(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが異なる第１および第２の測定対象ガスの吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する第１の発光部および第２の発光部を備えた光源部と、
前記第１の発光部および第２の発光部が時分割で照射光を出射するように前記光源部を駆動制御する駆動制御部と、
筒体の両端が光透過窓により区画され、測定対象ガスを含むサンプルガスが流通する検出空間を有し、前記光源部からの照射光が一方の前記光透過窓を透過して前記検出空間へ入射するガス流通セルと、
前記ガス流通セル内の前記検出空間を伝播して他方の前記光透過窓を透過した照射光を受光する受光部と、
前記受光部により受光した照射光のドリフトによる光量変動を考慮して、第１予測補正式を用いて予測した前記第１の発光部の第１基準出力強度と前記第１の測定対象ガス用の照射光の受光出力強度とによりサンプルガスに含まれる第１の測定対象ガスのガス濃度を算出すると共に、前記受光部により受光した照射光のドリフトによる光量変動を考慮して、第２予測補正式を用いて予測した前記第２の発光部の第２基準出力強度と前記第２の測定対象ガス用の照射光の受光出力強度とにより、サンプルガスに含まれる前記第１の測定対象ガスおよび前記第２の測定対象ガスによる補正前ガス濃度を算出した上で、前記第１の測定対象ガスに起因して前記第２の測定対象ガスの照射光が減少する分を除いてガス濃度を補正するための濃度補正係数と前記補正前ガス濃度と前記第１の測定対象ガスのガス濃度とを用いて、前記第２の測定対象ガスのガス濃度を算出する信号処理部と、
を備えることを特徴とするガス分析計。
【請求項２】
請求項１に記載のガス分析計において、
前記光源部は、前記第１の発光部および前記第２の発光部を固定する光源ブロックと、前記光源ブロックの温度に応じて検出信号を出力する温度検出部と、前記光源ブロックを加熱または冷却するペルチェ素子と、前記ペルチェ素子と外気との熱交換をする放熱ブロックと、を備え、
前記駆動制御部は、前記温度検出部からの検出信号に基づいて前記光源ブロックの温度を一定にするように前記ペルチェ素子への供給電流を駆動制御し、前記発光部の出力強度の変動を抑えることを特徴とするガス分析計。
【請求項３】
二酸化窒素ガス（ＮＯ２ガス）が吸収する３２０ｎｍ〜６００ｎｍの波長のＮＯ２ガス吸収用照射光を出射する発光ダイオードまたはレーザダイオードであるＮＯ２ガス吸収用発光部と、
二酸化硫黄ガス（ＳＯ２ガス）および二酸化窒素ガスが吸収する２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長のＳＯ２ガス吸収用照射光を出射する光ダイオードまたはレーザダイオードであるＳＯ２ガス吸収用発光部と、
前記ＮＯ２ガス吸収用照射光か前記ＳＯ２ガス吸収用照射光かを時分割で出射するように前記ＮＯ２ガス吸収用発光部および前記ＳＯ２ガス吸収用発光部を駆動制御する駆動制御部と、
筒体の両端が光透過窓により区画され、ＮＯ２ガスまたはＳＯ２ガスの少なくとも一種を含むサンプルガスが流通する検出空間を有し、前記ＮＯ２ガス吸収用照射光および前記ＳＯ２ガス吸収用照射光が一方の前記光透過窓を透過して前記検出空間へ入射するガス流通セルと、
前記ガス流通セル内の前記検出空間を伝播して他方の前記光透過窓を透過した前記ＮＯ２ガス吸収用照射光および前記ＳＯ２ガス吸収用照射光を受光する受光部と、
前記受光部により受光した照射光のドリフトによる光量変動を考慮して、前記ＮＯ２ガス吸収用発光部の第１基準出力強度を予測する第１予測補正式を用い、予測した第１基準出力強度と前記ＮＯ２ガス吸収用照射光の受光出力強度により、サンプルガスに含まれるＮＯ２ガスのガス濃度を算出し、
前記受光部により受光した照射光のドリフトによる光量変動を考慮して、前記ＳＯ２ガス吸収用発光部の第２基準出力強度を予測する第２予測補正式を用い、予測した第２基準出力強度と前記ＳＯ２ガス吸収用照射光の受光出力強度により、サンプルガスに含まれるＮＯ２ガスおよびＳＯ２ガスによる補正前ガス濃度を算出した上で、ＮＯ２ガスによりＳＯ２ガスの照射光が減少する分を除く濃度補正係数と前記補正前ガス濃度とＮＯ２ガスのガス濃度とを用いて、ＳＯ２ガスのガス濃度を算出する信号処理部と、
を備えることを特徴とするガス分析計。
【請求項４】
請求項３に記載のガス分析計において、
前記光源部は、前記ＮＯ２ガス吸収用発光部および前記ＳＯ２ガス吸収用発光部を固定する光源ブロックと、前記光源ブロックの温度に応じて検出信号を出力する温度検出部と、前記光源ブロックを加熱または冷却するペルチェ素子と、前記ペルチェ素子と外気との熱交換をする放熱ブロックと、を備え、
前記駆動制御部は、前記温度検出部からの検出信号に基づいて前記光源ブロックの温度を一定にするように前記ペルチェ素子への供給電流を駆動制御し、前記ＮＯ２ガス吸収用発光部および前記ＳＯ２ガス吸収用発光部の出力強度の変動を抑えることを特徴とするガス分析計。
