(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象ガスを検出するための光を発光する発光部と、
前記発光部の発光を制御する制御部と、
前記発光部が発光し空間を経た光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した信号を処理する演算部と、を備えて前記空間における測定対象ガスの濃度厚み積を算出するガス測定装置であって、
前記測定対象ガスの光吸収波長を示すリファレンスと、前記発光部が発光し前記リファレンスを経た光を受光するリファレンス受光部と、を備え、
前記制御部は、前記リファレンス受光部の受光信号のフィードバックを得て、前記発光部に矩形波電流を入力することで、前記発光部が発光する光の波長に前記測定対象ガスの吸収波長及び非吸収波長に亘る変化を与え、
前記演算部は、前記受光部が受光した前記吸収波長の光の受光信号及び前記非吸収波長の光の受光信号に基づき、前記測定対象ガスの濃度厚み積を算出するガス測定装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記受光部が受光した前記吸収波長の光の受光信号と、前記非吸収波長の光の受光信号との差分に基づき測定対象ガスの濃度厚み積を算出する請求項１に記載のガス測定装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記受光部が受光した前記吸収波長及び前記非吸収波長に亘る受光信号時系列データを得て、当該受光信号時系列データに基づき、前記測定対象ガスの濃度厚み積を算出する請求項１に記載のガス測定装置。
【請求項４】
前記演算部は、受光信号時系列データを、前記吸収波長の光を受光する吸収線受光期間で積分し当該積分値に基づき、前記測定対象ガスの濃度厚み積を算出する請求項３に記載のガス測定装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記非吸収波長の光を受光する非吸収線受光期間で積分し当該積分値と、前記吸収線受光期間の積分値とに基づき、前記測定対象ガスの濃度厚み積を算出する請求項４に記載のガス測定装置。
【請求項６】
前記演算部は、前記非吸収波長の光の受光信号に基づき、測定エラーを判定する請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のガス測定装置。
【請求項７】
前記演算部は、前記受光部が受光した前記吸収波長の光の受光信号と、前記リファレンス受光部が受光した前記吸収波長の光の受光信号とに基づき測定対象ガスの濃度厚み積を算出する請求項１に記載のガス測定装置。
【請求項８】
前記演算部は、前記受光部が受光した前記吸収波長及び前記非吸収波長に亘る受光信号時系列データ、及び前記リファレンス受光部が受光した前記吸収波長及び前記非吸収波長に亘るリファレンス受光信号時系列データを得て、当該受光信号時系列データと当該リファレンス受光信号時系列データとに基づき、前記測定対象ガスの濃度厚み積を算出する請求項１に記載のガス測定装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記発光部の温度を一定に制御する請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載のガス測定装置。
【請求項１０】
前記演算部は、前記制御部による前記矩形波電流の入力タイミング信号との同期と、前記矩形波電流の入力に伴う前記発光部が発光する光の波長の時間変化特性データの参照とが可能にされた請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載のガス測定装置。
【請求項１１】
前記発光部の発光素子として分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）を備える請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載のガス測定装置。
【請求項１２】
前記演算部は、前記発光部の発光タイミングと前記受光部の受光タイミングの時差に基づき、前記発光部から前記受光部までの光路距離を測定する請求項１から請求項１１のうちいずれか一に記載のガス測定装置。
【請求項１３】
前記発光部が発光する光で前記空間を走査する走査機構を備える請求項１から請求項１２のうちいずれか一に記載のガス測定装置。
【請求項１４】
