(57)【要約】【課題】ドリフト分が変化する場合であっても、ドリフト分を除去して正確な濃度を算出する赤外線ガス分析計を提供する。【解決手段】  測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分により第１差分データを、また、測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分により第２差分データをそれぞれ算出し、これら第１差分データと第２差分データとを平均化した平均化データを用いて濃度を算出するような赤外線ガス分析計とした。【選択図】図２
2012026834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定セル内に交互に導入された比較ガスと測定ガスとに赤外線を照射し、これら比較ガスと測定ガスとの濃度に応じた検出信号を検出器から得て測定ガスの濃度を測定する赤外線ガス分析計において、
測定ガスについて検出した測定ガス検出データと、この測定ガス検出からｎ（ｎは奇数）倍のガス切換周期前の時間に検出した比較ガス前検出データと、この測定ガス検出からｎ倍のガス切換周期後の時間に検出した比較ガス後検出データと、をそれぞれ検出データから抽出するデータ抽出手段と、
測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分により第１差分データを得る第１差分データ算出手段と、
測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分により第２差分データを得る第２差分データ算出手段と、
第１差分データと第２差分データとを平均化して平均化データを得る平均化手段と、
を備えることを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項２】
請求項１に記載の赤外線ガス分析計において、
測定セルに流入させるガスを切り替えるための流路切換部を備え、
測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを取得するタイミングは流路切換部の切換タイミングであることを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の赤外線ガス分析計において、
測定セルを一つ有するシングルビーム方式であることを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の赤外線ガス分析計において、
測定セルを二つ有するダブルビーム方式であることを特徴とする赤外線ガス分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定ガスに含まれる特定成分の濃度を測定するための赤外線ガス分析計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線ガス分析計は、測定ガスに赤外線を照射し、赤外線の吸光により変化する光量を検出し、測定ガスの濃度を測定する装置である。このような赤外線ガス分析計の測定方式として流路切換方式が知られている。さらに、この流路切換方式では１個の測定セルを用いる方式（以下、シングルビーム方式という。）と２個の測定セルを用いる方式（以下、ダブルビーム方式という。）がある。
【０００３】
そして、このようなシングルビーム方式の赤外線ガス分析計に係る従来技術としては、例えば、特許文献１（特開平９−４９７９７号公報，発明の名称：赤外線ガス分析計）に記載されたものが知られている。
また、ダブルビーム方式の赤外線ガス分析計に係る従来技術としては、例えば、特許文献２（特開平５−２５６７７８号公報，発明の名称：基準ガス濃度調整方式によるガス濃度測定方法およびその装置）に記載されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−４９７９７公報（図６）
【特許文献２】特開平５−２５６７７８公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これら赤外線ガス分析計では、特に測定セルの汚れや部品の劣化などにより正確な検出ができなくなり、測定値が変化するドリフトが発生することがあった。
流路切換方式が創案される前では、この変化はそのまま測定値の変化として現れて測定値に誤差を生じさせるため、定期的な校正（測定値のずれ分を補正する行為）が必要であった。しかしながら、流路切換方式では、測定ガスと比較ガスとを定期的に入れ換えて測定し、その差分を採ることで、ドリフト分を除去し、ドリフト分の影響を無くすことを可能とした。
【０００６】
このドリフト分の除去について説明する。
例えば、ダブルビーム方式の赤外線ガス分析計は一定周期で測定セル１と測定セル２とに測定ガスと比較ガスとを入れ換えて濃度測定するようになされており、得られる検出データによる挙動は、図６で示すように、台形波状となっている。そして、一方の測定セル１に測定ガスが流れている（４）のタイミング（つまり他方の測定セル２には比較ガスが流れているタイミング）での信号はＣ＋Δｄ（Ｃはガスの濃度相当分、Δｄはドリフト分）である。また、測定セル１に比較ガスが流れている（３）や（５）のタイミング（つまり他方の測定セル２には測定ガスが流れているタイミング）での信号は−Ｃ＋Δｄである。このように測定ガスの濃度相当成分Ｃは符号反転するが、ドリフト分Δｄはガスの流れには関係が無いので、そのまま現れる。
【０００７】
ここで、それぞれのタイミングの信号を検出して測定データ・比較データとして記憶しておき、次式のように測定データから比較データを減じて差分値を得る。
【０００８】
［数１］
（Ｃ＋Δｄ）−（−Ｃ＋Δｄ）＝２Ｃ
【０００９】
このようにドリフト分Δｄは消え、測定ガスの濃度相当成分Ｃのみが抽出されることとなる。このようにして差分値を濃度値とすることでドリフト分の影響を排除していた。
