(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力するレーザ光源と、
掃引信号に高周波の変調信号が重畳された電流を前記レーザ光源に流すことにより前記レーザ光源を駆動するレーザ駆動回路と、
前記レーザ光源のレーザ光をセルを介して受光する光検出部と、
前記光検出部からの出力から前記変調信号の基本周波数を除去するスイッチトキャパシタノッチフィルタと、
前記スイッチトキャパシタノッチフィルタの出力を同期検波することにより前記変調信号の第２高調波信号を抽出する抽出部と、
前記抽出部で抽出された第２高調波信号を解析してガス濃度を測定する信号解析回路と、
を備え、
前記スイッチトキャパシタノッチフィルタは、
入力電圧を入力する第１抵抗と、第２抵抗の一端と第３抵抗の一端と第４抵抗の一端とに反転端子が接続され、前記第２抵抗の他端に出力端子が接続された第１オペアンプと、
前記第１オペアンプの出力端子に接続される第１加算器と、
第１スイッチと第２スイッチと第１コンデンサと第２コンデンサと第２オペアンプとを有するスイッチトキャパシタからなり出力端子が前記第３抵抗の他端に接続され、前記第１加算器の出力が入力される第１積分器と、
第３スイッチと第４スイッチと第３コンデンサと第４コンデンサと第３オペアンプとを有するスイッチトキャパシタからなり出力端子が前記第４抵抗の他端に接続され、前記第１積分器の出力が入力される第２積分器とを有し、
前記第１加算器は、前記第１オペアンプの出力から前記第２積分器の出力を第１負帰還抵抗と第２負帰還抵抗とで分圧した電圧を減算することを特徴とするレーザ式ガス分析装置。
【請求項２】
レーザ光を出力するレーザ光源と、
掃引信号に高周波の変調信号が重畳された電流を前記レーザ光源に流すことにより前記レーザ光源を駆動するレーザ駆動回路と、
前記レーザ光源のレーザ光をセルを介して受光する光検出部と、
前記光検出部からの出力から前記変調信号の第２高調波信号を通過させるスイッチトキャパシタバンドパスフィルタと、
前記スイッチトキャパシタバンドパスフィルタの出力を同期検波することにより前記変調信号の第２高調波信号を抽出する抽出部と、
前記抽出部で抽出された第２高調波信号を解析してガス濃度を測定する信号解析回路と、
を備え、
前記スイッチトキャパシタバンドパスフィルタは、
入力電圧を入力する第１抵抗と、第２抵抗の一端と第３抵抗の一端と第４抵抗の一端とに反転端子が接続され、前記第２抵抗の他端に出力端子が接続された第１オペアンプと、
前記第１オペアンプの出力から所定の電圧を減算する加算器と、
第１スイッチと第２スイッチと第１コンデンサと第２コンデンサと第２オペアンプとを有するスイッチトキャパシタからなり出力端子が前記第３抵抗の他端に接続され、前記加算器の出力が入力される第１積分器と、
第３スイッチと第４スイッチと第３コンデンサと第４コンデンサと第３オペアンプとを有するスイッチトキャパシタからなり出力端子が前記第４抵抗の他端に接続され、前記第１積分器の出力が入力される第２積分器と、
を有することを特徴とするレーザ式ガス分析装置。
【請求項３】
前記スイッチトキャパシタノッチフィルタの入力側に、前記光検出部からの出力から前記掃引信号を除去する第１のハイパスフィルタを備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ式ガス分析装置。
【請求項４】
前記スイッチトキャパシタノッチフィルタの出力側に、前記スイッチトキャパシタノッチフィルタで用いられるクロック周波数の２倍の周波数で発生するエリアシングノイズを除去するローパスフィルタを備えることを特徴とする請求項１又は請求項３記載のレーザ式ガス分析装置。
【請求項５】
前記スイッチトキャパシタバンドパスフィルタの出力側に、前記スイッチトキャパシタバンドパスフィルタで用いられるクロック周波数の２倍の周波数で発生するエリアシングノイズを除去するローパスフィルタを備えることを特徴とする請求項２記載のレーザ式ガス分析装置。
【請求項６】
前記スイッチトキャパシタノッチフィルタは、
入力電圧を入力する第５抵抗と、第６抵抗の一端と第７抵抗の一端とに反転端子が接続され、前記第６抵抗の他端に出力端子が接続された第４オペアンプと、
前記第４オペアンプの出力端子に接続される第２加算器と、
第５スイッチと第６スイッチと第５コンデンサと第６コンデンサと第５オペアンプとを有するスイッチトキャパシタからなり出力端子が前記第７抵抗の他端に接続され、前記第２加算器の出力が入力される第３積分器と、
