(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルガスに含まれる測定対象成分の濃度を測定するガス分析計であって、
前記測定対象成分の吸収波長を含む光を出射する光源部と、
前記サンプルガスを封止するセルと、
前記セルを通過した前記光の放射スペクトルを取得する受光素子と、
前記受光素子の受光信号を処理し、前記測定対象成分の濃度を測定する信号処理回路と、
前記光源部から前記受光素子までの光路に配置され、前記光の放射スペクトルの波長毎の特性を調整する調整部と
を備えるガス分析計。
【請求項２】
前記セルの内部には、前記セルに導入された前記光が前記セルの内部において複数回反射するように配置された反射ミラーが設けられ、
前記調整部は、前記反射ミラーである
請求項１に記載のガス分析計。
【請求項３】
前記光源部が出射する前記光は、特定波長において放射スペクトルの強度が最大となり、
前記受光素子は、複数の波長における前記光の強度を取得し、
前記反射ミラーは、前記特定波長における反射率が、前記受光素子における前記複数の波長のうち最小波長から最大波長までの波長範囲における平均反射率より低い
請求項２に記載のガス分析計。
【請求項４】
前記セルの内部は、複数の前記反射ミラーが設けられ、
少なくとも１つの前記反射ミラーの反射領域では、少なくとも２つの波長における反射率が、前記平均反射率より低い
請求項３に記載のガス分析計。
【請求項５】
少なくとも１つの前記反射ミラーは、前記セルの外部に配置される
請求項２から４のいずれか一項に記載のガス分析計。
【請求項６】
サンプルガスに含まれる測定対象成分の濃度を測定するガス分析計であって、
前記測定対象成分の吸収波長を含む光を出射する光源部と、
前記サンプルガスを封止するセルと、
前記セルを通過した前記光の放射スペクトルを受光して、受光信号を出力する受光素子と、
予め定められた測定期間に前記受光素子に入射する前記光に応じて前記受光素子が出力する１つ以上の前記受光信号に基づいて、前記測定対象成分の濃度を測定する信号処理回路と
を備え、
前記測定期間は、前記光源部の発光を２回以上含む期間である
ガス分析計。
【請求項７】
前記受光素子は、前記測定期間において複数回露光され、
前記信号処理回路は、前記測定期間内の複数の前記受光信号における前記光の強度を積算する
請求項６に記載のガス分析計。
【請求項８】
前記信号処理回路は、波長毎に複数の前記受光信号における前記光の強度を積算する
請求項７に記載のガス分析計。
【請求項９】
前記信号処理回路は、複数の前記受光信号を積算した積算信号を平均化して、前記測定対象成分の濃度を測定する
請求項７または８に記載のガス分析計。
【請求項１０】
前記光の放射スペクトルの強度に基づいて、前記受光素子の露光期間を変化させる
請求項６に記載のガス分析計。
【請求項１１】
前記受光素子は、前記測定期間において１回露光され、
前記受光素子の露光期間は、前記光源部の発光を２回以上含む期間である
請求項６に記載のガス分析計。
【請求項１２】
前記光源部から前記受光素子までの光路の間に配置され、前記光の放射スペクトルの波長毎の特性を調整する調整部を更に備える
請求項６から１１のいずれか一項に記載のガス分析計。
【請求項１３】
前記光源部は、フラッシュランプである
請求項１から１２のいずれか一項に記載のガス分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分析計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スペクトル分析を利用したガス分析計が知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１  特開２００１−１８８０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ガス分析計は、ガス濃度を精度良く測定できることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、ガス分析計を提供する。ガス分析計は、サンプルガスに含まれる測定対象成分の濃度を測定してよい。ガス分析計は、光源部を備えてよい。光源部は、測定対象成分の吸収波長を含む光を出射してよい。ガス分析計は、セルを備えてよい。セルは、サンプルガスを封止してよい。ガス分析計は、受光素子を備えてよい。受光素子は、セルを通過した光の放射スペクトルを取得してよい。ガス分析計は、信号処理回路を備えてよい。信号処理回路は、受光素子の受光信号を処理してよい。信号処理回路は、測定対象成分の濃度を測定してよい。信号処理回路は、調整部を備えてよい。調整部は、光源部から受光素子までの光路に配置されてよい。調整部は、光の放射スペクトルの波長毎の特性を調整してよい。
