(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象ガスの光吸収スペクトルを含む中赤外領域の波長のレーザ光を出射する中赤外レーザ発光部と、
前記中赤外レーザ発光部を駆動する中赤外レーザ駆動部と、
前記中赤外レーザ発光部から出射されたレーザ光をコリメートして測定対象ガスが存在する測定対象空間に照射する中赤外レーザ光学部と、
前記中赤外レーザ光学部から照射されたレーザ光を受光して電気的な中赤外受光信号として出力する中赤外受光部と、
前記中赤外受光信号から測定対象ガスによる光吸収の影響を受けた信号成分を抽出し、この信号成分の変化量から測定対象ガス濃度を演算するガス濃度演算部と、
を有するレーザ式ガス分析計において、
すくなくとも測定対象ガスの光吸収スペクトルを含まない近赤外領域の波長のレーザ光を出射する近赤外レーザ発光部と、
前記近赤外レーザ発光部を駆動する近赤外レーザ駆動部と、
前記近赤外レーザ発光部から出射されたレーザ光をコリメートして測定対象空間に照射する近赤外レーザ光学部と、
前記近赤外レーザ光学部から照射されたレーザ光を受光して電気的な近赤外受光信号として出力する近赤外受光部と、
前記近赤外光受光信号から前記空間のダストによる光量減少量を検出する光量減少量検出部と、
前記ガス濃度演算部により求めた測定対象ガスの濃度測定値を、前記光量減少量検出部により求めた光量減少量を用いて補正するガス濃度補正部と、
を備えたことを特徴とするレーザ式ガス分析計。
【請求項２】
測定対象ガスの光吸収スペクトルを含む中赤外領域の波長のレーザ光を出射する中赤外レーザ発光部と、
前記中赤外レーザ発光部を駆動する中赤外レーザ駆動部と、
前記中赤外レーザ発光部から出射されたレーザ光をコリメートして測定対象ガスが存在する測定対象空間に照射する中赤外レーザ光学部と、
前記中赤外レーザ光学部から照射されたレーザ光を受光して電気的な中赤外受光信号として出力する中赤外受光部と、
前記中赤外受光信号から測定対象ガスによる光吸収の影響を受けた信号成分を抽出し、この信号成分の変化量から測定対象ガス濃度を演算するガス濃度演算部と、
を有するレーザ式ガス分析計において、
測定対象ガスの光吸収スペクトルを含まず、かつ、測定対象空間に存在する水の光吸収スペクトルを含む近赤外領域の波長のレーザ光を出射する近赤外レーザ発光部と、
前記近赤外レーザ発光部を駆動する近赤外レーザ駆動部と、
前記近赤外レーザ発光部から出射されたレーザ光をコリメートして測定対象空間に照射する近赤外レーザ光学部と、
前記近赤外レーザ光学部から照射されたレーザ光を受光して電気的な近赤外受光信号として出力する近赤外受光部と、
前記近赤外受光信号から測定対象領域に存在する水による光吸収の影響を受けた信号成分を抽出し、この信号成分の変化量から水分濃度に相当する光量減少量を演算する水分濃度演算部と、
前記ガス濃度演算部により求めた測定対象ガスの濃度測定値を、前記水分濃度演算部により求めた水分濃度に相当する光量減少量を用いて補正するガス濃度補正部と、
を備えたことを特徴とするレーザ式ガス分析計。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ式ガス分析計において、
水分濃度演算部が、ダストによる光量減少量検出を併せて行い、ダストによる光量減少量および水分濃度に相当する光量減少量を用いて補正することを特徴とするレーザ式ガス分析計。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載したレーザ式ガス分析計において、
前記中赤外レーザ発光部から出射される中赤外領域のレーザ光の波長が３〜１０μｍであり、前記近赤外レーザ発光部から出射される近赤外領域のレーザ光の波長が０．７〜３μｍであ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、煙道内のガス等の各種ガス濃度をレーザ光により測定するレーザ式ガス分析計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスの分子・原子には、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。
図１９はアンモニア（ＮＨ３）の光吸収スペクトルの例であり、グラフの横軸は波長を示し、縦軸は光吸収率を示している。
このような光吸収スペクトルを利用して各種ガス濃度を検出するガス分析計として、レーザ式ガス分析計が知られている。この分析計は、測定対象ガスの光吸収スペクトルと同じ発光波長領域を有するレーザ光源からの出射光を測定対象ガスに照射し、測定対象ガスの分子・原子によるレーザ光の吸収を利用してガス濃度を計測するものである。
【０００３】
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、吸収線の中心の波長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 の発振波長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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
そして、図２０の差分吸収方式による濃度測定原理でも示すように、吸収線の中心波長ｆｃを発振波長とするレーザ光と、吸収線の無い中心波長ｆｒを発振波長とするレーザ光と、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。
【０００７】
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。
【０００８】
そして、図２１の周波数変調方式による濃度測定原理で示すように、中心波長ｆｃ、変調周波数ｆｍで半導体レーザの出力を周波数変調し、対象となる測定対象ガスに照射する。ガスの吸収線は波長に対してほぼ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。
【０００９】
そして、レーザ光を用いたガス分析計の従来技術としては、例えば、図２２に示すレーザ式ガス分析計が知られている。なお、このレーザ式ガス分析計は、特許文献２（特開２００９−４７６７７号公報、発明の名称「レーザ式ガス分析計」）に記載されているものである。
【００１０】
