(57)【要約】【課題】赤外線光源のピーク消費電力を抑え、赤外線光源の寿命を延ばすとともに、赤外線光源の点滅により生じる電気的ノイズを低減することができる赤外線ガス分析計を実現する。【解決手段】試料ガスが流通する試料セルを有し、この試料セルを通過した赤外光における吸収量の変化を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、駆動電圧の印加により赤外光を点消灯する赤外線光源と、この赤外線光源から出射され前記試料セルを通過した赤外光と前記試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器と、前記赤外線光源に前記駆動電圧を印加する光源駆動波形制御部とを備え、前記光源駆動波形制御部は、前記赤外線の点灯消灯の切り替えの際に駆動電圧を一定の傾斜をもって変化させることを特徴とする赤外線ガス分析計。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガスが流通する試料セルを有し、この試料セルを通過した赤外光における吸収量の変化を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、
駆動電圧の印加により赤外光を点消灯する赤外線光源と、
この赤外線光源から出射され前記試料セルを通過した赤外光と前記試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器と、
前記赤外線光源に前記駆動電圧を印加する光源駆動波形制御部とを備え、
前記光源駆動波形制御部は、前記赤外線の点灯消灯の切り替えの際に駆動電圧を一定の傾斜をもって変化させることを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項２】
試料ガスが流通する試料セルを有し、この試料セルを通過した赤外光における吸収量の変化を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、
駆動電圧の印加により赤外光を点消灯する赤外線光源と、この赤外線光源から出射され前記試料セルを通過した赤外光と前記試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器とを備えた第１の光学系と、
この第１の光学系と等しい応答特性を有する第２の光学系と、
前記第１および第２の光学系における赤外線光源を、光学系ごとに異なる位相で駆動する光源駆動位相制御部と、
を具備したことを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項３】
試料ガスが流通する試料セルを有し、この試料セルを通過した赤外光における吸収量の変化を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、
駆動電圧の印加により赤外光を点消灯する赤外線光源と、この赤外線光源から出射され前記試料セルを通過した赤外光と前記試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器とを備えた第１の光学系と、
この第１の光学系と等しい応答特性を有する第２の光学系と、
前記第１および第２の光学系における赤外線光源を、光学系ごとに異なる位相で駆動する光源駆動位相制御部と、
前記第１および第２の光学系における赤外線光源に前記駆動電圧を出力する光源駆動波形制御部とを備え、
前記光源駆動波形制御部は、前記赤外線の点灯消灯の切り替えの際に駆動電圧を一定の傾斜をもって変化させることを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項４】
前記光源駆動制御部は、前記第１および第２の光学系を逆位相で駆動することを特徴とする請求項２または３に記載の赤外線ガス分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象ガスにおける赤外光の吸収特性を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は従来の赤外線ガス分析計の一例を示す構成図である。１１、１２は熱応答性に優れた赤外線光源で、第１の赤外線光源１１は試料セル１３に第１の赤外光を照射する。また、第２の赤外線光源１２は検出器１４におけるバランス側室１４２に第２の赤外光を照射する。ここで、フローセンサ１４３は、試料セル１３を介して入射する第１の赤外光を受ける試料側室１４１とバランス側室１４２とを結ぶガス流通路に配置されている。したがって、検出器１４は試料セル１３を通過した第１の赤外光と、第２の赤外線光源１２から直接入射する第２の赤外光との差を検出することになる。なお、第１および第２の赤外線光源１１、１２には、応答特性の揃った赤外線光源が使用される。
【０００３】
１５は光源駆動信号を発生して、第１および第２の赤外線光源１１、１２を同期的に駆動する光源駆動制御部、１６は、検出器１４（フローセンサ１４３）からの出力信号を受け、試料ガス中の測定対象成分濃度に応じた測定出力を発生する測定制御部である。
【０００４】
光源駆動制御部１５は、例えば、一定周期の矩形波よりなる駆動電圧を第１および第２の赤外線光源１１、１２に印加し、第１および第２の赤外線光源１１、１２を同期的に直接オンオフさせる。したがって、第１および第２の赤外線光源１１、１２が点灯した時には、検出器１４の各室間には第１の赤外光と第２の赤外光との差に応じた差圧が発生し、第１および第２の赤外線光源１１、１２が消灯した時には、差圧が発生せず、フローセンサ１４３からは試料ガスにおける測定対象成分濃度に応じた出力が発生される。