【００１０】
しかしながら、測定セル１，２内のガス入換には一定の時間がかかるため、比較ガスの測定タイミングと、測定ガスの測定タイミングと、では時間的にずれがある。ドリフト分が一定値である場合は良いが、ドリフト分が時間に応じて変化するときは二つのガスの測定時間の間にドリフト分の変化量が検出器の出力に加わり、ドリフト分の変化量が測定の誤差として現れることとなる。したがって上記の除去法ではドリフト分を完全に除去できないという問題があった。
【００１１】
例えば、図７で示すように、ドリフト分が増えていくような場合を想定する。仮に、（４）のタイミングで測定データ（Ｃ＋Δｄ＋ｂ）を取得し、また（５）のタイミングで比較データ（−Ｃ＋Δｄ＋ｃ）を得たとする。そして上記した除去法のように測定データから比較データを減じると差分値は次式のようになる。
【００１２】
［数２］
（Ｃ＋Δｄ＋ｂ）−（−Ｃ＋Δｄ＋ｃ）＝２Ｃ＋ｂ−ｃ
【００１３】
このようにｂ−ｃが残ることとなり、ドリフト分が完全に除去できないという問題があった。
【００１４】
さらにドリフト分の変化が大きくなるに連れてｂ−ｃの値が大きくなるため、誤差が大きくなるという問題があった。
加えてドリフト分の変化は小さいけれども測定対象濃度が小さいためドリフト分の変化が相対的に大きな変化となってしまう場合でも、ドリフト分の変化の影響が大きくなるという問題があった。
【００１５】
なお、差分を採らずに各タイミングごと（例えば比較ガス導入後であって測定ガスへ切り替える直前や測定ガス導入後であって比較ガスへ切り替える直前）に濃度値を計算して出力する場合では、本来の濃度値を中心に、ドリフト分の傾きに相当する分の上下動が発生し、やはり正確な濃度が得られないという問題があった。
【００１６】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ドリフト分が変化する場合であっても、ドリフト分を除去して正確な濃度を算出する赤外線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】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明の赤外線ガス分析計は、
測定セル内に交互に導入された比較ガスと測定ガスとに赤外線を照射し、これら比較ガスと測定ガスとの濃度に応じた検出信号を検出器から得て測定ガスの濃度を測定する赤外線ガス分析計において、
測定ガスについて検出した測定ガス検出データと、この測定ガス検出からｎ（ｎは自然数）倍のガス切換周期前の時間に検出した比較ガス前検出データと、この測定ガス検出からｎ倍のガス切換周期後の時間に検出した比較ガス後検出データと、をそれぞれ検出データから抽出するデータ抽出手段と、
測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分により第１差分データを得る第１差分データ算出手段と、
測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分により第２差分データを得る第２差分データ算出手段と、
第１差分データと第２差分データとを平均化して平均化データを得る平均化手段と、
を備えることを特徴とする赤外線ガス分析計とした。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る発明の赤外線ガス分析計は、
請求項１に記載の赤外線ガス分析計において、
測定セルに流入させるガスを切り替えるための流路切換部を備え、
測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを取得するタイミングは流路切換部の切換タイミングであることを特徴とする赤外線ガス分析計とした。
【００１９】
また、本発明の請求項３に係る発明の赤外線ガス分析計は、
請求項１または請求項２に記載の赤外線ガス分析計において、
測定セルを一つ有するシングルビーム方式であることを特徴とする赤外線ガス分析計とした。
【００２０】
また、本発明の請求項４に係る発明の赤外線ガス分析計は、
請求項１または請求項２に記載の赤外線ガス分析計において、
測定セルを二つ有するダブルビーム方式であることを特徴とする赤外線ガス分析計とした。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したような本発明によれば、ドリフト分が変化する場合であっても、ドリフト分を除去して正確な濃度を算出する赤外線ガス分析計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施するための形態のシングルビーム方式の赤外線ガス分析計のシステム構成図である。
【図２】演算制御部の詳細を説明する説明図である。
【図３】検出データの挙動の説明図である。
【図４】検出データの挙動の説明図である。
【図５】他の形態のダブルビーム方式の赤外線ガス分析計のシステム構成図である。
【図６】検出データの挙動の説明図である。
【図７】検出データの挙動の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
続いて、本発明を実施するための形態について図を参照しつつ説明する。まず、赤外線ガス分析計１の全体について説明する。本形態に係る赤外線ガス分析計１は、いわゆるシングルビーム方式の赤外線ガス分析計である。
赤外線ガス分析計１は、図１，図２で示すように、モータ１１、チョッパ１２、赤外線光源１３、測定セル１４、検出器１５、増幅器１６、ＡＤ変換器１７、演算制御部１８、ＳＳＲ１９、第１流路切換電磁弁２０、第２流路切換電磁弁２１、出力部２２を備える。
【００２４】
モータ１１は、図示しないドライバにより回転駆動される。
チョッパ１２は、モータ１１により回転される。