【０００５】
セルの内部には、反射ミラーが設けられてよい。反射ミラーは、セルに導入された光がセルの内部において複数回反射するように配置されてよい。調整部は、反射ミラーであってよい。
【０００６】
光源部が出射する光は、特定波長において放射スペクトルの強度が最大となってよい。受光素子は、複数の波長における光の強度を取得してよい。反射ミラーは、特定波長における反射率が、受光素子における複数の波長のうち最小波長から最大波長までの波長範囲における平均反射率より低くてよい。
【０００７】
セルの内部には、複数の反射ミラーが設けられてよい。少なくとも１つの反射ミラーの反射領域では、少なくとも２つの波長における反射率が、平均反射率より低くてよい。
【０００８】
少なくとも１つの反射ミラーは、セルの外部に配置されてよい。
【０００９】
受光素子は、セルを通過した光の放射スペクトルを受光してよい。受光素子は、受光信号を出力してよい。信号処理回路は、予め定められた測定期間に受光素子に入射する光に応じて受光素子が出力する１つ以上の受光信号に基づいて、測定対象成分の濃度を測定してよい。測定期間は、光源部の発光を２回以上含む期間であってよい。
【００１０】
受光素子は、測定期間において複数回露光されてよい。信号処理回路は、測定期間内の複数の受光信号における光の強度を積算してよい。
【００１１】
信号処理回路は、波長毎に複数の受光信号における光の強度を積算してよい。
【００１２】
信号処理回路は、光の放射スペクトルにおける最大の波長において、受光信号の積算を変化させてよい。
【００１３】
信号処理回路は、複数の受光信号を積算した積算信号を平均化して、測定対象成分の濃度を測定してよい。
【００１４】
光の放射スペクトルの強度に基づいて、受光素子の露光期間を変化させてよい。
【００１５】
受光素子は、測定期間において１回露光されてよい。受光素子の露光期間は、光源部の発光を２回以上含む期間であってよい。
【００１６】
光源部は、フラッシュランプであってよい。
【００１７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係るガス分析計１００の一例を示す図である。
【図２】光源部２が出射する光６の放射スペクトルの一例を示す図である。
【図３】所定の波長における光６の強度と、測定誤差との関係を示す図である。
【図４】反射ミラー１２の反射特性の一例を示す図である。
【図５】セル１０が出射する光６の放射スペクトルの一例を示す図である。
【図６】反射ミラー１２の反射特性の他の例を示す図である。
【図７】反射ミラー１２の反射領域５０の他の例を示す図である。
【図８】他の実施形態に係るガス分析計２００の構造例を示す図である。
【図９】他の実施形態に係るガス分析計３００の構造例を示す図である。
【図１０】ランプ駆動周期、発光周期および露光期間の一例を示す図である。
【図１１】比較例に係るランプ駆動周期、発光周期および露光期間の一例を示す図である。
【図１２】積算する回数を変化させた場合の波長毎の差分吸光度を示す図である。
【図１３】図１０に示した実施例と、図１１に示した比較例における、光６の放射スペクトルの強度を比較した図である。
【図１４】ランプ駆動周期、発光周期および露光期間の他の例を示す図である。
【図１５】他の実施形態に係るガス分析計４００の構造例を示す図である。
【図１６】測定期間における光源部２の照射回数と、測定誤差の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２０】