測定制御部１６は、第１および第２の赤外線光源１１、１２の駆動信号（同期信号）を利用して、フローセンサ１４３の出力を同期整流し、試料ガス中の測定対象成分濃度に応じた測定出力を発生する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２５８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図５に示したような光学系に矩形波の駆動電圧の印加によりオンオフ動作を行うと、赤外線光源１１、１２のピーク消費電力が大きくなる、大電力を投入するので赤外線光源の寿命が短くなる、オンオフ時に急激に消費電力が変化するので大きな電気的ノイズが発生する、などの問題が発生してしまう。
【０００７】
図６は赤外線光源の駆動電圧、抵抗値および消費電力の関係を示す図である。（ａ）は赤外線光源１１と１２に印加する駆動電圧、（ｂ）は赤外線光源１１と１２の抵抗値、（ｃ）は赤外線光源１１と１２の消費電力を示している。横軸は時間であり、時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は赤外線光源のオン期間である。
熱応答性に優れ高速のオンオフ動作が可能な赤外線光源の点灯消灯を、（ａ）に示すような矩形波の駆動電圧の印加により行うと、駆動電圧の立ち上がり時（時刻ｔ１、ｔ３）に大きな電力消費が起こる。
【０００８】
消費電力が大きいと、そのピーク値をカバーできるように電力設備も大規模で高コストなものとなってしまう。また、ピーク消費電力が大きいと赤外線光源の素子に負担がかかり、素子の定格内であっても素子の寿命が短くなってしまう。さらに、時刻ｔ１、ｔ３では急激に消費電力が変化するため、大きな電気的ノイズが発生してしまう。
【０００９】
また、分析作業の効率を上げるため１台の赤外線ガス分析計に図５のような光学系を複数設ける場合がある。各光学系における駆動タイミングによっては消費電力のピーク同士が重なり、これらの問題がさらに顕著となってしまう。
【００１０】
図７は光学系を２つ有する赤外線ガス分析計の一例を示す構成図であり、図５の赤外線ガス分析計の光学系と同じものを、第１の光学系（１）および第２の光学系（２）として設けたものである。第１の光学系（１）と第２の光学系（２）にそれぞれ一定周期の矩形波の駆動電圧を印加してオンオフ動作を繰り返す場合に、各光学系における赤外線光源の発光タイミングを考慮しなければ、各光学系の消費電力のピークが重なってしまう可能性がある。
【００１１】
図８は光学系を２つ有する赤外線ガス分析計の消費電力変化の一例を示す図である。（ａ）は第１の光学系の消費電力Ｗ１、（ｂ）は第２の光学系の消費電力Ｗ２、（ｃ）は第１および第２の光学系の消費電力の和を示している。
時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は第１および第２の光学系の赤外線光源をオンしている期間である。時刻ｔ１、ｔ３において消費電力Ｗ１と消費電力Ｗ２のピークが重なり、第１および第２の光学系の消費電力の和は各光学系におけるピーク消費電力の２倍になっている。ピーク値が高くなれば、前述の電力設備や素子寿命等の問題がさらに顕著になってしまう。
【００１２】
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、赤外線光源のピーク消費電力を抑え、赤外線光源の寿命を延ばすとともに、赤外線光源の点滅により生じる電気的ノイズを低減することができる赤外線ガス分析計を実現することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、試料ガスが流通する試料セルを有し、この試料セルを通過した赤外光における吸収量の変化を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、
駆動電圧の印加により赤外光を点消灯する赤外線光源と、
この赤外線光源から出射され前記試料セルを通過した赤外光と前記試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器と、
前記赤外線光源に前記駆動電圧を印加する光源駆動波形制御部とを備え、
前記光源駆動波形制御部は、前記赤外線の点灯消灯の切り替えの際に駆動電圧を一定の傾斜をもって変化させることを特徴とする。
【００１４】
請求項２では、試料ガスが流通する試料セルを有し、この試料セルを通過した赤外光における吸収量の変化を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、
駆動電圧の印加により赤外光を点消灯する赤外線光源と、この赤外線光源から出射され前記試料セルを通過した赤外光と前記試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器とを備えた第１の光学系と、
この第１の光学系と等しい応答特性を有する第２の光学系と、
前記第１および第２の光学系における赤外線光源を、光学系ごとに異なる位相で駆動する光源駆動位相制御部と、
を具備したことを特徴とする。
【００１５】