赤外線光源１３は、赤外線を放射する。この赤外線はチョッパ１２により一定周期で断続して変調させた赤外線となる。
【００２５】
測定セル１４は、内部に導入される測定ガスや比較ガスに対して赤外線を透過させる。
検出器１５は、測定セル１４から透過してきた赤外線を検出する。測定セル１４では、内部ガスの濃度に応じて赤外線が吸収され、吸収されなかった赤外線の光量を検出器１５で測定する。検出器１５から出力される検出信号は、測定セル１４内での吸収が大きい場合、すなわち測定ガスの濃度が高い場合には振幅が小さい検出信号となり、逆に濃度が低い場合には振幅が大きな検出信号となる。
【００２６】
増幅器１６は、検出器１５から出力され検出信号を所定振幅になるまで増幅する。
ＡＤ変換器１７は、アナログ信号である検出信号をデジタルデータである検出データに変換して出力する。
演算制御部１８は、例えばＭＰＵ（マイクロプロセッサ）であり、検出データに基づいてデータ解析を行う。また、ＳＳＲ１９を介して第１流路切換電磁弁２０および第２流路切換電磁弁２１の開閉を制御する。
【００２７】
ＳＳＲ１９はソリッド・ステート・リレーであり、第１流路切換電磁弁２０や第２流路切換電磁弁２１へ電流を流して開閉駆動を行う。
第１流路切換電磁弁２０は、共通端子（ＣＯＭ）、常開端子（ＮＯ）、常閉端子（ＮＣ）を備え、比較ガスを測定セル１４へ流すか排気路へ流すかを流路制御する。
第２流路切換電磁弁２１は、共通端子（ＣＯＭ）、常開端子（ＮＯ）、常閉端子（ＮＣ）を備え、測定ガスを測定セル１４へ流すか排気路へ流すかを流路制御する。
これら第１流路切換電磁弁２０および第２流路切換電磁弁２１は本発明の流路切換部の一例であり、第１流路切換電磁弁２０および第２流路切換電磁弁２１の切換により、測定セル１４へは比較ガスと測定ガスが一定周期で交互に導入される。
【００２８】
出力部２２は、濃度に関する情報について出力する。この出力部２２とは、例えば、表示器であって画面表示したり、プリンタであって印刷したり、通信部であって外部機器とデータ通信したり、または、コンピュータであってさらなるデータ処理に用いるというものである。これら各種選択が可能である。
【００２９】
続いて、本発明の特徴をなすドリフト分の除去を含む分析処理について説明する。
まず、演算制御部１８は、図２で示すように、流路切換手段１８１として機能し、測定ガスを測定セル１４へ流入させるようにする。具体的には、演算制御部１８は、図１で示すように、ＳＳＲ１９へ切換制御信号を送り、ＳＳＲ１９が第２流路切換電磁弁２１の常閉端子（ＮＣ) を開いて測定セル１４へ測定ガスを流す。赤外線光源部２から出射された赤外線は、チョッパ１３の開閉周期で断続する光学的に変調された赤外線光束に変換されており、測定セル１４へはこの赤外線光束が入射される。測定セル１４内では、赤外線光束が透過する過程で、測定ガスを構成するそれぞれのガス成分に固有の波長帯域の赤外線が当該ガス成分の濃度に応じて吸収されて検出器１５に到達する。
【００３０】
検出器１５から出力された検出信号は増幅器１６により増幅され、ＡＤ変換器１７によりＡＤ変換されて検出データとなり演算制御部１８へ逐次取り込まれる。演算制御部１８は、図２で示すように、検出データ記憶手段１８２として機能し、検出データを図示しない記憶装置に登録する。この場合、濃度換算したものではなく、そのまま検出データとして登録されるものとする。
【００３１】
続いて演算制御部１８は、再度、流路切換手段１８１として機能し、比較ガスを測定セルへ流入させる。具体的には、第１流路切換電磁弁２０の常開端子（ＮＯ）を開いて比較ガスを測定セル１４へ流す。測定セル１４には赤外線光束が入射され、測定セル１４内を透過する過程で、ガス成分の濃度に応じて吸収された赤外線が検出器１５に到達する。検出器１５から出力された検出信号は増幅器１６、ＡＤ変換器１７を経て検出データとなり演算制御部１８へ逐次取り込まれる。演算制御部１８は、検出データ記憶手段１８２として機能し、検出データを図示しない記憶装置に登録する。
【００３２】
以下測定ガス分析・比較ガス分析が繰り返されることとなる。後述する差分や平均化に必要なデータを所定期間にわたり複数取得する必要があり、最初はデータを蓄積するため、流路切換手段１８１と検出データ記憶手段１８２とが繰り返されて必要な検出データを得る。
【００３３】
このようにして取り込んだ検出データは、例えば図３で示すような台形波状の挙動となる。なお、この挙動は、理解を容易にするため、例えば、増幅器１６から出力されたアナログの検出信号を図示しているが、便宜上検出データの挙動として説明するものである。さて、この検出データの挙動とは、比較ガス時に小さい値で安定しており、測定ガスに切換わると測定セル１４内のガスが入れ替わるにしたがって、徐々に値が大きくなっていき、測定セル内が完全に置換されたところで安定して一定値を維持し、そして次に比較ガスに切換わると測定セル１４内で比較ガスが増えて徐々に値が小さくなり、あるところで安定して一定値を維持し、以下同様な挙動を繰り返すというものである。
【００３４】
続いてドリフトの除去を含む濃度の算出について説明する。一般化すると次のようになる。
制御演算装置１８は、図２で示すように、上記濃度の挙動から測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを抽出するデータ抽出手段１８３として機能する。
【００３５】
この比較ガス前検出データとは測定ガス検出データよりもｎ倍（ｎは１，３，５，・・・というような奇数）のガス切換周期より前に取得したものである。本形態ではｎ＝１とし、比較ガス前検出データは測定ガス検出データを取得した直前に得たデータである。
【００３６】
また、この比較ガス後検出データとは測定ガス検出データよりもｎ倍（ｎは奇数）のガス切換周期より後に取得したものである。本形態ではｎ＝１とし、比較ガス後検出データは測定ガス検出データを取得した直後に得たデータである。
