(57)【要約】【課題】測定の対象となるガスに含まれる炭化水素の濃度および組成が変化する場合であっても応答性良くかつ精度良く炭化水素の濃度を測定することが可能な炭化水素濃度測定装置および炭化水素測定方法を提供する。【解決手段】赤外線照射装置１３０により測定対象ガスに単数または複数の化学種が吸収する共通の吸収領域を含む波長帯の光を照射し、測定対象ガスに照射された光をラインセンサ１６０により検出し、検出された光に基づいて解析装置１９０により測定対象ガスの共通の吸収領域の吸光度を算出し、解析装置１９０により当該吸光度に基づいて測定対象ガスに含まれる単数または複数の化学種のうち共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種の濃度の和を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガスに前記単数または複数の化学種に共通の吸収領域を含む波長帯の光を照射する照射部と、
前記照射部により前記ガスに照射された光を検出する検出部と、
前記検出部により検出された光に基づいて前記共通の吸収領域の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて前記共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種の濃度の和を算出する解析部と、
を具備する炭化水素濃度測定装置。
【請求項２】
前記共通の吸収領域は、
アルカンおよびアルケンからなるグループ、芳香族炭化水素からなるグループ、アルキンからなるグループのうちの少なくとも一つのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長を含む請求項１に記載の炭化水素濃度測定装置。
【請求項３】
前記アルカンおよびアルケンからなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下であり、
前記芳香族炭化水素からなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下であり、
前記アルキンからなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下である請求項２に記載の炭化水素濃度測定装置。
【請求項４】
前記照射部により照射されて前記検出部により検出される光の光路の中途部に設けられ、前記単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガスを導入可能な内部空間を有するガス導入容器と、
前記ガス導入容器に設けられ、前記照射部により照射された光を透過して前記内部空間に導く照射側窓と、
前記ガス導入容器に設けられ、前記照射側窓から前記内部空間に導かれた光を透過して外部に導く検出側窓と、
を備えるガス導入部を具備する請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の炭化水素濃度測定装置。
【請求項５】
前記照射部と前記単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガスとの間に配置され、前記照射部からの光が前記ガスに照射された状態と前記ガスに照射されない状態とを交互に切り替えるチョッパ部と、
前記チョッパ部の切り替え動作を示す信号および前記検出部により検出された光に基づいて、前記検出部により検出された光に含まれるノイズ成分を除去する信号処理回路と、
を具備する請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の炭化水素濃度測定装置。
【請求項６】
前記検出部は光学検出器であり、
前記単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガスに照射された光を波長毎に分光して前記光学検出器に照射する分光部を具備する請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の炭化水素濃度測定装置。
【請求項７】
単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガスに前記単数または複数の化学種に共通の吸収領域を含む波長帯の光を照射するとともに、前記ガスに照射された光を検出する照射・検出工程と、
前記照射・検出工程において検出された光に基づいて前記共通の吸収領域の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて前記共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種の濃度の和を算出する解析工程と、
を具備する炭化水素濃度測定方法。
【請求項８】
前記共通の吸収領域は、
アルカンおよびアルケンからなるグループ、芳香族炭化水素からなるグループ、アルキンからなるグループのうちの少なくとも一つのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長を含む請求項７に記載の炭化水素濃度測定方法。
【請求項９】
前記アルカンおよびアルケンからなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下であり、
前記芳香族炭化水素からなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下であり、
前記アルキンからなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下である請求項８に記載の炭化水素濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定する技術に関する。より詳細には、ガスに含まれる炭化水素の濃度および組成が変化する場合における炭化水素濃度測定の応答性および精度の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対する意識の高まりから、自動車等の排気ガス中に含まれる炭化水素量を更に低減することが求められている。
自動車等の排気ガス中に含まれる炭化水素量を低減するためにはエンジンの更なる燃費向上や触媒による排気ガス浄化性能の向上を図る必要があるが、これらの技術の向上の前提として、排気ガス中に含まれる炭化水素の濃度を精度良く測定する技術が求められる。
【０００３】
特に、エンジンの燃焼解析を行う場合には「安定期」すなわち自動車が等速で走行しているとき等、エンジンの挙動が一定のときだけでなく、「過渡期」すなわちエンジンの始動時や加速・減速時等、エンジンの挙動が変化するときの排気ガスに含まれる炭化水素の濃度やその組成（炭化水素を構成する化学種の種類および化学種毎の濃度）をも詳細に分析する必要がある。しかし、安定期とは異なり、過渡期の排気ガスに含まれる炭化水素の濃度やその組成は時々刻々と変化する。