前記発光部と、前記受光部とが前記空間を挟んで対向配置される請求項１から請求項１２のうちいずれか一に記載のガス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の濃度厚み積を算出するガス測定装置としては、吸収波長と非吸収波長の２波長の受光信号強度の差分を取り濃度厚み積を求める差分吸収法（DIAL,DOAS)によるものと、ガス吸収線を中心に基本波fで変調し、２倍波２ｆとの受光信号比により濃度厚み積を求める２ｆ検波方式によるものとが挙げられる。
前者は、直接差分による演算で、濃度厚み積を算出する演算処理自体は簡易であり、距離の測定も可能だが、２波長を出射するために、発光周期を遅くする、レーザーダイオードを２個用いるなど複雑な処理、装置構成が必要である。
後者は、微小な信号変化を特定周波数の出力を取り出し演算することにより、高感度に測定が可能で、非常にコンパクトな設計が可能な技術である。しかし濃度厚み積を算出する演算が複雑になり、距離測定も困難となり、発光周期の高速化も難しい。
また、両者とも波長を測定対象の吸収波長位置に一定に保つことが非常に難しいほか、レーザーダイオードの出力に依存し、波長が変わるため、測定中のレーザーパワーを一定にすることも難しい。波長は温度と入力電流により決まるため、ハイパワーで所望の波長を出力することにも制限が生じる。【０００３】
特許文献１には、一つのレーザー光源と、ＯＰＯ(光パラメトリック発振）と、エタロン板とを用いてガスの吸収波長、非吸収波長の２波長のレーザー光を外部へ照射し、反射光をダイクロイックミラーで分光し、それぞれの波長に対応した検出器の出力より測定対象の濃度厚み積を算出する発明が記載さている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５９６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の発明にあっては、レーザー光源が一つで済むものの、ＯＰＯ、さらにはダイクロイックミラー、エタロンフィルタ、２種類の検出器を用いるなど、全体としては必要な構成部品も多く複雑化する。【０００６】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、比較的簡単な構成で発光及び受光検出、濃度厚み積の算出が可能であり、発光の出力を一定に保った状態で吸収波長及び非吸収波長に亘り波長を変えて出力することができるガス測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、測定対象ガスを検出するための光を発光する発光部と、
前記発光部の発光を制御する制御部と、
前記発光部が発光し空間を経た光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した信号を処理する演算部と、を備えて前記空間における測定対象ガスの濃度厚み積を算出するガス測定装置であって、
前記測定対象ガスの光吸収波長を示すリファレンスと、前記発光部が発光し前記リファレンスを経た光を受光するリファレンス受光部と、を備え、
前記制御部は、前記リファレンス受光部の受光信号のフィードバックを得て、前記発光部に矩形波電流を入力することで、前記発光部が発光する光の波長に前記測定対象ガスの吸収波長及び非吸収波長に亘る変化を与え、
前記演算部は、前記受光部が受光した前記吸収波長の光の受光信号及び前記非吸収波長の光の受光信号に基づき、前記測定対象ガスの濃度厚み積を算出するガス測定装置である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記演算部は、前記受光部が受光した前記吸収波長の光の受光信号と、前記非吸収波長の光の受光信号との差分に基づき測定対象ガスの濃度厚み積を算出する請求項１に記載のガス測定装置である。【０００９】
請求項３記載の発明は、前記演算部は、前記受光部が受光した前記吸収波長及び前記非吸収波長に亘る受光信号時系列データを得て、当該受光信号時系列データに基づき、前記測定対象ガスの濃度厚み積を算出する請求項１に記載のガス測定装置である。【００１０】
請求項４記載の発明は、前記演算部は、受光信号時系列データを、前記吸収波長の光を受光する吸収線受光期間で積分し当該積分値に基づき、前記測定対象ガスの濃度厚み積を算出する請求項３に記載のガス測定装置である。【００１１】
請求項５記載の発明は、前記演算部は、前記非吸収波長の光を受光する非吸収線受光期間で積分し当該積分値と、前記吸収線受光期間の積分値とに基づき、前記測定対象ガスの濃度厚み積を算出する請求項４に記載のガス測定装置である。【００１２】