【００３７】
このガス切換周期とは、測定セルに流入させるガスを切り替えるため第１流路切換電磁弁２０、第２流路切換電磁弁２１を切り換える周期いう。この際、図３で示すように、比較ガスから測定ガスへ切り換えるまでを始期とし次に測定ガスから比較ガスへ切り換えるまでを終期とする期間をガス切換周期とする。同様に測定ガスから比較ガスへ切り換えるまでを始期とし次に比較ガスから測定ガスへ切り換えるまでを終期とする期間をガス切換周期とする。ガス切換周期毎に検出データが取得される。
そして測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを取得するタイミングは第１流路切換電磁弁２０、第２流路切換電磁弁２１の切換タイミングと同じタイミングにした。
そして、演算制御部１８は、上記の挙動を表す検出データを切り換えタイミングと関連づけて一括して登録しており、この中から切り換えタイミングにおける測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを取得することでデータを抽出する。
【００３８】
そして、演算制御部１８は、これらデータを用いて差分値を得る差分手段１８４として機能する。詳しくは、ある測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分をとって第１差分データを得る第１差分データ算出手段として機能する。同様に当該測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分をとって第２差分データを得る第２差分データ算出手段として機能する。
【００３９】
そして、演算制御部１８は、第１差分データと第２差分データとを平均化して平均化データを得る平均化手段１８５として機能する。
そして、演算制御部１８は、その後に濃度換算処理を行って濃度データを得る濃度換算手段１８６として機能する。
最後に、演算制御部１８は、その濃度データをモニタ・プリンタ等の出力部２２に出力させる出力手段１８７として機能する。
【００４０】
次にドリフト分の除去原理について具体的に説明する。まず、ドリフト分がほぼ一定である場合について説明する。また、本形態ではｎ＝１とし、１倍のガス切換周期とする。
演算制御部１８は、例えば、図３で示すように、（２）のタイミングで測定ガス検出データ、（１）のタイミングで比較ガス前検出データ、および、（３）のタイミングで比較ガス後検出データを取得する。これらデータは以下のようになる。
【００４１】
［数３］
（１）の比較ガス前検出データ＝Δｄ
（２）の測定ガス検出データ＝Ｃ＋Δｄ 
（３）の比較ガス後検出データ＝Δｄ
【００４２】
続いて演算制御部１８は、保存した測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分値を得る。
【００４３】
［数４］
第１差分データ＝（２）の測定ガス検出データ−（１）の比較ガス前検出データ
＝Ｃ＋Δｄ−Δｄ
＝Ｃ
【００４４】
続いて演算制御部１８は、保存した測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分値を得る。
【００４５】
［数５］
第２差分データ＝（２）の測定ガス検出データ−（３）の比較ガス後検出データ
＝Ｃ＋Δｄ−Δｄ
＝Ｃ
【００４６】
続いて演算制御部１８は、平均化を行う。この場合、第１差分データと第２差分データとを加算して２で除することで達成される。
【００４７】
［数６］
平均化データ＝２Ｃ／２＝Ｃ
【００４８】
この平均化データは濃度相当分Ｃと一致しており、濃度換算することで求めたい濃度が得られることとなる。
【００４９】
ここにΔｄはドリフト分であるがこのΔｄは一定であり、上記のようにドリフト分を排除できる。また、仮にΔｄは一定ではない場合であってもガス切換周期に対して十分に長い単位での変動であるならば、変化分は無視ができ、この場合でもドリフト分を排除できる。
【００５０】
次に、図４に示すように、ガス切換周期に対して、ドリフト分の変化が早い場合（図４のように各測定ごとにドリフト分が大きくなっていくなど）について説明する。
図４で示すように、電磁弁切換の都度ドリフト分が上昇していき、例えば、（４）のタイミングで測定ガス検出データ＝Ｃ＋Δｄ＋ｂ、（３）のタイミングで比較ガス前検出データ＝Δｄ＋ａ、および、（５）のタイミングで比較ガス後検出データ＝Δｄ＋ｃを取得したものとする。
【００５１】
続いて演算制御部１８は、保存した測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分値を得る。
【００５２】
［数７］
第１差分データ＝（４）の測定ガス検出データ−（３）の比較ガス前検出データ
＝Ｃ＋Δｄ＋ｂ−（Δｄ＋ａ）＝Ｃ＋ｂ−ａ
【００５３】
続いて演算制御部１８は、保存した測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分値を得る。
【００５４】
［数８］
第２差分データ＝（４）の測定ガス検出データ−（５）の比較ガス後検出データ
＝Ｃ＋Δｄ＋ｂ−（Δｄ＋ｃ）＝Ｃ＋ｂ−ｃ
【００５５】
続いて演算制御部１８は平均化を行う。この場合、第１差分データと第２差分データとを加算して２で除することで達成される。
【００５６】
［数９］
平均化データ＝（第１差分データ＋第２差分データ）／２
＝（Ｃ＋ｂ−ａ＋Ｃ＋ｂ−ｃ）／２＝Ｃ＋ｂ−（ａ＋ｃ）／２
【００５７】
ここで、ドリフト分が傾きαであってガス切換周期Ｔで変化する一次関数を想定すると、ｂの高さを基準（＝０）とみたとき、ａ＝−αＴ、ｂ＝０、ｃ＝＋αＴとすることができるので、上記数９に代入すると、ｂ−（ａ＋ｃ）／２＝０である。故に平均化データ＝Ｃであり、ドリフト分が除去されている。この平均化データを濃度換算することでドリフト分が除去された濃度が算出されることとなる。