そのため、排気ガスに含まれる炭化水素の濃度やその組成の変化に対する応答性（リアルタイムで炭化水素の濃度や組成の変化を測定可能であること）および測定精度を高い次元で両立する炭化水素の濃度測定技術が求められている。
【０００４】
従来、ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定する技術を測定原理で分類すると、代表的なものとしては（１）水素炎イオン化法（Ｆｌａｍｅ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＦＩＤ）を用いるもの、（２）非分散形赤外線分析法（Ｎｏｎ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いるものが知られている。
【０００５】
（１）水素炎イオン化法は、測定の対象となるガスと燃料となる水素ガスとの混合気を所定の流量でノズル等から噴射し、当該噴射された混合気に点火することにより発生する炭素イオンのイオン電流をコレクタ電極で検出し、検出されたイオン電流に基づいて測定の対象となるガスに含まれる炭化水素の濃度を測定する方法である。
（１）水素炎イオン化法を用いる炭化水素濃度の測定装置の例としては、水素炎イオン化検出器を備えた全炭化水素計（Ｔｏｔａｌ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｍｅｔｅｒ；ＴＨＣ計）、水素炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグラフ（Ｇａｓ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ）が知られている。
【０００６】
水素炎イオン化検出器を備えた全炭化水素計は、測定の対象となるガスと燃料となる水素ガスとの混合気に点火することにより発生する炭素イオンのイオン電流を水素炎イオン化検出器が備えるコレクタ電極で検出し、検出されたイオン電流に基づいて測定の対象となるガスに含まれる炭化水素の全炭化水素濃度をメタン濃度換算値（ｐｐｍＣ）の形で算出するものである。
水素炎イオン化検出器を備えた全炭化水素計は、実質的には測定の対象となるガスに含まれる炭素原子の個数をカウントするものであり、その測定精度自体は高いが測定の対象となるガスに含まれる炭化水素の化学種毎の組成を測定することはできない。
【０００７】
水素炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグラフは、測定の対象となるガスをキャリアガス（移動相）と混合して分離カラムに供給してガスに含まれる炭化水素の化学種毎に分離し、当該化学種毎に水素ガスと混合して点火し、発生する炭素イオンのイオン電流を水素炎イオン化検出器が備えるコレクタ電極で検出し、検出されたイオン電流に基づいて測定の対象となるガスに含まれる化学種毎の濃度をメタン濃度換算値（ｐｐｍＣ）の形で算出するものである。
水素炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグラフは、算出された化学種毎の濃度を積算することにより測定の対象となるガスに含まれる炭化水素の全炭化水素濃度を算出することも可能である。
【０００８】
しかし、（１）水素炎イオン化法を用いる炭化水素の濃度測定方法は、一般にはその測定精度を確保するために測定条件、すなわち水素炎イオン化検出器が備えるコレクタ電極によるイオン電流の検出条件を一定に保持しなければならない。そのため、測定の対象となるガスの一部をサンプリングして水分除去等の前処理を施す等の作業を要する。
従って、上記前処理を行うのに要する時間の分だけ測定の対象となるガスとサンプリングされたガス（以下、「サンプリングガス」と表記する）との間にタイムラグ、すなわち炭素濃度測定の応答遅れが発生し、測定の対象となるガスに含まれる炭素濃度をリアルタイムで測定することが困難であるという問題がある。
【０００９】
また、（１）水素炎イオン化法を用いる炭化水素の濃度測定方法は、サンプリングガスを配管等の搬送経路を経てコレクタ電極を備える水素炎イオン化検出器に搬送するため、当該搬送経路の内壁面等に炭化水素が付着したり、あるいは新たに搬送経路に供給されたサンプリングガスが搬送経路に残存する古いサンプリングガスと混合したりする場合があり、水素炎イオン化検出器に到達した時点のサンプリングガスに含まれる炭化水素の濃度および組成は、当該サンプリングガスをサンプリングした時点と比較して変化してしまうおそれがある。
従って、測定の対象となるガスに含まれる炭化水素の濃度が時々刻々と変化する場合には、サンプリングガスの搬送経路を加熱したりサンプリングガスの搬送経路の内壁面にコーティング処理を施したりすることにより搬送経路の内壁面への炭化水素の付着を防止する、あるいは搬送経路を極力短くして搬送経路に残存するサンプリングガスの量を少なくする等の一連の処置を施さない限り炭素濃度を精度良く測定することが困難であるという問題がある。
【００１０】
また、ガスクロマトグラフは、一般にサンプリングガスを分離カラムに供給して炭化水素を構成する化学種毎に時間差で分離するという装置構成を有することから、その性質上、炭化水素を構成する化学種の分離に所定の時間（例えば、１０分以上）を要する。
従って、ガスクロマトグラフではリアルタイムで測定の対象となるガスに含まれる炭素濃度を精度良く測定することが不可能である。
また、ガスクロマトグラフは一般に装置が複雑で大型であり、設備コストも他の装置に比較して大きいという問題もある。
【００１１】
（２）非分散形赤外線分析法は、測定の対象となるガスに所定の波長帯の赤外線を照射し、測定の対象となるガスに照射された赤外線の特定の波長帯の吸収に基づいて測定の対象となるガスに含まれる炭化水素の濃度を測定する方法である。
非分散形赤外線分析法は原理的には応答遅れの無いリアルタイムな炭化水素の非接触濃度計測が可能であるが、非分散形赤外線分析法を用いる装置としては、一般的には装置構成あるいは計測精度維持の観点から、上記水素炎イオン化法と同様に計測対象ガスをサンプリングし、これに前処理を施した後で計測を行う装置のみが市販化されている。
（２）非分散形赤外線分析法を用いる炭化水素濃度の測定装置の例としては、炭化水素計測器（ＨＣ計）が知られている。
【００１２】
炭化水素計測器は、測定の対象となるガスに、例えば３．４μｍ近傍（３．４±０．０７μｍ）の波長帯の赤外線を照射し、当該赤外線の吸収に基づいて測定の対象となるガスに含まれる炭化水素の濃度をノルマルヘキサン濃度換算値（ｐｐｍ）の形で算出するものである。
【００１３】
図２７は、（ａ）エンジンから排出される排気ガスに含まれる炭化水素の濃度を赤外線吸収法を用いて非接触計測した測定結果、（ｂ）エンジンから排出される排気ガスから一部サンプリングされたガス（サンプリングガス）に含まれる炭化水素の濃度を水素炎イオン化法を用いて計測した測定結果、および（ｃ）エンジンの回転数を示す図である。
