(57)【要約】【課題】レーザ光の吸収を利用して測定対象ガス中の特定ガスの濃度を測定するガス分析装置において測定濃度範囲を広げる。【解決手段】特定ガスの濃度が相対的に高い場合には、制御部２８は変調振幅制御用電圧発生部３３に対しレーザ光を周波数変調する変調振幅を０に設定し、第２ＡＤＣ２５の出力を選択するように切替部２６を制御し、演算部２７で直接吸収検出法に則った演算処理を実行することで水分子の体積濃度を算出する。一方、特定ガスの濃度が相対的に低い場合には、変調振幅を０でないＡに設定し、同期検出信号をデジタル化する第１ＡＤＣ２４の出力を選択するように切替部２６を制御し、演算部２７で高調波同期検出法に則った演算処理を実行することで水分子の体積濃度を算出する。いずれか一方の方法で算出した濃度を閾値と比較して判定し、正確な結果が得られないと判断できる場合には方法を切り替えながら連続的に測定を実行する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象ガスが導入されるサンプルセルと、該サンプルセルの外側に配置されたレーザ照射部及び受光部と、を具備し、前記レーザ照射部から出射したレーザ光をサンプルセル内の測定対象ガスに通過させた後に受光部により検出し、その検出信号に基づいて測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を算出するガス分析装置において、
a)前記レーザ照射部から出射されるレーザ光を、周波数ｆで変調させた状態と無変調の状態とで切り替える変調切替手段と、
b)前記変調切替手段により変調有りが設定された状態の下で、前記受光部による検出信号を周波数の整数倍の周波数で同期検出し、その検出結果に基づいて特定ガスの濃度を算出する第１の測定手段と、
c)前記変調切替手段により無変調が設定された状態の下で、前記受光部による検出信号を同期検出せずに直接検出し、その検出結果に基づいて特定ガスの濃度を算出する第２の測定手段と、
d)前記特定ガスの濃度が相対的に低い場合に第１の測定手段による濃度測定を行い、前記特定ガスの濃度が相対的に高い場合に第２の測定手段による濃度測定を行うように、前記変調切替手段、及び第１並びに第２の測定手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス分析装置であって、
前記制御手段は、変調有り又は無しのいずれかの状態で第１又は第２の測定手段により得られた濃度を判定し、その判定結果に基づいて変調の有無の継続又は切り替えを決定することを特徴とするガス分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガス分析装置であって、
前記特定ガスは測定対象ガス中の水分であることを特徴とするガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光に対する吸収を利用して測定対象ガス中の特定ガスの濃度を測定するガス分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、気体中の特定ガスの濃度を測定する方法として、波長可変レーザ光に対する吸収を利用したレーザ吸収分光法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この方法は、測定対象ガスが導入されたサンプルセルに所定波長のレーザ光を照射し、透過したレーザ光を解析し、ガス中の特定ガスの吸収の程度から該ガス濃度を導出するものである。この装置は、測定対象ガスにセンサである受光部が接触しない、非接触型であるため、サンプルの場を乱すことなく測定が可能である、応答時間がきわめて短い、といった利点を有している。
【０００３】
上述したようなレーザ光による赤外吸収分光法の中でも、特に、２次高調波等を用いた高調波検出（Harmonic Detection）によるスペクトル分光法（以下、「高調波同期検出法」という）が、とりわけ高感度の検出手法として知られている（例えば非特許文献１参照）。この非特許文献１に基づく検出方法の理論を簡単に説明する。ここでは窒素ガス中の微量の水蒸気濃度を測定する場合を例に挙げる。
【０００４】
試料ガスが大気圧である場合、吸光特性の形状はローレンツプロファイルにより表され、検出されるレーザ光受光強度と水蒸気濃度との関係は次の(1)式で示される。
【数１】
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ここで、Ｉ0（ν）は周波数νにおける入射光強度、Ｉ（ν）は周波数νにおける透過光強度である。また、ｃは水分子の体積濃度、Ｌは測定対象ガスを通過する光路の長さ、Ｓは所定の吸収特性の線強度、である。さらに、γLは吸収特性の半値幅であり、サンプルガスの種類と温度、及び圧力により決まる。ν0は周波数変調の中心周波数である。
【０００５】