【請求項５】
請求項４に記載のガス分析計において、
サンプルガスかゼロガスかを切り換えて前記ガス流通セルへ流入させる切換部を備え、
前記ＮＯ２ガス吸収用発光部からゼロガスに照射した照射光の受光出力強度を用いて前記第１基準出力強度を予測し、
前記ＳＯ２ガス吸収用発光部からゼロガスに照射した照射光の受光出力強度を用いて前記第２基準出力強度を予測することを特徴とするガス分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプルガスに含まれる測定対象ガスのガス濃度を測定するガス分析計に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス分析計の従来技術が、例えば、特許文献１に開示されている。この従来技術について、図を参照しつつ説明する。図３は、特許文献１に記載の従来技術の吸収分析計である。  吸収分析計１００は、紫外吸収法を用いてサンプルガスに含まれるＮＯ２（二酸化窒素）濃度を測定する。吸収分析計１００は、紫外光源１０１と、可視光源１０２と、リファレンスセル１０３と、サンプルセル１０４と、光案内機構１０５と、光検出部１０６と、制御部１０７と、演算部１０８と、を備える。
【０００３】
紫外光源１０１は、紫外光を照射する発光ダイオードである。この紫外光の中心照射光波長は波長３６０〜４００ｎｍであり、図４の波長−吸収係数特性図で示すように、ＮＯ２の吸収波長帯域内に含まれる。このような紫外光をＮＯ２に出射すると、ＮＯ２による吸収が行われる。
【０００４】
可視光源１０２は、ＮＯ２の吸収波長帯域とは異なる波長帯域の可視光を照射する発光ダイオードである。この可視光の中心照射光波長は、図４の波長−吸収係数特性図で示すＮＯ２の吸収波長帯域内に含まれるが、紫外光の中心波長よりも大きい。このような可視光をＮＯ２に出射するとＮＯ２による吸収が行われるが、上記のＮＯ２による紫外光の吸収と比較すると、ＮＯ２による可視光の吸収が小さくなるように、可視光源１０２の波長が設定される。
【０００５】
リファレンスセル１０３は、基準ガスが封入されている。この基準ガスは例えば窒素ガスである。窓１０３ａ，１０３ｂを通じて紫外光や可視光が入射される。
【０００６】
サンプルセル１０４は、測定対象であるサンプルガスが供給される。窓１０４ａ，１０４ｂを通じて紫外光や可視光が入射される。サンプルガスは、ガス入口１０４ｃを通じてサンプルセル１０４内に流入し、ガス出口１０４ｄを通じて流出する。
【０００７】
光案内機構１０５は、ミラー１０５ａ，ハーフミラー１０５ｂを備える。紫外光源１０１からの紫外光や可視光源１０２からの可視光がハーフミラー１０５ｂおよびミラー１０５ａを反射し、リファレンスセル１０３の窓１０３ａを介してリファレンスセル１０３内に一端側から導入される。また、紫外光源１０１からの紫外光や可視光源１０２からの可視光が、ハーフミラー１０５ｂを透過し、サンプルセル１０４の窓１０４ａを介してサンプルセル１０４内に一端側から導入される。サンプルセル１０４内ではＮＯ２による吸収が行われる。
【０００８】
光検出部１０６は、光検出器１０６ａ，１０６ｂを備える。光検出器１０６ａは、リファレンスセル１０３の他端側に設けられ、このリファレンスセル１０３の窓１０３ｂを透過した紫外光や可視光を検出する。光検出器１０６ｂは、サンプルセル１０４の他端側に設けられ、サンプルセル１０４の窓１０４ｂを透過した紫外光や可視光を検出する。
【０００９】
制御部１０７は、紫外光源１０１および可視光源１０２を時分割出射させる。光検出部１０６は、リファレンスセル１０３およびサンプルセル１０４を透過する二波長の透過光を得る。これにより二光路、二波長を有することとなり、紫外透過光のサンプル信号、可視透過光のサンプル信号、紫外透過光のリファレンス信号、および、可視透過光のリファレンス信号という４つの信号を得る。
【００１０】
演算部１０８は、光検出部１０６からの４つの信号を制御部１０７経由で受信し、この４つの信号に基づいてＮＯ２ガス濃度を演算する。これにより、紫外光源１０１および可視光源１０２のドリフトの補償、測定成分以外の他成分干渉の補正、サンプルセル１０４の透過窓１０４ａ，１０４ｂの汚れや曇りによる光量低下の補正、感度ドリフトの補正、を可能とする。これら補正を行った上でＮＯ２ガス濃度を算出することができ、測定精度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１-１４９９６５号公報（図１，図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記の従来技術は、リファレンスセル１０３とサンプルセル１０４というようにセルが二個必要なこと、紫外光源１０１や可視光源１０２からの光を分割する光案内機構１０５が必要なこと、光検出部１０６もリファレンスセル１０３側とサンプルセル１０４側と二個必要なことなど、構成が複雑で高価であるという問題がある。例えばリファレンスセル１０３を不要とするため、ドリフトの影響を低減可能なガス分析計にするという課題については着目されていなかった。