第７スイッチと第８スイッチと第７コンデンサと第８コンデンサと第６オペアンプとを有するスイッチトキャパシタからなり前記第３積分器の出力が入力される第４積分器と、
第８抵抗を介して前記第４積分器の出力端子と第９抵抗を介して前記第４オペアンプの出力端子と第１０抵抗の一端とに反転端子が接続され、出力端子が前記第１０抵抗の他端に接続された第７オペアンプとを有し、
前記第２加算器は、前記第４オペアンプの出力から前記第４積分器の出力を第３負帰還抵抗と第４負帰還抵抗とで分圧した電圧を減算することを特徴とする請求項１記載のレーザ式ガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変型の半導体レーザを用いてサンプルセル内のガスの濃度を測定するレーザ式ガス分析装置定に関する。
【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、波長可変レーザを利用したレーザ式ガス分析装置が開示されている（特許文献１）。
【０００３】
図１２は、従来のレーザ式ガス分析装置の回路構成図である。このガス分析装置は、正弦波発生器１１、鋸波発生器１２、加算器１３、レーザ駆動回路１４、レーザ光源１０、サンプルセル１５、フォトダイオード１６、アクティブバンドパスフィルタ１７、ロックインアンプ１８、信号解析回路１９を有している。
【０００４】
鋸波発生器１２は、測定対象ガスのある任意の吸収波長帯を掃引する鋸波信号（掃引信号に相当）を発生し、鋸波信号を加算器１３に出力する。正弦波発生器１１は、鋸波発生器１２で発生する掃引信号の１０〜１０００倍程度の周波数ｆの正弦波からなる変調信号を発生し、この変調信号を加算器１３に出力する。
【０００５】
加算器１３は、鋸波発生器１２からの鋸波信号に正弦波発生器１１からの変調信号を重畳し、得られた信号を駆動電流として波長可変半導体レーザからなるレーザ光源１０に流す。
【０００６】
レーザ駆動回路１４は、鋸波発生器１２からの鋸信号に正弦波発生器１１からの変調信号が重畳された駆動電流をレーザ光源１０に流すことによりレーザ光源１０を駆動する。
【０００７】
レーザ光源１０は、レーザ駆動回路１４からの駆動電流により発振して、レーザ光をサンプルセル１５に照射する。レーザ光源１０は、測定対象ガスの吸収波長帯で発振してレーザ光を出力する波長可変半導体レーザからなり、ＤＦＢ−ＬＤやＤＦＢ−ＱＣＬ（量子カスケードレーザ）などである。測定対象ガスは、ＮＨ３、ＮＯ、ＮＯ２、ＳＯ２、ＨＣＬ、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２などである。
【０００８】
レーザ光は、サンプルセル１５内のガスに吸収される。このとき、変調信号の周波数ｆに対して２倍の周波数２ｆにおいてガスの吸収の変化が生じる。
【０００９】
フォトダイオード１６は、サンプルセル１５を通過したレーザ光を受光する。アクティブバンドパスフィルタ１７は、フォトダイオード１６からの信号の内の変調信号の周波数ｆのゲインを低減させる。ロックインアンプ１８は、フォトダイオード１６の出力を変調信号の２倍の周波数で同期検波することにより、２次高調波成分（以下、２ｆスペクトルと呼ぶ。）を得る。信号解析回路１９は、ロックインアンプ１８からの２次高調波成分に基づきガス濃度を計算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２３５４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、アクティブバンドパスフィルタ１７のみでは、信号強度の大きな周波数ｆの変調信号を除去しきれず、信号解析を行う信号強度の小さい周波数２ｆの信号のダイナミックレンジが低下し、周波数２ｆの信号を正確に検出できない。
【００１２】
図１３に従来のレーザ式ガス分析装置のアクティブバンドパスフィルタの周波数特性を示す。ここで、変調周波数ｆを９．８ｋＨｚとしているため、１ｆは、９．８ｋＨｚであり、２ｆは、１９．６ｋＨｚである。１ｆの信号は、数ｄＢ程度しかゲインを低減できないことがわかる。
【００１３】
しかし、１ｆの信号を大幅に低減させようとすると、１ｆと２ｆとの差が小さいため、２ｆの信号のゲインが低下する。
【００１４】