中心周波数ν0の吸収強度Ｉ（ν0）は次の(2)式で表される。
【数２】
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【０００６】
一方、きわめて低い全圧領域（測定対象ガスの全圧が１[Torr]よりも高真空領域）の下での水分子による赤外吸収においては、吸収特性幅は上述したローレンツプロファイルの拡がりに比べて数分の１から数十分の１程度に狭くなる。この全圧領域において、吸収特性幅は主にドップラ効果により決まる。吸収特性の形状はガウス線形で表され、検出されるレーザ光受光強度と水蒸気濃度との関係は次の(3)式で示される。
【数３】
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【０００７】
この(3)式においてγEDがドップラ幅と呼ばれるものであり、吸収周波数の中心周波数、分子量、及び温度、に依存する。この場合、中心周波数ν0の吸収強度Ｉ（ν0）は次の(4)式で表される。
【数４】
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高真空状態で室温約２５℃の条件の下では、一般的な近赤外半導体レーザを利用可能な、比較的強い吸収がみられる領域に存在する吸収スペクトルの場合、γEDはほぼ０．０１[cm-1]に等しくなる。一方、１気圧の空気又は窒素のマトリックス内の水分子においては、γの一般的な値は０．１[cm-1]である。
【０００８】
高調波検出を行うためには、測定対象ガスへ照射する光の周波数を変調させる必要がある。いま、周波数変調のための正弦波信号の変調振幅をａ、周波数をωとすると、時間ｔにおける光の周波数は次の(5)式で規定される。
【数５】
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【０００９】
２次高調波検出（Second Harmonic Detection）では、２倍の周波数２ωに対応した信号成分が抽出される。１気圧である空気又は窒素中の水分子について、中心周波数ν0での２次高調波検出信号は次の(6)式によって規定される。
【数６】
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【００１０】
同様に、真空雰囲気中の水分子について、中心周波数ν0での２次高調波検出信号は次の(7)式によって規定される。
【数７】
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これら関係式は非特許文献２で提案されており、該文献では、上記(6)式及び(7)式においてａ／γ（又はａ／γED）＝２．２になるような変調振幅ａを選択したときに、最も感度の高い信号signal(ν0）が得られることが証明されている。
【００１１】
上述した高調波同期検出法は高感度であるという利点がある反面、感度のダイナミックレンジが狭いという問題がある。即ち、測定対象ガスが低濃度である場合には正確な検出結果が得られるものの、測定対象ガスが高濃度になると信号強度が飽和してしまい、正確な結果を得られなくなる。そのため、測定対象ガス中の特定ガスの濃度を連続的に測定する場合に、その特定ガスの濃度の変化量が大きいと測定レンジを外れてしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平５−９９８４５号公報
【特許文献２】特開平１１−８３６６５号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】ウエブスター（C.R.Webster）、「インフラレッド・レーザ・アブソープション：セオリー・アンド・アプリケイションズ・イン・レーザ・リモート・ケミカル・アナリシス（Infrared Laser Absorption : Theory and Applications in Laser Remote Chemical Analysis）」、ウィレイ（Wiley）、New York（ニュー・ヨーク）、1988
【非特許文献２】ウィルソン（G.V.H.Wilson）、「モジュレイション・ブロードニング・オブ・エヌエムアール・アンド・イーエスアール・ライン・シェイプス（Modulation Broadening of NMR and ESR Line Shapes）」、ジャーナル・アプライド・フィジックス(J. Appl. Phys.)、Vol.34、 No.11、pp.3276(1963)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、測定対象ガス中の特定ガスの濃度を広いダイナミックレンジで測定することができる、レーザ吸収法を利用したガス分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために成された本発明は、測定対象ガスが導入されるサンプルセルと、該サンプルセルの外側に配置されたレーザ照射部及び受光部と、を具備し、前記レーザ照射部から出射したレーザ光をサンプルセル内の測定対象ガスに通過させた後に受光部により検出し、その検出信号に基づいて測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を算出するガス分析装置において、
