ式ガス分析計とした。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係るレーザ式ガス分析計は、
請求項１に記載のレーザ式ガス分析計において、
前記発光部は、
レーザ素子と、
レーザ素子の温度検出部と、
レーザ素子の温度調節部と、
レーザ素子からの出射波長が所定値になるように温度検出部による検出温度に応じて温度調節部を制御する温度制御部と、
レーザ素子への供給電流を変化させて測定ガスの吸光特性を走査するための波長走査駆動信号を生成する波長走査駆動信号発生部と、
高周波変調信号を生成する高周波変調信号発生部と、
波長走査駆動信号を高周波変調信号により変調してレーザ素子に対する駆動信号を生成し、駆動信号を電流信号に変換してレーザ素子へ出力するするレーザ駆動信号発生部と、
を備え、
前記信号処理部の周波数変調方式ガス濃度測定部は、
受光素子における高周波変調信号の２倍周波数成分を有する参照信号を生成する参照信号発生部と、受光素子の出力信号から前記２倍周波数成分をそれぞれ検出する同期検波部と、同期検波部の出力信号の値に基づいて測定ガスの濃度を演算する演算部と、
を備え、
前記信号処理部の差分吸収方式ガス濃度測定部は、
受光素子の出力信号から基礎信号を抽出するフィルタ部と、測定ガスがないときの基準信号を出力する信号記憶部と、基準信号から基礎信号を引いた差分値に基づいて測定ガスの濃度を演算する演算部と、を備えることを特徴とするレーザ式ガス分析計とした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ガス温度の変化に応じて、周波数変調方式を利用したガス濃度検出と、差分吸収方式を利用したガス濃度検出と、を切り換えることで、ガス温度に応じて吸収が大きく変化するガスでも、広いガス温度範囲でガス濃度を正確に測定するレーザ式ガス分析計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ式ガス分析計の全体構成図である。
【図２】発光部の回路ブロック図である。
【図３】発光波長の説明図であり、図３（ａ）はレーザ素子の発光波長と電流との関係を示す特性図、図３（ｂ）はレーザ素子の発光波長と温度との関係を示す特性図である。
【図４】波長走査駆動信号を示す図である。
【図５】レーザ素子に対する駆動信号を示す図である。
【図６】周波数変調方式ガス濃度測定部のブロック図である。
【図７】差分吸収方式ガス濃度測定部のブロック図である。
【図８】受光信号の一例を示す図である。
【図９】同期検波部により抽出された同期検波信号の一例である。
【図１０】フィルタにより抽出された受光強度波形の一例である。
【図１１】受光強度波形の比較の説明図であり、図１１（ａ）はＮ２流通時の受光強度波形を示す図、図１１（ｂ）は測定ガス流通時の受光強度波形を示す図である。
【図１２】Ｎ２流通時と測定ガス流通時の受光強度波形の差分信号の一例である。
【図１３】ＮＨ３ガスの吸収スペクトルを示す図である。
【図１４】差分吸収方式による濃度測定原理を示す図である。
【図１５】周波数変調方式による濃度測定原理を示す図である。
【図１６】測定ガスの吸収のガス温度による変化を示す図である。
【図１７】ＳＯ２ガスの吸収スペクトルを示す図である。
【図１８】測定方法による測定濃度を比較したガス温度−測定ガス濃度特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態に係るレーザ式ガス分析計について図を参照しつつ以下に説明する。図１は、本形態のレーザ式ガス分析計の全体構成図である。
本形態のレーザ式ガス分析計１は、発光部１０、受光部２０、信号処理部３０、測定ガス用温度センサ４０、切換制御部５０、出力部６０を備えている。
【００２２】
発光部１０は、図１で示すように、レーザ駆動制御部１１、レーザ発光部１２、コリメートレンズ１３、ケース１４を備える。
受光部２０は、図１で示すように、集光レンズ２１、受光素子２２、ケース２３を備える。
信号処理部３０は、図１で示すように、Ｉ／Ｖ変換部３１、切換部３２、周波数変調方式ガス濃度測定部３３、差分吸収方式ガス濃度測定部３４、切換部３５を備える。