図２２において、１０１ａ，１０１ｂは測定対象ガスが流れる煙道壁である。これらの煙道壁１０１ａ，１０１ｂには、発光部フランジ２０１ａ、受光部フランジ２０１ｂが対向した位置にそれぞれ配置されている。
【００１１】
発光部フランジ２０１ａには、取付金具２０２ａを介して発光部筐体２０３ａが取り付けられている。この発光部筐体２０３ａには、レーザ光源２０４とコリメートレンズ２０５等の光学部品が内蔵されている。受光部フランジ２０１ｂには、取付金具２０２ｂを介して受光部筺体２０３ｂが取り付けられている。この受光部筺体２０３ｂには、レンズ２０６、受光素子２０７、及び受光素子２０７の出力信号を処理する受光部回路基板２０８が内蔵されている。
【００１２】
上記構成において、レーザ光源２０４から出射されたレーザ光は測定対象空間である煙道内部に照射され、レーザ光源２０４に対向して配置された受光部筐体２０３ｂ内の受光素子２０７により受光される。
この受光により、煙道内部に測定対象ガスが存在する場合にはレーザ光が吸収されるので、この光吸収が測定対象ガスの濃度と関連性を有することを利用して、受光部回路基板２０８上の受光信号処理回路が測定対象ガス濃度を演算するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平７−１５１６８１号公報（段落[０００４]，[００３０]、図７，図８等）
【特許文献２】特開２００９−４７６７７号公報（段落[００２９]〜[００３８]、図１〜図７等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この種のレーザ式ガス分析計は、例えばゴミ焼却場等の煙道に設置されることが多い。この煙道内には測定対象ガス以外に煤塵（ダスト）や水が存在する。ダストによる光量減衰の影響は、特許文献２に記載された従来技術によって補正することが可能であり、仮に煙道内にダストが存在しても、ガス濃度を正確に測定することができる。
【００１５】
しかしながら、近年、ゴミ焼却等の分野においては最適なプロセス制御の実現を狙って、排ガス処理プロセス内のＳＯ２，ＮＯ，ＮＯ２等のガス濃度をきめ細かく測定したいというニーズが増加している。
これらのガスは、中赤外領域に光吸収スペクトルが存在する。例えば、図２３はＳＯ２の光吸収スペクトルであり、このような光吸収スペクトルを検出するためには、レーザ光源として、量子カスケードレーザ等の中赤外領域の波長のレーザ光を出射するものを用いることが好ましい。
【００１６】
しかし、この中赤外領域には、測定対象ガスであるＳＯ２の光吸収スペクトル以外に、水の光吸収スペクトルが多数存在している。図２４は、水の光吸収スペクトルを示しており、この光吸収スペクトルを外してＳＯ２濃度を測定することは非常に困難である。
すなわち、測定対象空間の水分濃度が高い場合、レーザ光源としての量子カスケードレーザから出射されるレーザ光は測定対象ガス以外に水の影響を受けるため、著しく減衰してしまう。
【００１７】
例えば、ＳＯ２の光吸収スペクトル波長（約７．２μｍ）を検出する条件において、水による吸収の影響を実験的に調べた場合の受光信号（言い換えれば受光光量）のレベルを図２５に示す。
受光光量の減衰がダストによる影響だけであれば、特許文献２に記載された方法により補正が可能であるが、図２５によれば、水分濃度（体積濃度）が高くなるにつれて受光光量が減衰することがわかる。このため、従来のレーザ式ガス分析計では、測定対象空間に水分が存在すると測定対象ガスの測定値が減衰してしまい、ガス濃度を正確に測定できないという問題があった。
【００１８】
また、ガス濃度測定方法は、特許文献１にも記載のように、吸収スペクトルのピーク付近をその発振波長付近で発光するレーザ素子などによってスキャンし、光量のわずかな変化を捉える方法である。例えば、図２６に示すようなスペクトルを持つＨＣｌガスは、使用する近赤外レーザ素子が走査できる波長範囲に、測定対象ガス成分の吸収を受けない波長の光を含むことが可能である。そのため、測定対象ガス成分の吸収を受けない波長の光を利用して受光光量補正を用いた正確なガス濃度測定が可能である。
【００１９】
ところが、図２７に示すようなスペクトルを持つＳＯ２ガスは、使用する中赤外レーザ素子の発光可能な波長範囲に測定対象ガス成分の吸収を受けないような波長の光が含まれていない。そのため、測定対象ガスによってＤＣ的な吸収が発生する。ダストによる光量減少はＤＣ的であり、ＳＯ２のようなガスを中赤外光で測定する場合は、測定対象ガスによる吸収なのか、ダストによる光量減衰なのかを判定し、受光光量補正を行い正確なガス濃度測定を行うことが困難である。
【００２０】
そこで本発明の解決課題は、高濃度の水分やダストが存在する測定環境であっても測定対象ガスの濃度を高精度に測定可能とした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】
【００２１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、
測定対象ガスの光吸収スペクトルを含む中赤外領域の波長のレーザ光を出射する中赤外レーザ発光部と、
前記中赤外レーザ発光部を駆動する中赤外レーザ駆動部と、
前記中赤外レーザ発光部から出射されたレーザ光をコリメートして測定対象ガスが存在する測定対象空間に照射する中赤外レーザ光学部と、
前記中赤外レーザ光学部から照射されたレーザ光を受光して電気的な中赤外受光信号として出力する中赤外受光部と、
前記中赤外受光信号から測定対象ガスによる光吸収の影響を受けた信号成分を抽出し、この信号成分の変化量から測定対象ガス濃度を演算するガス濃度演算部と、
を有するレーザ式ガス分析計において、
すくなくとも測定対象ガスの光吸収スペクトルを含まない近赤外領域の波長のレーザ光を出射する近赤外レーザ発光部と、
前記近赤外レーザ発光部を駆動する近赤外レーザ駆動部と、
前記近赤外レーザ発光部から出射されたレーザ光をコリメートして測定対象空間に照射する近赤外レーザ光学部と、
前記近赤外レーザ光学部から照射されたレーザ光を受光して電気的な近赤外受光信号として出力する近赤外受光部と、
前記近赤外光受光信号から前記空間のダストによる光量減少量を検出する光量減少量検出部と、
前記ガス濃度演算部により求めた測定対象ガスの濃度測定値を、前記光量減少量検出部により求めた光量減少量を用いて補正するガス濃度補正部と、
を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項２に係る発明は、