【００１３】
そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源部のドリフトによる光量変動の影響を低減し、精度良くガス濃度を測定可能とするガス分析計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、
それぞれが異なる第１および第２の測定対象ガスの吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する第１の発光部および第２の発光部を備えた光源部と、
前記第１の発光部および第２の発光部が時分割で照射光を出射するように前記光源部を駆動制御する駆動制御部と、
筒体の両端が光透過窓により区画され、測定対象ガスを含むサンプルガスが流通する検出空間を有し、前記光源部からの照射光が一方の前記光透過窓を透過して前記検出空間へ入射するガス流通セルと、
前記ガス流通セル内の前記検出空間を伝播して他方の前記光透過窓を透過した照射光を受光する受光部と、
前記受光部により受光した照射光のドリフトによる光量変動を考慮して、第１予測補正式を用いて予測した前記第１の発光部の第１基準出力強度と前記第１の測定対象ガス用の照射光の受光出力強度とによりサンプルガスに含まれる第１の測定対象ガスのガス濃度を算出すると共に、前記受光部により受光した照射光のドリフトによる光量変動を考慮して、第２予測補正式を用いて予測した前記第２の発光部の第２基準出力強度と前記第２の測定対象ガス用の照射光の受光出力強度とにより、サンプルガスに含まれる前記第１の測定対象ガスおよび前記第２の測定対象ガスによる補正前ガス濃度を算出した上で、前記第１の測定対象ガスに起因して前記第２の測定対象ガスの照射光が減少する分を除いてガス濃度を補正するための濃度補正係数と前記補正前ガス濃度と前記第１の測定対象ガスのガス濃度とを用いて、前記第２の測定対象ガスのガス濃度を算出する信号処理部と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明は、
請求項１に記載のガス分析計において、
前記光源部は、前記第１の発光部および前記第２の発光部を固定する光源ブロックと、前記光源ブロックの温度に応じて検出信号を出力する温度検出部と、前記光源ブロックを加熱または冷却するペルチェ素子と、前記ペルチェ素子と外気との熱交換をする放熱ブロックと、を備え、
前記駆動制御部は、前記温度検出部からの検出信号に基づいて前記光源ブロックの温度を一定にするように前記ペルチェ素子への供給電流を駆動制御し、前記発光部の出力強度の変動を抑えることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明は、
二酸化窒素ガス（ＮＯ２ガス）が吸収する３２０ｎｍ〜６００ｎｍの波長のＮＯ２ガス吸収用照射光を出射する発光ダイオードまたはレーザダイオードであるＮＯ２ガス吸収用発光部と、
二酸化硫黄ガス（ＳＯ２ガス）および二酸化窒素ガスが吸収する２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長のＳＯ２ガス吸収用照射光を出射する光ダイオードまたはレーザダイオードであるＳＯ２ガス吸収用発光部と、
前記ＮＯ２ガス吸収用照射光か前記ＳＯ２ガス吸収用照射光かを時分割で出射するように前記ＮＯ２ガス吸収用発光部および前記ＳＯ２ガス吸収用発光部を駆動制御する駆動制御部と、
筒体の両端が光透過窓により区画され、ＮＯ２ガスまたはＳＯ２ガスの少なくとも一種を含むサンプルガスが流通する検出空間を有し、前記ＮＯ２ガス吸収用照射光および前記ＳＯ２ガス吸収用照射光が一方の前記光透過窓を透過して前記検出空間へ入射するガス流通セルと、
前記ガス流通セル内の前記検出空間を伝播して他方の前記光透過窓を透過した前記ＮＯ２ガス吸収用照射光および前記ＳＯ２ガス吸収用照射光を受光する受光部と、
前記受光部により受光した照射光のドリフトによる光量変動を考慮して、前記ＮＯ２ガス吸収用発光部の第１基準出力強度を予測する第１予測補正式を用い、予測した第１基準出力強度と前記ＮＯ２ガス吸収用照射光の受光出力強度により、サンプルガスに含まれるＮＯ２ガスのガス濃度を算出し、
前記受光部により受光した照射光のドリフトによる光量変動を考慮して、前記ＳＯ２ガス吸収用発光部の第２基準出力強度を予測する第２予測補正式を用い、予測した第２基準出力強度と前記ＳＯ２ガス吸収用照射光の受光出力強度により、サンプルガスに含まれるＮＯ２ガスおよびＳＯ２ガスによる補正前ガス濃度を算出した上で、ＮＯ２ガスによりＳＯ２ガスの照射光が減少する分を除く濃度補正係数と前記補正前ガス濃度とＮＯ２ガスのガス濃度とを用いて、ＳＯ２ガスのガス濃度を算出する信号処理部と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る発明は、
