(57)【要約】【課題】ガスセンサの測定環境の時間的変化に伴うガス濃度の検出精度の低下を抑制した、ガスセンサ制御装置及び赤外線分析式ガス濃度検出装置を提供する。【解決手段】ガスセンサ１００から放射される赤外線の光量が、第１周期時間ＴＷ１と第２周期時間ＴＷ２で異なる設定光量となるように交互に切り替える光源制御部５０，６１と、赤外線の検出信号から測定対象ガスの濃度を演算するガス濃度演算部５０と、を備え、第１周期時間における検出信号を第１検出信号ＶＨ、第２周期時間における検出信号を第２検出信号ＶＬとし、ガス濃度演算部は、時間的に連続する２つの第１周期時間ＴＷ１、ＴＷ３の各第１検出信号ＶＨ１、ＶＨ２の値を平均した第１平均信号ＶＨ１'、及び２つの第１周期時間の間の第２周期時間ＴＷ２に検出された第２検出信号ＶＬ１からなる第１情報群に基づいて、測定対象ガスの濃度を演算するガスセンサ制御装置１である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象ガスに赤外線を放射する光源と、前記赤外線を検出する赤外線検出部と、を備えたガスセンサに接続されるガスセンサ制御装置であって、
前記光源から放射される前記赤外線の光量が、第１周期時間にわたり第１設定光量となるように、かつ、第２周期時間にわたり前記第１設定光量と異なる第２設定光量となるように交互に切り替える制御を行う光源制御部と、
前記赤外線検出部の検出信号から、前記測定対象ガスの濃度を演算するガス濃度演算部と、を備え、
前記第１周期時間において前記赤外線検出部が検出した検出信号を第１検出信号、前記第２周期時間において前記赤外線検出部が検出した検出信号を第２検出信号とし、
前記ガス濃度演算部は、時間的に連続する２つの前記第１周期時間にそれぞれ検出された第１検出信号の値を平均した第１平均信号、及び前記２つの第１周期時間の間の第２周期時間に検出された第２検出信号からなる第１情報群に基づいて、
又は、時間的に連続する２つの前記第２周期時間にそれぞれ検出された第２検出信号の値を平均した第２平均信号、及び前記２つの第２周期時間の間の第１周期時間に検出された第１検出信号からなる第２情報群に基づいて、前記測定対象ガスの濃度を演算する、
ガスセンサ制御装置。
【請求項２】
前記第１平均信号は、前記時間的に連続する２つの前記第１周期時間にそれぞれ検出された第１検出信号の値を加重平均したものであり、
前記第２平均信号は、前記時間的に連続する２つの前記第２周期時間にそれぞれ検出された第２検出信号の値を加重平均したものである請求項１に記載のガスセンサ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記ガス濃度演算部は、前記ガスセンサの外部に設けられた外部温度測定部によって測定された外部温度に基づき、前記加重平均に用いる重み係数を決定するガスセンサ制御装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のガスセンサ制御装置であって、
前記ガス濃度演算部は、前記赤外線検出部の近傍に設けられた赤外線検出部温度測定部によって測定された前記赤外線検出部の温度に基づき、前記加重平均に用いる重み係数を決定するガスセンサ制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のガスセンサ制御装置であって、
前記第１周期時間及び前記第２周期時間は２秒以下であるガスセンサ制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のガスセンサ制御装置と、
前記ガスセンサ制御装置に接続され、測定対象ガスに赤外線を放射する光源と、前記赤外線を検出する赤外線検出部と、を備えたガスセンサと、
を有する赤外線分析式ガス濃度検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の赤外線分析式ガス濃度検出装置であって、
さらに、前記ガスセンサの外部に設けられ、前記ガスセンサの外部温度を測定する外部温度測定部を備える赤外線分析式ガス濃度検出装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の赤外線分析式ガス濃度検出装置であって、
さらに、前記赤外線検出部の近傍に設けられ、前記赤外線検出部の温度を測定する赤外線検出部温度測定部を備える赤外線分析式ガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼気中の特定ガスの濃度検知、空調管理、工業プロセスの雰囲気の管理、種々の気体の漏洩検知などに用いることができる非分散型ガスセンサに接続されるガスセンサ制御装置、及びこのガスセンサを有する赤外線分析式ガス濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非分散型赤外ガスセンサ(Non- dispersive Infrared Gas Anaryzer；NDIR)は、赤外線を放射する光源と、赤外線の光量を検知する赤外線検出部との間に測定対象ガスを通過させ、赤外線が測定対象ガス中の分子によって吸収されることを利用してガス濃度を測定するものである。又、赤外線検出部の前には波長選択用の光学フィルタが配置され、ガス分子（CO、CO2等）の分子構造によって決まる特定波長の赤外線のみを透過させ、ガス種を判別するようになっている。なお、測定対象ガスを筒（セル）中に流す「クローズ・パス配置形式」と、セルを用いずに光源と赤外線検出部との間がガスを流通させる開放空間となっている「オープン・パス配置形式」とがある。
ところが、あらゆる物体は自身の温度に応じて赤外線を放射するため、測定環境の周囲の温度が変化すると、非分散型赤外ガスセンサを構成する各種部材（例えばクローズ・パス配置形式の場合、筒表面）からの赤外線放射量も変化し、ガス濃度が変化していないにも関わらず赤外線検出部の検出出力が変化し、検出精度が低下するドリフト現象が生じる。
【０００３】
そこで、光源オンのときの検出出力と、光源を一時的にオフさせたときの検出出力の差分をとることで、ガス濃度の感度を補正する技術が開示されている（特許文献１参照）。そして、この差分をガス濃度の検出値として用いることで、測定環境の周囲の温度変化の影響をキャンセルしてドリフトを補正することができる。つまり、図１７に示すように、光源を一時的にオフさせたときの検出出力Ｖ０は、周囲の温度を反映したバックグラウンドとしての赤外線放射を表しているので、光源オンのときの検出出力ＶＨからＶ０を差し引くことで、測定環境の周囲の温度変化の影響を除いた真の検出出力ΔＶ（＝ＶＨ−Ｖ０）が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２３３８１０号公報（図２、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記図１７に示すように、検出出力ＶＨ１の検出時刻Ｔ１と、検出出力Ｖ０（１）の検出時刻Ｔ２とは異なり、検出タイミングにずれが生じている。この場合、測定環境の周囲の温度が時間と共に変化しなければ、Ｖ０も時間と共に変化せず、Ｖ０（１）＝Ｖ０（２）＝Ｖ０（３）・・・となるので、ＶＨとＶ０の検出タイミングのずれによる影響を考慮しなくてもドリフト補正が行える。