図１は、実施形態に係るガス分析計１００の一例を示す図である。ガス分析計１００は、光源部２、コリメートレンズ４、セル１０、反射ミラー１２、受光素子１８、信号処理回路２０および通信線２２を備える。ガス分析計１００は、サンプルガス３０に含まれる測定対象成分の濃度を測定する。本例において、ガス分析計１００は、光源部２の変動を除去できる差分吸光光度法（ＤＯＡＳ）により、測定対象成分の濃度を測定する。差分吸光光度法を用いることにより、吸光スペクトルの細かな変動成分のみで測定対象成分の濃度を測定でき、安定した測定が可能である。
【００２１】
サンプルガス３０は、測定対象成分が含まれるガスである。本例において、サンプルガス３０は、煙道中を流れる排気ガスである。測定対象成分は、ガス分析計１００の測定の対象であり、例えば、ＳＯ３である。測定対象成分は、ＳＯ２、ＳＯＸ、ＮＯ２、ＮＯ３、ＮＯ、ＮＨ３またはＮＯＸであってもよい。
【００２２】
光源部２は、光６を出射する。本例において、光源部２は、測定対象成分の吸収波長を含む光６を出射する。光源部２は、一例として、発光時間を極短時間に制御できるフラッシュランプである。光源部２は、Ｘｅフラッシュランプであってよい。光源部２としてＸｅフラッシュランプを用い、安定して光６を出射することができる。本例の光源部２は、一定の発光周期で発光することが好ましい。
【００２３】
コリメートレンズ４は、光源部２から出射された光６を集光する。コリメートレンズ４によって集光された光６は、セル１０のセル窓８に照射される。
【００２４】
セル１０は、サンプルガス３０を封止する。セル１０は、セル窓８、サンプルガス導入口２４、サンプルガス排出口２６を有する。セル窓８は、コリメートレンズ４に対向して設けられ、光６が照射される。光６は、セル窓８を介してセル１０内に導入される。サンプルガス導入口２４は、セル１０にサンプルガス３０を導入する。サンプルガス排出口２６は、セル１０からサンプルガス３０を排出する。サンプルガス導入口２４およびサンプルガス排出口２６は、例えば、煙道と接続している。サンプルガス３０に含まれる測定対象成分の濃度を分析する場合、サンプルガス導入口２４を介して、サンプルガス３０をセル１０に導入してよい。また、分析終了後、サンプルガス排出口２６を介して、サンプルガス３０をセル１０から排出してよい。セル１０は、サンプルガス３０を導入または排出するためのポンプを有してもよい。セル１０は、サンプルガス３０中のダストを除去してセル１０内に導入するフィルタを有してもよい。
【００２５】
セル１０の内部には、反射ミラー１２が設けられる。セル１０の内部には、複数の反射ミラー１２が設けられてよい。本例では、セル１０の内部に、反射ミラー１２−１、反射ミラー１２−２および反射ミラー１２−３が設けられる。図１では、反射ミラー１２−１は、サンプルガス導入口２４側に設けられ、反射ミラー１２−２および反射ミラー１２−３は、サンプルガス排出口２６側に設けられる。図１では、反射ミラー１２−２および反射ミラー１２−３を分離して示しているが、反射ミラー１２−２および反射ミラー１２−３は、一体のミラーであってもよい。セル１０は、ホワイトセル形式のセルであってよい。サンプルガス導入口２４側とは、セル１０の内部の中央よりもサンプルガス導入口２４側の領域を指し、サンプルガス排出口２６側とは、セル１０の内部の中央よりもサンプルガス排出口２６側の領域を指す。
【００２６】
反射ミラー１２は、セル１０に導入された光６がセル１０内部において複数回反射するように配置される。より具体的には、反射ミラー１２は、サンプルガス導入口２４側の領域、および、サンプルガス排出口２６側の領域のそれぞれにおいて、光６が少なくとも１回ずつ反射するように配置される。反射ミラー１２は、光６が、サンプルガス導入口２４側の領域でｍ回反射し（ｍは１以上の整数）、サンプルガス排出口２６側の領域でｍ＋１回反射するように配置される。この場合、光６は、セル窓８からセル１０の外部に射出する。図１の例では、反射ミラー１２は、光６が３回反射されるように配置されている。反射回数は３回に限定されず、反射ミラー１２を調整することにより、３回以上反射されてもよい。反射回数は、１５回であってもよい。反射回数を増やすことにより、光６の光路長を長くすることができ、測定対象成分が微量であっても精度良く濃度を測定することができる。反射ミラー１２は、後述する調整部４０としても機能してよい。反射ミラー１２は、反射領域５０を有する。反射ミラー１２の反射領域とは、反射ミラー１２が光６を反射する箇所である。