請求項３に記載のガス分析計において、
前記光源部は、前記ＮＯ２ガス吸収用発光部および前記ＳＯ２ガス吸収用発光部を固定する光源ブロックと、前記光源ブロックの温度に応じて検出信号を出力する温度検出部と、前記光源ブロックを加熱または冷却するペルチェ素子と、前記ペルチェ素子と外気との熱交換をする放熱ブロックと、を備え、
前記駆動制御部は、前記温度検出部からの検出信号に基づいて前記光源ブロックの温度を一定にするように前記ペルチェ素子への供給電流を駆動制御し、前記ＮＯ２ガス吸収用発光部および前記ＳＯ２ガス吸収用発光部の出力強度の変動を抑えることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明は、
請求項４に記載のガス分析計において、
サンプルガスかゼロガスかを切り換えて前記ガス流通セルへ流入させる切換部を備え、
前記ＮＯ２ガス吸収用発光部からゼロガスに照射した照射光の受光出力強度を用いて前記第１基準出力強度を予測し、
前記ＳＯ２ガス吸収用発光部からゼロガスに照射した照射光の受光出力強度を用いて前記第２基準出力強度を予測することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光源部のドリフトによる光量変動の影響を低減し、精度良くガス濃度を測定可能とするガス分析計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を実施するための形態に係るガス分析計の全体構成図である。
【図２】光量変動によるドリフトと予測補正の説明図である。
【図３】従来技術の吸収分析計の構成図である。
【図４】ＮＯ２，ＳＯ２ガスの可視領域および紫外領域における吸収係数を示す波長−吸収係数特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
続いて、本発明を実施するための形態に係るガス分析計について、図を参照しつつ以下に説明する。図１は、本形態のガス分析計の全体構成図である。図１において、太い実線の矢印はガスの流通経路を、破線の矢印は光の経路を、細い実線は電気信号の経路を、それぞれ示す。
【００２３】
まず、本形態のガス分析計１が備える構成要素とそれらの機能について説明する。ガス分析計１は、図１で示すように、光源部１０、ガス流通セル２０、受光部３０、ガス切換部４０、ガス吸引部５０、信号処理・駆動制御部６０を備える。
【００２４】
光源部１０は、ＮＯ２ガス吸収用発光部１１、ＳＯ２ガス吸収用発光部１２、光源ブロック１３、温度検出部１４、ペルチェ素子１５、放熱ブロック１６を備える。光源部１０は、複数の発光部を備えている。
【００２５】
ＮＯ２ガス吸収用発光部１１は、第１の発光部であり、ＮＯ２ガスが吸収する波長であって、かつＳＯ２ガスが吸収しない波長のＮＯ２ガス吸収用照射光を出射する発光部である。例えば、紫外光から可視光にまたがる領域の波長３５０ｎｍ〜５００ｎｍに中心照射光波長を有する照射光の光源、例えば現状では発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）を選ぶことができる。図４に示されるように、この波長領域においてはＮＯ２ガスのみが吸収する。
【００２６】
ＳＯ２ガス吸収用発光部１２は、第２の発光部であり、ＳＯ２ガスおよびＮＯ２ガスが吸収する波長のＳＯ２ガス吸収用照射光を出射する発光部である。例えば、紫外光領域の波長２４０ｎｍ〜３００ｎｍに中心照射光波長を有する照射光の光源、例えば現状では発光ダイオード（ＬＥＤ）を選ぶことができる。図４に示されるように、この波長領域においてはＳＯ２ガスが吸収するのみならずＮＯ２ガスも吸収する。なお、後述するがＮＯ２ガス吸収用照射光とＳＯ２ガス吸収用照射光とは同時に出力されることはなく、例えば時間別に単独で一方のみが出力される。
【００２７】
光源ブロック１３は、熱伝導性の高い銅やアルミニウム合金などにより形成された機械ベースである。ＮＯ２ガス吸収用発光部１１およびＳＯ２ガス吸収用発光部１２が穴内に埋め込まれて密着した状態で固定される。光源ブロック１３は、ＮＯ２ガス吸収用発光部１１およびＳＯ２ガス吸収用発光部１２から発せられる熱を伝える。
【００２８】
温度検出部１４は、光源ブロック１３内に埋め込まれて密着した状態で固定されており、光源ブロック１３の温度を検出する。
【００２９】
ペルチェ素子１５は、光源ブロック１３の表面に密接するように設けられ、光源ブロック１３に対して加熱・冷却を行う。この光源ブロック１３を介して、ＮＯ２ガス吸収用発光部１１およびＳＯ２ガス吸収用発光部１２の温度が一定に保たれる。ＮＯ２ガス吸収用発光部１１やＳＯ２ガス吸収用発光部１２が発光状態のとき、ペルチェ素子１５は、光源ブロック１３から吸熱するとともに放熱ブロック１６へ排熱する。