【００１４】
図２７に示す如く、（ｂ）水素炎イオン化法を用いて計測した炭化水素濃度の測定結果（図２７中の太い一点鎖線で表される）の最初の上昇ピークは、（ｃ）エンジンの回転数（図２７中の太い点線で表される）の最初の上昇ピークに対して遅れており、応答遅れが発生していることが分かる。
【００１５】
一方、（ａ）赤外線吸収法を用いて非接触計測した炭化水素濃度の測定結果（図２７中の太い実線で表される）の最初の上昇ピークは、（ｃ）エンジンの回転数の最初の上昇ピークに対して遅れておらず、（ｂ）水素炎イオン化法を用いて計測した炭化水素濃度の測定結果のような応答遅れは起こっていないことが分かる。
【００１６】
しかし、（ｂ）水素炎イオン化法を用いて計測した炭化水素濃度の測定結果は最初の上昇ピーク以後に一度下降し、再度上昇して最初の上昇ピークのピーク値と略同じ値で推移するのに対して、（ａ）赤外線吸収法を用いて非接触計測した炭化水素濃度の測定結果は最初の上昇ピークのピーク値については（ｂ）の最初の上昇ピークのピーク値と略同じであるものの、それ以降の測定値については徐々に下降し、（ｂ）の測定結果よりも低い値を示す。
従って、仮に（ａ）の測定結果を図２７中の横軸方向にシフトすることにより応答遅れの影響を補正したとしても、（ｂ）の測定結果とはそのプロファイルが大きく異なる。
【００１７】
これは、この試験に用いた赤外線吸収法が特定の狭い波長帯（約３．４μｍ）の赤外線を測定の対象となるガスに照射するとともに炭化水素の濃度をノルマルヘキサン濃度換算値の形で算出するものであるため、過渡期の排気ガスのように炭化水素の組成が大きく変化する場合には炭化水素の濃度（全炭化水素濃度）を精度良く測定することが困難であることによる。
また、このような問題は、広い波長域で計測を行う一般的に市販されているＨＣ計においても、程度の差はあるものの発生する。
ガスに含まれる炭化水素の組成が変化する場合の例としては、エンジンの始動時における排気ガスのように、エンジンの始動のごく初期の段階においては燃料ガスに含まれる炭化水素の一部が未燃焼のまま排気ガスとともに排出され、その後エンジンの挙動が安定するに伴い排気ガスに含まれる炭化水素の濃度が低下する場合等が挙げられる。
【００１８】
このように、単に赤外線吸収法を用いるというだけでは、ガスに含まれる炭化水素の濃度および組成が時々刻々と変化する場合に炭化水素の濃度における高い応答性と測定精度とを両立することが困難である。
【００１９】
上記の炭化水素の組成の変化の問題を解消する技術としては、ＦＴ−ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ＩｎｆｒａＲｅｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）が知られている。
また、炭化水素を構成する化学種毎に吸収される波長を測定の対象となるガスに投光（照射）可能な複数の投光部と、各投光手段から投光される赤外線を受光する複数の受光部とを備え、当該複数の受光部のそれぞれの受光強度に基づいて化学種毎の濃度を検出する測定技術も知られている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【００２０】
しかし、ＦＴ−ＩＲは、通常は測定対象ガスをサンプリングする必要があること、応答性が良くないこと、測定可能な炭化水素の種類（成分）が限定されること、ＴＨＣ計測を行うことが出来ないこと、といった問題を有する。
また、特許文献１に記載の技術は、ガスに含まれる化学種の種類と同数の投光部および受光部を必要とするため、装置が大型化するとともに設備コストが飛躍的に増大するという問題がある。
特に、自動車のエンジンの排気ガスに含まれる炭化水素は、例えば２００種類以上の多数の化学種からなるとともに、燃料の組成や燃焼条件等によっては未知の化学種が含まれる場合もあり得ることから上記問題が顕著となる。
また、測定の対象となるガスに含まれる炭化水素の化学種が予め正確に把握されていない場合には、そもそもいくつの投光部および受光部を設ける必要があるか、各投光部が投光する赤外線の波長帯をどのように設定するか、を決定することができない（もしくは、測定できない化学種が出てくるおそれがある）という問題がある。
【特許文献１】特開平４−２２５１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は以上の如き状況に鑑み、測定の対象となるガスに含まれる炭化水素の濃度および組成が変化する場合であっても応答性良く（リアルタイムで）かつ精度良く炭化水素の濃度を測定することが可能な炭化水素濃度測定装置および炭化水素測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００２３】
即ち、請求項１においては、
単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガスに前記単数または複数の化学種に共通の吸収領域を含む波長帯の光を照射する照射部と、
前記照射部により前記ガスに照射された光を検出する検出部と、
前記検出部により検出された光に基づいて前記共通の吸収領域の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて前記共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種の濃度の和を算出する解析部と、
を具備するものである。
【００２４】
請求項２においては、
前記共通の吸収領域は、
アルカンおよびアルケンからなるグループ、芳香族炭化水素からなるグループ、アルキンからなるグループのうちの少なくとも一つのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長を含むものである。
【００２５】
請求項３においては、
前記アルカンおよびアルケンからなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下であり、
前記芳香族炭化水素からなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下であり、
前記アルキンからなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下であるものである。
【００２６】
請求項４においては、
前記照射部により照射されて前記検出部により検出される光の光路の中途部に設けられ、前記単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガスを導入可能な内部空間を有するガス導入容器と、
前記ガス導入容器に設けられ、前記照射部により照射された光を透過して前記内部空間に導く照射側窓と、
前記ガス導入容器に設けられ、前記照射側窓から前記内部空間に導かれた光を透過して外部に導く検出側窓と、
を備えるガス導入部を具備するものである。