【００２３】
そして、本形態では、煙道及び排ガスなどの各種ガス濃度測定等に適用するレーザ式ガス分析計として説明する。
発光部１０、受光部２０は、図１に示すように、測定ガスが流通する煙道などである配管等の壁３ａ，３ｂに、溶接等により固定されたフランジ２ａ，２ｂを介して取り付けられる。フランジ２ａに発光部１０のケース１４が、また、フランジ２ｂに受光部２０のケース２３がそれぞれ取り付けられる。
【００２４】
続いて各部の動作について説明する。発光部１０は、詳しくは図２で示すように、レーザ駆動制御部１１として、さらに波長走査駆動信号発生部１１ａ、高周波変調信号発生部１１ｂ、レーザ駆動信号発生部１１ｃ、温度制御部１１ｄを備える。また、レーザ発光部１２として、さらにレーザ素子１２ａ、温度検出部（サーミスタ）１２ｂ、温度調節部（ペルチェ素子）１２ｃを備える。
【００２５】
レーザ素子１２ａは、発光波長がガスの吸光特性に一致する周波数およびその周辺領域にて発光が可能であり、さらに、図３（ａ）に示したようにドライブ電流により発光波長を可変とすることができ、また、図３（ｂ）に示したように温度によって発光波長を可変とすることができる。レーザ素子１２ａは、例えば、ＤＦＢレーザ（Distributed Feedback Laser）、もしくはＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）といわれるレーザダイオードである。なお、レーザダイオード以外でも上記の条件を満たす、つまり測定ガスの吸収波長帯域で波長掃引できるものであれば、他種の発光素子を用いてもよい。本形態では測定ガスの具体例として二酸化硫黄ガス（ＳＯ２ガス）を測定するものとし、波長も二酸化硫黄ガス（ＳＯ２ガス）を吸収する波長を採用するものとする。
【００２６】
図２において、レーザ素子１２ａの温度は、サーミスタ等の温度検出部１２ｂを用いて検出される。この温度検出部１２ｂは、レーザ駆動制御部１１の温度制御部１１ｄに接続されている。この温度制御部１１ｄは、レーザ素子１２ａの発光波長の安定化および波長の調節のため、サーミスタ等の温度検出部１２ｂから得られる抵抗値が一定になるようにＰＩＤ制御等を行ってペルチェ素子等の温度調節部１２ｃの温度制御を行い、レーザ素子１２ａの温度を調節する。
【００２７】
また、測定ガスの吸収波長をスキャンするようにレーザの発光波長を変化させる波長走査駆動信号発生部１１ａの出力信号と、測定ガスの吸収波形を検出するための例えば１０ｋＨｚ程度の正弦波で発光波長を周波数変調させるための高周波変調信号発生部１１ｂの出力信号とを、駆動信号発生部１１ｃへ入力すると、駆動信号発生部１１ｃがこれら出力信号を合成して駆動信号を生成し、この駆動信号をＶ−Ｉ変換してレーザ素子１２ａに供給する。
【００２８】
ここで、レーザ光の変調について説明する。図４は、波長走査駆動信号発生部１１ａの出力信号を示している。測定ガスの吸光特性を走査する波長走査駆動信号Ｓ１は、レーザ素子１２ａの駆動電流値を直線的に変化させてレーザ素子１２ａの発光波長を徐々に変化させ、例えば、０．２ｎｍ程度の吸光特性を走査する。一方、信号Ｓ２は、波長はずらさないが、駆動電流値をレーザ素子１２ａが安定するスレッショルドカレント以上に保ち、一定波長で発光させるためのものである。さらに、信号Ｓ３では、駆動電流値を０ｍＡにしておく。
【００２９】
図２の高周波変調信号発生部１１ｂの下側には高周波変調信号発生部１１ｂから出力される変調信号の波形図が図示されているが、この変調信号は、例えば周波数が１０ｋＨｚの正弦波であり、波長幅が０・０２ｎｍ程度である。
図５は、図２のレーザ駆動信号発生部１１ｃから出力される駆動信号（波長走査駆動信号発生部１１ａの出力信号と高周波変調信号発生部１１ｂの出力信号との合成信号）の波形図である。この駆動信号は、一定周期で繰り返される台形形状である。レーザ駆動信号発生部１１ｃは、レーザを駆動する電流に変え、この駆動信号をレーザ素子１２ａに供給すると、レーザ素子１２ａからは、測定ガスの０．２ｎｍ程度の吸光特性を波長幅０．０２ｎｍ程度で検出可能な変調光が出力される。
【００３０】