また、温度変化や電子部品の許容差でフィルタ特性が変化し、所望の特性が得られず、周波数２ｆの信号検出のダイナミックレンジを大きくすることができなかった。
【００１５】
本発明の課題は、温度変化や電子部品の許容差でフィルタ特性が変化せず、変調信号の周波数の２倍周波数の信号を正確に検出できるレーザ式ガス分析装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係るレーザ式ガス分析装置は、上記課題を解決するために、レーザ光を出力するレーザ光源と、掃引信号に高周波の変調信号が重畳された電流を前記レーザ光源に流すことにより前記レーザ光源を駆動するレーザ駆動回路と、前記レーザ光源のレーザ光をセルを介して受光する光検出部と、前記光検出部からの出力から前記変調信号の基本周波数を除去するスイッチトキャパシタノッチフィルタと、前記スイッチトキャパシタノッチフィルタの出力を同期検波することにより前記変調信号の第２高調波信号を抽出する抽出部と、前記抽出部で抽出された第２高調波信号を解析してガス濃度を測定する信号解析回路を備え、前記スイッチトキャパシタノッチフィルタは、入力電圧を入力する第１抵抗と、第２抵抗の一端と第３抵抗の一端と第４抵抗の一端とに反転端子が接続され、前記第２抵抗の他端に出力端子が接続された第１オペアンプと、前記第１オペアンプの出力端子に接続される第１加算器と、第１スイッチと第２スイッチと第１コンデンサと第２コンデンサと第２オペアンプとを有するスイッチトキャパシタからなり出力端子が前記第３抵抗の他端に接続され、前記第１加算器の出力が入力される第１積分器と、第３スイッチと第４スイッチと第３コンデンサと第４コンデンサと第３オペアンプとを有するスイッチトキャパシタからなり出力端子が前記第４抵抗の他端に接続され、前記第１積分器の出力が入力される第２積分器とを有し、前記第１加算器は、前記第１オペアンプの出力から前記第２積分器の出力を第１負帰還抵抗と第２負帰還抵抗とで分圧した電圧を減算することを特徴とする。
【００１７】
また、レーザ式ガス分析装置は、レーザ光を出力するレーザ光源と、掃引信号に高周波の変調信号が重畳された電流を前記レーザ光源に流すことにより前記レーザ光源を駆動するレーザ駆動回路と、前記レーザ光源のレーザ光をセルを介して受光する光検出部と、前記光検出部からの出力から前記変調信号の第２高調波信号を通過させるスイッチトキャパシタバンドパスフィルタと、前記スイッチトキャパシタバンドパスフィルタの出力を同期検波することにより前記変調信号の第２高調波信号を抽出する抽出部と、前記抽出部で抽出された第２高調波信号を解析してガス濃度を測定する信号解析回路を備え、前記スイッチトキャパシタバンドパスフィルタは、入力電圧を入力する第１抵抗と、第２抵抗の一端と第３抵抗の一端と第４抵抗の一端とに反転端子が接続され、前記第２抵抗の他端に出力端子が接続された第１オペアンプと、前記第１オペアンプの出力から所定の電圧を減算する加算器と、第１スイッチと第２スイッチと第１コンデンサと第２コンデンサと第２オペアンプとを有するスイッチトキャパシタからなり出力端子が前記第３抵抗の他端に接続され、前記加算器の出力が入力される第１積分器と、第３スイッチと第４スイッチと第３コンデンサと第４コンデンサと第３オペアンプとを有するスイッチトキャパシタからなり出力端子が前記第４抵抗の他端に接続され、前記第１積分器の出力が入力される第２積分器とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、スイッチトキャパシタノッチフィルタ又はスイッチトキャパシタバンドパスフィルタを用いたので、温度変化や電子部品の許容差でフィルタ特性が変化せず、変調信号の周波数の２倍周波数の信号を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１のレーザ式ガス分析装置の回路構成図である。
【図２】実施例１のレーザ式ガス分析装置のスイッチトキャパシタノッチフィルタの周波数特性を示す図である。
【図３】実施例１のレーザ式ガス分析装置の各フィルタの周波数特性を示す図である。
【図４】実施例１のレーザ式ガス分析装置のスイッチトキャパシタを用いた積分器の回路構成図である。
【図５】実施例１のレーザ式ガス分析装置の第１スイッチトキャパシタノッチフィルタの回路構成図である。
【図６】実施例１のレーザ式ガス分析装置の第２スイッチトキャパシタノッチフィルタの回路構成図である。
【図７】従来のレーザ式ガス分析装置に用いられる２次バンドパスフィルタの回路構成図である。