【００２７】
請求項５においては、
前記照射部と前記単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガスとの間に配置され、前記照射部からの光が前記ガスに照射された状態と前記ガスに照射されない状態とを交互に切り替えるチョッパ部と、
前記チョッパ部の切り替え動作を示す信号および前記検出部により検出された光に基づいて、前記検出部により検出された光に含まれるノイズ成分を除去する信号処理回路と、
を具備するものである。
【００２８】
請求項６においては、
前記検出部は光学検出器であり、
前記単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガスに照射された光を波長毎に分光して前記光学検出器に照射する分光部を具備するものである。
【００２９】
請求項７においては、
単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガスに前記単数または複数の化学種に共通の吸収領域を含む波長帯の光を照射するとともに、前記ガスに照射された光を検出する照射・検出工程と、
前記照射・検出工程において検出された光に基づいて前記共通の吸収領域の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて前記共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種の濃度の和を算出する解析工程と、
を具備するものである。
【００３０】
請求項８においては、
前記共通の吸収領域は、
アルカンおよびアルケンからなるグループ、芳香族炭化水素からなるグループ、アルキンからなるグループのうちの少なくとも一つのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長を含むものである。
【００３１】
請求項９においては、
前記アルカンおよびアルケンからなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下であり、
前記芳香族炭化水素からなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下であり、
前記アルキンからなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下であるものである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、測定の対象となるガスに含まれる炭化水素において共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種の濃度及び和を応答性良くかつ精度良く測定することが可能である、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下では図１３乃至図２６を用いて本発明に係る炭化水素濃度測定装置および本発明に係る炭化水素濃度測定方法の基本原理について説明する。
【００３４】
本発明に係る炭化水素濃度測定装置は測定の対象となるガス（以下、適宜「測定対象ガス」と表記する。）に含まれる炭化水素の濃度を測定する装置である。
本発明に係る炭化水素濃度測定方法は、測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定する方法である。
【００３５】
「測定対象ガス」は、少なくともその一部に炭化水素を含む気体を広く指すものとする。ここで、測定対象ガスに含まれる炭化水素は必ずしも常温（２５℃）かつ常圧（１気圧）において気化している必要はなく、例えば加熱することにより気化するものであっても良い。
【００３６】
「炭化水素」は、炭素と水素とからなる化合物である化学種を単数または複数種類含む。炭化水素に含まれる化学種は、その構造からアルカン、アルケン、アルキン、芳香族炭化水素等に分類される。
「アルカン」は、一般式ＣｎＨ２ｎ＋２（ｎ；１以上の整数）で表される鎖状飽和炭化水素を指す。なお、本発明においてはシクロアルカンはアルカンに含まれるものとする。
「シクロアルカン」は、一般式ＣｎＨ２ｎ（ｎ；３以上の整数）で表される環状飽和炭化水素を指す。
「アルケン」は、一般式ＣｎＨ２ｎ（ｎ；２以上の整数）で表される鎖状不飽和炭化水素を指す。
「アルキン」は、一般式ＣｎＨ２ｎ−２（ｎ；２以上の整数）で表される鎖状不飽和炭化水素を指す。
「芳香族炭化水素」は、単環または複数の環（縮合環）構造を有する炭化水素である。
【００３７】
本発明に係る炭化水素濃度測定装置および本発明に係る炭化水素濃度測定方法は、従来の非分散形赤外線分析法の利点である「応答性の良さ（応答遅れが無いこと）」を損なうことなく、従来の非分散形赤外線分析法の問題点であった「測定対象となるガス（以下、「測定対象ガス」という。）の組成が変化する場合の測定精度の低下」を解消するものである。
【００３８】
本発明に係る炭化水素濃度測定装置および本発明に係る炭化水素濃度測定方法は、測定対象ガスに光（赤外線）を照射し、特定の波長帯の光の吸収（吸光度）に基づいて測定の対象となるガスに含まれる炭化水素の濃度を測定するという基本的な原理については従来の非分散形赤外線分析法と共通している。
しかし、本発明に係る炭化水素濃度測定装置および本発明に係る炭化水素濃度測定方法は、測定対象ガスに照射する光の波長帯の設定手法に特徴を有する。
【００３９】
以下では、本発明に係る炭化水素濃度測定装置および本発明に係る炭化水素濃度測定方法における測定対象ガスに照射する光の波長帯の設定手法について説明する。
【００４０】
まず、図１３乃至図１５を用いて自動車用エンジンの排気ガスを例に測定対象ガスの組成の変化について説明する。
図１３は（Ａ）自動車用エンジンに供給される燃料（厳密には霧状の化石燃料と空気との混合物である混合気）の組成分析結果の例、図１４は（Ｂ）当該燃料を自動車用エンジンにおいて燃焼することにより発生する排気ガス（エンジン出口における排気ガス）の組成分析結果の例、図１５は（Ｃ）当該排気ガスを触媒により浄化したガス（触媒出口における排気ガス）の組成分析結果の例を示す。
図１３乃至図１５に示す（Ａ）〜（Ｃ）の組成分析結果の例は、水素炎イオン化法を用いたガスクロマトグラフ（ＦＩＤ−ＧＣ）により求められたものである。また、図１３乃至図１５に示す（Ａ）〜（Ｃ）の組成分析結果の例は求められた組成が大きい上位２６種の化学種を表している。
図１３乃至図１５に示す如く、燃料を自動車用エンジンにより燃焼し、その後触媒で浄化すると、各段階におけるガス中の炭化水素に含まれる化学種の種類、種類の数および各化学種の組成は大きく変化する。
例えば、化学種の種類の数（総化学種数）については、図１３に示す（Ａ）混合気の総化学種数は１７０種であるが、図１４に示す（Ｂ）エンジン出口における排気ガスの総化学種数は１８２種に増加し、図１５に示す（Ｃ）触媒出口における排気ガスの総化学種数は８６種に減少する。