これにより、レーザ素子１２ａからは、測定ガスの吸光特性を走査するための、周波数変調された所定波長のレーザ光が出射される。図１で示すように、レーザ素子１２ａから出射したレーザ光はコリメートレンズ１３により平行な検出光７０にコリメートされてから出射する。レーザ素子１２ａの温度は、事前に波長走査駆動信号の中心部分でガスが計測されるように温度を調整する。
【００３１】
このような発光部１０を経て検出光７０が出射される。図１に示すように、発光部１０から出力された平行光である検出光７０は、壁３ａ，３ｂの内部区間（測定ガスが流通する空間）である煙道内部を伝播し、この間を透過する際にガス吸収を受ける。ガス吸収を受けた検出光は受光部２０により受光される。
【００３２】
続いて、受光部２０について説明する。受光部２０では、平行光である検出光７０を集光レンズ２１が集光して受光素子２２へ入射させ、測定ガスが存在する空間を介して伝播された検出光を受光素子２２が受光し、受光量に応じて電気信号による検出信号を出力する。受光素子２２は、例えばフォトダイオードであり、レーザの発光波長に感度を持つ素子を適用する。
【００３３】
続いて、信号処理部３０、測定ガス用温度センサ４０、切換制御部５０について説明する。信号処理部３０は、周波数変調方式ガス濃度測定部３３、差分吸収方式ガス濃度測定部３４を共に備え、両方式によるガス濃度測定をすることができる。そして、熱電対等の測定ガス用温度センサ４０は、測定ガスが存在する空間内の温度を測定して温度信号を切換制御部５０へ出力し、この温度信号に基づいて温度が所定温度を上回る場合（図１８のガス温度区間Ａにある場合）には周波数変調方式ガス濃度測定部３３を選択し、また、温度が所定温度を下回る場合（図１８のガス温度区間Ｂにある場合）には差分吸収方式ガス濃度測定部３４を選択するように、切換制御部５０が、信号処理部３０の切換部３２，３５をそれぞれ制御する。
【００３４】
つまり測定ガスの温度が所定温度を上回る場合（図１８のガス温度区間Ａにある場合）には、図６で示すように切換部３２，３５が切り替えられて、Ｉ／Ｖ変換部３１、切換部３２，周波数変調方式ガス濃度測定部３３、切換部３５、出力部６０の経路が選択される。また、測定ガスの温度が所定温度を下回る場合（図１８のガス温度区間Ｂにある場合）には、図７で示すように切換部３２，３５が切り替えられて、Ｉ／Ｖ変換部３１、切換部３２、差分吸収方式ガス濃度測定部３４、切換部３５、出力部６０の経路が選択される。
【００３５】
続いて測定ガスの温度が所定温度を上回る場合（図１８のガス温度区間Ａにある場合）であり、図６で示すように、Ｉ／Ｖ変換部３１、切換部３２，周波数変調方式ガス濃度測定部３３、切換部３５、出力部６０の経路が選択されて、周波数変調方式によるガス濃度測定がなされる場合について説明する。
【００３６】
受光素子２２から信号処理部３０へ入力された検出信号は、Ｉ−Ｖ変換回路３１によって電流信号から電圧信号に変換される。この電圧信号は、図８に示すような出力波形を有する。この電圧信号が切換部３２を経て、同期検波部３３ａへ入力される。また、参照信号発生部（発振器）３３ｂは、図２の高周波変調信号発生部１１ｂによる高周波変調信号の２倍周波数の信号を参照信号として同期検波部３３ａへ出力する。同期検波部３３ａでは、変調信号の２倍周波数成分の振幅のみを取り出す。
【００３７】
これは先に説明した図１５の周波数変調方式による濃度測定原理で示すように、中心周波数ｆｃ、変調周波数ｆｍでレーザ素子１２ａの出力が周波数変調されており、対象となる測定ガスに照射すると、ガスの吸収線は周波数に対してほぼ２次関数となっているので、この吸収線が弁別器の役割を果たし受光部２０では変調周波数ｆｍの２倍の周波数の信号（２倍波）が得られる。そして、受光部２０でエンベロープ検波を行うことで振幅変調による基本波を推定でき、参照信号発生部（発振器）３３ｂからの基本波の振幅と前記２倍波の振幅の比を位相同期させることで、距離に関係なくガス濃度に比例した値を得る。この信号は演算部３３ｃに入力されるとともに、この演算部３３ｃにおいて測定ガスの濃度が演算されることになる。
【００３８】