請求項６記載の発明は、前記演算部は、前記非吸収波長の光の受光信号に基づき、測定エラーを判定する請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のガス測定装置である。【００１４】
請求項７記載の発明は、前記演算部は、前記受光部が受光した前記吸収波長の光の受光信号と、前記リファレンス受光部が受光した前記吸収波長の光の受光信号とに基づき測定対象ガスの濃度厚み積を算出する請求項１に記載のガス測定装置である。
【００１５】
請求項８記載の発明は、前記演算部は、前記受光部が受光した前記吸収波長及び前記非吸収波長に亘る受光信号時系列データ、及び前記リファレンス受光部が受光した前記吸収波長及び前記非吸収波長に亘るリファレンス受光信号時系列データを得て、当該受光信号時系列データと当該リファレンス受光信号時系列データとに基づき、前記測定対象ガスの濃度厚み積を算出する請求項１に記載のガス測定装置である。
【００１６】
請求項９記載の発明は、前記制御部は、前記発光部の温度を一定に制御する請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載のガス測定装置である。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、前記演算部は、前記制御部による前記矩形波電流の入力タイミング信号との同期と、前記矩形波電流の入力に伴う前記発光部が発光する光の波長の時間変化特性データの参照とが可能にされた請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載のガス測定装置である。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、前記発光部の発光素子として分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）を備える請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載のガス測定装置である。
【００１９】
請求項１２記載の発明は、前記演算部は、前記発光部の発光タイミングと前記受光部の受光タイミングの時差に基づき、前記発光部から前記受光部までの光路距離を測定する請求項１から請求項１１のうちいずれか一に記載のガス測定装置である。
【００２０】
請求項１３記載の発明は、前記発光部が発光する光で前記空間を走査する走査機構を備える請求項１から請求項１２のうちいずれか一に記載のガス測定装置である。
【００２１】
請求項１４記載の発明は、前記発光部と、前記受光部とが前記空間を挟んで対向配置される請求項１から請求項１２のうちいずれか一に記載のガス測定装置である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、発光部に、矩形波電流等の落差のある２つの値の間で急峻に変化する電流を入力することで、ＤＦＢ−ＬＤなど発光素子の応答特性を利用して、発光部が発光する光の波長に測定対象ガスの吸収波長及び非吸収波長に亘る変化を与えるので、比較的簡単な構成で発光及び受光検出、濃度厚み積の算出が可能であり、入力電流を一定にすることで発光の出力を一定に保つことができ、これにより発光の出力を一定に保った状態で吸収波長及び非吸収波長に亘り波長を変えて出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態においてＤＦＢ−ＬＤに入力する矩形波電流の波形図である。
【図２】ＤＦＢ−ＬＤの矩形波電流の入力に対する波長の時間変化を示す一例のグラフである。
【図３Ａ】本発明の一実施形態において受光信号時系列データを表すグラフで、非検出時の例を示す。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態において受光信号時系列データを表すグラフで、検出時の例を示す。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態において受光信号時系列データを表すグラフで、図３Ｂの部分拡大図である。