【００２７】
受光素子１８は、セル１０を通過した光６の放射スペクトルを取得する。受光素子１８は、波長ごとに光６の放射スペクトルの強度を取得する。受光素子１８は、フィルタを有してよい。本例では、受光素子１８のフィルタは、波長が２００ｎｍ以上で４００ｎｍ以下の範囲の光のみを分光する。フィルタは、光６を複数の波長帯域に分光してもよい。この場合、受光素子１８は、光６の強度を波長毎に取得できる。受光素子１８は、複数の波長における光６の強度を取得してよい。受光素子１８は、一例として、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｃｕｃｔｏｒ）ラインセンサである。受光素子１８が取得した光６の放射スペクトルは、受光信号として信号処理回路２０に送信される。
【００２８】
信号処理回路２０は、受光素子１８の受光信号を処理する。信号処理回路２０は、受光素子１８の受光信号に基づいて、サンプルガス３０の測定対象成分の濃度を測定する。信号処理回路２０は、測定対象成分の吸収波長における光６の強度の変化を取得することにより、測定対象成分の濃度を測定してよい。信号処理回路２０は、受光素子１８と通信線２２を介して接続している。図１の例では、信号処理回路２０と受光素子１８は有線接続であるが、無線接続であってもよい。
【００２９】
図２は、光源部２が出射する光６の放射スペクトルの一例を示す図である。図２において、横軸は波長を示し、縦軸は光６の強度を示す。
【００３０】
図２において、波長が２３０ｎｍの場合に、光６の強度が０．２０以上を示す（領域Ｒ１）。また、波長が３３０ｎｍの場合に、光６の強度が０．０５以下を示す（領域Ｒ２）。領域Ｒ１の強度は、領域Ｒ２の強度の４倍以上である。したがって、受光素子１８が受光する光の範囲（波長が２００ｎｍ以上で４００ｎｍ以下の範囲）において、強度に差が生じている。
【００３１】
図３は、所定の波長における光６の強度と、測定誤差との関係を示す図である。図３における縦軸の値が小さいほど、測定誤差が小さいことを示す。図３において、光６の強度が大きくなると、測定誤差が小さくなる。つまり、光６の強度が大きくなると、測定精度が向上している。測定誤差の一因としては、受光素子１８における熱雑音、受光素子１８に入射する迷光等が考えられるが、光６の強度が大きいほど、信号対雑音比を大きくできる。
【００３２】
受光素子１８に用いられるＣＭＯＳラインセンサのダイナミックレンジは、一般的に１００ｄＢ程度であり、図３の横軸の光６の強度に合わせると、６５５３５が最大値となる。図２に示した通り、受光素子１８が受光する光の範囲（波長が２００ｎｍ以上で４００ｎｍ以下の範囲）において、強度に４倍程度の差が生じている。受光素子１８のダイナミックレンジの上限値（例えば６５５３５）を領域Ｒ１の強度に合わせると、領域Ｒ２の放射強度に対応する受光素子１８の測定値は、１６３８３．７５（６５５３５÷４）以下となる。つまり、複数の波長における光６の強度に差異があると、いずれかの波長における受光素子１８のダイナミックレンジが小さくなり、当該波長における測定精度が悪化してしまう。このため、複数の波長において光６の強度を測定する場合、それぞれの測定波長における光６の強度の差異をできるだけ小さくすることが好ましい。
【００３３】
本例において、ガス分析計１００は、調整部４０を備える。調整部４０は、光６の放射スペクトルの波長毎の特性を調整する。調整部４０は、光源部２から放射された後の光６の放射スペクトルを調整する。調整部４０は、光源部２から受光素子１８までの光路に配置される。本例における調整部４０は、反射ミラー１２である。反射ミラー１２における反射特性を波長毎に調整することで、セル１０内を伝搬する光６の放射スペクトルを調整できる。ガス分析計１００が、光６の放射スペクトルの波長毎の特性を調整する調整部４０を備えるため、光６の放射スペクトルの強度の差を抑えることができ、測定精度を向上させることができる。
【００３４】
図４は、反射ミラー１２の反射特性の一例を示す図である。図４において、反射ミラー１２の波長毎の反射率を示している。本例において、反射ミラー１２−１、反射ミラー１２−２および反射ミラー１２−３が図４の反射特性を有する。反射ミラー１２−１のすべての反射領域５０、反射ミラー１２−２のすべての反射領域５０および反射ミラー１２−３のすべての反射領域５０が図４の反射特性を有してよい。