しかしながら、測定環境の周囲の温度が時間と共に変化する場合、図１８に示すように、検出出力ＶＨ、Ｖ０自身が時間と共に変化するため、検出タイミングのずれに起因してΔＶが正確に得られなくなるという問題がある。つまり、図１８に示すように、検出出力ＶＨ１の検出時刻Ｔ１における本来のＶ０の値はＶ０（０）であるのに、検出時刻Ｔ２ではＶ０（１）に変わってしまう。このため、真のΔＶ＝ＶＨ１−Ｖ０（０）であるところ、誤った値であるΔＶ'＝ＶＨ１−Ｖ０（１）を算出することになる。
特に、水分を多く含むガスを測定する場合、非分散型赤外ガスセンサ自身をヒータにより加熱して結露を防止する必要があり、ヒータ加熱によって周囲の温度が時間と共に上昇することがある。又、測定中にガス流量が時間と共に変化する場合も周囲の温度が変化する。
そこで、本発明は、非分散型赤外ガスセンサの測定環境の時間的変化に伴うガス濃度の検出精度の低下を抑制した、ガスセンサ制御装置及び赤外線分析式ガス濃度検出装置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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサ制御装置は、測定対象ガスに赤外線を放射する光源と、前記赤外線を検出する赤外線検出部と、を備えたガスセンサに接続され、前記光源から放射される前記赤外線の光量が、第１周期時間にわたり第１設定光量となるように、かつ、第２周期時間にわたり前記第１設定光量と異なる第２設定光量となるように交互に切り替える制御を行う光源制御部と、前記赤外線検出部の検出信号から、前記測定対象ガスの濃度を演算するガス濃度演算部と、を備え、前記第１周期時間において前記赤外線検出部が検出した検出信号を第１検出信号、前記第２周期時間において前記赤外線検出部が検出した検出信号を第２検出信号とし、前記ガス濃度演算部は、時間的に連続する２つの前記第１周期時間にそれぞれ検出された第１検出信号の値を平均した第１平均信号、及び前記２つの第１周期時間の間の第２周期時間に検出された第２検出信号からなる第１情報群に基づいて、又は、時間的に連続する２つの前記第２周期時間にそれぞれ検出された第２検出信号の値を平均した第２平均信号、及び前記２つの第２周期時間の間の第１周期時間に検出された第１検出信号からなる第２情報群に基づいて、前記測定対象ガスの濃度を演算する。
【０００７】
非分散型赤外ガスセンサによる測定の際、測定環境の周囲の温度やガス流量等の変化に伴って非分散型赤外ガスセンサを構成する各種部材の温度が変化し、これら部材から放射される赤外線量も変化するため、ガス濃度が変化していないにも関わらず赤外線検出部の検出信号が変化するドリフト現象が生じる。そこで、赤外線の光量を２つの設定光量の間で切り替え、各光量における検出信号に基づいてガス濃度を演算することで、測定環境の変化によるドリフトをキャンセルしている。ところが、温度等が時間と共に変化する、つまり温度等の変動量が時間に対して一定でない場合には、光量の切り替えに伴って各光量における検出タイミングにずれが生じ、ガス濃度の検出精度が低下する。
このようなことから、本発明のガスセンサ制御装置では、第１平均信号又は第２平均信号を用いることで、これに対応する第２検出信号又は第１検出信号と検出タイミングを仮想的に一致させることができ、周囲の測定環境の時間的変化に伴うガス濃度の検出精度の低下を抑制することができる。
【０００８】
さらに、本発明のガスセンサ制御装置において、前記第１平均信号は、前記時間的に連続する２つの前記第１周期時間にそれぞれ検出された第１検出信号の値を加重平均したものであり、前記第２平均信号は、前記時間的に連続する２つの前記第２周期時間にそれぞれ検出された第２検出信号の値を加重平均したものであってもよい。
周囲の測定環境の時間的変化自体が時間と共に変化する、つまり測定環境の時間的変化が単調増加又は単調減少でない場合には、第１平均信号を算出する際、単純平均でなく、当該測定環境の時間的変化の状態に応じて２つの第１検出信号の値を重み付けした加重平均を採ることで、ガス濃度の検出精度の低下をさらに抑制することができる。
【０００９】
第２平均信号を算出する際も同様に、単純平均でなく、当該測定環境の時間的変化の状態に応じて２つの第２検出信号の値を重み付けした加重平均を採ることで、ガス濃度の検出精度の低下をさらに抑制することができる。
【００１０】
さらに、本発明のガスセンサ制御装置において、前記ガス濃度演算部は、前記ガスセンサの外部に設けられた外部温度測定部によって測定された外部温度に基づき、前記加重平均に用いる重み係数を決定してもよい。
このガスセンサ制御装置によれば、加重平均に用いる重み係数を、外部温度を反映した値とすることで、ガス濃度の検出精度の低下をさらに抑制することができる。
【００１１】
さらに、本発明のガスセンサ制御装置において、前記ガス濃度演算部は、前記赤外線検出部の近傍に設けられた赤外線検出部温度測定部によって測定された前記赤外線検出部の温度に基づき、前記加重平均に用いる重み係数を決定してもよい。
このガスセンサ制御装置によれば、加重平均に用いる重み係数を、赤外線検出部の温度を反映した値とすることで、ガス濃度の検出精度の低下をさらに抑制することができる。
【００１２】
さらに、本発明の赤外ガスセンサ制御装置において、前記第１周期時間及び前記第２周期時間は２秒以下であってもよい。
上記した温度等の測定環境の時間的変化による検出信号のドリフトは、通常は４秒以上の時定数を持っており、この間に第１の情報群と第２の情報群を１つずつ、合計２セット以上取得できれば、ガス濃度を精度よく算出することができる。そこで、このガスセンサ制御装置においては、各周期時間を２秒以下と規定する。
【００１３】
本発明の赤外線分析式ガス濃度検出装置は、前記ガスセンサ制御装置と、前記ガスセンサ制御装置に接続され、測定対象ガスに赤外線を放射する光源と、前記赤外線を検出する赤外線検出部と、を備えたガスセンサと、を有する。
【００１４】
本発明の赤外線分析式ガス濃度検出装置は、さらに、前記ガスセンサの外部に設けられ、前記ガスセンサの外部温度を測定する外部温度測定部を備えてもよい。
【００１５】
本発明の赤外線分析式ガス濃度検出装置は、さらに、前記赤外線検出部の近傍に設けられ、前記赤外線検出部の温度を測定する赤外線検出部温度測定部を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、ガスセンサの測定環境の時間的変化に伴うガス濃度の検出精度の低下を抑制した、ガスセンサ制御装置及び赤外線分析式ガス濃度検出装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る赤外線分析式ガス濃度検出装置の全体構成図である。