【００３０】
放熱ブロック１６は、ペルチェ素子１５から伝えられた熱を放射する機能を有し、例えばヒートシンクなどである。放熱ブロック１６はペルチェ素子１５に密着して設けられる。
【００３１】
続いてガス流通セル２０について説明する。ガス流通セル２０は、筒体２１、光透過窓２２，２３、検出空間２４、ガス流入口２５、ガス流出口２６を備える。
【００３２】
筒体２１は、例えばステンレス管であり、サンプルガスを流通させるとともに、光を反射しつつ伝播させる機能を有する。筒体２１の内面は、サンプルガスの吸着を防ぎつつ、光の反射を良好に保つために、例えば研磨面とする。筒体２１内では、照射光は、筒体２１の内面により反射しつつ伝播する。
【００３３】
光透過窓２２，２３は、ＮＯ２ガス吸収用発光部１１およびＳＯ２ガス吸収用発光部１２から照射される照射光の発光波長領域において光透過性を示す材料で作られている。例えば、合成石英、フッ化カルシウムを材料とすることができる。
【００３４】
検出空間２４は、筒体２１、光透過窓２２，２３により区画された閉空間であり、ガス流入口２５及びガス流出口２６を除き、密閉された構造である。
ガス流入口２５、ガス流出口２６は、この検出空間２４と連通する。サンプルガスは、ガス流入口２５から検出空間２４へ流入し、ガス流出口２６から流出する。
【００３５】
このようなガス流通セル２０内の検出空間２４では、流通するサンプルガスに含まれる測定対象ガスに照射光が照射されて吸収が起こる。測定対象ガスにＮＯ２ガスが含まれる場合において、ＮＯ２ガス吸収用発光部１１から照射され、ガス流通セル２０の一端の光透過窓２２を透過し、ガス流通セル２０の内部の検出空間２４を伝播し、他端の光透過窓２３を透過したＮＯ２ガス吸収用照射光を、受光部３０が受光して受光出力強度に応じた受光信号を出力する。
【００３６】
また、測定対象ガスにＳＯ２ガスが含まれる場合において、ＳＯ２ガス吸収用発光部１２から照射され、ガス流通セル２０の一端の光透過窓２２を透過し、ガス流通セル２０の内部の検出空間２４を伝播し、他端の光透過窓２３を透過したＳＯ２ガス吸収用照射光を、受光部３０が受光して受光出力強度に応じた受光信号を出力する。
【００３７】
受光部３０には、ＮＯ２ガス吸収用照射光やＳＯ２ガス吸収用照射光の波長に対して感度を有するような、フォトダイオードや光電子増倍管などを選ぶことができる。例えば、シリコンフォトダイオードを選ぶことができる。
【００３８】
このような受光部３０は、測定対象ガスによる照射光の吸収を検出する機能を有する。すなわち、測定対象ガスによる吸収が無い場合と比較して、吸収がある場合は受光部３０の受光出力強度が減少するために、その受光出力強度の減少量と測定対象ガス濃度の相関とを利用してガス濃度を測定する。そして、受光部３０は、受光した照射光の受光出力強度に比例する受光信号を信号処理・駆動制御部６０へ出力する。
【００３９】
ガス切換部４０は、サンプルガスＧＳ、ゼロガスＧＺＥＲＯまたはスパンガスＧＳＰＡＮの何れか一つを流出させる。このガス切換部４０から流入したガスは、ガス流入口２５からガス流通セル２０内の検出空間２４を流通し、ガス流出口２６から流出する。定期的な校正を行うとき、サンプルガスＧＳに代えて、ゼロガスＧＺＥＲＯまたはスパンガスＧＳＰＡＮが検出空間２４に導入される。
【００４０】
規格にも示されるようにゼロガスは測定レンジの最大目盛値（以下「ＦＳ」という。）の０％（ＮＯ２またはＳＯ２を含まないガス）、スパンガスは測定レンジの８０〜１００％の濃度のＮＯ２またはＳＯ２を含むガスを用いることが一般的である。
【００４１】
ゼロガスＧＺＥＲＯは、ガス分析計１のゼロ点を調整・決定するためのガスであり、ＮＯ２ガス吸収用発光部１１からの照射光およびＳＯ２ガス吸収用発光部１２からの照射光を吸収しないガス、例えば窒素ガスである。
【００４２】
スパンガスＧＳＰＡＮは、ガス分析計１の所望の測定レンジの最大濃度値を校正するためのガスであり、測定対象ガスが窒素や空気等の気体中に所定量含有している混合ガスのことである。ガス種がＮＯ２ならば窒素や空気等の気体中にＮＯ２ガスを所定量含有している混合ガスである。また、ガス種がＳＯ２ならば窒素や空気等の気体中にＳＯ２ガスを所定量含有している混合ガスである。
【００４３】
ガス吸引部５０は、ガスを吸引する機能を有している。ガス流通セル２０の検出空間２４内を排気することで検出空間２４内へガス切換部４０からの測定対象ガス等を吸引する。なお、このガス吸引部５０は、ガス切換部４０とガス流入口２５との間に設けることもできる。
【００４４】
信号処理・駆動制御部６０は、本発明の信号処理部と駆動制御部とを一体化したものであって、信号処理部としての機能と、駆動制御部としての機能と、を共に果たすものである。