【図４】発光素子の入力電流の変化に対する波長の変化の温度特性を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係るガス測定装置の構成ブロック図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態においてリファレンス受光信号時系列データを表す一例のグラフである。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態において受光信号時系列データを表す一例のグラフである。
【図７】本発明の他の一実施形態に係る投光ユニットと受光ユニットに分かれた装置形態の構成ブロック図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態において受光信号時系列データを表すグラフで、非検出時の例を示す。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態において受光信号時系列データを表すグラフで、検出時の例を示す。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態において受光信号時系列データを表すグラフで、測定エラー時の例を示す。
【図９】本発明の一実施形態において利用する距離測定原理の概略を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００２５】
ＤＦＢ−ＬＤに急峻な電流変化を加えた際に、発熱量の増加に伴い活性層の屈折率が上昇し、波長が長波長側にμsからｍｓオーダーで非線形的に変化することが知られている。本発明はその波長変化により、測定対象ガスの吸収波長及び非吸収波長に亘る変化を与える。ＤＦＢ−ＬＤに急峻な電流変化を加えるため、図１に示すような矩形波電流を入力する。なお、この矩形波電流を一定にすることで、発光の出力を一定に保つことができる。
ＤＦＢ−ＬＤに図１の矩形波電流を入力すると、図２に示すようにＤＦＢ−ＬＤの出射光の波長が変化する。この波長変化範囲に測定対象ガスの吸収波長があるようにする。
このように波長変化するＤＦＢ−ＬＤの出射光を、測定対象空間を経て受光すると、図３Ａ又は図３Ｂに示すような受光信号時系列データが得られる。図３Ａは、測定対象空間に測定対象ガスが無かった場合であり略矩形状の波形となるが、測定対象空間に測定対象ガスがあるとその濃度厚み積に応じて吸収波長の光が吸収されるので図３Ｂに示すように１つの矩形部ａの天面のそれぞれに負のピークａ１が生じる。
負のピークａ１に隣接する正のピークａ２，ａ３は、非吸収波長の受光信号であるので、負のピークａ１と、正のピークａ２又はａ３との相対性により測定対象ガスの濃度厚み積を算出可能である。例えば、図３Ｃに示すように、負のピークａ１の受光信号と、正のピークａ２の受光信号との差分に基づき測定対象ガスの濃度厚み積を算出する。
【００２６】
以上のような発光素子の入力電流に急峻な電流変化を加えたときの波長変化の応答特性は、図４に示すように温度にも依存する。図４に示すように吸収波長λ１を横切るタイミングが温度によって異なってしまうため、発光素子の温度を一定に保つことが好ましい。
【００２７】
図５に本発明によるガス測定装置の一例の構成図を示す。
図５に示すようにガス測定装置１００は、測定対象ガスＧ１を検出するための光（測定光１０１）を発光する発光部１０２と、発光部１０２の発光を制御する制御部１０３と、発光部１０２が発光し測定対象空間Ｓ１を経た光（反射物Ｒ１で反射）を受光する受光部１０４と、受光部１０４が受光した信号Ｖ１を処理する演算部１０５と、を備える。
また、ガス測定装置１００は、測定対象ガスの光吸収波長を示すリファレンス１０６と、発光部１０２が発光しリファレンス１０６を経た光を受光するリファレンス受光部１０７とを備える。
さらにガス測定装置１００は、発光部１０２が発光した光を測定光１０１と、リファレンス１０６参照用の光１０８とに分配するビームスプリッター１０９、受光部１０４の検出値を増幅する増幅器１１０、リファレンス受光部１０７の検出値を増幅する増幅器１１１、増幅器１１０及び増幅器１１１の各出力信号をＡＤ変換するＡＤ変換器１１２等を備える。
発光部１０２は、発光素子として分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）を備える。
演算部１０５は、ＡＤ変換器１１２から、受光部１０４が受光したガスＧ１の吸収波長及び非吸収波長に亘る受光信号時系列データを得る。
演算部１０５は、ＡＤ変換器１１２から、リファレンス受光部１０７が受光したガスＧ１の吸収波長及び非吸収波長に亘るリファレンス受光信号時系列データを得る。
【００２８】