a)前記レーザ照射部から出射されるレーザ光を、周波数ｆで変調させた状態と無変調の状態とで切り替える変調切替手段と、
b)前記変調切替手段により変調有りが設定された状態の下で、前記受光部による検出信号を周波数の整数倍の周波数で同期検出し、その検出結果に基づいて特定ガスの濃度を算出する第１の測定手段と、
c)前記変調切替手段により無変調が設定された状態の下で、前記受光部による検出信号を同期検出せずに直接検出し、その検出結果に基づいて特定ガスの濃度を算出する第２の測定手段と、
d)前記特定ガスの濃度が相対的に低い場合に第１の測定手段による濃度測定を行い、前記特定ガスの濃度が相対的に高い場合に第２の測定手段による濃度測定を行うように、前記変調切替手段、及び第１並びに第２の測定手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１６】
本発明に係るガス分析装置において、変調切替手段により変調有りが設定された状態の下で第１の測定手段により実行される濃度測定は、上述した高調波同期検出法に基づくものである。これに対し、変調切替手段により無変調が設定された状態の下で第２の測定手段により実行される濃度測定は、特定ガスによる所定波長の光の直接的な吸収現象を利用したものである。高調波同期検出法は高感度である反面、濃度が高い場合に信号飽和が生じる。一方、直接吸収を利用した検出法は、感度が相対的に低いが、高濃度であっても信号飽和が生じない。本発明に係るガス分析装置は、上記２つの検出法を特定ガスの濃度に応じて適宜に切り替えることで、両検出法のデメリットを補い、測定濃度範囲を拡大するようにしている。
【００１７】
本発明に係るガス分析装置の一態様として、前記制御手段は、変調有り又は無しのいずれかの状態で第１又は第２の測定手段により得られた濃度を判定し、その判定結果に基づいて変調の有無の継続又は切り替えを決定する構成とすることができる。このときの濃度の判定基準、つまり閾値は、特定ガスの種類に応じて予め実験的に定めておけばよい。
【００１８】
これにより、測定対象ガス中の特定ガスの濃度を連続的に測定する際に、その濃度が大きく変動した場合であっても、その濃度変動に応じてより適切な検出法が逐次選択される。したがって、正確な濃度値を連続的に監視することができる。
【００１９】
なお、本発明において測定対象である特定ガスの種類は特に問わないが、濃度変化が大きいものに有効であることから、例えば測定対象ガス中の水分の濃度測定などに有用である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るガス分析装置によれば、測定対象ガス中の特定ガスの濃度を広いダイナミックレンジで且つリアルタイムで測定することができる。これにより、例えば測定対象ガス中の水分濃度を連続的に測定するような場合に、その水分濃度が大きく変化しても正確な測定結果を迅速にユーザに知らせることができる。
【００２１】
また、通常、高調波同期検出法において濃度を算出するためには、予め濃度が既知の標準ガスを用いた校正が必要であるが、本発明に係るガス分析装置では、特定ガスが高濃度である場合に直接吸収スペクトルを測定することになるので、その結果を標準的なデータベース（代表的にはＨＩＴＲＡＮ）に照らすことで校正を行うことが可能となる。したがって、標準ガスを用いた校正が不要になり、測定作業が省力化できるという付随的な効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例である水分測定装置の測定光学系の概略構成図。
【図２】本実施例の水分測定装置の信号処理系及び制御系の概略構成図。
【図３】本実施例の水分測定装置における測定シーケンスのフローチャート。
【図４】本実施例の水分測定装置における他の測定シーケンスのフローチャート。
【図５】高調波同期検出法及び直接吸収検出法で得られる信号波形の一例を示す図。
【図６】本発明の別の実施例である信号処理系及び制御系の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係るガス分析装置の一実施例について、添付の図面を参照して説明する。この実施例の装置は、測定対象ガス中の水分の濃度を測定する水分測定装置である。図１は本実施例による水分測定装置の測定光学系の概略構成図、図２はその水分測定装置における信号処理系及び制御系の概略構成図である。
【００２４】