測定対象ガスの光吸収スペクトルを含む中赤外領域の波長のレーザ光を出射する中赤外レーザ発光部と、
前記中赤外レーザ発光部を駆動する中赤外レーザ駆動部と、
前記中赤外レーザ発光部から出射されたレーザ光をコリメートして測定対象ガスが存在する測定対象空間に照射する中赤外レーザ光学部と、
前記中赤外レーザ光学部から照射されたレーザ光を受光して電気的な中赤外受光信号として出力する中赤外受光部と、
前記中赤外受光信号から測定対象ガスによる光吸収の影響を受けた信号成分を抽出し、この信号成分の変化量から測定対象ガス濃度を演算するガス濃度演算部と、
を有するレーザ式ガス分析計において、
測定対象ガスの光吸収スペクトルを含まず、かつ、測定対象空間に存在する水の光吸収スペクトルを含む近赤外領域の波長のレーザ光を出射する近赤外レーザ発光部と、
前記近赤外レーザ発光部を駆動する近赤外レーザ駆動部と、
前記近赤外レーザ発光部から出射されたレーザ光をコリメートして測定対象空間に照射する近赤外レーザ光学部と、
前記近赤外レーザ光学部から照射されたレーザ光を受光して電気的な近赤外受光信号として出力する近赤外受光部と、
前記近赤外受光信号から測定対象領域に存在する水による光吸収の影響を受けた信号成分を抽出し、この信号成分の変化量から水分濃度に相当する光量減少量を演算する水分濃度演算部と、
前記ガス濃度演算部により求めた測定対象ガスの濃度測定値を、前記水分濃度演算部により求めた水分濃度に相当する光量減少量を用いて補正するガス濃度補正部と、
を備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項３に係る発明は、
請求項２に記載のレーザ式ガス分析計において、
水分濃度演算部が、ダストによる光量減少量検出を併せて行い、ダストによる光量減少量および水分濃度に相当する光量減少量を用いて補正することを特徴とするものである。
【００２４】
請求項４に係る発明は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載したレーザ式ガス分析計において、
前記中赤外レーザ発光部から出射される中赤外領域のレーザ光の波長が３〜１０μｍであり、前記近赤外レーザ発光部から出射される近赤外領域のレーザ光の波長が０．７〜３μｍであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、高濃度の水分やダストが存在する環境において、中赤外レーザ発光部を用いてＳＯ２等のガス濃度を測定する場合にも、測定対象空間に存在する水分の影響を除去して測定に必要なレーザ光量を確保することができ、目的とするガス濃度を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１，第２の実施形態に係るレーザ式ガス分析計の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレーザ式ガス分析計の回路ブロック図である。
【図３】レーザ発光部およびレーザ駆動部の回路ブロック図である。
【図４】発光波長の説明図であり、図４（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４（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５】波長走査駆動信号を示す図である。
【図６】レーザ素子に対する駆動信号を示す図である。
【図７】ガス濃度演算部、光量減少量検出部および水分濃度演算部のブロック図である。
【図８】受光光量レベルとガス吸収波形の振幅レベルとの関係を示す特性図である。
【図９】ダストがない環境下での受光信号波形図である。
【図１０】ダストがある環境下での受光信号波形図である。
【図１１】ダストがない環境下での同期検波部の出力波形図である。
【図１２】ダストがある環境下での同期検波部の出力波形図である。
【図１３】ダストがない環境下でのフィルタ部の出力波形図である。
【図１４】ダストがある環境下でのフィルタ部の出力波形図である。
【図１５】ダスト量に対する近赤外光の受光光量と中赤外光の受光光量との関係を示す特性図である。
【図１６】近赤外光の受光光量減少量と中赤外光の受光光量減少量との関係を示す特性図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係るレーザ式ガス分析計の回路ブロック図である。
【図１８】波長領域１．３〜１．５μｍの水（Ｈ２Ｏ）の光吸収スペクトルを示す図である。
【図１９】アンモニア（ＮＨ３）の光吸収スペクトルを示す図である。
【図２０】差分吸収方式による濃度測定原理を示す図である。
【図２１】周波数変調方式による濃度測定原理を示す図である。
【図２２】特許文献２に記載された従来のレーザ式ガス分析計の構成図である。
【図２３】二酸化硫黄（ＳＯ２）の光吸収スペクトルを示す図である。
【図２４】波長領域７．１〜７．７μｍの水（Ｈ２Ｏ）の光吸収スペクトルを示す図である。
【図２５】水による吸収の影響がある場合の受光信号レベルを示す図である。
【図２６】ＨＣｌガスの分光特性を示す図である。
【図２７】ＳＯ２ガスの分光特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図に沿って本発明の第１の実施形態を説明する。本形態では特にダストが存在する環境において、中赤外レーザ発光部を用いてＳＯ２等のガス濃度を測定する場合にも、測定対象空間に存在するダストの影響を除去して測定に必要なレーザ光量を確保することができ、目的とするガス濃度を高精度に測定するものである。
【００２８】
まず、図１はこの実施形態に係るレーザ式ガス分析計の全体的な構成を示している。図１において、発光部フランジ２０１ａ、受光部フランジ２０１ｂは、例えば、測定対象ガスが内部を通過する煙道等の煙道壁１０１ａ，１０１ｂに、溶接等によってそれぞれ固定されている。
【００２９】
発光部フランジ２０１ａには発光部筐体２０３ａが取り付けられており、発光部筐体２０３ａの内部には、中赤外レーザ光を出射する中赤外レーザ発光部７、近赤外レーザ光を出射する近赤外レーザ発光部８、レンズ９、凹面ミラー１０が気密に配置されている。そして、図２のブロック図で示すように、使用する波長の光を透過するウィンドウ１８を配置することにより、発光部筐体２０３ａ内部の気密が確保されている。