【００４１】
また、化学種の組成については、アルカンの一種であるメタン（Ｍｅｔｈａｎｅ；図１４および図１５において符号（１）が付される）を例にとると、図１３に示す（Ａ）混合気では組成の上位２６種に表れていないが、（Ｂ）エンジン出口における排気ガスおよび（Ｃ）触媒出口における排気ガスでは組成の上位２６種に表れる。
特に（Ｃ）触媒出口における排気ガスでは、メタンは炭化水素に含まれる化学種のうち２番目に組成が大きい化学種となっている。
【００４２】
また、上記（Ａ）〜（Ｃ）の測定結果はガスの発生に用いられた自動車用エンジンを略同じ負荷かつ略同じ回転数で駆動する条件下におけるものであるが、仮に当該自動車用エンジンの運転状況が変化（例えば、実走行における始動、アイドリング、加速、減速、坂道の走行等に対応する運転状況）した場合には、上記（Ａ）〜（Ｃ）のガスに含まれる炭化水素を構成する化学種の種類、種類の数および各化学種の組成が大きく変化する。
【００４３】
図１３乃至図１５に示すガスに含まれる炭化水素の化学種のうち、組成が大きい２４種類の化学種の吸収スペクトルは、図１６乃至図２３に示す如くそれぞれ異なり、化学種毎の吸収領域（吸光度が大きい波長帯）もそれぞれ異なる。
【００４４】
従って、図１３乃至図１５に示すガスを測定対象ガスとし、従来の非分散形赤外線分析法を用いて、例えば３．４μｍ（波数に換算して２９４１ｃｍ−１）近傍のごく狭い特定の波長帯の光を照射し、当該光の吸収に基づいて全炭化水素濃度を算出した場合、当該特定の波長帯に吸収領域を持たない化学種も多数存在することから、全炭化水素濃度の測定精度が低下することは当然であると言える。
【００４５】
本発明に係る炭化水素濃度測定装置および本発明に係る炭化水素濃度測定方法は、測定対象ガス中の炭化水素に含まれる単数または複数の化学種を、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、（ｃ）アルキンからなるグループ、の三つに分け、各グループについてそれぞれ「共通の吸収領域」を設定することにより、各グループに属する化学種の濃度の和を精度良く算出する。
【００４６】
上記（ａ）〜（ｃ）の三つのグループは、それぞれのグループに属する化学種の構造の相違、より厳密には化学種に含まれる複数の炭素原子間の結合状態の相違に基づいて分けられている。
【００４７】
（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種のうち、アルカンを構成する複数の炭素原子は他の炭素原子との間で少なくとも一つの一重結合を有し、アルケンを構成する複数の炭素原子のいずれか一つが他の炭素原子との間で一つの二重結合を有する。なお、アルカンのうち、メタンは構成する炭素原子が一つであるため例外である。
【００４８】
（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種としては、ベンゼンを代表とする環状不飽和炭化水素の一群が挙げられる。
【００４９】
（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種は、当該化学種を構成する複数の炭素原子のいずれかが他の炭素原子との間で一つの三重結合を有する。
【００５０】
炭化水素による光（赤外線）の吸収は、炭化水素に含まれる化学種を構成する炭素原子と水素原子との間の結合の伸縮振動（Ｃ−Ｈ伸縮振動モード）により起こる。
通常、Ｃ−Ｈ伸縮振動モードによる光の吸収は波数に換算して２８５０ｃｍ−１〜２９６０ｃｍ−１付近の波長帯で起こるが、実際には化学種を構成する複数の炭素原子や他の原子との結合状態（幾何学的な構造）が化学種毎に異なるので、例え同じ種類の結合（一重結合、二重結合、三重結合）であっても複数の炭素原子間の結合状態は化学種毎に微妙に異なる。
その結果、当該複数の炭素原子間の結合状態の影響により化学種を構成する炭素原子と水素原子との間の結合状態も微妙に変化し、化学種毎のＣ−Ｈ伸縮振動による光の吸収が起こる波長帯、すなわち吸収領域も波数に換算して２８５０ｃｍ−１〜２９６０ｃｍ−１付近の波長帯からは微妙に変化する。化学種毎に吸収スペクトルのプロファイル、ピーク波長、あるいは吸光度が異なるのはそのためである。
【００５１】
しかし、図１６乃至図２３に示す化学種を（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、（ｃ）アルキンからなるグループ、の三つに分けてその吸収領域を見ると、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の吸収領域は波長が３．３３３μｍ以上３．５７１μｍ以下の範囲（波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下の範囲）にだいたい収まっており、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の吸収領域は波長が３．１２５μｍ以上３．３３３μｍ以下の範囲（波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下の範囲）にだいたい収まっており、（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種の吸収領域は波長が２．９４１μｍ以上３．１２５μｍ以下の範囲（波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の範囲）にだいたい収まっていることが分かる。
【００５２】
そこで、波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下の波長帯を「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域」、波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下の波長帯を「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域」、波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の波長帯を「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域」とそれぞれ設定するとともに、「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域」の吸光度と（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の組成の和との関係、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域」の吸光度と（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の組成の和との関係、および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域」の吸光度と（ｃ）アルキンからなるグループのそれぞれに属する化学種の組成の和との関係、についてそれぞれ調べたところ、図２５および図２６に示す結果を得た。