次に、周波数変調方式による測定ガスの濃度を検出する原理について説明する。ここでは、二酸化硫黄（ＳＯ２ガス）について検出する。測定ガス、すなわち二酸化硫黄（ＳＯ２ガス）に吸光特性がある場合、同期検波部３３ａから図９のような同期検波信号を抽出する。同期検波信号は、演算部３３ｃへ出力される。ガス濃度がこのピーク値がガス濃度となるために、演算部３３ｃは、ピーク振幅を計測しても良いし、信号変化を積分しても良い。
【００３９】
一例を挙げれば、演算部３３ｃは、図９のような同期検波信号の振幅ＷＡに対してあるスパン校正値ＧＡおよびガス温度補正係数αＡを掛けることでガス濃度を検出できる。
【００４０】
［数２］
測定ガス濃度＝αＡ×ＧＡ×ＷＡ
【００４１】
ガス温度補正係数αＡは、ガス温度に対して一意に決まる係数であれば、関数形式やテーブル形式などという形式は限定されない。
【００４２】
演算部３３ｃは、この測定ガス濃度を切換部３５を介して出力部６０へ送る。出力部６０は、例えば、ディスプレイ装置や警報装置などであり、あるいは、他のコンピュータへ送信する送信装置などである。周波数変調方式による測定ガスの濃度の検出はこのように行われる。 
【００４３】
続いて測定ガスの温度が所定温度を下回る場合（図１８のガス温度区間Ｂにある場合）であり、図７で示すように、Ｉ／Ｖ変換部３１、切換部３２，差分吸収方式ガス濃度測定部３４、切換部３５、出力部６０の経路が選択されて、差分吸収方式によるガス濃度測定がなされる場合について説明する。
【００４４】
受光素子２２から信号処理部３０へ入力された検出信号は、Ｉ−Ｖ変換回路３１によって電流信号から電圧信号に変換される。この電圧信号は、図８に示すようになる。この電圧信号が切換部３２を経て、フィルタ部３４ａへ入力される。フィルタ部３４ａは、図８の受光信号から図１０のような受光強度信号を抽出する。
【００４５】
ここで、ガス濃度は吸収による変化なので、例えば、窒素のような吸収を受けないガスの信号と、測定ガスで吸収を受けた信号と、の比率を濃度として捉える信号処理を行う。Ｎ２のように吸収を受けないガスの場合は、図１１（ａ）のような受光強度波形になる。一方、測定ガスにより吸収を受けると図１１（ｂ）のように変化する。そこで、図１１（ａ）のような受光強度波形を有する受光強度信号を予めＮ２強度信号として信号記憶部３４ｂに記憶させておき、差分器３４ｃにより、図１１（ａ）のＮ２強度信号から、図１１（ｂ）のような受光強度波形を有する受光強度信号を引いて差分値をとると、図１２のような出力波形である差分信号が得られる。
【００４６】
なお、本形態の差分吸収方式は、二波長のレーザを用いるものではなく、一方は登録値を用いる点で、従来技術として説明した純粋な差分吸収方式とは異なる。しかしながら、基準波形については信号記憶部３４ｂに登録させた値を採用しても充分に差分吸収方式として機能することを知見したものであり、差分吸収方式と見なすことができる。このように本発明により差分吸収方式では、複数波長のレーザ素子を必要としないため、構成を簡素化でき、優れている。
【００４７】
このように測定ガスではなく予め測定しておいた基準ガスが流通するときの波長λａの信号強度と、測定ガスがあるときの波長λａの信号強度の差をとることで、測定ガスの濃度を測定することができる。信号記憶部３４ｂへの入力は校正時や工場出荷時に行われる。この差分信号は演算部３４ｄに入力されるとともに、この演算部３４ｄにおいて測定ガスの濃度が演算されることになる。この差分信号の振幅ＷＢに対してあるスパン校正値ＧＢおよびガス温度補正係数αＢを掛けることでガス濃度が検出できる。
【００４８】
［数３］
測定ガス濃度＝αＢ×ＧＢ×ＷＢ
【００４９】
ガス温度補正係数αＢは、ガス温度に対して一意に決まる係数であれば、関数形式やテーブル形式など形式は限定されない。
【００５０】
この演算部３４ｄは、この測定ガス濃度を、切換部３５を介して出力部６０へ送る。出力部６０は、例えば、ディスプレイ装置や警報装置などであり、あるいは、他のコンピュータへ送信する送信装置などである。差分吸収方式による測定ガスの濃度の検出はこのように行われる。 
【００５１】
以上、本発明について説明したが、本発明は各種の変形形態が可能である。