図１に戻るが、発光部筐体２０３ａには発光部ケース３が取り付けられていると共に、その内部の発光部回路基板４には、詳しくは図２のブロック図で示すように、中赤外レーザ駆動部２０及び近赤外レーザ駆動部２１が搭載されている。これらの中赤外レーザ駆動部２０及び近赤外レーザ駆動部２１から中赤外レーザ発光部７及び近赤外レーザ発光部８に電気信号が送られて中赤外レーザ発光部７が中赤外光を、また、近赤外レーザ発光部８が近赤外光をそれぞれ出射するように構成されている。
【００３０】
ここで、中赤外レーザ発光部７は、測定対象ガスの光吸収スペクトルを含む中赤外領域の波長３〜１０μｍの中赤外レーザ光を出射する量子カスケードレーザ等の素子であり、中赤外レーザ駆動部２０では、上記の中赤外領域の波長を掃引するようなレーザ駆動信号を生成して中赤外レーザ発光部７を発光させる。
一方、近赤外レーザ発光部８は、測定対象ガスの光吸収スペクトルを含まず、煙道内部１（測定対象空間）に存在するダストの散乱を検出するための近赤外領域の波長０．７〜３μｍの近赤外レーザ光を出射する半導体レーザ等の素子であり、近赤外レーザ駆動部２１では、上記の近赤外領域の波長を掃引するようなレーザ駆動信号を生成して近赤外レーザ発光部８を発光させる。
【００３１】
中赤外レーザ発光部７からの出射光は、本発明の中赤外レーザ光学部としての凹面ミラー１０によりコリメートされて平行光となり、発光部フランジ２０１ａの中心を通って中赤外レーザ光２として煙道内部１に照射される。この中赤外レーザ光２は、煙道内部１に存在する測定対象ガスによる光吸収の影響を受ける。
また、近赤外レーザ発光部８からの出射光は、レンズ９によって平行光となり、近赤外レーザ光１７として、凹面ミラー１０の中央部付近に形成された開口部１１から発光部フランジ２０１ａの中心を通って煙道内部１に照射される。なお、レンズ９及び開口部１１は、本発明の近赤外レーザ光学部を構成している。
上記のように、近赤外レーザ光１７は中赤外レーザ光２の内部を同軸上に出射されることになり、この近赤外レーザ光１７は、煙道内部１の測定対象ガスと同時に存在するダストによる光散乱の影響を受ける。
【００３２】
一方、受光部フランジ２０１ｂには、受光部筐体２０３ｂが取り付けられている。煙道内部１を通過した中赤外レーザ光２は、受光部筐体２０３ｂの内部に気密に配置された凹面ミラー１５より集光されて中赤外受光素子１２により受光される。そして、図２のブロック図で示すように、使用する波長の光を透過するウィンドウ１９を配置することにより、発光部筐体２０３ａ内部の気密が確保されている。なお、凹面ミラー１５及び中赤外受光素子１２は、本発明の中赤外受光部を構成している。
中赤外受光素子１２は中赤外領域の波長に感度を持つＭＣＴ（Mercury Cadmium      Tellurium）光導電素子等であり、中赤外受光素子１２の出力信号は、受光部ケース５内の受光部回路基板６に搭載されるＳＯ２などのガス濃度演算部２２（図２参照）へ入力される。ガス濃度演算部２２は、中赤外光受光素子１３の信号を信号処理し、測定対象ガスの光吸収による信号変化成分が抽出されてガス濃度信号として得るものであり、光量減衰を補正しないときのＳＯ２濃度を測定する。
【００３３】
また、近赤外レーザ光１７は、凹面ミラー１５の中央部付近に形成された開口部１６を通ってレンズ１４により集光され、近赤外受光素子１３により受光される。なお、開口部１６、レンズ１４及び近赤外受光素子１３は、本発明における近赤外受光部を構成している。
近赤外受光素子１３は、近赤外領域の波長に感度を持つフォトダイオード等の素子であり、近赤外受光素子１３の出力信号は、受光部回路基板６の光量減少量検出部２３（図２参照）へ入力される。光量減少量検出部２３は、近赤外光受光素子１４の信号を信号処理することで、ダストの光散乱による信号変化成分が抽出されて光量減少量を測定する。
【００３４】
ガス濃度演算部２２および光量減少量検出部２３は、ガス濃度補正部２４に接続されており、補正を行ってダストによる減少が考慮された正確なガス濃度を算出する。
【００３５】
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３で示すように、中赤外レーザ駆動部２０として、さらに波長走査駆動信号発生部２０ａ、高周波変調信号発生部２０ｂ、レーザ駆動信号発生部２０ｃ、温度制御部２０ｄを備える。また、中赤外レーザ発光部７として、さらに中赤外レーザ素子７ａ、温度検出部（サーミスタ）７ｂ、温度調節部（ペルチェ素子）７ｃを備える。
【００３６】
中赤外レーザ素子７ａは、発光波長がガスの吸光特性に一致する波長およびその周辺領域にて発光が可能であり、さらに、図４（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４（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。本形態では測定対象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。
【００３７】
図３において、中赤外レーザ素子７ａの温度は、サーミスタ等の温度検出部７ｂを用いて検出される。この温度検出部７ｂは、中赤外レーザ駆動部２０の温度制御部２０ｄに接続されている。この温度制御部２０ｄは、中赤外レーザ素子７ａ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７ｂ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７ｃの温度制御を行い、中赤外レーザ素子７ａの温度を調節する。
【００３８】
また、測定対象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２０ａの出力信号と、測定対象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２０ｂの出力信号とを、駆動信号発生部２０ｃへ入力すると、駆動信号発生部２０ｃ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変換して中赤外レーザ素子７ａに供給する。
【００３９】