請求項３では、試料ガスが流通する試料セルを有し、この試料セルを通過した赤外光における吸収量の変化を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、
駆動電圧の印加により赤外光を点消灯する赤外線光源と、この赤外線光源から出射され前記試料セルを通過した赤外光と前記試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器とを備えた第１の光学系と、
この第１の光学系と等しい応答特性を有する第２の光学系と、
前記第１および第２の光学系における赤外線光源を、光学系ごとに異なる位相で駆動する光源駆動位相制御部と、
前記第１および第２の光学系における赤外線光源に前記駆動電圧を出力する光源駆動波形制御部とを備え、
前記光源駆動波形制御部は、前記赤外線の点灯消灯の切り替えの際に駆動電圧を一定の傾斜をもって変化させることを特徴とする。
【００１６】
請求項４では、請求項２または３に記載の赤外線ガス分析計において、前記光源駆動制御部は、前記第１および第２の光学系を逆位相で駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
このように、赤外線の点灯消灯切り替え時の赤外線光源の駆動電圧を一定の傾斜をもって、すなわちランプ状に変化させることで、赤外線光源のピーク消費電力を抑え、赤外線光源の寿命を延ばすとともに、赤外線光源の点滅により生じる電気的ノイズを低減することができる赤外線ガス分析計を実現することができる。ピーク消費電力の低減によって、赤外線光源の電源容量を抑え、保護回路等の電力設備を簡素化することができ、またコストダウンにもつながる。
【００１８】
また、請求項２によれば、第１と第２の光学系を有する場合に、第１と第２の光学系における赤外線光源の駆動タイミングの位相が異なるため、各光学系の消費電力のピークが重ならない。そのため、第１および第２の光学系全体のピーク消費電力を低減することができ、赤外線ガス分析計全体としての電力設備の簡素化や電気的ノイズ低減を図ることができる。
【００１９】
請求項３によれば、第１と第２の光学系を有する場合に、各光学系において赤外線のオンオフ切り替え時の赤外線光源の駆動電圧をランプ状に変化させるため、赤外線光源のピーク消費電力を抑え、赤外線光源の素子の寿命を延ばすとともに、赤外線光源から生じる電気的ノイズを低減することができる。さらに、第１と第２の光学系における赤外線光源の駆動タイミングの位相が異なるため、各光学系の消費電力のピークが重ならない。そのため、第１および第２の光学系全体のピーク消費電力を低減することができ、赤外線ガス分析計全体としての電力設備の簡素化や電気的ノイズ低減を図ることができる。
【００２０】
請求項４によれば、第１と第２の赤外線光源を逆位相で駆動するため、消費電力がピークとなるタイミングが最も重なりにくくなり、光学系全体のピーク消費電力の低減にさらに効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明の赤外線ガス分析計を説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の赤外線ガス分析計の一実施例を示す構成図である。本実施例の赤外線ガス分析計は光学系が２つある場合を示したものであり、第１の光学系（１）と第２の光学系（２）、測定制御部１６，２６は図７の従来例と同様である。
【００２３】
３は光源駆動制御部であり、光源駆動位相制御部３１、光源駆動波形制御部３２，３３から構成される。光源駆動位相制御部３１は、第１の光学系（１）および第２の光学系（２）の赤外線光源の点滅タイミングの制御を行う。
【００２４】
光源駆動位相制御部３１は、第１の光学系（１）と第２の光学系（２）を異なるタイミングで駆動する。すなわち、それぞれの光学系の赤外線光源の点滅が異なる位相となるように各赤外線光源の駆動タイミングを制御する。
【００２５】
図２は第１および第２の光学系の消費電力変化を示す図であり、第１と第２の光学系の駆動タイミングを逆位相（１８０°）とした例である。（ａ）は第１の光学系の消費電力Ｗ１、（ｂ）は第２の光学系の消費電力Ｗ２、（ｃ）は第１および第２の光学系の消費電力の和を示している。
時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は第１の光学系（１）の赤外線光源をオンしている期間であり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は第２の光学系（２）の赤外線光源をオンしている期間である。
【００２６】
消費電力Ｗ１は時刻ｔ１、ｔ３でピークとなり、消費電力Ｗ２は時刻ｔ２、ｔ４においてピークとなる。第１の光学系（１）と第２の光学系（２）は逆位相で駆動されるため、消費電力Ｗ１がピークとなるタイミングと、消費電力Ｗ２がピークとなるタイミングは重ならない。したがって、消費電力Ｗ１とＷ２のピーク同士が重なるのを回避でき、第１および第２の光学系全体のピーク消費電力を低減することができる。
【００２７】
図１に戻り、光源駆動波形制御部３２は第１の光学系（１）の赤外線光源１１，１２に印加する駆動電圧の波形制御を行う。光源駆動位相制御部３１で各光学系を駆動する位相をずらすだけでなく、駆動電圧の波形制御によってもピーク消費電力を低減する効果を得ることができる。
【００２８】