本実施例の水分測定装置は、測定対象ガスが上から下向きに流通するガス流路２の途中に、略水平方向にサンプルセル１を備える。サンプルセル１の左右の開口端には、対向して反射鏡３、４を備える。一方の反射鏡３には光のみが通過可能な透明窓５が設けられ、その透明窓５を挟んでサンプルセル１の外側には、略密閉構造で略大気圧雰囲気である光学チャンバ６が設置されている。この光学チャンバ６内には、レーザ照射部としての波長可変レーザ装置７と、受光部としての光検出部８とが収納されている。波長可変レーザ装置７としては例えばＤＦＢ（Distributed Feedback）型レーザで近赤外領域〜中赤外領域の波長のものを用いることができるが、これ以外でもよい。光検出部８は、フォトダイオード等の光電変換素子と、その光電変換素子で得られる電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換アンプと、を含む。なお、光学チャンバ６内の水分（妨害水分）は除湿剤やパージガスなどにより除去されており、その濃度は無視できる程度に小さいものとする。
【００２５】
レーザ制御部１０による制御の下に波長可変レーザ装置７から出射したレーザ光Ｌ１は、透明窓５を通過してサンプルセル１内に入り、反射鏡３、４の間で反射を繰り返す。図１に記載した光路例では、レーザ光はガス流路２を横切って反射鏡３、４の間を２往復するが、さらに往復回数を増やす光学系としてもよい。ガス流路２を通過する際に、レーザ光は測定対象ガス中の各種成分による吸収を受ける。そうして吸収を受けた後のレーザ光Ｌ２が透明窓５を通って光学チャンバ６内に戻り、光検出部８に到達して検出され電気信号として取り出され信号処理部１１に入力される。なお、図１の例では、サンプルセル１へのレーザ光の入射用と出射用とで透明窓５が兼用されているが、別々に透明窓を設ける構成としてもよい。
【００２６】
図２に示すように、光検出部８で得られた電圧信号はアンプ２１で増幅された後に、同期検出器２２と第２アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２５とに入力される。同期検出器２２には、後述する２ｆクロック生成部３１で生成された周波数２ｆのクロック信号が参照信号として入力されており、同期検出器２２は、アンプ２１を通して入力された検出信号から参照信号の位相及び周波数に同期した信号を抽出する。この同期検出信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３により高周波成分が除去され、第１アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２４によりデジタル信号に変換される。この第１ＡＤＣ２４の出力と同期検出器２２を介さない第２ＡＤＣ２５の出力とは、切替部２６により選択されて演算部２７に入力される。
【００２７】
２ｆクロック生成部３１、分周器３２、変調振幅制御用電圧発生部３３、乗算器３４、及びバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３５は、任意の変調振幅の設定が可能な周波数ｆの正弦波発生器３０を構成する。即ち、制御部２８の制御の下に、２ｆクロック生成部３１は周波数２ｆのクロック信号を生成し、分周器３２はこのクロック信号を１／２に分周することで周波数がｆでデューティ比が５０％であるクロック信号を生成する。変調振幅制御用電圧発生部３３は制御部２８から与えられるデジタルデータをアナログ値に変換するデジタル／アナログ変換器を含み、変調振幅に応じた直流電圧を出力する。この直流電圧と周波数ｆのクロック信号とが乗算器３４で乗算される。乗算後のクロック信号は周波数がｆで、直流電圧により決まる振幅を有する。ＢＰＦ３５は中心周波数がｆである所定の通過帯域を有し、中心周波数が周波数ｆである矩形波状のクロック信号を中心周波数がｆである正弦波信号に変換する。この正弦波信号が周波数変調のための変調信号である。なお、このような構成ではなく、デジタル／アナログ変換器による変換により、直接、周波数がｆである正弦波を生成するようにしてもよい。
【００２８】
ＬＤ波長走査用電圧発生部３７はデジタル／アナログ変換器を含み、制御部２８から出力される、水分子の吸収スペクトル付近の所定の波長領域に亘るスイープを行うためのデジタルデータをスイープ電圧に変換して出力する。上述したＢＰＦ３５からの正弦波信号は移相器３６において検出信号と同期するように位相がシフトされた後に、加算器３８により上記スイープ電圧に加算される。このスイープ電圧に正弦波信号が重畳された電圧が電圧／電流変換器（Ｖ／Ｉ）３９により電流信号に変換され、波長可変レーザ装置７に駆動電流として供給される。波長可変レーザ装置７は時間経過に伴って波長が変化し、且つ所定の変調振幅で周波数変調が施されたレーザ光Ｌ１を出射する。
【００２９】