ここで、レーザ光の変調について説明する。図５は、波長走査駆動信号発生部２０ａの出力信号を示している。測定対象ガスの吸光特性を走査する波長走査駆動信号Ｓ１は、中赤外レーザ素子７ａの駆動電流値を直線的に変化させて中赤外レーザ素子７ａ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、駆動電流値を中赤外レーザ素子７ａ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。
【００４０】
図３の高周波変調信号発生部２０ｂの下側には高周波変調信号発生部２０ｂ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６は、図３のレーザ駆動信号発生部２０ｃから出力される駆動信号（波長走査駆動信号発生部２０ａの出力信号と高周波変調信号発生部２０ｂ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２０ｃが、この駆動信号を中赤外レーザ素子７ａに供給すると、中赤外レーザ素子７ａからは、測定対象ガスの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。
【００４１】
これにより、中赤外レーザ素子７ａからは、測定対象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、中赤外レーザ素子７ａから出射したレーザ光は凹面ミラー１０により平行な中赤外レーザ光２として出射される。中赤外レーザ素子７ａ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される。
【００４２】
このような中赤外レーザ光２は、壁３ａ，３ｂの内部区間（測定対象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。本発明の中赤外レーザ駆動部、中赤外レーザ発光部、中赤外レーザ光学部の動作・機能はこのようになる。
【００４３】
本発明の近赤外レーザ発光部２１は、図３で示すように、波長走査駆動信号発生部２０ａ、高周波変調信号発生部２０ｂ、レーザ駆動信号発生部２０ｃ、温度制御部２０ｄを備え、また、近赤外レーザ発光部８として、さらに近赤外レーザ素子８ａ、温度検出部（サーミスタ）７ｂ、温度調節部（ペルチェ素子）７ｃを備え、近赤外レーザ光学部は、レンズ９、開口部１１を備える。そして、動作は、上記の中赤外レーザと同様の動作を行なって、近赤外レーザ素子８ａが、測定対象ガスの光吸収スペクトルを含まない近赤外領域の波長のレーザ光を出射し、変調された近赤外レーザ光を出力するというものであり、重複する説明を省略する。なお、近赤外レーザ光１７は、測定対象ガスによる吸収を受けないような波長であり、測定対象ガス成分の吸収スペクトルを含まない波長領域を掃引するように発光する。煙道内部にダストが無ければ受光時に同じ光量が得られることになる。
【００４４】
続いて、本発明の中赤外受光部について説明する。
測定対象ガスが存在する空間を介して伝播され、ガス吸収を受けた検出光は凹面ミラー１５により集光されてから中赤外受光素子１２により受光される。中赤外受光素子１２は、受光量に応じて電気信号による検出信号を出力する。中赤外受光素子１２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。
【００４５】
続いて、ガス濃度演算部２２について説明する。ガス濃度演算部２２は、図７で示すように、Ｉ／Ｖ変換部２２ａ、同期検波部２２ｂ、発振器２２ｃ、フィルタ２２ｄ、演算部２２ｅを備える。中赤外受光素子１２からガス濃度演算部２２へ入力された検出信号は、Ｉ／Ｖ変換部２２ａ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９に示すような出力波形を有する。この電圧信号が同期検波部２２ｂへ入力される。また、参照信号発生部（発振器）２２ｃは、高周波変調信号発生部２０ｂ（図３参照）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２２ｂへ出力する。同期検波部２２ｂでは、変調信号の２倍周波数成分の振幅のみを取り出す。
【００４６】
これは先に説明した図２１の周波数変調方式による濃度測定原理で示すように、中心波長ｆｃ、変調周波数ｆｍでレーザ発光部１２ａの出力が周波数変調されており、対象となる測定対象ガスに照射すると、ガスの吸収線は波長に対してほぼ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、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、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。この信号はフィルタ部２２ｄでノイズを除去後に演算部２２ｅに入力されるとともに、この演算部２２ｅにおいて測定対象ガスの濃度が演算されることになる。
【００４７】
次に、周波数変調方式による測定対象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。測定対象ガス、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２２ｂから図１１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２２ｅへ出力される。このピーク値がガス濃度となるために、演算部２２ｅ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。
【００４８】
一例を挙げれば、演算部２２ｅは、図１１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。
【００４９】
［数１］
測定対象ガス濃度＝αＡ×ＧＡ×ＷＡ
【００５０】
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よく、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。
【００５１】
演算部２２ｅは、この測定対象ガス濃度をガス濃度補正部２４へ送る。なお、ガス濃度補正部２４による処理は後述する。中赤外光によるガス濃度検出はこのように行われる。 
【００５２】
続いて、近赤外光を用いるダストによる光量減少量の算出について説明する。
測定対象ガスが存在する空間を介して伝播され、ダストにより散乱のため光量が減少した近赤外レーザ光１７は凹面ミラー１５の開口部１６を通過してレンズ１４により集光されてから近赤外受光素子１３により受光される。近赤外受光素子１３は、受光量に応じて電気信号による検出信号を出力する。