【図２】ガス濃度演算処理により、検出信号ΔＶを求める方法の概略を示す図である。
【図３】第１の実施形態において、ＶＨ及びＶＬの取得タイミングを示すタイムチャート、光源の第１設定光量（ＣＨ），第２設定光量（ＣＬ）を示すタイムチャートを表す図である。
【図４】第１の実施形態において、ＶＨ、ＶＬの取得処理のフローチャートを示す図である。
【図５】第１の実施形態において、第１平均信号ＶＨ'、及び第２平均信号ＶＬ'を用いたガス濃度演算処理のフローチャートを示す図である。
【図６】第２の実施形態において、ＶＨ及びＶＬの取得タイミングを示すタイムチャート、光源の第１設定光量（ＣＨ），第２設定光量（ＣＬ）を示すタイムチャートを表す図である。
【図７】第２の実施形態において、ＶＨ、ＶＬの取得処理のフローチャートを示す図である。
【図８】第２の実施形態において、第１平均信号ＶＨ'、及び第２平均信号ＶＬ'を用いたガス濃度演算処理のフローチャートを示す図である。
【図９】第３の実施形態において、ガス濃度演算処理により、検出信号ΔＶを求める方法の概略を示す図である。
【図１０】図９のＶＨ（１）とＶＨ（２）の近傍における部分拡大図である。
【図１１】第３の実施形態において、ＶＨ及びＶＬの取得タイミングを示すタイムチャート、光源の第１設定光量（ＣＨ），第２設定光量（ＣＬ）を示すタイムチャート、並びに外部温度及び赤外線検出素子の温度を示すタイムチャートを表す図である。
【図１２】第３の実施形態において、第１平均信号ＶＨ'、及び第２平均信号ＶＬ'を用いたガス濃度演算処理のフローチャートを示す図である。
【図１３】ＶＨ及びＶＬの時間変化を推定する方法の一例を示す図である。
【図１４】ＶＨ及びＶＬの時間変化に対応した重み係数Ａ、Ｂのテーブルの一例を示す図である。
【図１５】周囲温度を変化させてＶＨ、ＶＬの変化を生じさせたときの実際の検出信号ΔＶの時間変化を示す図である。
【図１６】測定対象ガスの流量を変化させてＶＨ、ＶＬの変化を生じさせたときの実際の検出信号ΔＶの時間変化を示す図である。
【図１７】検出出力ＶＨ１と、光源オフによる検出出力Ｖ０の差分であるΔＶを算出する従来のタイムチャートを表す図である。
【図１８】測定環境の周囲温度が時間変化した場合に、検出出力ＶＨ１と、光源オフによる検出出力Ｖ０の差分であるΔＶを算出する従来のタイムチャートを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る赤外線分析式ガス濃度検出装置１の全体構成図である。赤外線分析式ガス濃度検出装置１は、非分散型赤外ガスセンサ（ガスセンサ）１００と、非分散型赤外ガスセンサ１００に接続される赤外ガスセンサ制御装置（ガスセンサ制御装置）６０とを有する。なお、図１において、非分散型赤外ガスセンサ１００の長さ方向に沿う断面構造を示す。
【００１９】
非分散型赤外ガスセンサ１００は、円筒状の鏡筒１０２、鏡筒１０２の両端に互いに対向して配置された赤外線を放射する光源１２１及び赤外線検出部（赤外線検出素子）１２２を有する。赤外線検出素子１２２の受光面側には赤外線波長選択フィルタ（バンドパスフィルタ）１１０が配置されている。そして、鏡筒１０２側面に設けた導入口１０３から測定対象ガスＧが導入され、鏡筒１０２側面に設けた出口１０４から測定対象ガスＧが外部に排出される。そして、鏡筒１０２内で光源１２１から赤外線検出素子１２２に向かって照射された赤外線が測定対象ガスＧ中を通過する際、特定波長の赤外線が吸収されることを利用し、赤外線検出素子１２２の出力に基づいて測定対象ガスＧ中に含まれる特定ガスの濃度を測定する。
なお、非分散型赤外ガスセンサ１００は、測定対象ガスを閉鎖空間である鏡筒１０２内の測定空間１０２ｓに導入させる「クローズ・パス配置形式」で構成され、鏡筒１０２の光源１２１側の内面は球面状の反射鏡１０２ａになっていて、光源１２１から放射された赤外線を赤外線検出素子１２２に向けるようになっている。又、鏡筒１０２のその他の内面１０２ｂも赤外線を反射するように鏡面加工が施され、赤外線を赤外線検出素子１２２に到達させるようになっている。
【００２０】
さらに、呼気のような多量の水分を含むガスを測定する際に鏡筒１０２の内面１０２ａ、１０２ｂに結露が生じると、赤外線検出素子１２２の検出出力が低下して測定が不正確になるため、結露を防止するためのヒータ１３０を内蔵する断熱ジャケット１３１が鏡筒１０２の外側に被せられている。
又、断熱ジャケット１３１の外側には、非分散型赤外ガスセンサ１００の外部の温度を測定する外部温度測定部（温度センサ）１４１が設けられている。同様に、赤外線検出素子１２２の近傍には、赤外線検出素子１２２の温度を測定する赤外線検出部温度測定部（温度センサ）１４２が設けられている。ここで、非分散型赤外ガスセンサ１００の「外部」とは、光源１２１から放射された赤外線が赤外線検出素子１２２へ到達する空間（上記例では測定空間１０２ｓ）の外部をいう。
【００２１】
光源１２１としては、例えばタングステンランプ等の電球や、ヒータ等の発熱抵抗体からなる白色光源が挙げられる。
鏡筒１０２は、例えばプラスチック又は金属で構成することができ、鏡筒１０２がプラスチックの場合、内面には赤外線の反射率が高い金属（アルミニウム、クロムなど）の膜を被覆するとよい。
赤外線検出素子１２２としては、例えばサーモパイル素子(TP)、焦電素子、フォトダイオード(PD)が挙げられる。なお、赤外線検出素子１２２の検出信号（検出出力）は、通常は電圧であるがこれに限定されない。
赤外線波長選択フィルタ１１０としては、例えば波長選択フィルタ、回折格子、ファブリペローフィルタ等が挙げられる。波長選択フィルタは、例えばサファイヤ、石英ガラス、シリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛などの赤外線透過材料からなる基板の表面に複数の透明膜を積層させることによって形成される。
【００２２】
非分散型赤外ガスセンサ１００は、赤外ガスセンサ制御装置６０に接続されている。赤外ガスセンサ制御装置６０は、マイコン５０及び電源回路６１が基板上に実装された制御回路である。
マイコン５０は、光源１２１の光量制御やガス濃度演算処理等を実行するための各種のプログラムやデータを格納する記憶装置５５（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、この記憶装置５５に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ５１、各種信号を入出力するためのＩＯポート、計時用タイマー等を備えた周知のものである。
マイコン５０がガス濃度演算部の一例に相当し、マイコン５０及び電源回路６１が光源制御部の一例に相当する。ガス濃度演算部は赤外線検出素子１２２の検出信号から、測定対象ガスの濃度を演算すると共に、温度センサ１４１、１４２の温度情報から後述する重み係数を求める処理を行う。