【００５３】
図２５は（Ｂ）エンジン出口における排気ガス（図１４参照）および（Ｃ）触媒出口における排気ガス（図１５参照）のそれぞれについて、これらのガスに含まれる計１２種の化学種を、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、（ｃ）アルキンからなるグループ、の三つに分けたときにおける「ｐｐｍＣ組成比」と、「ＩＲ−Ａｂｓ．比」と、を比較したものである。
ここで、上記「１２種の化学種」は、具体的には図１３乃至図１５に示す２４種の化学種のうちから選択された（１）Ｍｅｔｈａｎｅ，（５）ｉ−Ｐｅｎｔａｎｅ，（６）ｎ−Ｐｅｎｔａｎｅ，（１３）Ｅｔｈｙｌｅｎｅ，（１４）Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ，（１５）ｉ−Ｂｕｔｅｎｅ，（１６）１−Ｂｕｔｅｎｅ，（１７）Ｂｅｎｚｅｎｅ，（１８）Ｔｏｌｕｅｎｅ，（１９）ｍ−Ｘｙｌｅｎｅ，（２１）ｐ−Ｘｙｌｅｎｅ，（２４）Ａｃｅｔｙｌｅｎｅを指す。
【００５４】
「メタン濃度換算値（ｐｐｍＣ）」は、化学種の濃度（ｐｐｍ）と当該化学種の炭素数との積で表され（［ｐｐｍＣ］＝［ｐｐｍ］×［化学種の炭素数］）、化学種の濃度を当該化学種に含まれる炭素原子と同数のメタン濃度に換算した値である。
例えば、エタンの濃度が１００ｐｐｍである場合、エタンの炭素数は２であるから、エタンのメタン濃度換算値は２００（＝１００×２）ｐｐｍＣである。
【００５５】
「ｐｐｍＣ組成比」は、測定対象ガスに含まれる炭化水素を構成する全ての化学種のメタン濃度換算値の和を１００％としたときにおける各グループに属する化学種のメタン濃度換算値の和（％）を表す。
【００５６】
「ＩＲ−Ａｂｓ．比」は、図２４に示す手順により算出される。
【００５７】
まず、各化学種の吸収スペクトルのデータを単位濃度かつ単位計測長当たりのデータに規格化することにより、各化学種について、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域における単位濃度当たりの吸光度、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域における単位濃度当たりの吸光度、および（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域における単位濃度当たりの吸光度を算出する。これらの単位濃度当たりの吸光度を「単位吸光度」とする。ここで、「計測長」は測定対象ガスと測定に用いられる光が交差している長さを指す。
「単位吸光度」は、図２４におけるα（ａ）−（１）〜α（ａ）−（１６），α（ｂ）−（１７）〜α（ｂ）−（２３），α（ｃ）−（２４），β（ａ）−（１）〜β（ａ）−（１６），β（ｂ）−（１７）〜β（ｂ）−（２３），β（ｃ）−（２４），γ（ａ）−（１）〜γ（ａ）−（１６），γ（ｂ）−（１７）〜γ（ｂ）−（２３），γ（ｃ）−（２４）に相当する。
【００５８】
次に、各化学種について、当該化学種の濃度（ｐｐｍ）と先に算出された当該化学種の単位吸光度との積として「各吸収領域における吸光度」を算出する。
「各吸収領域における吸光度」は図２４におけるα（ａ）−（１）・Ｃ１〜α（ａ）−（１６）・Ｃ１６，α（ｂ）−（１７）・Ｃ１７〜α（ｂ）−（２３）・Ｃ２３，α（ｃ）−（２４）・Ｃ２４，β（ａ）−（１）・Ｃ１〜β（ａ）−（１６）・Ｃ１６，β（ｂ）−（１７）・Ｃ１７〜β（ｂ）−（２３）・Ｃ２３，γ（ｃ）−（２４）・Ｃ２４に相当する。
【００５９】
続いて、上記算出された「各化学種についての各領域における吸光度」を用いて、同じグループに属する化学種の当該化学種に対応する吸収領域の吸光度の和を算出する。
（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の吸光度和は、図２４における（ａ）の吸光度和（＝α（ａ）−（１）・Ｃ１＋・・・＋α（ａ）−（１６）・Ｃ１６）に相当する。
（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の吸光度和は、図２４における（ｂ）の吸光度和（＝β（ｂ）−（１７）・Ｃ１７＋・・・＋β（ｂ）−（２３）・Ｃ２３）に相当する。
（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種の吸光度和は、図２４における（ｃ）の吸光度和（＝γ（ｃ）−（２４）・Ｃ２４）に相当する。
【００６０】
続いて、算出された（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の吸光度和、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の吸光度和および（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種の吸光度和の合計を算出する。
そして、これに対する（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の吸光度和の比率（％）として（ａ）のＩＲ−Ａｂｓ．比を算出する。
同様にして（ｂ）のＩＲ−Ａｂｓ．比および（ｃ）のＩＲ−Ａｂｓ．比を算出する。
【００６１】
図２５に示す如く、多数の化学種のうちの一部（１２種）についての比較であるにもかかわらず、ＦＩＤ−ＧＣに基づく組成比の和（ｐｐｍＣ組成比）と各グループのＩＲ−Ａｂｓ．比とは比較的良い一致を示す。
【００６２】
図２６は（Ｂ）エンジン出口における排気ガス（図１４参照）および（Ｃ）触媒出口における排気ガス（図１５参照）のそれぞれについて、これらのガスに含まれる計２４種の化学種（図１６乃至図２３に吸収スペクトルが示されている化学種の全て）を（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、（ｃ）アルキンからなるグループ、の三つに分けたときにおける「ｐｐｍＣ組成比」と、「ＩＲ−Ａｂｓ．比」と、を比較したものである。
当該２４種の化学種の体積の和は、（Ｂ）エンジン出口における排気ガスにおいては全ての化学種の体積の和を１００％として約７５％、（Ｃ）触媒出口における排気ガスにおいては全ての化学種の体積の和を１００％として約６５％である。
図２６に示す如く、先に示した図２５と比較すると、対象となる化学種を１２種から２４種に増やした方がＦＩＤ−ＧＣに基づく組成比の和（ｐｐｍＣ組成比）と各グループのＩＲ−Ａｂｓ．比とが更に良い一致を示す。
【００６３】