リファレンス１０６は、測定対象そのものや測定対象が反応する波長とおなじ波長で応答する別の物質や構造物とされる。例えばリファレンス１０６としては、測定対象の物質を封じ込めたガスセルを使用できる。
リファレンス受光信号時系列データに確実に負のピークａ１があるように、制御部１０３は、リファレンス受光部１０７の受光信号のフィードバックを得て、電流制御部１１３を制御して発光部１０２に矩形波電流を入力することで、発光部１０２が発光する光の波長に測定対象ガスＧ１の吸収波長及び非吸収波長に亘る変化を与える。
その間、制御部１０３は温度制御部１１４を制御して発光部１０２の温度を一定に保つ。温度制御部１１４にペルチェ素子などの温調素子が含まれる。
【００２９】
演算部１０５は、受光部１０４が受光した吸収波長の光の受光信号及び非吸収波長の光の受光信号（受光信号時系列データ）に基づき、測定対象ガスＧ１の濃度厚み積（下記ｄ・ｃ）を算出する。
各機能ブロック（演算部１０５、制御部１０３、温度制御部１１４、及び電流制御部１１３）は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）がＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ(Random Access Memory）、外部記憶装置（例えば、フラッシュメモリやハードディスク）に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、各機能ブロックの一部又は全部は、ＣＰＵによる処理に代えて、又は、これと共に、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）による処理によって実現されてもよい。又、同様に、各機能ブロックの一部又は全部は、ソフトウェアによる処理に代えて、又は、これと共に、専用のハードウェア回路による処理によって実現されてもよい。
演算部１０５の算出方式の例を以下に挙げる。
【００３０】
（２値差分方式）
図３Ｃに示すように、負のピークａ１の受光信号Ｖ（λ２）と、正のピークａ２の受光信号Ｖ（λ１）との差分Ｖ（λ２）／Ｖ（λ１）に基づき測定対象ガスの濃度厚み積を算出する。受光信号Ｖ（λ１）は受光部１０４が受光した吸収波長λ１の光の受光信号に相当し、受光信号Ｖ（λ２）は受光部１０４が受光した非吸収波長λ２の光の受光信号に相当するから、従来の差分吸収法（DIAL,DOAS)と同様に濃度厚み積を算出する。
すなわち、次のようにランベルトベールの法則に基づいて測定対象の吸収帯の信号と非吸収帯の信号の差分でえられる信号から濃度厚み積を算出する方法を実施する。今、測定光１０１の光路上に測定対象ガスＧ１が存在しているものと仮定する。吸収波長λ１のレーザー光は、測定対象ガスＧ１によく吸収され、測定対象ガスＧ１中を透過した場合吸収波長λ１のレーザー光の強度は、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの次式１で以下のように表される。
【００３１】
Ｉｔ＝Ｉｉ×ｅｘｐ（−ａ・ｐ・ｄ・ｃ）×α・・・式１
ここで、 Ｉｔ：レーザー光の受信強度
Ｉｉ：レーザー光の発信強度
ａ：吸収係数（ａｔｍ-1・ｍ-1）
ｐ：気体圧力（ａｔｍ）
ｄ：レーザー光が被検出ガス中を透過する長さ（ｍ）
ｃ：測定対象ガスの濃度（ｐｐｍ）
α：背景におけるレーザー光の散乱係数
従って、測定対象ガスＧ１の濃度厚み積ｄ・ｃは吸収波長λ１のレーザー光に付いては、次式２で表される。
【００３２】
【数１】
0006756999.tif 000002
ここで、各レーザー光に関する数値については、最後尾に添字の１または２を付けて表示する。
【００３３】
一方、非吸収波長λ２のレーザー光は、測定対象ガスＧ１がレーザー光の通過の途中に発生していたとしても、吸収波長λ１のレーザー光に比較して吸収率が小さく、よく透過する。従って、レーザー光の通過途中に測定対象ガスＧ１があってもレーザー光の強度は殆ど影響を受けない場合を想定できる。そこで、各レーザー光に対する送信側と受信側のおけるレーザー光の強度の差が、測定対象ガスＧ１の濃度厚み積に応じて生じると考えるのである。以上の処理が基本であるが、最も簡単な処理系は以下の様に構成できる。ここで、吸収波長λ１のレーザー光が測定対象ガスＧ１に吸収されて、弱まったレーザー光の強度Ｉｔ1を検出し、さらに非吸収波長λ２のレーザー光が、測定対象ガスＧ１に若干吸収されて弱まったレーザー光の強度Ｉｔ2を検出する。非吸収波長λ２のレーザー光に対しては、その発信側強度、及び受信側強度に大きな差が生じない場合（散乱係数がほぼ１の場合）は、Ｉｉ2≒Ｉｔ2が成立する。さらに発信側におけるλ１、λ２のレーザー光の強度比Ｋ＝Ｉｉ1／Ｉｉ2を１とすると、Ｉｉ1＝Ｉｉ2であるから、（Ｉｉ1−Ｉｔ1）／Ｉｉ1＝（Ｉｔ2−Ｉｔ1）／Ｉｔ2となり、これを用いて、式２に適応することによりｄ・ｃを算出することができる。なお、ここで、Ｉｔ2は背景についての情報出力であり、（Ｉｔ2−Ｉｔ1）とすることによって測定対象ガスＧ１の濃度厚み積についての情報のみを出力することが可能となるのである。さらに、Ｉｔ2で除算しているのは、正規化処理である。