【００５３】
続いて、光量減少量検出部２３について説明する。光量減少量検出部２３は、その内部にはガス濃度演算部２２と同じ構成を有するものであり、図７で示すように、Ｉ／Ｖ変換部２２ａ、同期検波部２２ｂ、発振器２２ｃ、フィルタ２２ｄ、演算部２２ｅを備える。近赤外受光素子１３からガス濃度演算部２２へ入力された検出信号は、Ｉ／Ｖ変換部２２ａ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、ダストのみによる光量の減少を受けて図１０に示すような出力波形を有する。この電圧信号が同期検波部２２ｂへ入力される。また、参照信号発生部（発振器）２２ｃは、図３の高周波変調信号発生部２０ｂ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２２ｂへ出力する。同期検波部２２ｂでは、変調信号の２倍周波数成分の振幅のみを取り出す。そして、上記の周波数変調方式による濃度測定原理により、ダスト量に比例した値を得る。この信号はフィルタ部２２ｄでノイズを除去後に演算部２２ｅに入力されるとともに、この演算部２２ｅにおいて減少量が演算されることになる。
【００５４】
続いて演算により光量の減少量の算出について説明する。まず、検出原理について説明する。上記したようにレーザ式ガス分析計は、例えばごみ焼却場の煙道などに設置される。この煙道内には、測定対象ガス以外に煤塵（ダスト）が存在する。この場合、ダストの影響によってレーザ光が遮られてしまい、受光光量が減少する。受光光量が減少すると、検出されるガス吸収波形の振幅も減少するので、ガス濃度を正確に測定することができない。
【００５５】
例えば、ダストが無い環境下で図９、図１１のような受光信号及び同期検波信号が得られたとすると、この波形の振幅ｗ（＝ｗａ）を検出することでガス濃度を測定することができる。一方、ダストがある環境下では、図１０、図１２のように受光信号レベルが低下し、同期検波信号の振幅ｗ（＝ｗｂ）も小さくなり、正確なガス濃度検出ができない。
【００５６】
そこで、図８に示すように受光光量レベルとガス吸収波形の振幅レベルがほぼ比例関係にあることに着目し、光量減少量検出部２３において補正係数を算出するための受光量を算出し、ガス濃度補正部２４で補正することにより、ダスト等が存在する環境下においても正確なガス濃度検出が可能となる。
【００５７】
次に光量補正の詳細について述べる。近赤外光と中赤外光のダスト量に対する受光光量の変化は図１５で示すようになる。特に近赤外光ではダスト量が増大するに連れて受光光量が大きく減少する。この値から次式により光量減少量を計算する。
【００５８】
［数２］
光量減少量＝−log（受光光量相対値）
【００５９】
そして、近赤外光光量減少量と中赤外光光量減少量の相関をとると、図１６のようなグラフになり、ダストに対する近赤外光と中赤外光の光量減少の特性は強い相関があることが分かる。そこで、ダストにより減少する中赤外光の受光光量は、ダストにより減少する近赤外光受光光量に基づいて推定することが可能である。
【００６０】
図９，図１０に示した受光信号を光量減少量検出部２３のフィルタ２２ｄに入力して波長走査駆動信号成分を取り出すと、図１３，図１４のような波形が得られる。図１３はダストがなく受光光量が低下していない場合、図１４はダストがあって受光光量が低下している場合である。なお、この近赤外光では測定対象ガスによる影響を受けないため、ダストの影響による減少のみを検出することができる。
【００６１】
図１３のように、工場出荷時や校正時というある時点において、ダストが無く受光光量が最大であるときの受光信号のレベルＰｍａｘを受光光量設定値として演算部２２ｅに予め設定しておく。演算部２２ｅは、図１４のようにダストがある場合の受光信号レベルＰsを検出し、このＰsと同一時点のＰｍａｘとの比を、受光光量補正係数βとして、数式３により算出する。
【００６２】
［数３］
β＝Ｐｍａｘ／Ｐｓ
【００６３】
光量減少量検出部２３は、この受光光量補正係数βをガス濃度補正部２４へ出力する。ガス濃度補正部２４は、この受光光量補正係数βを、ガス吸収波形の振幅ｗに乗算または除算することにより、数式４のように、ダストに起因する受光光量の変動分を補正した振幅ｗｈを得ることができる。
【００６４】
［数４］
測定対象ガス濃度（補正後）＝β×測定対象ガス濃度（補正前）
＝Ｐｍａｘ／Ｐｓ×測定対象ガス濃度（補正前）
【００６５】
そして、数１により次式のように表される。
【００６６】
［数５］
測定対象ガス濃度（補正後）＝αＡ×ＧＡ×ＷＡ×Ｐｍａｘ／Ｐｓ
【００６７】
ガス濃度補正部２４は、この測定対象ガス濃度を出力部へ送る。出力部は、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対象ガスの濃度の検出はこのように行われる。このように光量の減少分が補正されたガス濃度を算出することで、ダストにより受光光量が変動する環境下においても正確なガス濃度測定が可能となる。
【００６８】
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、本発明のレーザ式ガス分析計によれば、図５，図６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の時には測定対象ガスが存在しないものと判定することで測定対象ガスの有無を検出することもできる。
【００６９】
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、中赤外領域の波長に光吸収スペクトルを持つＳＯ２，ＮＯ，ＮＯ２等のガス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発光部が採用され、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。
【００７０】
また、本形態では中赤外光と近赤外光とで光路が一致しているが、光路が分かれた構成としても良い。しかしながら、煙道内のダストの分布が一様とは限らないため、ガス分析を行う光路とダストによる光量減少を測定する光路は一致していることが望ましい。
【００７１】