図３は赤外線光源の駆動電圧、抵抗値および消費電力の関係を示す図である。（ａ）は赤外線光源１１と１２に印加する駆動電圧、（ｂ）は赤外線光源１１と１２の抵抗値、（ｃ）は赤外線光源１１と１２の消費電力を示している。横軸は時間であり、時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は赤外線光源１１，１２のオン期間である。
【００２９】
光源駆動波形制御部３２では、図に示すように、赤外線光源１１，１２の駆動電圧の立ち上がり（時刻ｔ１、ｔ３）をランプ状に変化させる。駆動電圧の立ち上がりをランプ状とすると、矩形波の駆動電圧を印加した場合に比べて消費電力の立ち上がりが緩やかになる。これにより第１の光学系（１）のピーク消費電力を低減することができる。
同様に、光源駆動波形制御部３３では第２の光学系（２）の赤外線光源２１，２２に印加する駆動電圧の波形制御を行い、第２の光学系（２）のピーク消費電力を低減する。
【００３０】
図４は第１および第２の光学系の消費電力変化を示す図であり、第１と第２の光学系の駆動タイミングを逆位相（１８０°）とするとともに、各光学系の赤外線光源の駆動電圧の立ち上がりをランプ状に変化させた例である。（ａ）は第１の光学系の消費電力Ｗ１、（ｂ）は第２の光学系の消費電力Ｗ２、（ｃ）は第１および第２の光学系の消費電力の和を示している。
【００３１】
時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は第１の光学系（１）の赤外線光源をオンしている期間であり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は第２の光学系（２）の赤外線光源をオンしている期間である。
第１の光学系（１）と第２の光学系（２）は逆位相で駆動されるため、消費電力Ｗ１がピークとなるタイミングと、消費電力Ｗ２がピークとなるタイミングは重ならない。さらに、各光学系の赤外線光源の駆動電圧の立ち上がりがランプ状となるため、矩形波の駆動電圧を印加した場合に比べてピーク消費電力が低減される。これにより、光学系全体としてのピーク消費電力を大幅に低減することができる。
【００３２】
ピーク消費電力を低減することによって、赤外線光源の電源容量を抑え、保護回路等の電力設備が小規模で済み、赤外線ガス分析計のコストダウンにつながる。さらに、ピーク消費電力の低減によって赤外線光源の寿命を延ばすことができ、また、電流の急変により生じる電気的ノイズも低減することができる。
【００３３】
また、本実施例では、光源駆動波形制御部３２，３３において、赤外線光源のオン時（駆動電圧の立ち上がり時）にのみ駆動電圧をランプ状に変化させたが、赤外線光源のオフ時（駆動電圧の立ち下り時）も同様に駆動電圧をランプ状に変化させてよい。赤外線光源のオフ時も駆動電圧をランプ状に変化させれば、オフ時の消費電力の急変が小さくなり、電気的ノイズの発生量を低減することができる。なお、赤外線光源に印加する駆動電圧の波形は図３（ａ）に示すランプ形状に限らず、これに類似する波形であってもよい。
【００３４】
また、本実施例の赤外線ガス分析計は第１と第２の２つの光学系を有しているが、より多くの光学系を設ける場合には、光源駆動位相制御部において各光学系の数に応じてそれぞれの光学系の駆動タイミングが重ならないようにする。たとえば、光学系が３つ存在する場合には１／３ずつ、光学系が４つ存在する場合には１／４ずつ各光学系の位相をずらして駆動する。
【００３５】
また、本実施例では光源駆動の位相制御と波形制御の両方を行ったが、いずれか一方のみでもピーク消費電力の低減を図ることができ、赤外線光源の寿命を延ばしたり電気的ノイズを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は本発明の赤外線ガス分析計の一実施例を示す構成図。
【図２】図２は第１および第２の光学系の消費電力変化を示す図。
【図３】図３は赤外線光源の駆動電圧、抵抗値および消費電力の関係を示す図。
【図４】図４は第１および第２の光学系の消費電力変化を示す図。
【図５】図５は従来の赤外線ガス分析計の一例を示す構成図。
【図６】図６は赤外線光源の駆動電圧、抵抗値および消費電力の関係を示す図。
【図７】図７は光学系を２つ有する赤外線ガス分析計の一例を示す構成図。
【図８】図８は光学系を２つ有する赤外線ガス分析計の消費電力変化の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１      第１の光学系
２      第２の光学系
１１，２１      第１の赤外線光源
１２，２２      第２の赤外線光源
１３，２３      試料セル
１４，２４      検出器
１４１，２４１  試料側室
１４２，２４２  バランス側室
１４３，２４３  フローセンサ
１６，２６      測定制御部
３      光源駆動制御部
３１    光源駆動位相制御部
３２，３３      光源駆動波形制御部
【図１】
2008145106.tif 000003
【図２】
2008145106.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008145106.tif 000007
【図６】
2008145106.tif 000008
【図７】
2008145106.tif 000009
【図８】
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