【００３５】
図４に示す通り、反射ミラー１２は、特定波長λ１の反射率が、所定の波長範囲における平均反射率より低い。所定の波長範囲とは、例えば受光素子１８において測定する複数の波長のうち、最小の波長から、最大の波長までの範囲であってよい。所定の波長範囲とは、受光素子１８が感度を有する波長範囲であってもよい。所定の波長範囲とは、光源部２が出射する光６が強度を有する波長範囲であってもよい。図４の例では、平均反射率は、２００ｎｍから４００ｎｍの間の反射率の平均である。図４の例では、平均反射率は０．９に近い値となる。特定波長λ１とは、反射率が平均反射率より低い特定の波長である。特定波長λ１は、一例として、光源部２が出射する光６の放射スペクトルにおける強度が最大の波長である。当該波長範囲における反射率は、特定波長λ１において極小値となってよい。また、特定波長λ１における反射率は、当該波長範囲における平均値と極小値との間の中央値よりも小さくてよい。特定波長λ１は、一例として、２３０ｎｍである。光源部２が出射する光６の放射スペクトルにおける強度が最大の特定波長λ１において、反射ミラー１２における反射光の強度を抑えることができるため、受光素子１８が受光する光６の放射スペクトルの強度の差を抑えることができる。
【００３６】
セル１０から出射する光６における波長λの出射光強度をＩλｏｕｔ、セル１０の内部で反射ミラー１２において反射される回数をｎ回とし、セル１０に入射する光６における波長λの入射光強度をＩλｉｎ、波長λの反射率をＲλとする。反射率Ｒλは１よりも小さい。出射光強度Ｉλｏｕｔは、下記数１で表される。下記数１で表されるように、ｎを増やすことで出射光強度Ｉλｏｕｔを低くすることができる。
【数１】
0006801815.tif 000002
【００３７】
反射ミラー１２の反射特性は、反射ミラー１２に誘電体多層膜を成膜することによって調整することができる。誘電体多層膜の膜厚、材料、層構造等を調整し、特定波長λ１の反射率以外の反射率を向上させることにより、特定波長λ１の反射率を相対的に低くすることができる。誘電体多層膜は、反射ミラー１２の反射領域に部分的に設けられてもよい。
【００３８】
図５は、セル１０が出射する光６の放射スペクトルの一例を示す図である。図５において、横軸は波長を示し、縦軸は光６の強度を示す。図５に示す通り、波長が２３０ｎｍ付近において、光６の強度が弱まっている。セル１０の内部に調整部４０が設けられるため、光６の放射スペクトルの強度の差を抑えることができ、測定精度を向上することができる。
【００３９】
図６は、反射ミラー１２の反射特性の他の例を示す図である。反射特性は、複数の特定波長において、反射率が平均反射率より低くてよい。図６の反射特性は、特定波長λ１だけでなく特定波長λ２において、反射率が平均反射率より低い。特定波長λ２は、一例として、３７０ｎｍである。特定波長λ２についても強度を抑えることができ、異なる特定波長において強度を抑えることができる。特定波長λ１における反射率と、特定波長λ２における反射率は、同一であってよく、異なっていてもよい。２つの特定波長のうち、光源部２が出射する光６の放射スペクトルにおける強度がより大きい方の特定波長の反射率を、他方の特定波長の反射率よりも小さくしてよい。
【００４０】
図７は、反射ミラー１２の反射領域５０の他の例を示す図である。図７において、反射ミラー１２−１は、反射領域５０−１、反射領域５０−２および反射領域５０−３を有する。また、反射ミラー１２−２は、反射領域５０−４を有する。反射ミラー１２−３は、反射領域５０−５を有する。図７の例において、光６は、光６−１、光６−２、光６−３、光６−４、光６−５、光６−６、光６−７および光６−８の順に反射している。図７において反射回数は、７回である。
【００４１】