本実施例の水分測定装置では、制御部２８は、正弦波発生器３０による正弦波信号の振幅を０でない所定の値（この値をＡとする）と０とのいずれかに切り替えるようなデジタルデータを変調振幅制御用電圧発生部３３に出力するとともに、正弦波信号の振幅をＡにするときには第１ＡＤＣ２４の出力を選択し、正弦波信号の振幅を０にするときには第２ＡＤＣ２５の出力を選択するように切替部２６を制御し、さらに演算部２７における処理アルゴリズムを切り替える。即ち、正弦波信号の振幅をＡに設定する際には、高調波同期検出法に基づいて濃度の計算を実行し、正弦波信号の振幅を０に設定する際には、直接吸収によるスペクトル検出（以下「直接吸収検出法」という）に基づいて濃度の計算を実行する。
【００３０】
図５（ａ）及び（ｂ）は、計算（シミュレーション）により求めた、高調波同期検出法及び直接吸収検出法で得られる信号波形の一例であり、横軸は周波数偏差ν−ν0、縦軸は信号強度である。  
【００３１】
図５（ａ）に示した２ｆ同期検出信号では、周波数偏差ゼロ、つまり中心周波数ν0における信号強度が水分子による吸収の強さを示している。但し、実際の装置で得られる同期検出信号は、図５（ａ）に示した正方向ピークと負方向ピークとが加算されたものとなり、それらを演算上で分離することは困難である。そのため、信号波形のピーク・トゥ・ピークの信号強度SIGが、前述の(6)式、(7)式の左辺中のsignal(ν0)と比例関係となる。その比例関係を定義する比例定数Ｂを予め求めておくことにより、得られた同期検出信号の信号強度から水分子の体積濃度ｃを算出することができる。
【００３２】
一方、図５（ｂ）に示した直接吸収検出法による信号では、周波数偏差ゼロ、つまり中心周波数ν0付近において水分子による吸収で信号強度が低下するピークが観測される。吸収がないと仮定されるときの信号強度Ｉ0(ν0)と吸収ピークでの信号強度Ｉ(ν0)とを、前述した(2)式又は(4)式に適用することで水分子の体積濃度ｃを算出することができる。
【００３３】
上記比例定数Ｂは、同期検波で使用する周波数２ｆの信号（２ｆクロック生成部３１の出力信号）が完全な正弦波であれば、理論的に１である。一方、この２ｆ信号が正弦波でなく矩形波であっても、次のような方法で比例定数Ｂを求めることができる。即ち、まず、高調波同期検出法及び直接吸収検出法のいずれもが適用できるような比較的濃度の高い水分（特定ガス）を測定対象として選んだ上で、直接吸収検出法により水分子の体積濃度ｃを算出する。そして、高調波同期検出法により信号強度を求め、この信号強度に基づく水分子の体積濃度が上記の直接吸収検出法による体積濃度ｃに一致するように比例定数Ｂを決定する。もちろん、直接吸収検出法ではなく別方法で水分子の体積濃度を求めることができたり、或いは水分子の体積濃度が既知であるガスを入手できたりする場合には、高調波同期検出法により求まる水分子の体積濃度がその既知の体積濃度に一致するように比例定数Ｂを決定すればよい。
【００３４】
一般に、高調波同期検出法は直接吸収検出法と比べて高感度な検出方法であり、微量検出には非常に有用であるが、測定対象となるガス濃度が大きく変化するような条件の下での測定には必ずしも適さない。例えば、ここで測定対象としている水分のほか、酸素など大気中に存在するガスを真空中でも測定する場合、測定濃度の範囲は１０００倍以上にも及び、高調波同期検出法による測定濃度範囲を超えてしまう。本実施例の水分測定装置はこうした広い測定濃度範囲に亘る水分の体積濃度を正確に且つ迅速に連続測定するために、図３に示すようなシーケンスで測定を実行する。
【００３５】
測定開始が指示されると、制御部２８は変調振幅を０に設定して測定を開始する（ステップＳ１）。すると、正弦波発生器３０による正弦波信号の振幅は０になり、電圧／電流変換器３９には、水分子の吸収スペクトル付近の所定の波長領域に亘るスイープ電圧が印加され、これに応じた駆動電流が波長可変レーザ装置７に供給される。また制御部２８は第２ＡＤＣ２５の出力を選択するように切替部２６を切り替える。演算部２７は波長走査に対応した検出信号（図５（ｂ）に示すような形状の信号）をデジタル化したデータを受け取り、上述したような直接吸収検出法による処理アルゴリズムを用いて水分子の体積濃度Ｃａを算出する（ステップＳ２）。この結果を受けた制御部２８はその体積濃度Ｃａが予め設定された閾値α以下であるか否かを判定し（ステップＳ３）、閾値αよりも大きければ直接吸収検出法が適していると判断し、体積濃度Ｃａを結果として採用した上で（ステップＳ４）ステップＳ２へと戻る。
【００３６】