以上の処理を実施するために、演算部１０５は、制御部１０３による矩形波電流の入力タイミング信号との同期と、図２に示すような矩形波電流の入力に伴う発光部１０２が発光する光の波長の時間変化特性データの参照とが可能にされていることが好ましい。
なお、ＳＮ向上のために、矩形波電流の入力と受光信号の取得を所定時間中に複数回実行し、その全部又は一部に相当する複数回分の受光信号に基づき、例えばその平均値を算出するなどして、濃度厚み積を算出してもよい。
【００３４】
（積分方式）
演算部１０５は、図６Ａに示すようにリファレンス受光信号時系列データを、吸収波長の光を受光する吸収線受光期間ｔ１で積分する。例えば、図６Ａに示すようにグラフの落ち込み相当分の面積を算出対象とし、積分値を得る。これを「リファレンス吸収帯積分値Ａｒ」とする。
また、演算部１０５は、図６Ａに示すようにリファレンス受光信号時系列データを、非吸収波長の光を受光する非吸収線受光期間ｔ２で積分し積分値を得る。これを「リファレンス非吸収帯積分値Ｎｒ」とする。
演算部１０５は、図６Ｂに示すように受光信号時系列データを、吸収波長の光を受光する吸収線受光期間ｔ３で積分する。上記と同様に、図６Ｂに示すようにグラフの落ち込み相当分の面積を算出対象とし、積分値を得る。これを「測定対象吸収帯積分値Ａs」とする。
また、演算部１０５は、図６Ｂに示すように受光信号時系列データを、非吸収波長の光を受光する非吸収線受光期間ｔ４で積分し積分値を得る。これを「測定対象非吸収帯積分値Ｎｓ」とする。
演算部１０５は、各値Ａｒ，Ｎｒ，Ａs，Ｎｓとリファレンス１０６の濃度厚み積とに基づき、測定対象ガスＧ１の濃度厚み積を算出する。その算出式の一例は次のとおりである。
（測定対象ガスＧ１の濃度厚み積）＝（リファレンスの濃度厚み積）×（Ａｒ／Ｎｒ）×（Ａs／Ｎｓ）
上記２値差分方式よりデータ数が多くなるため、Ｓ／Ｎを向上することができる。
なお、ここでも、ＳＮ向上のために、矩形波電流の入力と受光信号の取得を所定時間中に複数回実行し、その全部又は一部に相当する複数回分の受光信号に基づき、例えばその平均値を算出するなどして、濃度厚み積を算出してもよい。
【００３５】
なお、リファレンス１０６に基づくデータを演算に使用しない場合は、これを得るための要素は不要である。また、図５に示すような反射物Ｒ１からの反射光を受光する装置形態に限らず、図７に示すような投光ユニット１２０と、受光ユニット１２１に分かれた装置形態など、発光部１０２と受光部１０４とが測定対象空間Ｓ１を挟んで対向配置される装置形態であってもよい。
また、図５に示すように、発光部１０２が発光する光（測定光１０１）で測定対象空間Ｓ１を走査する走査機構１１５を備えるものとしもよい。走査機構１１５は、出射及び受光する測定光１０１を反射するミラー１１５ａとこれを回転駆動する駆動部１１５ｂとを有する。ミラー１１５ａとしては、板状のものや断面多角形状で３面以上の反射面を有した多面鏡（ポリゴンミラー）などが一又は複数適用される。駆動部１１５ｂは、ミラー１１５ａを回転させるアクチュエーター（モーター）と、その駆動回路を有し、制御部１０３からの制御信号に基づきミラー１１５ａを回転させる。
走査機構１１５により、１次元的、２次元的な濃度厚み積の分布を測定することができる。
【００３６】
次に、演算部１０５が行う測定エラー判定につき説明する。
受光信号時系列データを表すグラフ形状は、光源の波長変化（図２）と、測定対象ガスの光吸収波長特性によって決まるので、図８Ａに示すようなフラットから図８Ｂに示すような発光波長が吸収波長を通過するときに落ち込む形状が想定される。図８Ａはガスによる光吸収が無く正常の場合、図８Ｂはガスによる光吸収が有り正常の場合である。
ガスの光吸収による負のピークａ１における受光強度は、ガスの濃度厚み積によって様々に変わり得る。
しかし、時間軸上で吸収線位置ａ１以外の位置（例えば図８Ｃのａ４）で変化量は、ガスの有無、濃度厚み積によっては大きく変化しない。