少なくとも１つの反射ミラー１２の反射領域５０では、少なくとも２つの波長において、反射率が平均反射率より低くてよい。図７の例では、反射ミラー１２−１の反射領域５０の少なくとも１つ（反射領域５０−１、反射領域５０−２および反射領域５０−３の少なくとも1つ）が、図６の反射特性を有してよい。この場合、反射ミラー１２−１の残りの反射領域５０、反射ミラー１２−２の反射領域５０−４および反射ミラー１２−３の反射領域５０−５が、図４の反射特性を有してよい。また、反射ミラー１２−２の反射領域５０−４が図６の反射特性を有し、反射ミラー１２−１のすべての反射領域５０および反射ミラー１２−３の反射領域５０−５が図４の反射特性を有してよい。反射ミラー１２−３の反射領域５０−５が図６の反射特性を有し、反射ミラー１２−１のすべての反射領域５０および反射ミラー１２−２の反射領域５０−４が図４の反射特性を有してよい。少なくとも1つの反射領域５０が図６の反射特性を有するため、図６の反射特性で反射される回数は、図４の反射特性で反射される回数より少なくなる。そのため、特定波長λ２は、特定波長λ１と比べ弱められる回数が少なくなり、光６の放射スペクトルの波長毎の強度を調整することができる。また、反射ミラー１２−１のすべての反射領域５０、反射ミラー１２−２の反射領域５０−２および反射ミラー１２−３の反射領域５０−３が図６の反射特性を有してもよい。
【００４２】
図８は、他の実施形態に係るガス分析計２００の構造例を示す図である。本実施形態のガス分析計２００は、セル１０の外部に調整部４０として反射ミラー１４を備える点で、図１のガス分析計１００と異なる。ガス分析計２００のそれ以外の構成は、ガス分析計１００と同一であってよい。
【００４３】
少なくとも１つの反射ミラー１４は、セル１０の外部に配置されるため、セル１０から出射された後、光６の放射スペクトルの強度を抑えることができる。したがって、セル１０の内部の構成を変更することなく、簡易に光６の放射スペクトルの強度を調整することができる。また、この場合、反射ミラー１２―１、反射ミラー１２−２および反射ミラー１２−３は、調整部４０として機能してよく、調整部４０として機能しなくてもよい。
【００４４】
図９は、他の実施形態に係るガス分析計３００の構造例を示す図である。ガス分析計３００は、光源部２、コリメートレンズ４、セル１０、反射ミラー１２、受光素子１１８、信号処理回路１２０および通信線２２を備える。ガス分析計１００は、サンプルガス３０に含まれる測定対象成分の濃度を測定する。光源部２、コリメートレンズ４、セル１０および反射ミラー１２は、図１のガス分析計１００の構成と同様であってよい。なお、反射ミラー１２は、調整部４０であってもよいし、調整部４０でなくてもよい。本例では、反射ミラー１２は、調整部４０ではない。
【００４５】
受光素子１１８は、セル１０を通過した光６の放射スペクトルを取得する。受光素子１１８は、波長毎に光６の放射スペクトルの強度を取得する。受光素子１１８は、フィルタを有してよい。本例では、受光素子１１８のフィルタは、波長が２００ｎｍ以上で４００ｎｍ以下の範囲の光のみを分光する。受光素子１１８は、一例として、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｃｕｃｔｏｒ）ラインセンサである。受光素子１１８が取得した光６の放射スペクトルは、受光信号として信号処理回路１２０に出力される。受光素子１１８は、予め定められた測定期間に受光素子１１８に入射する光６に応じて、受光信号を出力する。測定期間は、受光素子１１８が光６の放射スペクトルを取得する期間である。受光素子１１８は、測定期間中に、少なくとも一回の露光を実施する。露光とは、所定の露光期間の間、受光素子１１８に光６を照射して、受光素子１１８が当該期間に受光した光の積算強度に応じた受光信号を生成することである。測定期間中に、複数回の露光が実施されてもよい。つまり、測定期間中に、受光素子１１８が複数の受光信号を生成してもよい。受光素子１１８の露光は、受光素子１１８の電子シャッターを制御することにより、実施されてよい。受光素子１１８の露光は、受光素子１１８のメカニカルシャッターを制御することにより、実施されてもよい。
【００４６】
信号処理回路１２０は、受光素子１１８の受光信号を処理する。信号処理回路１２０は、測定期間中に受光素子１１８が出力する１つまたは複数の受光信号に基づいて、サンプルガス３０の測定対象成分の濃度を測定する。信号処理回路１２０は、測定対象成分の吸収波長における強度の変化を取得することにより、測定対象成分の濃度を測定してよい。信号処理回路１２０は、受光素子１１８と通信線２２を介して接続している。
【００４７】