なお、この実施形態では、中赤外レーザ光２の内部を近赤外レーザ光１７が同軸上に通過するようにすれば良く、例えば中赤外レーザ発光部７と近赤外レーザ発光部８との配置を逆にすることにより、近赤外レーザ光１７の内部を中赤外レーザ光２が同軸上に通過するようにしてもよい。
これらのレーザ発光部７，８の配置以外に関しても、本発明は上述の実施形態に限定されず、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更を含むものである。
【００７２】
本発明によれば、測定対象ガスによる光量減衰がない波長のレーザ光を、測定対象ガスによる吸収がある波長のレーザ光と同軸上に出射させる光学系により、ガス濃度測定する光路上の光量減少量を測定することが可能となり、ＳＯ２のようなレーザ光波長走査範囲全域にわたって吸収スペクトルを持つガスの濃度を正確に測定することが可能となる。
【００７３】
続いて図に沿って本発明の第２の実施形態を説明する。本形態では特に高濃度の水分が存在する環境において、中赤外レーザ発光部を用いてＳＯ２等のガス濃度を測定する場合にも、測定対象空間に存在する水分の影響を除去して測定に必要なレーザ光量を確保することができ、目的とするガス濃度を高精度に測定するものである。
【００７４】
まず、図１７はこの実施形態に係るレーザ式ガス分析計の回路ブロック図を示している。図１の全体構成図に示すように第２の実施形態においても、発光部フランジ２０１ａ、受光部フランジ２０１ｂは、例えば、測定対象ガスが内部を通過する煙道等の煙道壁１０１ａ，１０１ｂに、溶接等によってそれぞれ固定されている。
【００７５】
発光部フランジ２０１ａには発光部筐体２０３ａが取り付けられており、発光部筐体２０３ａの内部には、中赤外レーザ光を出射する中赤外レーザ発光部７、近赤外レーザ光を出射する近赤外レーザ素子８、レンズ９、凹面ミラー１０が気密に配置されている。
発光部筐体２０３ａには発光部ケース３が取り付けられていると共に、その内部の発光部回路基板４には、詳しくは図３の回路ブロック図で示すような、中赤外レーザ駆動部２０及び近赤外レーザ駆動部２１が搭載されている。これらの中赤外レーザ駆動部２０及び近赤外レーザ駆動部２１から中赤外レーザ発光部７及び近赤外レーザ発光部８に電気信号が送られて中赤外レーザ発光部７から中赤外レーザ光が、及び、近赤外レーザ発光部８から近赤外レーザ光をそれぞれ出射するように構成されている。
【００７６】
ここで、中赤外レーザ素子７は、測定対象ガスの光吸収スペクトルを含む中赤外領域の波長３〜１０μｍの中赤外レーザ光を出射する量子カスケードレーザ等の素子であり、中赤外レーザ駆動部２０では、先に説明したように中赤外領域の波長を掃引するようなレーザ駆動信号を生成して中赤外レーザ発光部７を発光させる。
一方、近赤外レーザ発光部８は、測定対象ガスの光吸収スペクトルを含まず、煙道内部１（測定対象空間）に存在する水の光吸収スペクトルを含む近赤外領域の波長０．７〜３μｍの近赤外レーザ光を出射する半導体レーザ等の素子であり、近赤外レーザ駆動部２１では、上記の近赤外領域の波長を掃引するようなレーザ駆動信号を生成して近赤外レーザ素子８を発光させる。
【００７７】
中赤外レーザ発光部７からの出射光は、本発明の中赤外レーザ光学部としての凹面ミラー１０によりコリメートされて平行光となり、発光部フランジ２０１ａの中心を通って中赤外レーザ光２として煙道内部１に照射される。この中赤外レーザ光２は、煙道内部１に存在する測定対象ガスによる光吸収の影響を受ける。
また、近赤外レーザ発光部８からの出射光は、レンズ９によって平行光となり、近赤外レーザ光１７として、凹面ミラー１０の中央部付近に形成された開口部１１から発光部フランジ２０１ａの中心を通って煙道内部１に照射される。なお、レンズ９及び開口部１１は、本発明の近赤外レーザ光学部を構成している。
上記のように、近赤外レーザ光１７は中赤外レーザ光２の内部を同軸上に出射されることになり、この近赤外レーザ光１７は、煙道内部１の測定対象ガスと同時に存在する水による光吸収の影響を受ける。
【００７８】
一方、受光部フランジ２０１ｂには、受光部筐体２０３ｂが取り付けられている。煙道内部１を通過した中赤外レーザ光２は、受光部筐体２０３ｂの内部に気密に配置された凹面ミラー１５より集光されて中赤外受光素子１２により受光される。なお、凹面ミラー１５及び中赤外受光素子１２は、本発明の中赤外受光部を構成している。
中赤外受光素子１２は中赤外領域の波長に感度を持つＭＣＴ（Mercury Cadmium Tellurium）光導電素子等であり、中赤外受光素子１２の出力信号は、受光部ケース５内の受光部回路基板６に搭載されたガス濃度演算部内の処理回路により増幅され、測定対象ガスの光吸収による信号変化成分が抽出されてガス濃度信号として得られるようになっている。
【００７９】
また、近赤外レーザ光１７は、凹面ミラー１５の中央部付近に形成された開口部１６を通ってレンズ１４により集光され、近赤外受光素子１３により受光される。なお、開口部１６、レンズ１４及び近赤外受光素子１３は、本発明の近赤外受光部を構成している。
近赤外受光素子１３は、近赤外領域の波長に感度を持つフォトダイオード等の素子であり、近赤外受光素子１３の出力信号は、受光部回路基板６の水分濃度補正部２６内の信号処理回路により増幅され、水の光吸収による信号変化成分が抽出されて水分濃度信号として得られるようになっている。
【００８０】
さて、本実施形態における測定対象ガスは、中赤外領域の波長に光吸収スペクトルを持つＳＯ２，ＮＯ，ＮＯ２等のガスであり、以下では、測定対象ガスがＳＯ２である場合の動作を説明する。
先に説明したように、ＳＯ２の光吸収スペクトルは図２５のようになっており、この光吸収スペクトルに基づいて中赤外レーザ素子７が発光するレーザ光の波長を選定する。受光部回路基板６内のガス濃度演算部２１では、中赤外レーザ光２の受光による中赤外受光素子１２の出力信号（中赤外受光信号）から、ＳＯ２による吸収成分を抽出し増幅してＳＯ２濃度を演算する。このガス濃度を求める方法は第１の形態で説明した方法（特許文献２に記載された方法）と同様であるため、詳述を省略する。
【００８１】
ここで問題になるのが、前述したように水の光吸収スペクトルの存在であり、この光吸収スペクトルは、図２４に示したように中赤外領域に広く分布している。