【図８】従来のレーザ式ガス分析装置に用いられるツインＴノッチフィルタの回路構成図である。
【図９】実施例２のレーザ式ガス分析装置の回路構成図である。
【図１０】実施例２のレーザ式ガス分析装置のスイッチトキャパシタバンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。
【図１１】実施例２のレーザ式ガス分析装置のスイッチトキャパシタバンドパスフィルタの回路構成図である。
【図１２】従来のレーザ式ガス分析装置の回路構成図である。
【図１３】従来のレーザ式ガス分析装置のアクティブバンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のレーザ式ガス分析装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、実施例１のレーザ式ガス分析装置の構成図である。図１に示すレーザ式ガス分析装置は、正弦波発生器１１、鋸波発生器１２、加算器１３、レーザ駆動回路１４、レーザ光源１０、サンプルセル１５、フォトダイオード１６、プリアンプ２０、第１ハイパスフィルタ（第１ＨＰＦ）２１、スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２、第１ローパスフィルタ（第１ＬＰＦ）２３、ロックインアンプ１８、第２ハイパスフィルタ（第２ＨＰＦ）２４、信号解析回路１９ａを有している。
【００２２】
正弦波発生器１１、鋸波発生器１２、加算器１３、レーザ駆動回路１４、レーザ光源１０、サンプルセル１５、フォトダイオード１６は、図１２に示すそれらと同一であるので、それらの説明は、省略する。
【００２３】
なお、フォトダイオード１６は、本発明の光検出部に対応する。ロックインアンプ１８は、本発明の抽出部に対応する。
【００２４】
プリアンプ２０は、フォトダイオード１６で受光された出力を所定の電圧まで増幅する。第１ＨＰＦ２１は、遮断周波数が鋸波信号の周波数帯を超える周波数に設定され、図３のフィルタ周波数特性に示すように、プリアンプ２０からの出力から鋸波信号の周波数帯を除去する。
【００２５】
スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２は、第１ＨＰＦ２１からの出力信号から変調信号の基本周波数を除去するもので、図４に示すようなコンデンサＣ１，Ｃ２とスイッチＳ１，Ｓ２とオペアンプＯＡとインバータＩＮＶからなり、フィルタ特性を有する積分器を有している。
【００２６】
スイッチＳ１の一端には電圧ＶINが入力され、スイッチＳ１の他端にはコンデンサＣ１の一端とスイッチＳ２の一端とが接続される。コンデンサＣ１の他端は、接地される。スイッチＳ２の他端にはオペアンプＯＡの反転端子とコンデンサＣ２の一端が接続される。コンデンサＣ２の他端はオペアンプＯＡの出力端子に接続され、オペアンプＯＡの非反転端子は、接地される。インバータＩＮＶは、クロックを反転させてスイッチＳ２に印加する。このため、クロックによりスイッチＳ１とスイッチＳ２とは交互にオンオフする。
【００２７】
スイッチＳ１がオンすると、コンデンサＣ１は、電圧ＶINまで充電される。クロック半周期分で、コンデンサＣ１の電荷量がＶIN×Ｃ１となる。次のクロック半周期に、スイッチＳ２がオンすると、コンデンサＣ１の電荷がコンデンサＣ２に送られる。このため、１クロック周期に、電圧ＶINからオペアンプＯＡの反転端子に送られる電荷量は、ＶIN×Ｃ１となる。電流Ｉは、
Ｉ＝Ｑ／Ｔ＝ＶIN×Ｃ１／Ｔ＝ＶIN×Ｃ１×ｆCLK
で求められる。Ｔはクロック周期である。
【００２８】
等価抵抗Ｒは、
Ｒ＝ＶIN／Ｉ＝１／（Ｃ１×ｆCLK）
となる。この等価抵抗Ｒは、抵抗とコンデンサとオペアンプとを用いた積分器の抵抗に相当する。即ち、クロック入力時にはスイッチＳ１とスイッチＳ２とコンデンサＣ１は、抵抗と同様に動作し、フィルタ特性を有する。
【００２９】
スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２は、第１スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２ａと第２スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２ｂとを有し、各々のフィルタは、内部に図４に示す積分器を有している。