【００４５】
信号処理・駆動制御部６０は、発光部駆動回路を含み、ＮＯ２ガス吸収用発光部１１およびＳＯ２ガス吸収用発光部１２を所定タイミングで発光させるために必要な駆動電流を供給する機能を有する。
【００４６】
なお、受光部３０は、ＮＯ２ガス濃度測定やＳＯ２ガス濃度測定に共通に利用される。したがって、ＮＯ２ガス吸収用発光部１１およびＳＯ２ガス吸収用発光部１２が同時に照射すると、受光信号が両者の和となって分離できない。
【００４７】
そこで、信号処理・駆動制御部６０は、ＮＯ２ガス吸収用発光部１１およびＳＯ２ガス吸収用発光部１２を同時には出射させないで、交互に出射させるように制御する。また、受光信号の測定および処理も上記の出射期間に同期させ、信号を分離している。
【００４８】
また、信号処理・駆動制御部６０は、受光信号処理回路を含み、受光部３０から出力される受光信号に基づいてガス濃度を算出するための受光信号処理機能を有する。
【００４９】
また、信号処理・駆動制御部６０は、光源ブロック温度測定回路およびペルチェ電流制御回路を含み、温度検出部１４からの検出信号に基づいて光源ブロック１３の温度を測定する光源ブロック温度測定機能と、この温度に基づいてペルチェ素子１５への供給電流を駆動制御するペルチェ電流制御機能を有する。光源ブロック１３の温度を調整することで、発光中であるＮＯ２ガス吸収用発光部１１およびＳＯ２ガス吸収用発光部１２の温度を一定に保つ。仮にＮＯ２ガス吸収用発光部１１およびＳＯ２ガス吸収用発光部１２の温度上昇を放置するとＮＯ２ガス吸収用照射光やＳＯ２ガス吸収用照射光の出力強度が変動するが、光源ブロック温度測定機能とペルチェ電流制御機能により温度を一定にすることで、出力強度も一定に維持する。
【００５０】
また、信号処理・駆動制御部６０は、濃度演算回路とドリフト補正回路を含み、後述するが、濃度を算出するための濃度演算機能と、濃度演算の際に経年変化時のドリフトによる光量変動を予測して補正するドリフト補正演算機能と、を有する。
【００５１】
また、信号処理・駆動制御部６０は、ガス切換部４０の制御回路を含み、ガス切換機能を有する。なお、ガス切換を手動で行っても良い。また、ガス吸引部５０の動作を制御するようにしても良い。
ガス分析計１の構成はこのようなものである。
【００５２】
続いて、ガス分析計１による分析について説明する。本形態ではＮＯ２ガス吸収用照射光やＳＯ２ガス吸収用照射光を用いるが、分析原理は共通である。そこで、ＮＯ２ガス吸収用照射光やＳＯ２ガス吸収用照射光による分析を一般化し、測定対象ガスを吸収する波長の照射光を、光源部１０が出射するものとして説明し、ＮＯ２ガス吸収用照射光やＳＯ２ガス吸収用照射光による分析原理の説明に代えることとする。
【００５３】
まず、測定対象ガスによる照射光の吸収を用いる測定の原理について説明する。測定の原理は、下記のランベルト−ベールの法則に基づく吸収法である。
【００５４】
［数１］
Ｐ１＝Ｐ０・ｅｘｐ（−ε・ｃ・Ｌ）
【００５５】
ここで、Ｐ０はガス流通セル２０の検出空間２４内を流通するゼロガスを透過した照射光の基準出力強度、Ｐ１はガス流通セル２０の検出空間２４内を流通するサンプルガスのうちの測定対象ガスを透過した照射光の受光出力強度、εはモル吸光係数、ｃはガス濃度、Ｌは光路長を表す。
【００５６】
モル吸光係数εはガスの種類と光源の波長を決めると一意に決まり、また、光路長Ｌは一定であるため、基準出力強度Ｐ０と受光出力強度Ｐ１との比はガス濃度ｃの指数関数となる。したがって、Ｐ１とＰ０の比からｃ、すなわちサンプルガス中に含まれる測定対象ガスのガス濃度を求めることができる。
【００５７】
ここで、基準出力強度Ｐ０はガス流通セル２０の検出空間２４内を流通しゼロガスを透過した照射光の出力強度としている。このゼロガスは、照射光を吸収しないガスであり、上記のように、ＮＯ２ガス吸収用照射光およびＳＯ２ガス吸収用照射光を吸収しない窒素ガスである。
【００５８】
校正時にガス切換部４０を制御してゼロガスをガス流通セル２０に流通する状態として、照射光がゼロガスを透過したとき、ガス流通セル２０内で光の吸収が起きないため、受光部３０は、光源部１０からの照射光をそのまま受光することになり、受光部３０の受光信号から基準出力強度Ｐ０を求めることができる。なお、この基準出力強度Ｐ０は後述する発光部のドリフト補正でも使用される。そこで、この基準出力強度Ｐ０を取得し信号処理・駆動制御部６０が登録する。
【００５９】
続いて、ガス分析計１の分析動作について説明する。まず校正について説明する。この校正動作も共通であり、ＮＯ２ガス吸収用照射光やＳＯ２ガス吸収用照射光による校正を一般化し、測定対象ガスを吸収する波長の照射光を、光源部１０が出射するものとして説明することで、ＮＯ２ガス吸収用照射光やＳＯ２ガス吸収用照射光による校正の説明に代えることとする。
【００６０】