このように、測定対象ガスに含まれる炭化水素を（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、（ｃ）アルキンからなるグループ、の三つに分け、各グループについてそれぞれ「共通の吸収領域」を設定した場合には、当該吸収領域の吸光度に基づいて各グループに属する化学種の濃度の和を精度良く測定可能であるという知見を得た。
【００６４】
本発明に係る炭化水素濃度測定装置および本発明に係る炭化水素濃度測定方法は、上記知見に基づいて、測定対象ガスに含まれる炭化水素を当該炭化水素を構成する化学種の構造（原子間の結合状態）に基づいて三つのグループに分け、各グループに属する化学種の組成の和（濃度の和）を応答性良くかつ精度良く測定するものである。
【００６５】
以下では図１乃至図５を用いて本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第一実施例である炭化水素濃度測定装置１００について説明する。
【００６６】
炭化水素濃度測定装置１００は測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定するものである。
図１に示す如く、炭化水素濃度測定装置１００は主として光学レール１１０、ガス導入部１２０、赤外線照射装置１３０、チョッパ装置１４０、レンズ１５１、回折格子１５２、ラインセンサ１６０、センサ制御装置１７０、信号処理回路１８０、解析装置１９０等を具備する。
【００６７】
光学レール１１０は炭化水素濃度測定装置１００の主たる構造体であり、炭化水素濃度測定装置１００の光学系の部材群（赤外線照射装置１３０、チョッパ装置１４０、レンズ１５１、回折格子１５２、ラインセンサ１６０等）が取り付けられる。
【００６８】
ガス導入部１２０は本発明に係るガス導入部の実施の一形態であり、ガス導入容器１２１、照射側窓１２２、検出側窓１２３等を具備する。
ガス導入容器１２１は両端にフランジが形成された略円筒形状の部材であり、その内部には内部空間１２１ａを有する。ガス導入容器１２１を測定対象ガスを搬送する搬送経路の中途部に介装することにより、測定対象ガスがガス導入容器１２１の内部空間１２１ａに導入される。
照射側窓１２２および検出側窓１２３はガス導入容器１２１に設けられる窓であり、本実施例ではガス導入容器１２１の外周面と内周面とを貫通する孔に透明な石英等を嵌装することにより形成される。
ガス導入部１２０は赤外線照射装置１３０により照射された光がラインセンサ１６０により検出されるまでに通過する光路の中途部に設けられ、ガス導入部１２０の位置および姿勢は照射側窓１２２および検出側窓１２３が当該光路と交差するように調整される。
【００６９】
なお、本実施例のガス導入部１２０はガス導入容器１２１に透明な石英等を嵌装することにより照射側窓１２２および検出側窓１２３を形成する構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば略円筒形状の容器に内周面から外周面に貫通する一対の孔を設け、当該一対の孔にそれぞれ光ファイバーを嵌装し、当該光ファイバーがそれぞれ「照射側窓としての機能と照射部から当該容器までの光路としての機能」、および「検出側窓としての機能と当該容器から検出部までの光路としての機能」を果たす構成としても良い。
【００７０】
ガス導入部１２０には、ガス導入部１２０を構成する各部材（ガス導入容器１２１、照射側窓１２２、検出側窓１２３等）を加熱する手段（ヒータ等）を設け、ガス導入部１２０を構成する各部材を所定の温度以上に保持することが望ましい。
ガス導入部１２０を構成する各部材を所定の温度以上に保持することにより、測定対象ガスに含まれる炭化水素を構成する化学種の付着や水分の凝集に起因する光学系の汚れ、曇りを防止し、ひいては炭化水素濃度測定装置１００による炭化水素の濃度測定の精度を確保することが可能である。
【００７１】
赤外線照射装置１３０は本発明に係る照射部の実施の一形態であり、ガス導入容器１２１の内部空間１２１ａに導入された測定対象ガスに、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、および（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、を含む波長帯の光を照射するものである。
赤外線照射装置１３０から照射された光（赤外線）はガス導入部１２０の照射側窓１２２を透過し、ガス導入容器１２１の内部空間１２１ａに導かれ、内部空間１２１ａに導入された測定対象ガスに照射される。そして、当該測定対象ガスに照射された光は、ガス導入部１２０の検出側窓１２３を透過してガス導入部１２０の外部に導かれる。
本実施例の赤外線照射装置１３０は波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の波長帯を含む赤外線を発生することが可能な半導体素子、例えばＩＲ素子を備える。
本実施例の場合、赤外線照射装置１３０が測定対象ガスに照射する光（赤外線）の波長帯は波数に換算して２０００ｃｍ−１以上４０００ｃｍ−１以下であり、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、を全て含む。
【００７２】
チョッパ装置１４０は本発明に係るチョッパ部の実施の一形態であり、赤外線照射装置１３０からの光を（ｉ）ガス導入部１２０の内部空間１２１ａに導入された測定対象ガスに照射した状態（光が通過する状態）と、（ｉｉ）測定対象ガスに照射しない状態（光が遮断された状態）と、を交互に切り替えることにより、測定対象ガスに照射される光の強度を周期的に変化させる（変調する）ものである。チョッパ装置１４０は赤外線照射装置１３０とガス導入部１２０（より厳密には、測定対象ガス）との間に配置される。
チョッパ装置１４０は主としてモータ１４１、回転盤１４２、チョッパ制御装置１４３等を具備する。
【００７３】
モータ１４１は電気式のモータからなり、その駆動軸は回転盤１４２の中心部に固定される。
【００７４】
回転盤１４２は略円盤形状の部材であり、その盤面には当該盤面の表裏面を貫通する複数の孔が形成される。回転盤１４２に形成される複数の孔は、回転盤１４２の周方向に所定の規則性を持って配列される。回転盤１４２は赤外線照射装置１３０が照射する光を透過しない材料からなる。
【００７５】
回転盤１４２は赤外線照射装置１３０とガス導入部１２０（より厳密には、測定対象ガス）との間における赤外線照射装置１３０から照射される光の光路に交差する位置に配置される。
モータ１４１が回転駆動すると回転盤１４２が回転し、回転盤１４２に形成された複数の孔のいずれかが光路に交差した状態と、回転盤１４２に形成された孔以外の部分が光路に交差した状態と、に交互に切り替わる。
【００７６】
回転盤１４２に形成された孔が光路に交差した状態では、赤外線照射装置１３０から照射される光が回転盤１４２に形成された孔を通過し、ガス導入部１２０の内部空間１２１ａに導入された測定対象ガスに照射された状態となる。