【００３０】
具体的には、第１スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２ａが８段縦続接続され、第２スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２ｂも８段縦続接続されて構成される。
【００３１】
ここでは、１段分の第１スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２ａを図５を用いて、１段分の第２スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２ｂを図６を用いて説明する。
【００３２】
まず、１段分の第１スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２ａを図５を用いて説明する。図５では、回路構成及び各部の周波数特性を示した。周波数特性の内、振幅特性を実線で、位相特性を点線で示した。
【００３３】
第１スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２ａは、抵抗Ｒ１〜Ｒ６、オペアンプ３１、加算器３２、積分器３３，３４を有している。
【００３４】
オペアンプ３１は、非反転端子（＋）が接地され、反転端子（−）に抵抗Ｒ１を介する電圧ＶINが入力されると共に抵抗Ｒ２の一端と抵抗Ｒ３の一端と抵抗Ｒ４の一端とが接続される。オペアンプ３１の出力端子には、ピンＰ１を介して抵抗Ｒ２の他端と加算器３２が接続される。
【００３５】
加算器３２は、オペアンプ３１の出力電圧から、積分器３４からフィードバックされた電圧を抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６とで分圧した電圧を減算し、減算出力電圧を積分器３３に出力する。
【００３６】
積分器３３は、図４に示すようなスイッチトキャパシタからなる積分器から構成され、加算器３２からの出力電圧の内の所定の周波数範囲を通過させるバンドパスフィルタとして機能し、その出力電圧を抵抗Ｒ３の他端と積分器３４に出力する。
【００３７】
積分器３４は、図４に示すようなスイッチトキャパシタからなる積分器から構成され、積分器３３からの出力電圧の内の低域周波数範囲を通過させるローパスフィルタとして機能し、その出力電圧を抵抗Ｒ４の他端と抵抗Ｒ５の一端に出力する。
【００３８】
以上の第１スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２ａによれば、オペアンプ３１は、入力電圧ＶINから、積分器３３から帰還されるＢＰＦ（バンドパスフィルタ）の出力電圧を減算するので、ＢＥＦ（バンドエリミネーションフィルタ）として動作する。また、オペアンプ３１は、入力電圧ＶINから、積分器３４から帰還されるＬＰＦの出力電圧を減算するので、ＨＰＦとして動作する。このため、オペアンプ３１の出力端子からは、約７．５ｋＨｚ近傍を大幅に減衰させるノッチフィルタの機能とハイパスフィルタの機能とを有するハイパスノッチ出力が得られる。
【００３９】
次に、第２スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２ｂを図６を用いて説明する。図６では、回路構成及び各部の周波数特性を示した。周波数特性の内、振幅特性を実線で、位相特性を点線で示した。
【００４０】
第２スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２ｂは、抵抗Ｒ７〜Ｒ１１、ＲL，ＲH、ＲG、オペアンプ４１，４５、加算器４２、積分器４３，４４を有している。
【００４１】
オペアンプ４１は、非反転端子（＋）が接地され、反転端子（−）に抵抗Ｒ７を介する電圧ＶINが入力されると共に抵抗Ｒ８の一端と抵抗Ｒ９の一端とが接続される。オペアンプ３１の出力端子には、ピンＰ１を介して抵抗Ｒ８の他端と加算器４２が接続される。
【００４２】
加算器４２は、オペアンプ４１の出力電圧から、積分器４４からフィードバックされた電圧を抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１とで分圧した電圧を減算し、減算出力電圧を積分器４３に出力する。
【００４３】
積分器４３は、図４に示すようなスイッチトキャパシタからなる積分器から構成され、加算器４２からの出力電圧の内の所定の周波数範囲を通過させるバンドパスフィルタとして機能し、その出力電圧を抵抗Ｒ９の他端と積分器４４に出力する。