例えば、先に説明した形態では、測定ガス用温度センサからの温度信号に基づいて温度が所定温度を上回る場合には周波数変調方式ガス濃度測定部を選択し、また、温度が所定温度を下回る場合には差分吸収方式ガス濃度測定部を選択するように、信号処理部を制御する切換制御部であるものとして説明した。
【００５２】
しかしながら、一般的に、ガス温度が低いときに、ガスの吸収は大きくなっているが、測定ガスおよび測定波長によっては、逆の場合もある点について説明している。この逆の場合であって、ガス温度が低く吸収が小さいときには、周波数変調方式を利用した高精度なガス濃度検出を採用し、また、ガス温度が高く吸収が大きいときには、差分吸収方式を利用したガス濃度検出を採用することで、精度の高い検出が可能となる。この場合の切換制御部は、測定ガス用温度センサからの温度信号に基づいて温度が所定温度を下回る場合には周波数変調方式ガス濃度測定部を選択し、また、温度が所定温度を上回る場合には差分吸収方式ガス濃度測定部を選択するように、信号処理部を制御することになる。このような構成を採用しても良い。
【００５３】
また、本発明のレーザ式ガス分析計によれば、図４，図５で示すようにＳ３信号が１周期ごとに出力される信号である点に着目し、Ｓ３信号を検出してから所定時間経過したときに同期検波部出力波形のピーク値が登場するため、このタイミングで濃度を算出すると良い。
また、濃度を測定するものとしたが、濃度がほぼ０の時には測定ガスが存在しないものと判定することで測定ガスの有無を検出することもできる。
【００５４】
また、先に説明した形態では、例示的に硫化酸素ガス（ＳＯ２）であるものとして説明したが、これに限定される趣旨ではなく、酸素ガス（Ｏ２ガス）、塩素ガス（ＨＣｌガス）、二酸化炭素ガス（ＣＯ２ガス）、一酸化炭素ガス（ＣＯガス）、アンモニアガス（ＮＨ３）などの他の成分のガスでもよい。その場合、他の成分のガスを検出できるような波長を有するレーザ素子が採用され、この波長で検出できるように演算部の演算処理内容が変更されて用いられるというものである。
【００５５】
以上本発明について説明した。本発明のレーザ式ガス分析計によれば、測定ガスの温度別に周波数変調方式と差分吸収方式とを使い分けるため、測定ガスの温度に拘わらず精度の高い計測が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のレーザ式ガス分析計は、ボイラ、ゴミ焼却等の燃焼排ガス測定用として最適である。その他、鉄鋼用ガス分析［高炉、転炉、熱処理炉、焼結（ペレット設備）、コークス炉］、青果貯蔵及び熟成、生化学（微生物）［発酵］、大気汚染［焼却炉、排煙脱硫・脱硝］、自動車排ガス（除テスタ）、防災［爆発性ガス検知、有毒ガス検知、新建築材燃焼ガス分析］、植物育成用、化学用分析［石油精製プラント、石油化学プラント、ガス発生プラント］、環境用［着地濃度、トンネル内濃度、駐車場、ビル管理］、理化学各種実験用などの分析計としても有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１：レーザ式ガス分析計
１０：発光部
１１：レーザ駆動制御部
１１ａ：波長走査駆動信号発生部
１１ｂ：高周波変調信号発生部
１１ｃ：レーザ駆動信号発生部
１１ｄ：温度制御部
１２：レーザ発光部
１２ａ：レーザ素子
１２ｂ：温度検出部（サーミスタ）
１２ｃ：温度調節部（ペルチェ素子）
１３：コリメートレンズ
１４：ケース
２０：受光部
２１：集光レンズ
２２：受光素子
２３：ケース
３０：信号処理部
３１：Ｉ／Ｖ変換部
３２：切換部
３３：周波数変調方式ガス濃度測定部
３３ａ：同期検波部
３３ｂ：参照信号発生部
３３ｃ：演算部
３４：差分吸収方式ガス濃度測定部
３４ａ：フィルタ部
３４ｂ：信号記憶部
３４ｃ：差分部
３４ｄ：演算部
３５：切換部
４０：測定ガス用温度センサ
５０：切換制御部
６０：出力部
７０：検出光
２ａ，２ｂ：フランジ
３ａ，３ｂ：壁
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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