【００５８】
また、差分を採るに際し、測定ガス検出データからガス切換周期の３倍や５倍前の比較ガス前検出データを用い、また、測定ガス検出データからガス切換周期の３倍や５倍後の比較ガス後検出データを用いても良い。ここでは、ガス切換周期の３倍離れたデータを用いる場合について説明する。
【００５９】
図４で示すように、電磁弁切換の都度ドリフト分が上昇していき、例えば、（４）のタイミングで測定ガス検出データ＝Ｃ＋Δｄ＋ｂ、（１）のタイミングで比較ガス前検出データ＝Δｄ−ｚ、および、（７）のタイミングで比較ガス後検出データ＝Δｄ＋ｆを取得する。
【００６０】
続いて演算制御部１８は、保存した測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分値を得る。
【００６１】
［数１０］
第１差分データ＝（４）の測定ガス検出データ−（１）の比較ガス前検出データ
＝Ｃ＋Δｄ＋ｂ−（Δｄ−ｚ）＝Ｃ＋ｂ＋ｚ
【００６２】
続いて演算制御部１８は、保存した測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分値を得る。
【００６３】
［数１１］
第２差分データ＝（４）の測定ガス検出データ−（７）の比較ガス後検出データ
＝Ｃ＋Δｄ＋ｂ−（Δｄ＋ｆ）＝Ｃ＋ｂ−ｆ
【００６４】
続いて演算制御部１８は平均化を行う。この場合、第１差分データと第２差分データとを加算して２で除することで達成される。
【００６５】
［数１２］
平均化データ＝（Ｃ＋ｂ＋ｚ＋Ｃ＋ｂ−ｆ）／２＝Ｃ＋ｂ−（ｆ−ｚ）／２
【００６６】
ここで、ドリフト分が傾きαであってガス切換周期Ｔで変化する一次関数を想定すると、ｂの高さを基準（＝０）とみたとき、−ｚ＝−３αＴ、ｂ＝０、ｆ＝＋３αＴとすることができるので、上記式に代入すると、ｂ−（ｆ−ｚ）／２＝０である。故に平均化データ＝Ｃであり、ドリフト分が除去されている。この平均化データを濃度換算することでドリフト分が除去された濃度が算出されることとなる。
【００６７】
一般化すると、比較ガス前検出データとは測定ガス検出データよりもｎ倍（ｎは奇数である）のガス切換周期より前に取得される。また、比較ガス後検出データとは測定ガス検出データよりもｎ倍（ｎは奇数である）のガス切換周期より後に取得される。
【００６８】
ここで差分値・平均値を用いる意味について検討する。説明に際しガス切換周期は１倍であるものとする。（２）の測定ガス検出データと１倍のガス切換周期で（１）の比較ガス前検出データや（３）の比較ガス後検出データとの差分を採る場合、次式のようになる。
【００６９】
［数１３］
第１差分データ＝（２）の測定ガス検出データ−（１）の比較ガス前検出データ
＝Ｃ＋Δｄ−（Δｄ−ｚ）＝Ｃ＋ｚ                    ＞Ｃ
【００７０】
［数１４］
第２差分データ＝（２）の測定ガス検出データ−（３）の比較ガス後検出データ
＝Ｃ＋Δｄ−（Δｄ＋ａ）＝Ｃ−ａ                    ＜Ｃ
【００７１】
差分値は濃度値Ｃに対して上下する挙動を示すこととなる。
そこでこれらデータを平均化すると上下分が消去されて０に近づく。
【００７２】
［数１５］
平均化データ＝（第１差分データ＋第２差分データ）／２
＝｛（Ｃ−ａ）＋（Ｃ＋ｚ）｝／２＝Ｃ−（ａ−ｚ）／２となる。
【００７３】
ここで、ドリフト分の変化の傾きが同じ程度であれば、変化の差分（ここでは、ｚ，ａ）がほぼ等しいこととなり、上記計算結果は、Ｃとほぼ等しくなる。
【００７４】
また、（４）の測定ガス検出データと１倍のガス切換周期で（３）の比較ガス前検出データや（５）の比較ガス後検出データとの差分を採る場合、次式のようになる。
【００７５】
［数１６］
第１差分データ＝（４）の測定ガス検出データ−（３）の比較ガス前検出データ
＝Ｃ＋（Δｄ＋ｂ）−（Δｄ＋ａ）＝Ｃ＋（ｂ−ａ）    ＞Ｃ
【００７６】
［数１７］
第２差分データ＝（４）の測定ガス検出データ−（５）の比較ガス後検出データ
＝Ｃ＋（Δｄ＋ｂ）−（Δｄ＋ｃ）＝Ｃ＋（ｂ−ｃ）    ＜Ｃ
【００７７】
差分値は濃度値Ｃに対して上下する挙動を示すこととなる。
そこでこれらデータを平均化すると上下分が消去されて０に近づく。
【００７８】
［数１８］
平均化データ＝（第１差分データ＋第２差分データ）／２
＝｛Ｃ＋（ｂ−ｃ）＋Ｃ＋（ｂ−ａ）｝／２＝Ｃ＋（２ｂ−ｃ−ａ）／２
【００７９】
ここで、ドリフト分の変化の傾きが同じ程度であれば、変化の差分（ここでは、（ｂ−ａ），（ｃ−ｂ））がほぼ等しいこととなり（数１８の右項（２ｂ−ｃ−ａ）は、（ｂ−ａ）−（ｃ−ｂ）と展開できる）、上記計算結果は、Ｃとほぼ等しくなる。
【００８０】
また、（６）の測定ガス検出データと１倍のガス切換周期で異なる（５）の比較ガス前検出データや（７）の比較ガス後検出データとの差分を採る場合、次式のようになる。
【００８１】
［数１９］
第１差分データ＝（６）の測定ガス検出データ−（５）の比較ガス前検出データ
＝Ｃ＋（Δｄ＋ｅ）−（Δｄ＋ｃ）＝Ｃ＋（ｅ−ｃ）    ＞Ｃ
【００８２】
［数２０］
第２差分データ＝（６）の測定ガス検出データ−（７）の比較ガス後検出データ
＝Ｃ＋（Δｄ＋ｅ）−（Δｄ＋ｆ）＝Ｃ＋（ｅ−ｆ）    ＜Ｃ
【００８３】
差分値は濃度値Ｃに対して上下する挙動を示すこととなる。
そこでこれらデータを平均化すると上下分が消去されて０に近づく。
【００８４】
［数２１］
平均化データ＝（第１差分データ＋第２差分データ）／２
＝｛Ｃ＋（ｅ−ｃ）＋Ｃ＋（ｅ−ｆ）｝／２＝Ｃ＋（２ｅ−ｃ−ｆ）／２
【００８５】
ここで、ドリフト分の変化の傾きが同じ程度であれば、変化の差分（ここでは、（ｅ−ｃ），（ｆ−ｅ））がほぼ等しいこととなり、上記計算結果は、Ｃとほぼ等しくなる。
【００８６】
以下同様となり、測定値に対する誤差は、各回の変化分の差分の半分となる。
【００８７】