前提としてこのガス分析計１は、図２（ｃ）で示すように、過去の時点ｔ１で校正が行われており、その際のガス流通セル２０の検出空間２４内を流通しゼロガスを透過した照射光の基準出力強度Ｐ０（ｔ１）を、時点ｔ１とともに、信号処理・駆動制御部６０が、図示しないメモリ部に登録しているものとする。
【００６１】
そして、最初の校正から所定期間経過した現在の時点ｔ２でガス分析計１は再度の校正を行う。この校正は随時実施できるが、通常は構成部品の経年変化によってガス濃度指示値が変動する程度に長期間が経過している。信号処理・駆動制御部６０はガス切換部４０を切り換えてゼロガスＧＺＥＲＯの供給を行ってゼロガスＧＺＥＲＯ流通時の受光信号を測定して校正する。この際に、ガス流通セル２０の検出空間２４内を流通しゼロガスを透過した照射光の基準出力強度Ｐ０（ｔ２）を時点ｔ２とともに、信号処理・駆動制御部６０が、図示しないメモリ部に登録する。
【００６２】
信号処理・駆動制御部６０はガス切換部４０を切り換えてスパンガスＧＳＰＡＮの供給を行ってスパンガスＧＳＰＡＮ流通時の吸収された受光信号を測定して校正する。このようにして校正を終了する。
【００６３】
次に光量変動を伴うドリフトと、ドリフト補正について説明する。このドリフト補正も共通であり、ＮＯ２ガス吸収用照射光やＳＯ２ガス吸収用照射光による補正を一般化し、測定対象ガスを吸収する波長の光を、光源部１０が照射するものとして説明することで、ＮＯ２ガス吸収用照射光やＳＯ２ガス吸収用照射光によるドリフト補正の説明に代えることとする。
【００６４】
図２（ａ）の点線で示すように、発光ダイオードやレーザダイオードなどの発光部には、時間とともに劣化し、照射光による光量が減少する現象（ドリフト）が起こることが一般的に知られている。それにともなって、図２（ｂ）で示すように吸収後の受光信号も減少傾向を示す。
【００６５】
しかしながら、信号処理・駆動制御部６０が登録する発光部の基準出力強度Ｐ０（ｔ１）は、図２（ａ）の実線で示すように一定値のままである。結果として、所定期間経過後、濃度算出に用いられる登録した基準出力強度と、実際の基準出力強度と、の差により、算出された濃度は本来の濃度と比較して誤差が生じる。例えば、時点ｔ２において、登録する基準出力強度がＰ０（ｔ１）であるのに対し、実際の基準出力強度がＰ０（ｔ２）であって差を生じているため、本来の濃度の誤差が大きい。
【００６６】
そこで、時間経過とともに実際の基準出力強度に近づける補正を行う。例えば発光ダイオードの劣化寿命はアレニウスの式で予測できる。光量減少への変化であり、短期的に見るとその変化は直線に近似可能である。
【００６７】
このことを利用する予測補正式とする。図２（ｃ）に示すように、ゼロ校正は、ある期間をもって実施されるため、前回のゼロ校正時点ｔ１のときに求められた基準出力強度Ｐ０（ｔ１）と、今回のゼロ校正時点ｔ２のときに求められた基準出力強度Ｐ０（ｔ２）とを用い、現時点ｔ２から次回のゼロ校正を行う時点ｔｘまでの光量低下による基準出力強度Ｐ０の変化を予測する予測補正式を作る。予測補正式は次式のようになる。
【００６８】
[数２]
Ｐ０(ｔｘ)＝［｛(Ｐ０(ｔ２)−Ｐ０(ｔ１)）／(ｔ２−ｔ１)｝×(ｔｘ−ｔ２)］＋Ｐ０(ｔ２)
【００６９】
濃度算出時が時点ｔｘである場合、上記数２により時点ｔｘにおける基準出力強度Ｐ０(ｔｘ)を算出する。そして、ある時点ｔｘで実際に測定される受光出力強度Ｐ１（ｔｘ）との比として前記数１により濃度を算出する。このように、実情にあった基準出力強度Ｐ０(ｔｘ)を用いて濃度算出を行うことが可能となり、ドリフトにより起こる光量低下の誤差を低減させた測定が可能となる。このような補正が、ＮＯ２ガス吸収用照射光を用いる分析およびＳＯ２ガス吸収用照射光を用いる分析でそれぞれ行われる。
【００７０】
実際にはＮＯ２ガス吸収用照射光がゼロガスを透過したときにおける受光出力強度を用いて、ＮＯ２ガス吸収用発光部１１の第１基準出力強度を予測する第１予測補正式を生成する。また、ＳＯ２ガス吸収用照射光がゼロガスを透過したときにおける受光出力強度を用いて、ＳＯ２ガス吸収用発光部１２の第２基準出力強度を予測する第２予測補正式を生成する。
【００７１】
次に、ガス流通セル２０を流通するガス内に含まれる各ガス濃度の測定方法について説明する。ここでは、サンプルガスにＮＯ２ガスとＳＯ２ガスとがともに含まれている場合を想定し、ＮＯ２ガス吸収用照射光を用いるＮＯ２ガスの分析およびＳＯ２ガス吸収用照射光を用いるＳＯ２ガスの分析についてそれぞれ説明する。
【００７２】
まず、ＮＯ２ガス吸収用照射光を用いるＮＯ２ガスの分析について説明する。分析を行う時は、時点ｔｘとする。ガス分析計１において、信号処理・駆動制御部６０は、ＮＯ２ガス吸収用発光部１１にＮＯ２ガス吸収用照射光を出射させる。ＮＯ２ガス濃度測定時ではＮＯ２ガス吸収用発光部１１のみ照射する。ＮＯ２ガス吸収用照射光は、光透過窓２２を経てガス流通セル２０に入射し、筒体２１の内部の検出空間２４を伝播し、吸収を受けた後に光透過窓２３を経て受光部３０に透過光として入射する。