【００２３】
光源制御部は、マイコン５０によって制御される電源回路６１を介し、光源１２１から放射される赤外線の光量を、所定の周期時間毎に予め設定された２つの設定光量の間で切り替える制御を行う。より詳しくは、第１周期時間にわたり第１設定光量となるように、かつ、第２周期時間にわたり前記第１設定光量と異なる第２設定光量となるように交互に連続して切り替える制御を行う。ここで、本実施形態では、設定光量のうち大きい側を第１設定光量、小さい側を第２設定光量となるように設定される。第２設定光量は、光源制御部が制御する所定の値の光量の他、光源制御部が光源１２１をオフしたときの値（理想的には０であるが、測定環境の周囲の各種部材から不可避的に放射される赤外線を反映した微小な光量）でもよい。つまり、電源回路６１は、必要な測定周期に応じて光量を調整する回路であってもよく、光源１２１をオンオフできるように間欠駆動（点滅）してもよい。又、光源１２１をオンオフする場合は、電源回路６１の代わりに、光源１２１と赤外線検出部１２２との間にチョッパーを設けてもよい。
なお、マイコン５０は、所定の起動スイッチがオンされることによって直流電源から給電が開始されると起動して、マイコン５０の各部を初期化後、各種処理を開始する。
【００２４】
ここで、第１設定光量ＣＨの時に赤外線検出素子１２２により検出される検出信号の信号レベルを第１検出信号ＶＨ、第２設定光量ＣＬ時に検出される検出信号の信号レベルを第２検出信号ＶＬというものとする。
そして、記憶装置５５には、第１検出信号ＶＨと第２検出信号ＶＬの差分であるΔＶ（＝ＶＨ−ＶＬ）と測定対象のガス濃度との相関関係を表す濃度換算データ、及び、温度センサ１４１、１４２の温度情報と後述する重み係数との相関関係を表す重み係数換算データが少なくとも記憶されている。なお、各換算データは、具体的には、換算用マップデータ（テーブル）や換算用計算式等で構成されており、実験等により得られたデータに基づいて予め作成されたものである。
【００２５】
［第１の実施形態におけるガス濃度演算処理］
次に、図２〜図５を参照し、本発明の第１の実施形態に係る赤外ガスセンサ制御装置のガス濃度演算処理について説明する。なお、以下の説明において、検出信号は電圧を示す。
図２は、赤外ガスセンサ制御装置６０のガス濃度演算処理により、検出信号ΔＶを求める方法の概略を示す。なお、本発明では、ＶＨ、ＶＬの差分であるΔＶ＝ＶＨ−ＶＬをガス濃度の演算に用いることで、測定環境の周囲の温度変化をキャンセルしてドリフト補正するものである。又、図２の例では、測定環境の周囲の温度が時間と共にほぼ一定の割合で増加し、ガス濃度が変化しないにも関わらず、第１検出信号ＶＨと第２検出信号ＶＬが時間と共にほぼ一定の割合で増加している。
【００２６】
ここで、ＶＨ１の検出時刻である第１周期時間ＴＷ１と、ＶＬ１の検出時刻である第２周期時間ＴＷ２とは異なっており、第２周期時間ＴＷ２におけるＶＨ１'は、第１周期時間ＴＷ１におけるＶＨ１から変化している。そこで、ＶＬ１と同一の検出タイミング（ＴＷ２）におけるＶＨの予測値（第１平均信号ＶＨ１'）を推定することで、同一の検出タイミングでＶＨ、ＶＬが精度よく得られ、周囲温度の時間的変化に伴うガス濃度の検出精度の低下を抑制することができる。
具体的には、第１周期時間ＴＷ１、ＴＷ３で時間的に連続する２つのＶＨ１、ＶＨ２の値を平均して第１平均信号ＶＨ１'を求める。なお、ＶＨ１は、第１周期時間ＴＷ１内で光量が安定する所定の経過時刻で検出されるが、「第１周期時間ＴＷ１」で代表することとする。他のＶＨ、ＶＬの検出時刻も同様である。
同様に、ＶＨ２と同一の検出タイミング（ＴＷ３）におけるＶＬの予測値（第２平均信号ＶＬ１'）を推定し、同一の検出タイミングでΔＶを求める。
以下、図３〜図５を参照してガス濃度演算処理の詳細を説明する。
【００２７】
図３は、それぞれＶＨ及びＶＬの取得タイミングを示すタイムチャート（図３（ａ）、（ｂ））、及び光源１２１の第１設定光量（ＣＨ），第２設定光量（ＣＬ）を示すタイムチャート（図３（ｃ））を表す。又、図４はＶＨ、ＶＬの取得処理のフローチャート、図５は第１平均信号ＶＨ'、及び第２平均信号ＶＬ'を用いたガス濃度演算処理のフローチャートである。
【００２８】
検出中に周囲温度が上昇した場合、ＶＨ及びＶＬは時間と共に増加するため（図３（ａ）、（ｂ））、最初の第１周期時間ＴＷ１にてＶＨ１を検出した後、次の第２周期時間ＴＷ２にてＶＬ１を検出すると、ＶＨ１と同一のタイミング（第１周期時間ＴＷ１）で検出した場合に比べて第２検出信号の値が大きくなる。そこで、第１の実施形態においては、第１周期時間ＴＷ１、ＴＷ３で時間的に連続する２つのＶＨ１、ＶＨ２の値を平均した第１平均信号ＶＨ１'と、ＶＨ１、ＶＨ２の間の第２周期時間ＴＷ２におけるＶＬ１との関係（これを「第１の情報群」という）に基づいてガス濃度の演算を行う。ここで、第１の情報群に用いるＶＨ、ＶＬを図３中に逆三角形の領域Ｒ１で図示する。
このように、第２検出信号（ＶＬ１）と同一の検出タイミング（第２周期時間ＴＷ２）における第１検出信号の予測値（第１平均信号ＶＨ１'）を、他の第１周期時間ＴＷ１、ＴＷ３での第１検出信号（ＶＨ１、ＶＨ２）から推定するため、同一の検出タイミングでＶＨ、ＶＬ、ひいてはΔＶが得られ、周囲温度の時間的変化に伴うガス濃度の検出精度の低下を抑制することができる。つまり、第１の実施形態に係るガス濃度演算処理では、時間的に連続する２つの第１検出信号ＶＨ１，ＶＨ２の値を平均した第１平均信号ＶＨ１'、及び、２つの第１検出信号ＶＨ１，ＶＨ２の間の第２周期時間ＴＷ２における第２検出信号ＶＬ１からなる第１情報群に基づいて、ガス濃度の演算を行うのである。
なお、図３において、第１検出信号（ＶＨ）の添え字１，２，３の順に、時系列で第１検出信号が検出され、同様に第２検出信号（ＶＬ）の添え字１，２，３の順に、時系列で第２検出信号が検出される。
【００２９】
さらに、第１の実施形態においては、上述のように第１周期時間ＴＷ３で第１の情報群を算出した後、第１の情報群の算出に用いた第２検出信号ＶＬ１と、次の第２周期時間ＴＷ４に検出される第２検出信号ＶＬ２とを平均して第２平均信号ＶＬ１'を算出する。そして、ＶＬ１'と、ＶＬ１、ＶＬ２の間の周期時間ＴＷ３におけるＶＨ２との関係（これを「第２の情報群」という）に基づいてガス濃度の演算を行う。ここで、第２の情報群に用いるＶＨ、ＶＬを図３中に三角形の領域Ｒ２で図示する。
第２の情報群においても、第１検出信号（ＶＨ２）と同一の検出タイミング（第１周期時間ＴＷ３）における第２検出信号の予測値（第２平均信号ＶＬ１'）を、他の第２周期時間ＴＷ２、ＴＷ４での第２検出信号（ＶＬ１、ＶＬ２）から推定するため、同一の検出タイミングでＶＨ、ＶＬの電圧差及び電圧比が得られ、周囲温度の時間的変化に伴うガス濃度の検出精度の低下を抑制することができる。つまり、第１の実施形態に係るガス濃度演算処理では、時間的に連続する２つの第２検出信号ＶＬ１，ＶＬ２の値を平均した第２平均信号ＶＬ１'、及び、２つの第２検出信号ＶＬ１，ＶＬ２の間の第１周期時間ＴＷ３における第１検出信号ＶＨ２からなる第２情報群に基づいても、ガス濃度の演算を行うものでもある。