このような赤外線ガス分析計では、濃度換算は最後に行っているが検出データを取得したときに濃度換算を行ってから検出データとして登録するようにしても良い。これら形態は適宜選択される。
【００８８】
続いて他の形態の赤外線ガス分析計について説明する。先の形態はシングルビーム方式の赤外線ガス分析計であったが、ダブルビーム方式の赤外線ガス分析計においても本発明の適用は可能である。このようなダブルビーム方式による赤外線ガス分析計について説明する。
【００８９】
赤外線ガス分析計２は、図５で示すように、モータ１１、チョッパ１２、赤外線光源１３、検出器１５、増幅器１６、ＡＤ変換器１７、演算制御部１８、ＳＳＲ１９、第１流路切換電磁弁２０、第２流路切換電磁弁２１、出力部２２、分配セル３０、第１測定セル３１、第２測定セル３２を備える。この形態では図１を用いて説明した赤外線ガス分析計１において測定セル１４に代えて分配セル３０、第１測定セル３１、第２測定セル３２を配置した点が相違する。以下、先の形態と同じ構成については同じ符号を付すとともに重複する説明を省略し、相違点について重点的に説明する。
【００９０】
両端に赤外線透過窓（図示せず）が設けられた同じ長さの第１測定セル３１，第２測定セル３２が２本並列に配置されている。これら第１測定セル３１，第２測定セル３２の一方の端に分配セル３０が配置される。分配セル３０は、赤外線光源１３からの赤外線を第１測定セル３１，第２測定セル３２に等しく配分する機能を有している。分配セル３０と赤外線光源１３との間には、赤外線を一定周期で断続（チョッピング）するためのチョッパ１２が配置されている。
【００９１】
第１測定セル３１，第２測定セル３２の他方の端には、第１測定セル３１，第２測定セル３２からの赤外光を同時に検出するための検出器１５が配置されている。２本の第１測定セル３１，第２測定セル３２には、それぞれ比較ガスと測定ガスとが導入されるように配管されており、導入口の直前に配置された第１流路切換電磁弁２０，第２流路切換電磁弁２１により一定周期で流路を切り換えて、第１測定セル３１，第２測定セル３２へ比較ガスと測定ガスとを交互に導入している。第１流路切換電磁弁２０，第２流路切換電磁弁２１は本発明の流路切換部の一具体例である。
【００９２】
検出器１５は、２本の第１測定セル３１，第２測定セル３２から透過してきた赤外線の光量の差分をとって差分信号である検出信号を出力する。この検出信号は、増幅器１６、ＡＤ変換器１７を経て演算制御部１８へ入力される。
【００９３】
第１測定セル３１，第２測定セル３２内で赤外線吸収が発生しない状態（ゼロの状態）においても、２本の第１測定セル３１，第２測定セル３２からの透過光量が完全に平衡しているとは限らず（光学的アンバランス）、更にその光学的アンバランスは、第１測定セル３１，第２測定セル３２の汚れや部品の劣化などによる経時的な変化を見せるため、それに伴い、測定濃度値が変化するドリフトが発生するが、以下のような信号処理を行ってドリフト分を除去する。
【００９４】
続いて、本発明の特徴をなすドリフト分の除去を含む分析処理について説明する。
まず、演算制御部１８は、図２で示すように、流路切換手段１８１として機能し、測定ガスを第１測定セル３１へ流入させ、また、比較ガスを第２測定セル３２へ流入させる。演算制御部１８は、図１で示すように、ＳＳＲ１９へ切換制御信号を送り、ＳＳＲ１９が第２流路切換電磁弁２１を常閉端子（ＮＣ) に接続して第１測定セル３１へ測定ガスを流し、また、第１流路切換電磁弁２０を常閉端子（ＮＣ) に接続して第２測定セル３２へ比較ガスを流す。赤外線光源部２から出射された赤外線は、チョッパ１３の開閉周期で断続する光学的に変調された赤外線光束に変換されており、第１測定セル３１，第２測定セル３２へはこの赤外線光束が入射される。第１測定セル３１，第２測定セル３２内では、赤外線光束が透過する過程で、測定ガスを構成するそれぞれのガス成分に固有の波長帯域の赤外線が当該ガス成分の濃度に応じて吸収されて検出器１５に到達する。
【００９５】
検出器１５から出力された検出信号は増幅器１６により増幅され、ＡＤ変換器１７によりＡＤ変換されて検出データとなり演算制御部１８へ逐次取り込まれる。演算制御部１８は、図２で示すように、検出データ記憶手段１８２として機能し、検出データを図示しない記憶装置に登録する。
【００９６】
続いて演算制御部１８は、再度切換制御手段１８１として機能し、比較ガスを第１測定セル３１へ流入させ、また、測定ガスを第２測定セル３２へ流入させる。第１流路切換電磁弁２０を常開端子（ＮＯ）に接続して第１測定セル３１へ比較ガスを流し、また、第２流路切換電磁弁２０を常開端子（ＮＯ）に接続して第２測定セル３２へ測定ガスを流す。第１測定セル３１，第２測定セル３２には赤外線光束が入射され、第１測定セル３１，第２測定セル３２内を透過する過程で、ガス成分の濃度に応じて吸収された赤外線が検出器１５に到達する。検出器１５から出力された検出信号は増幅器１６、ＡＤ変換器１７を経て検出データとなり演算制御部１８へ逐次取り込まれる。演算制御部１８は、検出データ記憶手段１８２として機能し、検出データを図示しない記憶装置に登録する。
【００９７】
以下測定ガス・比較ガスの切り換えが繰り返されることとなる。濃度換算に必要なデータを所定期間にわたり取得する必要があり、最初はデータを蓄積するため、流路切換手段１８１と検出データ記憶手段１８２とが繰り返されて必要なデータを得る。
【００９８】
このようにして取り込んだ検出データは、例えば図６で示すような台形波状の挙動となる。この濃度の挙動とは、第１測定セル３１内のガスが比較ガスで第２測定セル３２内のガスが測定ガスのときに小さい値で安定しており、第１測定セル３１，第２測定セル３２内のガスが入れ替わるにしたがって、徐々に値が大きくなっていき、第１測定セル３１，第２測定セル３２内が完全に置換されて第１測定セル３１内のガスが測定ガスに、また、第２測定セル３２内のガスが比較ガスに入れ替わったところで安定して一定値を維持し、そして次に第１測定セル３１，第２測定セル３２内のガスが入れ替わるにしたがって、徐々に値が小さくなっていき、第１測定セル３１，第２測定セル３２内が完全に置換されて第１測定セル３１内のガスが比較ガスに、また、第２測定セル３２内のガスが測定ガスに入れ替わったところで安定して一定値を維持し、以下同様な挙動を繰り返すというものである。