本例において、測定期間は、光源部２の発光を２回以上含む期間である。測定期間を光源部２の発光を２回以上含む期間にすることで、光源部２が出射する複数回の光６の強度を積算することができる。例えばフラッシュランプのように発光期間が短い光源では、発光毎に発光強度がばらつきやすい。また、発光毎に、光の放射スペクトルの形状も変化する場合がある。本例によれば、光源部２の発光毎の特性ばらつきによる測定誤差を低減できる。
【００４８】
図１０は、ランプ駆動周期、発光周期および露光期間の一例を示す図である。図１０において、ランプ駆動周期および発光周期はＴ１であり、露光期間はＴ２であり、測定期間はＴ３である。本例では、露光期間Ｔ２は、発光周期Ｔ１の３倍以上であり、測定期間Ｔ３は、発光周期Ｔ１の６倍以上である。
【００４９】
図１０の例では、受光素子１１８は、１回の測定期間Ｔ３において１回露光されている。また、受光素子１１８の露光期間Ｔ２は、発光周期Ｔ１の２倍以上である。図１０の例では、測定期間Ｔ３において１回の露光であるが、受光素子１１８の露光期間Ｔ２は、発光周期Ｔ１の２倍以上であるため、複数回の光を積算し、ＳＮ比を向上することができる。
【００５０】
図１１は、比較例に係るランプ駆動周期、発光周期および露光期間の一例を示す図である。図１１において、ランプ駆動周期および発光周期はＴ４であり、露光期間はＴ５であり、測定期間はＴ６である。発光周期Ｔ４および測定期間Ｔ６は発光周期Ｔ１の６倍であり、露光期間Ｔ５は、発光周期Ｔ１の３倍以上である。露光期間Ｔ２と露光期間Ｔ５は、同一であり、測定期間Ｔ３と測定期間Ｔ６は、同一である。
【００５１】
図１２は、積算する回数を変化させた場合の波長毎の差分吸光度を示す図である。図１２では、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に積算する回数を変化している。図１２に示すように、積算する回数を増やした場合、測定誤差が少なくっている。フラッシュランプのように発光期間が短い光源では、発光毎に発光強度がばらつきやすい。積算回数を増やすことのより、光源部２の発光毎の特性ばらつきを平均化することができる。したがって、図１０に示した実施例は、図１１に示した比較例に比べ、測定誤差を低減することができる。
【００５２】
図１３は、図１０に示した実施例と、図１１に示した比較例における、光６の放射スペクトルの強度を比較した図である。図１３に示される通り、図１０に示した実施例では複数回の光を積算しているため、図１１に示した比較例に比べ、強度を大きくすることができる。図１０に示した実施例は、さらに平均化することにより、図１１に示した比較例に比べ、測定誤差を低減することができる。
【００５３】
図１４は、ランプ駆動周期、発光周期および露光期間の他の例を示す図である。図１４において、ランプ駆動周期および発光周期はＴ７であり、露光期間はＴ８であり、測定期間はＴ９である。発光周期Ｔ７は発光周期Ｔ１と同一であり、露光期間Ｔ８は、発光周期Ｔ１の２倍以上であり、測定期間Ｔ９は、発光周期Ｔ１の６倍以上である。測定期間Ｔ９は、測定期間Ｔ３と同一である。
【００５４】
受光素子１１８は、測定期間Ｔ９において複数回露光されてよい。図１４において、受光素子１１８は、測定期間Ｔ９において２回露光される。信号処理回路１２０は、測定期間Ｔ９内の複数の受光信号における光６の強度を積算してよい。図１４において、信号処理回路１２０は、２つの受光信号における強度を積算する。受光素子１１８が、測定期間Ｔ９において複数回露光される構成でも、ＳＮ比を向上することができる。
【００５５】
なお、信号処理回路１２０は、波長毎に複数の受光信号における光６の強度を積算してよい。また、受光素子１１８または信号処理回路１２０は、波長毎に測定期間を制御してよく、露光期間を制御してもよい。例えば受光素子１１８は、光６の強度がより大きい波長に対する露光時間を、より短くしてよい。同様に、信号処理回路１２０は、光６の強度がより大きい波長に対する測定期間を、より短くしてよい。波長毎に積算方法を変更することで、光６の放射スペクトルの強度差を抑えることができる。また、受光信号における信号強度が飽和することを抑制できる。
【００５６】