なお、上述のように第２周期時間ＴＷ４で第２の情報群を算出した後、第２の情報群の算出に用いた第１検出信号ＶＨ２と、次の第１周期時間ＴＷ５に検出される第１検出信号ＶＨ３とを用い、上記と同様にして第１の情報群を算出する。このように、第１の情報群と第２の情報群とを交互に算出することで、第１周期時間ＴＷ３以降、第２周期時間ＴＷ４、第１周期時間ＴＷ５・・・毎に同一の検出タイミングでＶＨ、ＶＬ、ひいてはΔＶが得られるので、ガス濃度の検出精度がさらに向上する。これに対し、後述する第２の実施形態のように、第１の情報群と第２の情報群のいずれか一方のみを算出する場合、その算出タイミングは周期時間の２倍となる（図６参照）。
【００３０】
次に、図４、図５を参照し、マイコン５０のＣＰＵが実行するＶＨ、ＶＬの取得処理、及びガス濃度演算処理を説明する。なお、ガス濃度Ｘを求める演算では、第１検出信号ＶＨと第２検出信号ＶＬの差分である上述のΔＶから、濃度換算データを用いてガス濃度Ｘを求める。
【００３１】
図４に示すように、ＶＨ、ＶＬの取得処理において、まずステップＳ１０２では、ＣＰＵは光源１２１を高光量側（第１設定光量（ＣＨ）側）へ切り替え、赤外線を放射させる。具体的には、電源回路６１により光源１２１の光量を、所定の周期時間ＴＷの間、第１設定光量ＣＨに保持する制御を行う。
次に、Ｓ１０４で、ＣＰＵは、温度センサ１４１，１４２から、非分散型赤外ガスセンサ１００の外部温度及び赤外線検出素子１２２の少なくとも一方の温度を取得する。なお、Ｓ１０４及び後述するＳ１１８で取得した温度データは、第１の実施形態では使用しないが、後述する第３の実施形態で使用するものである。又、図３（ｃ）は光源１２１の光量を示すタイムチャートである。添え字ｍ、後述する添え字ｎは自然数であり、１，２，３の順に時系列で取得されることを示す（以下も同様）。
次に、Ｓ１０６で、ＣＰＵは、第１検出信号（ＶＨｍ）の取得が初回、つまり、ＶＨ１であるか否かを判定し、Ｎｏであれば濃度演算フラグに１を割り当てると共に（Ｓ１０８）、演算判定フラグに１を割り当てる（Ｓ１１０）。さらにＳ１１０からＳ１１２へ移行する。一方、Ｓ１０６でＹｅｓであれば、そのままＳ１１２へ移行する。
なお、濃度演算フラグ＝１は、ＶＨｍが複数回取得されたことを意味し、図３で説明したように連続する２つのＶＨｍ-１、ＶＨｍの値を平均して第１平均信号ＶＨｍ-１'を算出可能となったことを示す。又、演算判定フラグは、後述する図５のフローで第１平均信号ＶＨｍ-１'と第２平均信号ＶＬｎ-１'のいずれを算出するかを判定するフラグであり、演算判定フラグ＝１の場合、第１平均信号ＶＨｍ-１'を算出する処理を行う。
【００３２】
次に、Ｓ１１２で、ＣＰＵは、光源１２１の第１検出信号（ＶＨｍ）を取得し、周期時間ＴＷが経過したか否かを判定する（Ｓ１１４）。Ｓ１１４でＹｅｓであればＳ１１６へ移行し、ＮｏであればＳ１１４に戻って周期時間ＴＷが経過するのを待つ。なお、図４、図５の例では、ＴＷ＝２００ｍｓｅｃである。
次に、Ｓ１１６で、ＣＰＵは、光源１２１を低光量側（第２設定光量（ＣＬ）側）へ切り替え、赤外線を放射させる。次に、Ｓ１１８で、ＣＰＵは、温度センサ１４１，１４２から、非分散型赤外ガスセンサ１００の外部温度及び赤外線検出素子１２２の少なくとも一方の温度を取得する。
次に、Ｓ１２０で、ＣＰＵは、第２検出信号（ＶＬｎ）の取得が初回、つまり、ＶＬ１であるか否かを判定し、ＹｅｓであればＳ１２４へ移行し、Ｎｏであれば演算判定フラグに０を割り当てる（Ｓ１２２）。演算判定フラグ＝０の場合、図３で説明したように連続する２つのＶＬｎ-１、ＶＬｎの値を平均して第２平均信号ＶＬｎ-１'を算出可能となっており、第２平均信号ＶＬｎ-１'を算出する処理を行う。さらにＳ１２２の処理後、Ｓ１２４へ移行する。
次に、Ｓ１２４で、ＣＰＵは、光源１２１の第２検出信号（ＶＬｎ）を取得し、周期時間ＴＷが経過したか否かを判定する（Ｓ１２６）。Ｓ１２６でＹｅｓであればＳ１２８へ移行し、ＮｏであればＳ１２６に戻って周期時間ＴＷが経過するのを待つ。
Ｓ１２８で、ＣＰＵは、光源１２１を高光量側（第１設定光量（ＣＨ）側）へ切り替えて赤外線を放射し、Ｓ１０４へ戻る。
以上のようにして取得されたＶＨｍ、ＶＬｎは、濃度演算フラグ及び演算判定フラグと関連付けて記憶装置５５（ＲＡＭ）に記憶され、以下のガス濃度演算処理で読み出される。
【００３３】
次に、図５を参照し、ガス濃度演算処理を説明する。なお、ガス濃度演算処理は、上記した周期時間ＴＷ毎に行う。すなわち、図４のＳ１０４〜Ｓ１１４の区間が周期時間ＴＷで処理されるので、Ｓ１１４が経過した時点でＳ１１０の演算判定フラグを読み取ったガス濃度演算処理が行われる。さらにＳ１１６〜Ｓ１２６の区間が次の周期時間ＴＷで処理され、Ｓ１２６が経過した時点でもＳ１２２の演算判定フラグを読み取った次のガス濃度演算処理が行われることとなる。
図５において、まずステップＳ２０２では、ＣＰＵは濃度演算フラグが１であるか否かを判定する。Ｓ２０２でＹｅｓであればＳ２０４へ移行し、Ｎｏであれば本ガス濃度演算処理を終了し、次回に備える。次にＳ２０４で、ＣＰＵは、演算判定フラグが１であるか否かを判定する。Ｓ２０４でＹｅｓであれば（つまり、図４のＳ１０４〜Ｓ１１４で時間的に連続する２つの第１検出信号ＶＨｍ-１、ＶＨｍの取得処理がされた場合に）Ｓ２０６へ移行し、ＶＨｍ-１、ＶＨｍ、ＶＬｎを取得する。ここで、ｍ＝２，ｎ＝１の場合が図３のＲ１に相当し、第１平均信号ＶＨｍ-１'、及び、第２検出信号ＶＬｎからなる第１情報群に基づいてのガス濃度の演算処理となる。一方、Ｓ２０４でＮｏであれば、第２平均信号ＶＬｎ-１'、及び第１検出信号ＶＨｍからなる第２情報群に基づいてのガス濃度の演算処理に移行する。
【００３４】
次に、Ｓ２０８では、ＣＰＵは第１平均信号ＶＨｍ-１'を算出する。具体的には、Ｓ２０６で取得したＶＨｍ-１、ＶＨｍを次式（１）の入力値としてＶＨｍ−１'を算出する。つまり、ＶＨｍ-１'をＶＨｍ-１、ＶＨｍの単純平均により算出する。
ＶＨｍ-１'＝（ＶＨｍ-１＋ＶＨｍ）／２・・・（１）
そして、Ｓ２１０では、ＣＰＵは、Ｓ２０６にて取得したＶＬｎと、Ｓ２０８で算出したＶＨｍ-１'を次式（２）の入力値として、ΔＶを算出する。
ΔＶ＝ＶＨｍ−１'−ＶＬｎ・・・（２）
次いで、Ｓ２１２では、Ｓ２１０で算出したΔＶと、濃度換算データとに基づいて、ガス濃度Ｘを算出し、本ガス濃度演算処理の最初に戻る。
【００３５】
一方、Ｓ２０４でＮｏの場合（つまり、図４のＳ１１６〜Ｓ１２６で時間的に連続する２つの第２検出信号ＶＬｎ-１、ＶＬｎの取得処理がされた場合）には、Ｓ２３０へ移行し、ＶＬｎ-１、ＶＬｎ、ＶＨｍを取得する。ここで、ｍ＝２、ｎ＝２の場合が図３のＲ２に相当する。
【００３６】