【００９９】
このように本発明では、便宜上、測定セル１に充填されるガスを基準としてデータの名称を付すものであり、第１測定セル３１に測定ガスが入るタイミングで現れるデータを測定データとし、また、第１測定セル３１に比較ガスが入るタイミングで現れるデータを比較データとしている。しかしながら、第２測定セル３２に充填されるガスを基準としてデータの名称を付しても良い。
【０１００】
続いてドリフトの除去を含む濃度の算出について説明する。一般化すると次のようになる。
演算制御部１８は、上記検出データの挙動から測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを抽出する抽出手段１８３として機能する。
【０１０１】
この比較ガス前検出データとは測定ガス検出データよりもｎ倍（ｎ＝１，３，・・・という奇数）のガス切換周期より前に取得したものである。本形態ではｎ＝１とし、比較ガス前検出データは測定ガス検出データを取得した直前に得たデータである。
【０１０２】
また、この比較ガス後検出データとは測定ガス検出データよりもｎ倍（ｎは奇数）のガス切換周期より後に取得したものである。本形態ではｎ＝１とし、比較ガス後検出データは測定ガス検出データを取得した直前に得たデータである。
【０１０３】
このガス切換周期とは、測定セルに流入させるガスを切り替えるため第１流路切換電磁弁２０、第２流路切換電磁弁２１を切り換える周期いう。この際、図６で示すように、第１測定セル３１において比較ガスから測定ガスへ切り換えるまでを始期とし次に第１測定セル３１において測定ガスから比較ガスへ切り換えるまでを終期とする期間をガス切換周期とする。同様に第１測定セル３１において測定ガスから比較ガスへ切り換えるまでを始期とし次に第１測定セル３１において比較ガスから測定ガスへ切り換えるまでを終期とする期間をガス切換周期とする。ガス切換周期毎に検出データが取得される。
そして測定ガス検出データ、比較ガス前検出データおよび比較ガス後検出データを取得するタイミングは第１流路切換電磁弁２０、第２流路切換電磁弁２１の切換タイミングとした。
【０１０４】
そして、演算制御部１８は、これらデータを用いて差分値を得る差分手段１８４として機能する。詳しくは、測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分をとって第１差分データを得る第１差分データ算出手段として機能する。同様に測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分をとって第２差分データを得る第２差分データ算出手段として機能する。
【０１０５】
そして、演算制御部１８は、第１差分データと第２差分データとを平均化して平均化データを得る平均化手段１８５として機能する。
そして、演算制御部１８は、その後に濃度換算処理を行って濃度データを得る濃度換算手段１８６として機能する。
最後に、演算制御部１８は、その濃度データをモニタ・プリンタ等の出力部に出力させる出力手段１８７として機能する。
【０１０６】
次に具体的に説明する。まず、ドリフト分がほぼ一定である場合について説明する。また、本形態ではｎ＝１とし、１倍のガス切換周期とする。
演算制御部１８は、例えば、図６で示すように、（４）のタイミングで測定ガス検出データ、（３）のタイミングで比較ガス前検出データ、および、（５）のタイミングで比較ガス後検出データを取得する。これらデータは以下のようになる。
【０１０７】
［数２２］
（３）の比較ガス前検出データ＝−Ｃ＋Δｄ
（４）の測定ガス検出データ＝Ｃ＋Δｄ 
（５）の比較ガス後検出データ＝−Ｃ＋Δｄ
【０１０８】
続いて演算制御部１８は、保存した測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分値を得る。
【０１０９】
［数２３］
第１差分データ＝（４）の測定ガス検出データ−（３）の比較ガス前検出データ
＝Ｃ＋Δｄ＋Ｃ−Δｄ
＝２Ｃ
【０１１０】
続いて演算制御部１８は、保存した測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分値を得る。
【０１１１】
［数２４］
第２差分データ＝（４）の測定ガス検出データ−（５）の比較ガス後検出データ
＝Ｃ＋Δｄ＋Ｃ−Δｄ
＝２Ｃ
【０１１２】
続いて平均化を行う。この場合、第１差分データと第２差分データとを加算して２で除することで達成される。
【０１１３】
［数２５］
平均化データ＝４Ｃ／２＝２Ｃ
【０１１４】
この平均化データは濃度相当分Ｃの２倍値と一致しており、２で除した上で濃度換算することで求めたい濃度が得られることとなる。
【０１１５】
ここにΔｄはドリフト分であるがこのΔｄは一定であり、上記のようにドリフト分を排除できる。また、仮にΔｄは一定ではない場合であってもガス切換周期に対して十分に長い単位での変動であるならば、変化分は無視ができ、この場合でもドリフト分を排除できる。
【０１１６】
次に、図７に示すように、ガス切換周期に対して、ドリフト分の変化が早い場合（図７のように各測定ごとにドリフト分が大きくなっていくなど）について説明する。
図７で示すように、電磁弁切換の都度ドリフト分が上昇していき、例えば、（４）のタイミングで測定ガス検出データ＝Ｃ＋Δｄ＋ｂ、（３）のタイミングで比較ガス前検出データ＝−Ｃ＋Δｄ＋ａ、および、（５）のタイミングで比較ガス後検出データ＝−Ｃ＋Δｄ＋ｃを取得したものとする。