このようなガスの有無、濃度厚み積によっては大きく変化しない時間軸上の位置（例えば図８Ｃのａ４）で、大きく波形の乱れがあれば、測定光の出射先で測定対象ガスＧ１以外の環境要因等による波長の乱れである可能性が高いので、測定対象ガスＧ１の測定結果も信頼性が低い。
したがって、演算部１０５は、時間軸上で吸収線位置ａ１以外の位置（例えば図８Ｃのａ４）の受光信号に基づき、その変化量が規定値を上回る場合、測定エラーと判定とする。
【００３７】
次に、演算部１０５が行う距離の測定について説明する。
距離測定原理は、ＴＯＦ法(Time Of Flight:飛行時間測定法)による。図９に模式的に示すように出射した光が反射物Ｒ１で反射し、 戻ってくるまでの時間τに基づき、ガス測定装置１００と反射物Ｒ１との間の距離Ｌ（発光部１０２から受光部１０４までの光路距離だと２Ｌ）を次式により測定する。
Ｌ＝（光速）×（τ／２）
以上のように、演算部１０５は、発光部１０２の発光タイミングと受光部１０４の受光タイミングの時差τに基づき、発光部１０２から受光部１０４までの光路距離を測定する。なお、図７に示すような発光部１０２と受光部１０４とが測定対象空間Ｓ１を挟んで対向配置される装置形態の場合は、上記式で２Ｌが空間Ｓ１を横断する距離に相当する。以上のようにして都度測定した距離又は既知の距離により基づき測定対象ガスＧ１の単位長さあたりの「濃度厚み積」、すなわち、濃度（平均濃度）が算出可能である。したがって、測定対象の空間Ｓ１における測定光の光路長が既知又は都度測定される場合は、「濃度厚み積」を単位長さあたりの「濃度厚み積」、すなわち、濃度（平均濃度）への換算値で算出してもよい。
２ｆ方式でも原理的には可能だが、吸収線近傍で波長を変調させる必要があるため、振幅が非常に小さく、距離測定が難しくなる。
一方、本発明によればパルス発光が可能なため、２ｆ検波方式と異なり、回路にクロック機能を持たせれば、１回の出射で距離を測定することができ、回路構成も簡易に距離測定が実現できる。
【００３８】
以上の実施形態のガス測定装置によれば、発光部１０２に、落差のある２つの値の間で急峻に変化する電流を入力することで、ＤＦＢ−ＬＤの応答特性を利用して、発光部１０２が発光する光の波長に測定対象ガスＧ１の吸収波長及び非吸収波長に亘る変化を与えるので、比較的簡単な構成で発光及び受光検出、濃度厚み積の算出が可能であり、矩形波電流を一定にすることで発光の出力を一定に保つことができ、これにより発光の出力を一定に保った状態で吸収波長及び非吸収波長に亘り波長を変えて出力することができる。
装置構成も２ｆ検波方式と同等以上に簡易あり、さらに光路距離の測定も可能である。
レーザー光源の駆動制御のみで吸収波長及び非吸収波長が発振可能あり、検出器も一つで測定ができるため、非常に簡易な構成で、ガスの濃度厚み積の演算が実現できる。
また、パルス発光の方がＣＷ発光に比べ、アイセーフティー状態を保ちながらハイパワーで出力が可能となるため、測定可能距離やＳＮ向上に有利に働く。
図１に示すように所定周期のハルス波をＤＦＢ−ＬＤに入力することで、図３Ｂに示すように周期性の受光信号時系列データが得られる。一つの矩形部ａを対象に演算するにとどまらず、連続する複数の矩形部ａを対象に演算し、それらの演算結果に基づき測定結果を算出することで、Ｓ／Ｎを改善することがきる。その際、上述したエラー判定された矩形部ａを演算対象から除外することで、さらにＳ／Ｎを改善することがきる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、ガス測定及びガス測定装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１００ ガス測定装置
１０１ 測定光
１０２ 発光部
１０３ 制御部
１０４ 受光部
１０５ 演算部
１０６ リファレンス
１０７ リファレンス受光部
１０９ ビームスプリッター
１１０ 増幅器
１１１ 増幅器
１１２ ＡＤ変換器
１１３ 電流制御部
１１４ 温度制御部
１２０ 投光ユニット
１２１ 受光ユニット
Ｇ１ 測定対象ガス
Ｒ１ 反射物
Ｓ１ 測定対象空間
ｔ１ 吸収線受光期間
ｔ２ 非吸収線受光期間
ｔ３ 吸収線受光期間
ｔ４ 非吸収線受光期間
λ１ 吸収波長
λ２ 非吸収波長
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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