【００４４】
積分器４４は、図４に示すようなスイッチトキャパシタからなる積分器から構成され、積分器４３からの出力電圧の内の低域周波数範囲を通過させるローパスフィルタとして機能し、その出力電圧を抵抗Ｒ１０と抵抗ＲLの一端に出力する。
【００４５】
オペアンプ４５の非反転端子は、接地され、反転端子には、抵抗ＲLの他端と抵抗ＲHの一端と抵抗ＲGの一端とが接続される。抵抗ＲHの他端は、オペアンプ４１の出力端子に接続され、抵抗ＲGの他端は、オペアンプ４５の出力端子に接続される。
【００４６】
オペアンプ４５の出力端子からは、ローパスフィルタの機能と約１２ｋＨｚ近傍を大幅に減衰させるノッチフィルタの機能を有するローパスノッチ出力が得られる。
【００４７】
スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２は、図５に示すオペアンプ３１からのハイパスノッチ出力と、図６に示すオペアンプ４５からのローパスノッチ出力とを合成し、約７．５ｋＨｚ〜約１２ｋＨｚを大幅に減衰させるノッチフィルタとして機能する。図２に示すように、約７．５ｋＨｚ〜約１２ｋＨｚにおいて、約８０ｄＢ減衰させることができる。
【００４８】
変調周波数１ｆを９．８ｋＨｚとしているので、約７．５ｋＨｚ〜約１２ｋＨｚの中心周波数となり、変調周波数１ｆを約８０ｄＢ減衰させることができる。
【００４９】
スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２は、クロック周波数で中心周波数を決定できるフィルタＩＣで構成されている。スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２は、クロック周波数の２倍の周波数で見られるノイズであるエリアシングを発生する。
【００５０】
このため、第１ＬＰＦ２３は、スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２により生ずるエリアシングの周波数よりも低い遮断周波数を有するローパスフィルタからなり、スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２により生ずるエリアシングを除去する。
【００５１】
ロックインアンプ１８は、第１ＬＰＦ２３からの信号に含まれる変調信号の２倍の周波数で同期検波することにより、２ｆ信号を得る。２ｆ信号である１９．６ｋＨｚの信号、即ち、同期検波信号は、減衰しないことが図２の特性からもわかる。
【００５２】
第２ＨＰＦ２４は、スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２により生じる低周波側のノイズ、直流成分を削除する。信号解析回路１９は、ロックインアンプ１８からの２次高調波成分に基づきガス濃度を計算する。
【００５３】
このように、実施例１のレーザ式ガス分析装置によれば、１６段のスイッチトキャパシタノッチフィルタ２２により１ｆ信号を除去し、後段のロックインアンプ１８により２ｆ信号を正確に検出し、信号解析が行える。
【００５４】
従来では、図７に示す多重帰還型の二次バンドパスフィルタや図８に示すツインＴノッチフィルタのようなアクティブバンドパスフィルタで構成していたが、ディスクリート部品の許容差、温度ドリフトなどにより最大数百Ｈｚ程度の周波数変動やゲインの低減が見られる。このため、これらのアクティブバンドパスフィルタを多段で構成すると、各段の個体差でフィルタ特性が変化してしまう。
【００５５】
これに対して、本発明のスイッチトキャパシタノッチフィルタ２２は、温度変化、許容差でフィルタ特性が変化せず、減衰特性が急峻であるので、１ｆ信号のみ低減し、２ｆ信号に影響を及ぼさない。また、スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２は、クロック周波数とコンデンサの容量で遮断周波数が決定し、実現が可能である。また、温度変化に対して遮断周波数は、±１ｐｐｍ／℃まで低減することができる。
【００５６】
従って、温度変化や電子部品の許容差でフィルタ特性が変化せず、変調信号の周波数の２倍周波数の信号を正確に検出することができる。これにより、ダイナミックレンジが大きくなり、ガス分析における感度を向上することができる。
【実施例２】