【００７３】
このとき、ガス流通セル２０内にサンプルガスが導入されていれば、サンプルガス中のＮＯ２ガスによって吸収される受光部３０からの出力信号は、信号処理・駆動制御部６０に伝送される。信号処理・駆動制御部６０は、この受光部３０の受光信号から透過光による受光出力強度Ｐ１（ｔｘ）を求める。したがって、受光出力強度Ｐ１（ｔｘ）と第１予測補正式から算出した第１基準出力強度Ｐ０（ｔｘ）とを用い、数式１に基づいて、サンプルガスに含まれているＮＯ２ガス濃度ｃ１を算出する。
【００７４】
続いて、ＳＯ２ガス吸収用照射光を用いるＳＯ２ガスの分析について説明する。分析を行う時は、時点ｔｘである（なお、先ほどNＯ２ガス分析を行った時点とは僅かに時間差がある。）。ガス分析計１において、信号処理・駆動制御部６０は、ＳＯ２ガス吸収用発光部１２にＳＯ２ガス吸収用照射光を出射させる。ＳＯ２ガス濃度測定時ではＳＯ２ガス吸収用発光部１２のみ照射する。ＳＯ２ガス吸収用照射光は、光透過窓２２を経てガス流通セル２０に入射し、筒体２１の内部の検出空間２４を伝播し、吸収を受けた後に光透過窓２３を経て受光部３０に透過光として入射する。
【００７５】
このときガス流通セル２０内にサンプルガスが導入されていれば、サンプルガス中のＳＯ２ガスおよびＮＯ２ガスによって吸収される受光部３０からの出力信号は、信号処理・駆動制御部６０に伝送される。信号処理・駆動制御部６０は、この受光部３０の信号から受光出力強度Ｐ１（ｔｘ）を求める。したがって、受光出力強度Ｐ１（ｔｘ）と第２予測補正式から算出した第２基準出力強度Ｐ０（ｔｘ）とを用い、数式１に基づいて、サンプルガスに含まれているＳＯ２ガス＋ＮＯ２ガス濃度ｃ３を算出する。
【００７６】
このＳＯ２ガス＋ＮＯ２ガス濃度ｃ３に対し、信号処理・駆動制御部６０は濃度補正処理を行う。まず、このガス濃度ｃ３を濃度補正前ＳＯ２ガス濃度ｃ３とする。そして、信号処理・駆動制御部６０は、濃度補正前ＳＯ２ガス濃度ｃ３に対し、さらに次のような濃度補正を行う。
【００７７】
すなわち、ゼロガスＧＺＥＲＯと、濃度成分が既知であるＮＯ２スパンガスＧＳＰＡＮとがそれぞれ流通する校正時において、ゼロガスＧＺＥＲＯ中にＳＯ２ガス吸光用発光部１２が照射したときの基準出力強度Ｐ０と、ＮＯ２スパンガス中にＳＯ２ガス吸光用発光部１２が照射したときの受光出力強度Ｐ１から、ＮＯ２ガスによりＳＯ２ガス吸光用照射光が減少する分を除く濃度補正係数αを算出しておく。このαと、リアルタイムに算出されるＮＯ２ガス濃度ｃ１と、濃度補正前ＳＯ２ガス濃度ｃ３とから、濃度補正後ＳＯ２ガス濃度ｃ２は以下の式による濃度補正処理によって算出される。
【００７８】
[数３]
ｃ２＝ｃ３―α×ｃ１
【００７９】
このようにしてサンプルガスに含まれているＳＯ２ガス濃度ｃ２のみ算出する。
【００８０】
以上、本発明を実施するための形態に係るガス分析計について説明を行った。
本発明によれば、サンプルガスに含まれ、二酸化窒素ガス（ＮＯ２ガス）および二酸化硫黄ガス（ＳＯ２）の２成分のガス濃度を、簡易な構成で分析することが可能となる。
【００８１】
そして、発光部のドリフトによる光量変化を予測補正することにより、誤差の低減を図り、ガス濃度を精度よく求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
このような本発明のガス分析計は、二酸化硫黄ガス（ＳＯ２ガス）および二酸化窒素ガス（ＮＯ２ガス）の２成分を測定する分析に良好であり、例えば、ボイラ、ゴミ焼却等の燃焼排ガス測定用として最適である。その他、鉄鋼用ガス分析［高炉、転炉、熱処理炉、焼結（ペレット設備）、コークス炉］、青果貯蔵及び熟成、生化学（微生物）［発酵］、大気汚染［焼却炉、排煙脱硫・脱硝］、自動車・船等の内燃機関の排ガス（除テスタ）、防災［爆発性ガス検知、有毒ガス検知、新建築材燃焼ガス分析］、植物育成用、化学用分析［石油精製プラント、石油化学プラント、ガス発生プラント］、環境用［着地濃度、トンネル内濃度、駐車場、ビル］、理化学各種実験用などの分析計としても有用である。
【符号の説明】
【００８３】
１：ガス分析計
１０：光源部
１１：第１の発光部（ＮＯ２ガス吸収用発光部）
１２：第２の発光部（ＳＯ２ガス吸収用発光部）
１３：光源ブロック
１４：温度検出部
１５：ペルチェ素子
１６：放熱ブロック
２０：ガス流通セル
２１：筒体
２２，２３：光透過窓
２４：検出空間
２５：ガス流入口
２６：ガス流出口
３０：受光部
４０：ガス切換部
５０：ガス吸引部
６０：信号処理・駆動制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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