次に、Ｓ２３２では、ＣＰＵは第２平均信号ＶＬｎ-１'を算出する。具体的には、Ｓ２３０で取得したＶＬｎ-１、ＶＬｎを次式（３）の入力値としてＶＬｎ+１'を算出する。つまり、ＶＬｎ-１'をＶＬｎ-１、ＶＬｎの単純平均により算出する。
ＶＬｎ-１'＝（ＶＬｎ-１＋ＶＬｎ）／２・・・（３）
そして、Ｓ２３４では、ＣＰＵは、Ｓ２３０にて取得したＶＨｍと、Ｓ２３２で算出したＶＬｎ-１'を次式（４）の入力値として、ΔＶを算出する。
ΔＶ＝ＶＨｍ−ＶＬｎ-１'・・・（４）
そして、Ｓ２３６では、Ｓ２３４で算出したΔＶと、濃度換算データとに基づいて、ガス濃度Ｘを算出し、ガス濃度演算処理の最初に戻る。
【００３７】
このように、図４、図５の処理では、周期時間ＴＷ毎に光源１２１の光量を切り替え、これにより第１検出信号ＶＨｍ−１、ＶＨｍ，第２検出信号ＶＬｎ−１，ＶＬｎを取得する。
さらには、第２検出信号ＶＬｎと同一の検出タイミング（周期時間）における第１検出信号の予測値（第１平均信号ＶＨｍ−１'）を、他の周期時間での第１検出信号（ＶＨｍ−１、ＶＨｍ）から推定し、第１検出信号ＶＨｍ−１'と第２検出信号ＶＬｎの差分であるΔＶから、ガス濃度Ｘを演算する。
そのため、同一の検出タイミングでのΔＶが得られ、周囲温度の時間的変化に伴うガス濃度の検出精度の低下を抑制することができる。
【００３８】
なお、第１周期時間及び第２周期時間は、それぞれ２秒以下であることが好ましい。上記した温度等の測定環境の時間的に伴うＶＨ、ＶＬの変化（ドリフト）は、通常は４秒以上の時定数を持っており、この間に第１の情報群と第２の情報群を１つずつ、合計２セット(図３の領域Ｒ１、Ｒ２に相当)取得できれば、ΔＶを精度よく算出し、ガス濃度Ｘを演算することができる。そこで、周期時間を２秒以下と規定する。
【００３９】
［第２の実施形態におけるガス濃度演算処理］
次に、図６〜図８を参照し、本発明の第２の実施形態に係る赤外ガスセンサ制御装置のガス濃度演算処理について説明する。
図６は、ＶＨ及びＶＬの取得タイミングを示すタイムチャート（それぞれ図６（ａ）、（ｂ））、及び光源１２１の第１設定光量（ＣＨ），第２設定光量（ＣＬ）を示すタイムチャート（図６（ｃ））を表す。又、図７はＶＨ、ＶＬの取得処理のフローチャート、図８は第１平均信号ＶＨ'を用いたガス濃度演算処理のフローチャートである。
【００４０】
検出中に周囲温度が上昇すると、図６に示すように、ＶＨ及びＶＬは時間と共に増加するため（図６（ａ）、（ｂ））、最初の第１周期時間ＴＷ１にてＶＨ１を検出した後、次の第２周期時間ＴＷ２にてＶＬ１を検出すると、ＶＨ１と同一のタイミング（第１周期時間ＴＷ１）で検出した場合に比べて第２検出信号の値が大きくなる。そこで、第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様に第１周期時間ＴＷ１、ＴＷ３で時間的に連続する２つのＶＨ１、ＶＨ２の値を平均した第１平均信号ＶＨ１'と、ＶＨ１、ＶＨ２の間の第２周期時間ＴＷ２におけるＶＬ１との第１の情報群に基づいてガス濃度の演算を行う。ここで、第１の情報群に用いるＶＨ、ＶＬを図６中に逆三角形の領域Ｒ１で図示する。
このように、第２検出信号（ＶＬ１）と同一の検出タイミング（第２周期時間ＴＷ２）における第１検出信号の予測値（第１平均信号ＶＨ１'）を、他の第１周期時間ＴＷ１、ＴＷ３での第１検出信号（ＶＨ１、ＶＨ２）から推定するため、同一の検出タイミングでＶＨ、ＶＬが得られ、周囲温度の時間的変化に伴うガス濃度の検出精度の低下を抑制することができる。つまり、第２の実施形態に係るガス濃度演算処理では、時間的に連続する２つの第１検出信号ＶＨ１，ＶＨ２の値を平均した第１平均信号ＶＨ１'、２つの第１検出信号ＶＨ１，ＶＨ２の間の第２周期時間ＴＷ２における第２検出信号ＶＬ１からなる第１情報群に基づいて、ガス濃度の演算を行うのである。
【００４１】
但し、第２の実施形態においては、第１周期時間ＴＷ３で第１の情報群を算出した後、次に第１の情報群を算出するタイミングは２周期遅れた第１周期時間ＴＷ５となる。ここで、２回目に算出する第１の関係に用いるＶＨ、ＶＬを図６中に逆三角形の領域Ｒ３で図示する。このように、第１の情報群と第２の情報群の一方のみを算出する場合、周期時間ＴＷの２倍で第１の情報群、つまり同一の検出タイミングでのＶＨ、ＶＬを算出することになるので、ガス濃度の検出精度は第１の実施形態よりは劣るが、マイコンの処理負担が軽減するという利点がある。
【００４２】
次に、図７、図８を参照し、マイコン５０のＣＰＵが実行するＶＨ、ＶＬの取得処理、及びガス濃度演算処理を説明する。
【００４３】
図７に示すように、ＶＨ、ＶＬの取得処理において、まずステップＳ３０２では、ＣＰＵは光源１２１を高光量側（第１設定光量（ＣＨ）側）へ切り替え、赤外線を放射させる。具体的には、電源回路６１により光源１２１の光量を、所定の周期時間ＴＷの間、第１設定光量ＣＨに保持する制御を行う。
次に、Ｓ３０６で、ＣＰＵは、第１検出信号（ＶＨｍ）の取得が初回、つまり、ＶＨ１であるか否かを判定し、Ｎｏであれば濃度演算フラグに１を割り当て（Ｓ３０８）、Ｓ３１２へ移行する。Ｓ３０６でＹｅｓであればＳ３１２へ移行する。なお、第２の実施形態では、第２平均信号ＶＬｎ-１'を算出しないので、演算判定フラグは用いない。
【００４４】
次に、Ｓ３１２で、ＣＰＵは、第１検出信号（ＶＨｍ）を取得し、周期時間ＴＷが経過したか否かを判定する（Ｓ３１４）。Ｓ３１４でＹｅｓであればＳ３１６へ移行し、ＮｏであればＳ３１４に戻ってＴＷが経過するのを待つ。なお、図６、図７の例では、ＴＷ＝２００ｍｓｅｃである。
次に、Ｓ３１６で、ＣＰＵは、光源１２１を低光量側（第２設定光量（ＣＬ）側）へ切り替え、赤外線を放射させる。
次に、Ｓ３２４で、ＣＰＵは、第２検出信号（ＶＬｎ）を取得し、周期時間ＴＷが経過したか否かを判定する（Ｓ３２６）。Ｓ３２６でＹｅｓであればＳ３２８へ移行し、ＮｏであればＳ３２６に戻ってＴＷが経過するのを待つ。
Ｓ３２８で、ＣＰＵは、光源１２１を高光量側（第１設定光量（ＣＨ）側）へ切り替えて赤外線を放射し、Ｓ３０６へ戻る。
以上のようにして取得されたＶＨｍ、ＶＬｎは、濃度演算フラグと関連付けて記憶装置５５（ＲＡＭ）に記憶され、以下のガス濃度演算処理で読み出される。
【００４５】
次に、図８を参照し、ガス濃度演算処理を説明する。なお、ガス濃度演算処理は、上記した周期時間ＴＷ毎に行う。すなわち、図７のＳ３０６〜Ｓ３１４の区間が周期時間ＴＷで処理されるので、Ｓ３１４が経過した時点でガス濃度演算処理（主に第１平均信号ＶＨｍ-１'の算出）が行われ、さらに次の周期時間ＴＷで処理されるＳ３１６〜Ｓ３２６の区間でもガス濃度演算処理（主にＶＬｎの取得）が行われることとなる。
但し、図８の処理は、ステップＳ２０４が無く、Ｓ２０２から直ちにＳ２０６に移行すること以外は、図５で述べた処理のＳ２０６〜Ｓ２２６と同一であるので、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
【００４６】
［第３の実施形態におけるガス濃度演算処理］