これに対し、体積濃度Ｃａが閾値α以下である場合には直接吸収検出法では感度が不足していると判断し、体積濃度Ｃａを結果として採用せずに、制御部２８は変調振幅をＡ[cm-1]に設定するデータを変調振幅制御用電圧発生部３３に送る（ステップＳ５）。また制御部２８は、第１ＡＤＣ２４の出力を選択するように切替部２６を切り替える。即ち、直接吸収検出法から高調波同期検出法への切り替えを行う。これにより、周波数がｆで変調振幅がＡである正弦波信号が正弦波発生器３０から出力され、水分子の吸収スペクトル付近の所定の波長領域に亘るスイープ電圧に変調信号が重畳された電圧が電圧／電流変換器３９に印加され、これに応じた駆動電流が波長可変レーザ装置７に供給される。演算部２７は波長走査に対応した高調波同期検出信号（図５（ａ）に示すような形状の信号）をデジタル化したデータを受け取り、上述したような高調波同期検出法による処理アルゴリズムを用いて水分子の体積濃度Ｃｂを算出する（ステップＳ６）。
【００３７】
この結果を受けた制御部２８はその体積濃度Ｃｂが予め設定された閾値β以上であるか否かを判定し（ステップＳ７）、閾値βよりも小さければ高調波同期検出法が適していると判断し、体積濃度Ｃｂを結果として採用した上で（ステップＳ８）ステップＳ６へと戻る。これに対し、体積濃度Ｃｂが閾値β以上である場合には高調波同期検出法では濃度が高過ぎて信号飽和が生じると判断し、体積濃度Ｃｂを結果として採用せずにステップＳ１に戻る。この場合には、高調波同期検出法から直接吸収検出法への切り替えがなされる。
【００３８】
閾値α及び閾値βは、高調波同期検出法による検出信号と直接吸収検出法による検出信号のＳ／Ｎ、高調波同期検出法による信号飽和レベルなどに応じて、予め適宜に決められる。これにより、測定対象ガス中の水分子の体積濃度を連続的に測定する際に、その途中で濃度が大きく変化した場合でも、高調波同期検出法と直接吸収検出法とのいずれか適切な方法に速やかに切り替えられ、正確な濃度を得ることができる。
【００３９】
なお、図３に示したシーケンスは図４に示すシーケンスのように変更しても構わない。即ち、このシーケンスは上記のシーケンスとは逆に、測定開始が指示されると、まず高調波同期検出法による濃度測定を実施し（ステップＳ１１、Ｓ１２）、その濃度Ｃｂが予め設定された閾値γよりも小さければ（ステップＳ１３でＮＯ）濃度Ｃｂを採用して（ステップＳ１４）高調波同期検出法を継続する。これに対し、濃度Ｃｂが予め設定された閾値γ以上であれば（ステップＳ１３でＹＥＳ）、直接吸収検出法へ切り替えて濃度測定を実施する（ステップＳ１５、Ｓ１６）。その濃度Ｃａが予め設定された閾値ε以下であれば（ステップＳ１７でＹＥＳ）ステップＳ１１へと戻り、閾値εよりも大きければ濃度Ｃａを採用して（ステップＳ１８）直接吸収検出法を継続する。
【００４０】
上記実施例による水分測定装置では、同期検出信号をデジタル化する第１ＡＤＣ２４と同期検出しない元の検出信号をデジタル化する第２ＡＤＣ２５とを併設していたが、このＡＤＣを共用する構成としてもよい。即ち、図６に示すブロック構成図のように、切替部４１をＡＤＣ４２の前段に設け、同期検出器２２及びＬＰＦ２３を経た同期検出信号と同期検出を行わない検出信号とを切替部４１で選択して共通化したＡＤＣ４２に導入し、デジタル化するようにしてもよい。この構成でも基本的な動作は上述した実施例と何ら変わらない。
【００４１】
また、上記実施例は本発明に係るガス分析装置を測定対象ガス中の水分濃度の測定に適用したものであるが、本発明は水分以外の任意のガス濃度の測定に適用することができる。もちろん、特定ガスの種類に応じて、上述した変調振幅Ａ、閾値α、β、γ、εなどの値は適宜に変更する必要がある。
【００４２】
また上記実施例は本発明の一例であり、上記記載以外の点において本発明の趣旨の範囲で適宜に変形や修正、追加などを行っても、本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【符号の説明】
【００４３】
１…サンプルセル
２…ガス流路
３、４…反射鏡
５…透明窓
６…光学チャンバ
７…波長可変レーザ装置
８…光検出部
１０…レーザ制御部
１１…信号処理部
２１…アンプ
２２…同期検出器
２３…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２４、２５、４２…アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）
２６、４１…切替部
２７…演算部
２８…制御部
３０…正弦波発生器
３１…２ｆクロック生成部
３２…分周器
３３…変調振幅制御用電圧発生部
３４…乗算器
３５…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
３６…移相器
３７…ＬＤ波長走査用電圧発生部
３８…加算器
３９…電圧／電流変換器（Ｖ／Ｉ）
【図１】
2011117869.tif 000010
【図２】
2011117869.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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