【００５７】
図９は、実施例２のレーザ式ガス分析装置の回路構成図である。図９は、実施例２のレーザ式ガス分析装置は、図１は、実施例１のレーザ式ガス分析装置に対して、第１ＨＰＦ２１を削除し、スイッチトキャパシタノッチフィルタ２２に代えて、スイッチトキャパシタバンドパスフィルタ２６を設けたことを特徴とする。スイッチトキャパシタバンドパスフィルタ２６は、プリアンプ２０からの信号の中から、２ｆ信号のみを通過させる。
【００５８】
図１０は、実施例２のレーザ式ガス分析装置のスイッチトキャパシタバンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。スイッチトキャパシタバンドパスフィルタ２６は、２ｆ信号の周波数１９．６ｋＨｚを中心周波数として、約１５ｋＨｚ〜約２５ｋＨｚを通過させ、１ｆ信号の周波数９．８ｋＨｚを約８０ｄＢ減衰させている。
【００５９】
次に、スイッチトキャパシタバンドパスフィルタ２６を図１１を用いて説明する。図１１では、回路構成及び各部の周波数特性を示した。図１１（ｂ）に周波数特性の内、振幅特性を実線で、位相特性を点線で示した。
【００６０】
スイッチトキャパシタバンドパスフィルタ２６は、図１１に示すスイッチトキャパシタバンドパスフィルタが１６段縦続接続されて構成されている。
【００６１】
スイッチトキャパシタバンドパスフィルタ２６は、抵抗Ｒ２０〜Ｒ２３、オペアンプ６１、加算器６２、積分器６３，６４を有している。
【００６２】
オペアンプ６１は、非反転端子（＋）が接地され、反転端子（−）に抵抗Ｒ２０を介する電圧ＶINが入力されると共に抵抗Ｒ２１の一端と抵抗Ｒ２２の一端と抵抗Ｒ２３の一端とが接続される。オペアンプ６１の出力端子には、ピンＰ１１を介して抵抗Ｒ２１の他端と加算器６２が接続される。
【００６３】
加算器６２は、オペアンプ６１の出力電圧から、グランド電圧を減算し、減算出力電圧を積分器６３に出力する。
【００６４】
積分器６３は、図４に示すようなスイッチトキャパシタからなる積分器から構成され、加算器６２からの出力電圧の内の所定の周波数範囲を通過させるバンドパスフィルタとして機能し、その出力電圧を抵抗Ｒ２２の他端と積分器６４に出力する。
【００６５】
積分器６４は、図４に示すようなスイッチトキャパシタからなる積分器から構成され、積分器６３からの出力電圧の内の低域周波数範囲を通過させるローパスフィルタとして機能し、その出力電圧を抵抗Ｒ２３の一端に出力する。
【００６６】
以上のスイッチトキャパシタバンドパスフィルタ２６によれば、オペアンプ６１からのハイパス出力、積分器６３からのバンドパス出力、積分器６４からのローパス出力がオペアンプ６１の反転端子に帰還され、加算器６２には、積分器６４からの負帰還がないので、バンドパスフィルタとして動作する。
【００６７】
このように実施例２のレーザ式ガス分析装置によっても、実施例１のレーザ式ガス分析装置の効果と同様な効果が得られる。
【符号の説明】
【００６８】
１０  レーザ光源
１１  正弦波発生器
１２  鋸波発生器
１３  加算器
１４  レーザ駆動回路
１５  サンプルセル
１６  フォトダイオード
１７  アクティブバンドパスフィルタ
１８  ロックインアンプ
１９  信号解析回路
２０  プリアンプ
２１  第１ハイパスフィルタ（第１ＨＰＦ）
２２  スイッチトキャパシタノッチフィルタ
２２ａ  第１スイッチトキャパシタノッチフィルタ
２２ｂ  第２スイッチトキャパシタノッチフィルタ
２３  第１ローパスフィルタ（第１ＬＰＦ）
２４  第２ハイパスフィルタ（第２ＨＰＦ）
２６  スイッチトキャパシタバンドパスフィルタ
【図１】
0006520587.tif 000002
【図２】
0006520587.tif 000003
【図３】
0006520587.tif 000004
【図４】
0006520587.tif 000005
【図５】
0006520587.tif 000006
【図６】
0006520587.tif 000007
【図７】
0006520587.tif 000008
【図８】
0006520587.tif 000009
【図９】
0006520587.tif 000010
【図１０】
0006520587.tif 000011
【図１１】
0006520587.tif 000012
【図１２】
0006520587.tif 000013
【図１３】
0006520587.tif 000014