次に、図９〜図１１を参照し、本発明の第３の実施形態に係る赤外ガスセンサ制御装置のガス濃度演算処理について説明する。
図９は、赤外ガスセンサ制御装置６０のガス濃度演算処理により、検出信号ΔＶを求める方法の概略を示す。図９の例では、図２の場合と異なり、測定環境の周囲の温度が時間と共に増加量が減少しつつ上昇し、ＶＨ及びＶＬが時間に対して上に凸の曲線となる場合を示している。
【００４７】
図１０は、図９のＶＨ１とＶＨ２の近傍における部分拡大図である。第１の実施形態においては、ＶＨが時間に対してほぼ直線Ｌ１に沿って単純に増加するため、ＶＨ１，ＶＨ２の値を単純平均して第１平均信号ＶＨ１'の値であるＡＶ１を求めた。具体的には、第１周期時間ＴＷ１、ＴＷ３における検出時刻Ｔ１，Ｔ３の中点である検出時刻Ｔ２における直線Ｌ１上のＶＨの値であるＡＶ１をＶＨ１'として算出した。
一方、図９の例では、ＶＨが時間に対して上に凸の曲線Ｌ２で増加するため、検出時刻Ｔ１，Ｔ３の中点である検出時刻Ｔ２において、曲線Ｌ２上のＶＨの値であるＡＶ２はＡＶ１よりも大きい。
そこで、第３の実施形態においては、ＶＨ１，ＶＨ２の値を平均してＡＶ２を求める際、時間の経過と共にＶＨの増加量が小さくなることから、よりＡＶ２の値に寄与するＶＨ１を多く重み付けした加重平均により、ＡＶ２を求める。
具体的には、ＶＨ１'を次式５により算出し、ここで重み係数Ａ＞Ｂとすることで、ＶＨ１を多く重み付けすることができる。
ＶＨｍ-１'＝｛Ａ×（ＶＨ１）＋Ｂ×（ＶＨ２）｝／（Ａ＋Ｂ）・・・（５）
【００４８】
図１１は、それぞれＶＨ及びＶＬの取得タイミングを示すタイムチャート（図１１（ａ）、（ｂ））、光源１２１の第１設定光量（ＣＨ），第２設定光量（ＣＬ）を示すタイムチャート（図１１（ｃ））、並びに外部温度及び赤外線検出素子の温度を示すタイムチャート（図１１（ｄ））を表す。
なお、図１１（ｄ）のタイムチャートは、図４のステップＳ１０４，Ｓ１１８で交互に取得した温度によるものであり、各周期時間ＴＷ１、ＴＷ２・・・で取得した温度をそれぞれＴＨ１、ＴＨ２・・・とする。又、各温度ＴＨ１、ＴＨ２・・・は、正確にはＶＨ、ＶＬの検出時刻における温度であるが、「周期時間ＴＷ」で代表することとする。
図１１は、ＶＨ及びＶＬの時間変化の曲線が異なること以外は、第１の実施形態の図３と同一であるので説明を省略する。
又、図１２は第１平均信号ＶＨ'、及び第２平均信号ＶＬ'を用いたガス濃度演算処理のフローチャートである。なお、ＶＨ、ＶＬの取得処理のフローチャートは第１の実施形態の図４と同一であるので、説明及び図示を省略する。
【００４９】
次に、図１２を参照し、ガス濃度演算処理を説明する。但し、図１２の処理は、ステップＳ２０６の後に、Ｓ２０８に代えてＳ４０７及びＳ４０８の処理を行い、同様にステップＳ２３０の後に、Ｓ２３２に代えてＳ４３１及びＳ４３２の処理を行うこと以外は、図５で述べた処理と同一であるので、図５と同一処理については同一のステップ番号を付して説明を省略する。
図１２において、Ｓ２０６でＶＨｍ-１、ＶＨｍ、ＶＬｎを取得した後、重み係数Ａ、Ｂを取得する（ステップＳ４０７）。ステップＳ４０７の具体的な処理の一例については後述する。
次に、Ｓ４０８では、ＣＰＵは第１平均信号ＶＨｍ-１'を算出する。具体的には、Ｓ２０６で取得したＶＨｍ-１、ＶＨｍ、及びＳ４０７で取得したＡ，Ｂを、次式（６）の入力値としてＶＨｍ−１'を算出する。つまり、ＶＨｍ-１'をＶＨｍ-１、ＶＨｍの加重平均により算出する。
ＶＨｍ-１'＝｛Ａ×（ＶＨｍ-１）＋Ｂ×（ＶＨｍ）｝／（Ａ＋Ｂ）・・・（６）
そして、Ｓ２１０でΔＶを算出し、Ｓ２１２では、Ｓ２１０で算出したΔＶと、濃度換算データとに基づいて、ガス濃度Ｘを算出し、本ガス濃度演算処理を終了する。
【００５０】
同様に、Ｓ２３０でＶＬｎ-１、ＶＬｎ、ＶＨｍを取得した後、重み係数Ａ、Ｂを取得する（ステップＳ４３１）。Ｓ４３１の処理内容はＳ４０７と同様である。
次に、Ｓ４３２では、ＣＰＵは第２平均信号ＶＬｎ-１'を算出する。具体的には、Ｓ２３０で取得したＶＬｎ-１、ＶＬｎ、及びＳ４３１で取得したＡ，Ｂを、次式（７）の入力値としてＶＬｎ+１'を算出する。つまり、ＶＬｎ-１'をＶＬｎ-１、ＶＬｎの加重平均により算出する。
ＶＬｎ-１'＝｛Ａ×（ＶＬｎ-１）＋Ｂ×（ＶＬｎ）｝／（Ａ＋Ｂ）・・・（７）
そして、Ｓ２３４でΔＶを算出し、Ｓ２３６では、Ｓ２３４で算出したΔＶと、濃度換算データとに基づいて、ガス濃度Ｘを算出し、ガス濃度演算処理の最初に戻る。
【００５１】
次に、図１３、図１４を参照し、ステップＳ４０７、Ｓ４３１における重み係数Ａ、Ｂの取得の具体的な処理の一例を説明する。図１３は、ＶＨ及びＶＬの時間変化を推定する方法の一例を示し、図１４はＶＨ及びＶＬの時間変化に対応した重み係数Ａ、Ｂのテーブルの一例を示す。
図１３において、ＣＰＵは、時間的に連続する２つの第１周期時間ＴＷ１，第２周期時間ＴＷ２（正確には上記した時刻Ｔ１、Ｔ２）における温度ＴＨ１、ＴＨ２を通る直線Ｌ１を算出する。そして、ＣＰＵは、次の第１周期時間ＴＷ３における温度ＴＨ３と、第１周期時間ＴＷ３における直線Ｌ１上の仮想温度ＴＨ３'との大小関係、つまりΔＴ＝ＴＨ３'−ＴＨ３の値を算出する。
ΔＴ＝０であれば、ＶＨ及びＶＬは時間に対して直線Ｌに沿って変化するとみなす。一方、ΔＴ＜０であれば、ＶＨ及びＶＬが時間に対して上の凸の曲線Ｌ２に沿って変化するとみなす。同様に、ΔＴ＞０であれば、ＶＨ及びＶＬが時間に対して下の凸の曲線Ｌ３に沿って変化するとみなす。
【００５２】
なお、上記したステップＳ１１８等で、温度センサ１４１から、非分散型赤外ガスセンサ１００の外部温度を取得し、後述する重み係数を変更すると、ガスセンサ１００の使用環境（外部温度）を反映した重み係数とすることができ、ガス濃度の検出精度の低下をさらに抑制することができる。ここで、温度センサ１４１に基づいて重み係数を変更する場合、例えば、外部温度が−４０℃のときと、２５℃のときとで異なる重み係数を用いるが、外部温度によってはヒータ１３０による保温が安定し、重み係数が不要となることもあるので、外部温度が連続的に変化しても重み係数は連続的に変化しない場合が多い。
【００５３】
又、上記したステップＳ１１８等で、温度センサ１４２にて赤外線検出素子１２２の温度から重み係数を変更すると、赤外線検出素子１２２の温度を反映した重み係数とすることができ、ガス濃度の検出精度の低下をさらに抑制することができる。ここで、赤外線検出素子１２２に基づいて重み係数を変更する場合、第３の実施形態のように重み係数は連続的に変化する。
以上のように、温度センサ１４１、１４２の少なくとも一方の温度を用いて重み係数を変更すればよい。但し、上記した例では、温度センサ１４１、１４２のいずれか一方の温度を用いて重み係数を変更しており、温度センサ１４１、１４２の両方の温度を用いる場合には、当該両方の温度と重み係数との関係に基づく数式やテーブル等に基づいて重み係数を変更することになる。
【００５４】