【０１１７】
続いて演算制御部１８は、保存した測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分値を得る。
【０１１８】
［数２６］
第１差分データ＝（４）の測定ガス検出データ−（３）の比較ガス前検出データ
＝Ｃ＋Δｄ＋ｂ−（−Ｃ＋Δｄ＋ａ）＝２Ｃ＋ｂ−ａ
【０１１９】
続いて演算制御部１８は、保存した測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分値を得る。
【０１２０】
［数２７］
第２差分データ＝（４）の測定ガス検出データ−（５）の比較ガス後検出データ
＝Ｃ＋Δｄ＋ｂ−（−Ｃ＋Δｄ＋ｃ）＝２Ｃ＋ｂ−ｃ
【０１２１】
続いて平均化を行う。この場合、第１差分データと第２差分データとを加算して２で除することで達成される。
【０１２２】
［数２８］
平均化データ＝（第１差分データ＋第２差分データ）／２
＝（２Ｃ＋ｂ−ａ＋２Ｃ＋ｂ−ｃ）／２＝２Ｃ＋ｂ−（ａ＋ｃ）／２
【０１２３】
ここで、ドリフト分が傾きαであってガス切換周期Ｔで変化する一次関数を想定すると、ｂを基準高さ（＝０）とみたとき、ａ＝−αＴ、ｂ＝０、ｃ＝＋αＴとすることができるので、上記式に代入すると、ｂ−（ａ＋ｃ）／２＝０である。故に平均化データ＝２Ｃであり、ドリフト分が除去されている。この平均化データを２で除した上で濃度換算することでドリフト分が除去された濃度が算出されることとなる。
【０１２４】
また、差分を取るに際し、測定ガス検出データからガス切換周期の３倍や５倍前の比較ガス前検出データを用い、また、測定ガス検出データからガス切換周期の３倍や５倍後の比較ガス後検出データを用いても良い。ここでは、ガス切換周期の３倍離れたデータを用いる場合について説明する。
【０１２５】
図７で示すように、電磁弁切換の都度ドリフト分が上昇していき、例えば、（４）のタイミングで測定ガス検出データ＝Ｃ＋Δｄ＋ｂ、（１）のタイミングで比較ガス前検出データ＝−Ｃ＋Δｄ−ｚ、および、（７）のタイミングで比較ガス後検出データ＝−Ｃ＋Δｄ＋ｆを取得する。
【０１２６】
続いて演算制御部１８は、保存した測定ガス検出データと比較ガス前検出データとの差分値を得る。
【０１２７】
［数２９］
第１差分データ＝（４）の測定ガス検出データ−（１）の比較ガス前検出データ
＝Ｃ＋Δｄ＋ｂ−（−Ｃ＋Δｄ−ｚ）＝２Ｃ＋ｂ＋ｚ
【０１２８】
続いて演算制御部１８は、保存した測定ガス検出データと比較ガス後検出データとの差分値を得る。
【０１２９】
［数３０］
第２差分データ＝（４）の測定ガス検出データ−（７）の比較ガス後検出データ
＝Ｃ＋Δｄ＋ｂ−（−Ｃ＋Δｄ＋ｆ）＝２Ｃ＋ｂ−ｆ
【０１３０】
続いて平均化を行う。この場合、第１差分データと第２差分データとを加算して２で除することで達成される。
【０１３１】
［数３１］
平均化データ＝（２Ｃ＋ｂ＋ｚ＋２Ｃ＋ｂ−ｆ）／２＝２Ｃ＋ｂ−（ｆ−ｚ）／２
【０１３２】
ここで、ドリフト分が傾きαであってガス切換周期Ｔで変化する一次関数を想定すると、ｂを基準（＝０）とみたとき、−ｚ＝−３αＴ、ｂ＝０、ｆ＝＋３αＴとすることができるので、上記式に代入すると、ｂ−（ｆ−ｚ）／２＝０である。故に平均化データ＝２Ｃであり、ドリフト分が除去されている。この平均化データを２で除した後に濃度換算することでドリフト分が除去された濃度が算出されることとなる。
【０１３３】
一般化すると、比較ガス前検出データとは測定ガス検出データよりもｎ倍（ｎは奇数である）のガス切換周期より前に取得される。また、比較ガス後検出データとは測定ガス検出データよりもｎ倍（ｎは奇数である）のガス切換周期より後に取得される。
このような形態を採用しても良い。
【０１３４】
以上、本発明の赤外線ガス分析計について説明した。
この赤外線ガス分析計では、濃度値の計算のタイミングを測定ガスから比較ガスへ切り替えるタイミングの直後、および、比較ガスから測定ガスへ切り替えるタイミングの直後としており、演算制御部が管理する切換周期と同期させてデータを取得するため、ガス切換周期と同じタイミングで確実にデータを取得することができる。
更にガス切換周期と同じタイミングでデータを取得する結果として、変化後の比較的安定した時期にデータを取得することになるため、濃度データの上下動を低減し、本来の測定値を出力することが可能となる。
【０１３５】
特に装置の立ち上げ直後で検出器信号が変動するとき、急激な温度変動により検出器信号が変動するとき、また、特に低い濃度を測定しているため検出器の変動がわずかでも測定値に影響を与えやすいとき、などにその効果は大きなものとなる。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明の赤外線ガス分析計は、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、ビル管理］、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】
【０１３７】
１，２：赤外線ガス分析計
１１：モータ
１２：チョッパ
１３：赤外線光源
１４：測定セル
１５：検出器
１６：増幅器
１７：ＡＤ変換器
１８：演算制御部
１８１：流路切換手段
１８２：検出データ記憶手段
１８３：データ抽出手段
１８４：差分手段
１８５：平均化手段
１８６：濃度換算手段
１８７：出力手段
１９：ＳＳＲ
２０：第１流路切換電磁弁
２１：第２流路切換電磁弁
２２：出力部
３０：分配セル
３１：第１測定セル
３２：第２測定セル
【図１】
2012026834.tif 000003
【図２】
2012026834.tif 000004
【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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