測定対象空間に水が存在する場合には、ＳＯ２による光吸収と水による光吸収とが干渉するので、ＳＯ２濃度を正確に測定することが困難になる。水による光吸収の影響を除去するためには、水の光吸収スペクトルとＳＯ２の光吸収スペクトルとを比較して、水の光吸収スペクトルができるだけ存在しない波長を選定することが考えられる。この対策によれば、ある程度の水分濃度までは対応可能であるが、例えば水分濃度が１０ｖｏｌ％（体積濃度）以上の高濃度の環境では水による光吸収が非常に強く、測定対象であるＳＯ２測定値が減少するためＳＯ２濃度を高精度に測定することができない。そこで、ＳＯ２濃度を正確に測定するためには、水分濃度に応じてＳＯ２濃度を補正する必要がある。
【００８２】
このため、本実施形態では、ＳＯ２による光吸収スペクトルの存在しない波長領域で水分濃度を測定し、この水分濃度を用いてＳＯ２濃度の測定値を補正するようにした。なお、この補正処理は、受光部回路基板６に搭載されたガス濃度補正部２６により実現される。
以下、この補正方法について詳述する。
【００８３】
水の光吸収スペクトルは、中赤外領域の他には近赤外領域に存在する。波長領域１．３〜１．５μｍの水の光吸収スペクトルを図１８に示す。
これに対し、ＳＯ２の光吸収スペクトルは、２μｍ以下の近赤外領域には存在しない。
そこで、水分濃度を測定するための近赤外レーザ素子８として、例えば波長１．３μｍのレーザ光を出射する半導体レーザ素子を選定する。受光部回路基板６内の水分濃度演算部２５では、近赤外レーザ光を受光した近赤外受光素子１３の出力信号（近赤外受光信号）から、水による吸収成分を抽出し増幅して水分濃度を演算する。水分濃度演算部２５は、図７で示すように、その内部にはガス濃度演算部２２と同じ構成を有するものであり、Ｉ／Ｖ変換部２２ａ、同期検波部２２ｂ、発振器２２ｃ、フィルタ２２ｄ、演算部２２ｅを備える。そしてガス光量減少量検出部２２と同様の周波数変調方式で水分子の濃度を算出する。
【００８４】
このようにして求めた水分濃度に基づき、先に求めたＳＯ２の濃度測定値を補正する。
この補正方法としては、測定対象空間の水分濃度に応じてガス濃度測定値がどの程度減少するかは予め測定可能であるから、水分濃度による光量減少量に応じた既知のガス濃度測定値減少量を用いて、先に求めたガス濃度測定値を補正すればよい。水分濃度による光量減少量はダストによる光量減少量と同じ手法で算出することができる。
【００８５】
具体的には、図９，図１０に示した受光信号を水分濃度演算部２５のフィルタ２２ｄに入力して波長走査駆動信号成分を取り出すと、図１３，図１４のような波形が得られる。図１３は水分がなく受光光量が低下していない場合、図１４は水分があって受光光量が低下している場合である。
【００８６】
図１３のように、ある時点において、水分が無く受光光量が最大であるときの受光信号のレベルＰｍａｘを受光光量設定値として演算部２２ｅに予め設定しておく。演算部２２ｅは、図１４のように水分がある場合の受光信号レベルＰsを検出し、このＰsと同一時点のＰｍａｘとの比を、受光光量補正係数γとして、数式６により算出する。
【００８７】
［数６］
γ＝Ｐｍａｘ／Ｐｓ
【００８８】
水分濃度演算部２５は、この受光光量補正係数γをガス濃度補正部２６へ出力する。ガス濃度補正部２６は、この受光光量補正係数γを、ガス吸収波形の振幅ｗに乗算または除算することにより、数式７のように、水分に起因する受光光量の変動分を補正した振幅ｗｈを得ることができる。
【００８９】
［数７］
測定対象ガス濃度（補正後）＝γ×測定対象ガス濃度（補正前）
＝Ｐｍａｘ／Ｐｓ×測定対象ガス濃度（補正前）
【００９０】
そして、数１により次式のように表される。
【００９１】
［数８］
測定対象ガス濃度（補正後）＝αＡ×ＧＡ×ＷＡ×Ｐｍａｘ／Ｐｓ
【００９２】
以上のようにこの実施形態によれば、煙道内部等の測定対象空間に水分が高濃度で存在する場合でも、近赤外レーザ光１７を用いて水分濃度を測定することによりガス濃度測定値を補正することができるため、測定対象ガスの濃度を高精度に測定することができる。
【００９３】
なお、この実施形態では、中赤外レーザ光２の内部を近赤外レーザ光１７が同軸上に通過しているが、中赤外レーザ素子７と近赤外レーザ素子８との配置を逆にすることにより、近赤外レーザ光１７の内部を中赤外レーザ光２が同軸上に通過するようにしてもよい。
これらのレーザ素子７，８の配置以外に関しても、本発明は上述の実施形態に限定されず、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更を含むものである。
【００９４】
さて、第１の形態では測定対象ガスの吸収線以外の波長を採用してダストの補正を行い、また、第２形態では測定対象ガスの吸収線以外の波長であるとともに水分の吸収線の波長を採用して水分の補正を行っていた。しかしながら、環境にダストと水分とが両方ある場合には、両者を考慮した補正が必要である。そこで、第２形態について考察すると水分を考慮するものであるがこの際にダストによる散乱にも影響された検出がなされている。つまり、水分濃度演算部２５が、光量減少量検出を併せて行っている。
このような第２形態ではダストや水分よる影響を排除した正確な検出を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
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】
【００９６】
１：煙道内部（測定対象空間）
２：中赤外レーザ光
３：発光部ケース
４：発光部回路基板
５：受光部ケース
６：受光部回路基板
７：中赤外レーザ発光部
７ａ：中赤外レーザ素子
７ｂ：温度検出部（サーミスタ）
７ｃ：温度調節部（ペルチェ素子）
８：近赤外レーザ発光部
８ａ：近赤外レーザ素子
９，１４：レンズ
１０，１５：凹面ミラー
１１，１６：開口部
１２：中赤外受光素子
１３：近赤外受光素子
１７：近赤外レーザ光
１８，１９：ウィンドウ
２０：中赤外レーザ駆動部
２０ａ：波長走査駆動信号発生部
２０ｂ：高周波変調信号発生部
２０ｃ：レーザ駆動信号発生部
２０ｄ：温度制御部
２１：近赤外レーザ駆動部
２２：ガス濃度演算部
２３：光量減少量検出部
２４：ガス濃度補正部
２５：水分濃度演算部
２６：ガス濃度補正部
１０１ａ，１０１ｂ：煙道壁
２０１ａ：発光部フランジ
２０１ｂ：受光部フランジ
２０３ａ：発光部筺体
２０３ｂ：受光部筺体
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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