次に、ＣＰＵは、図１４に示すテーブル５５ｔを参照し、ΔＴの値に対応した重み係数Ａ、Ｂの組を取得し、ステップＳ４０７、Ｓ４３１の処理を行う。テーブル５５ｔには、ΔＴの各種値に関連付けて、重み係数Ａ、Ｂの組が記録されている。
なお、図１３の例では、第１周期時間ＴＷ３を経過した時に、ＶＨ及びＶＬの時間変化を判定し、図１４に示すテーブル５５ｔを参照し、ステップＳ４０７に相当する重み係数Ａ、Ｂの組を取得する。そして、次の第２周期時間ＴＷ４を経過した時には、温度ＴＨ２、ＴＨ３を通る直線Ｌ１と、第２周期時間ＴＷ４における温度ＴＨ４とに基づいてΔＴを算出し、ステップＳ４３１に相当する重み係数Ａ、Ｂの組を取得する。このようにして、ＣＰＵは最新の３つの周期時間ＴＷを順次用いて重み係数Ａ、Ｂの組を取得する。
なお、例えば、ΔＴの絶対値が一定の値以下の区間（例えば図１４のテーブル５５ｔではΔＴの絶対値が１以下の区間Ｓ１）では、ＶＨ及びＶＬが時間に対してほぼ直線Ｌに沿って変化するとみなし、Ａ＝Ｂ、つまり第１の実施形態と同様の単純平均により第１平均信号ＶＨ'、及び第２平均信号ＶＬ'を算出してもよい。このようにすると、各ΔＴの値に応じて逐一テーブル５５ｔから重み係数Ａ、Ｂの組を取得する場合に比べ、ＣＰＵの処理負担が軽減される。
【００５５】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、マイコン５０における各処理を実行するための各種のプログラムやデータを記憶するための装置は、マイコン５０の内部に備えられる記憶装置５５に限られることはなく、マイコン５０との間で情報伝達が可能なあらゆる形態の外部記憶装置や記録媒体でもよい。この場合、マイコン５０は、外部記憶装置や記録媒体から読み込んだ各種のプログラムやデータを用いて各処理を実行する。記録媒体としては、例えば、持ち運び可能な半導体メモリ（例えば、ＵＳＢメモリ、メモリカード（登録商標）など）、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤなどの光ディスク、磁気ディスク等が含まれる。
【００５６】
非分散型赤外ガスセンサ１００としては、アルコールセンサ、CO2センサ、COセンサ、HCガスセンサ、NOxガスセンサ、NH3ガスセンサ、アセトンガスセンサ等、赤外線光量を用いて物理量を検知するセンサが挙げられる。
さらに、上記実施形態では「クローズ・パス配置形式」の非分散型赤外ガスセンサを例示したが、これに限られず、反射部と、赤外線検出部（及び波長選択手段）を配置する基台とを長軸方向に離間させ、測定対象ガスを筒（セル）を用いずに光源と赤外線検出部との間がガスを流通させる開放空間とする「オープン・パス配置形式」で構成してもよい。
又、重み係数Ａ、Ｂの組を取得する方法も上記に限られず、例えば所定の計算式によって求めてもよい。
なお、温度、ＶＨ及びＶＬが時間と共に低下する場合は、上記した直線Ｌ１，曲線Ｌ２及びＬ３は、図１３と上下方向が逆となる。
又、赤外線検出素子１２２としては、特定波長を吸収する赤外線波長選択フィルタ１１０を介して特定波長の赤外線を検出するようにしたが、別途他の第２の波長を吸収する第２の赤外線波長選択フィルタを設けた第２の赤外線検出素子を配置してもよい。第２の波長（例えば３．９μｍ）としてガス分子による吸収がない波長の赤外線を選択すれば、例えば光源１２１が劣化したり、反射鏡１０２ａの反射率が低下して赤外線検出素子１２２の検出出力が低下しても、この影響を補正することができる。
【実施例】
【００５７】
図１に示す赤外線分析式ガス濃度検出装置１を用い、周囲の温度及びガス流量を変化させてＶＨ、ＶＬの変化（ドリフト）を生じさせたときの検出信号ΔＶの時間変化を測定した。
非分散型赤外ガスセンサ１００の光源１２１として電球を、赤外線検出素子１２２としてサーモパイルを、赤外線波長選択フィルタ１１０として選択波長４．３μｍのバンドパスフィルタを用い、鏡筒１０２をアルミニウム製とし、ヒータ１３０の制御温度を約５０℃とした。
【００５８】
図１５は、周囲温度を変化させてＶＨ、ＶＬの変化（サーマルドリフト）を生じさせたときの検出信号ΔＶの時間変化を示す。実施例は上記第３の実施形態に係る加重平均を用いたΔＶの算出法によるものとし、比較例は上記図１７に示す従来の技術によるΔＶの算出法による（ＶＨとＶＬの検出タイミングにずれがある）ものとした。但し、図１７のＶ０をＶＬに読み替えた。又、周囲温度は、温度センサ１４２で測定した。
図１５から明らかなように、第１平均信号ＶＨ'及び第２平均信号ＶＬ'を予測し、同一の検出タイミングでＶＨ、ＶＬの差分であるΔＶを算出した実施例の場合、ＶＨとＶＬの検出タイミングにずれがある比較例に比べ、周囲温度が変化しても正しいΔＶが比較的短時間で得られ、周囲温度の時間的変化によるＶＨ、ＶＬのドリフトの影響を速やかに補正し、周囲温度の時間的変化に伴うガス濃度の検出精度の低下を抑制できることが判明した。
【００５９】
図１６は、導入口１０３に導入される測定対象ガスＧの流量を変化させてＶＨ、ＶＬの変化（ドリフト）を生じさせたときの検出信号ΔＶの時間変化を示す。なお、時間と共にガス流量が低下すると周囲の温度が増加し、時間と共にガス流量が増加すると周囲の温度が低下する傾向にある。
図１６から明らかなように、同一の検出タイミングでＶＨ、ＶＬの差分であるΔＶを算出した実施例の場合、ＶＨとＶＬの検出タイミングにずれがある比較例に比べ、測定対象ガスＧの流量変化に伴う周囲温度の変化に対して正しいΔＶが比較的短時間で得られ、周囲のガス流量、の時間的変化によるＶＨ、ＶＬのドリフトの影響を速やかに補正し、ガス流量（周囲温度）の時間的変化に伴うガス濃度の検出精度の低下を抑制できることが判明した。
【符号の説明】
【００６０】
１      赤外線分析式ガス濃度検出装置
５０      ガス濃度演算部
５０，６１      光源制御部
６０      赤外ガスセンサ制御装置
１００      非分散型赤外ガスセンサ
１２１      光源
１２２      赤外線検出部（赤外線検出素子）
１４１      外部温度測定部
１４２      赤外線検出部温度測定部
ＣＨ      第１設定光量
ＣＬ      第２設定光量
ＶＨ      第１検出信号
ＶＨ'      第１平均信号
ＶＬ      第２検出信号
ＶＬ'      第２平均信号
ＴＷ１、ＴＷ３      第１周期時間
ＴＷ２、ＴＷ４      第２周期時間
Ａ、Ｂ      重み係数
【図１】
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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２】
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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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