また、信号処理回路１２０は、複数の受光信号を積算した積算信号を平均化して、測定対象成分の濃度を測定してよい。例えば、図２の領域Ｒ１近傍の波長と図２の領域Ｒ１近傍以外の波長それぞれについて積算した後、積算回数で平均を取得する。平均化することにより、積算回数が異なる波長においても比較することが可能となり、精度良く濃度測定をすることができる。
【００５７】
光６の放射スペクトルの強度に基づいて、受光素子１１８の露光期間を変化させてもよい。受光素子１１８の露光期間を変化させるのは、受光素子１１８であってもよく、信号処理回路１２０であってもよい。例えば、強度を大きくする場合、測定期間の露光回数を増やしてもよい。一例として、図１４のように、露光回数を２回にすることができる。
【００５８】
また図１４の例において、１回の露光期間Ｔ８における光源部２の発光回数は１回であってもよい。この場合でも、１回の測定期間Ｔ９における光源部２の発光回数は複数回になる。このため、測定精度を向上できる。
【００５９】
図１５は、他の実施形態に係るガス分析計４００の構造例を示す図である。ガス分析計４００は、通信線１２２を備える点で、図９のガス分析計３００と異なる。ガス分析計４００のそれ以外の構成は、ガス分析計３００と同一であってよい。
【００６０】
図１５において、信号処理回路１２０は、通信線１２２を介して、光源部２の照射回数を制御する。光源部２の照射回数とは、１回の測定期間中に、光６が照射される回数である。したがって、光源部２の照射回数を制御するとは、光源部２の発光周期を制御することである。
【００６１】
ガス分析計４００は、サンプルガス３０のガス濃度が０ｐｐｍの時の特定の波長の受光強度Ｐ０と、サンプルガス３０がセル１０内に導入されたときの当該波長の受光強度Ｐを測定し、下記数２で示される吸光度Ａを算出する。数２に示されるように、受光強度Ｐ０が小さいと、受光強度Ｐが変動した場合に、吸光度Ａは大きく変化してしまう。つまり、受光強度Ｐ０が小さい状態で光源部２の発光ばらつきにより受光強度Ｐが変動すると、吸光度Ａの測定結果が大きく変動する。このため、受光強度Ｐ０は、できるだけ大きいことが好ましい。一方で、受光強度Ｐ０は、光源部２、受光素子１８、セル窓８等の特性の経時変化により、徐々に低下する場合がある。信号処理回路１２０が、通信線１２２を介して、光源部２の照射回数を調整することにより、受光強度Ｐ０を大きくすることが好ましい。信号処理回路１２０は、測定した受光強度Ｐ０が所定の閾値を下回った場合に、光源部２の照射回数を増加させてよい。
【数２】
0006801815.tif 000003
【００６２】
図１６は、測定期間における光源部２の照射回数と、測定誤差の関係を示す図である。測定誤差とは、同一のサンプルガス３０を複数の測定期間にわたって測定した場合の、各測定期間における測定結果のばらつきの大きさを示す。図１６に示す通り、照射回数を増やすほど、測定誤差を減らし、測定精度を向上することができる。
【００６３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００６４】
２・・光源部、４・・コリメートレンズ、６・・光、８・・セル窓、１０・・セル、１２・・反射ミラー、１４・・反射ミラー、１８・・受光素子、２０・・信号処理回路、２２・・通信線、２４・・サンプルガス導入口、２６・・サンプルガス排出口、３０・・サンプルガス、４０・・調整部、５０・・反射領域、１００・・ガス分析計、１１８・・受光素子、１２０・・信号処理回路、１２２・・通信線、２００・・ガス分析計、３００・・ガス分析計、４００・・ガス分析計
【要約】
【課題】ガス分析計は、ガス濃度を精度良く測定できることが好ましい。
【解決手段】サンプルガスに含まれる測定対象成分の濃度を測定するガス分析計は、測定対象成分の吸収波長を含む光を出射する光源部と、サンプルガスを封止するセルと、セルを通過した光の放射スペクトルを取得する受光素子と、受光素子の受光信号を処理し、測定対象成分の濃度を測定する信号処理回路と、光源部から受光素子までの光路の間に配置され、光の放射スペクトルの波長毎の特性を調整する調整部とを備える。
【選択図】図１【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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