回転盤１４２に形成された孔以外の部分が光路に交差した状態では、赤外線照射装置１３０から照射される光が回転盤１４２により遮られ、ガス導入部１２０の内部空間１２１ａに導入された測定対象ガスに照射されない状態となる。
【００７７】
チョッパ制御装置１４３はモータ１４１の回転およびその停止、並びにモータ１４１の回転数（ひいては回転盤１４２の回転数）を制御するものであり、モータ１４１の動作を制御するためのプログラムが格納されたプログラマブルコントローラ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＰＬＣ）からなる。
チョッパ制御装置１４３はモータ１４１に接続され、モータ１４１の回転数を制御するための信号（制御信号）をモータ１４１に送信する。
また、チョッパ制御装置１４３は、チョッパ装置１４０の切り替え動作を示す信号を参照信号として出力する。
参照信号は回転盤１４２が所定の位相であるときに出力される。参照信号が出力される周期は、赤外線照射装置１３０からの光を（ｉ）ガス導入部１２０の内部空間１２１ａに導入された測定対象ガスに照射した状態から（ｉｉ）測定対象ガスに照射しない状態に切り替え、再度（ｉ）ガス導入部１２０の内部空間１２１ａに導入された測定対象ガスに照射した状態に切り替えるまでに要する時間に対応する。
【００７８】
なお、本実施例のチョッパ装置１４０は複数の孔が形成された回転盤１４２を光路の中途部において交差させ、回転盤１４２が回転することにより光を通過または遮断して光をチョップする（光を測定対象ガスに照射した状態と測定対象ガスに照射しない状態とに交互に切り替える）構成としたが、本発明に係るチョップ部はこれに限定されるものではなく、複数のスリット（溝）が形成された回転盤が回転することにより光を通過または遮断して光をチョップする構成としても良い。また、電気光学素子等を用いて光をチョップする構成を本発明に係るチョップ部の別実施例とすることも可能である。
【００７９】
レンズ１５１はガス導入部１２０の検出側窓１２３を透過してガス導入部１２０の外部に導かれた光を収束する（絞る）ものである。なお、ガス導入部１２０の検出側窓１２３を透過してガス導入部１２０の外部に導かれた光が十分な強度を有する場合にはレンズ１５１を省略することも可能である。
【００８０】
回折格子１５２は本発明に係る分光部の実施の一形態であり、レンズ１５１により収束された光を回折により波長毎に分光してラインセンサ１６０に照射するものである。
回折格子１５２は鏡面加工された面に互いに平行な溝が多数（１ｍｍに数千本程度）形成された金属板からなる。回折格子１５２に入射された光は回折されて波長毎に分光され、分光された光は波長に応じて異なる反射角でラインセンサ１６０に照射される。
なお、本実施例の回折格子１５２は表面に互いに平行な多数の溝が形成された金属板からなる構成としたが、本発明に係る分光部はこれに限定されず、入射光を波長毎に分光可能であれば他の構成でも良い。
本発明に係る分光部の他の実施例としては、互いに平行な多数のスリットを有する回折格子や、プリズム（媒質の屈折率を利用して分光を行うもの）が挙げられる。
【００８１】
ラインセンサ１６０は本発明に係る検出部の実施の一形態であり、赤外線照射装置１３０により測定対象ガスに照射された光を検出するものである。
ラインセンサ１６０は光（赤外線）を受光する複数の受光素子（画素）を一列に配列したものであり、回折格子１５２により波長毎に分光された光がそれぞれ異なる受光素子に照射されるように回折格子１５２とラインセンサ１６０との位置関係（姿勢）が定められる。
【００８２】
本実施例の場合、ラインセンサ１６０は画素Ｎｏ．がＮｏ．１〜Ｎｏ．２００までの計２００個の受光素子（画素）を一列に配列したものである。
ラインセンサ１６０を構成する受光素子のうち、Ｎｏ．８３〜Ｎｏ．１１７の受光素子が波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下の波長帯、すなわち「アルカンおよびアルケンからなるグループが吸収する共通の吸収領域」に対応する。
ラインセンサ１６０を構成する受光素子のうち、Ｎｏ．１１８〜Ｎｏ．１５０の受光素子が波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下の波長帯、すなわち「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域」に対応する。
ラインセンサ１６０を構成する受光素子のうち、Ｎｏ．１５１〜Ｎｏ．１８４までの受光素子が波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の波長帯、すなわち「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域」に対応する。
なお、本実施例におけるラインセンサ１６０の総画素掃引周波数（Ｎｏ．１→２００）は、前述の回転盤１４２およびチョッパ制御装置１４３による光チョッピング周波数よりも十分に高くしておく（光のＯＮ／ＯＦＦ時計測でチョッピング周波数の２倍以上、より望ましくは数十倍以上とする）ことが望ましい。あるいは、本実施例におけるラインセンサ１６０の総画素掃引周波数（Ｎｏ．１→２００）は、前述の回転盤１４２およびチョッパ制御装置１４３による光チョッピング周波数よりも十分に低くしておく（望ましくはチョッピング周波数の数百分の一以下とする）ことが望ましい。
また、本実施例のラインセンサ１６０は複数の受光素子を一列に配列した構成であるが、本発明に係る検出部はこれに限定されるものではない。本発明に係る検出部の他の構成としては、単一の受光素子からなる構成、複数の受光素子からなる構成等が挙げられる。
【００８３】
センサ制御装置１７０はラインセンサ１６０の動作を制御するものであり、ラインセンサ１６０の動作を制御するためのプログラムが格納されたプログラマブルコントローラ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＰＬＣ）からなる。
センサ制御装置１７０はラインセンサ１６０からラインセンサ１６０が有する複数の受光素子（画素）のそれぞれについての受光強度に係る情報である受光強度信号を取得（受信）する。本実施例の場合、当該受光強度信号は各受光素子が受光した光の受光強度に略比例した電圧を有する電気信号である。
ラインセンサ１６０が有する複数の受光素子にはそれぞれ固有の番号（受光素子番号）が予め設定されており、センサ制御装置１７０は受光強度信号を当該受光素子番号の順に信号処理回路１８０に送信する。
また、センサ制御装置１７０は信号処理回路１８０に送信した受光強度信号がラインセンサ１６０の複数の受光素子のうちいずれの受光素子に対応するものであるかを示す信号（画素Ｎｏ．信号）を解析装置１９０に送信する。
【００８４】
信号処理回路１８０はセンサ制御装置１７０から取得した受光強度信号からノイズを除去するものである。
信号処理回路１８０はチョッパ装置１４０に接続され、チョッパ装置１４０から参照信号を取得（受信）する。
信号処理回路１８０はセンサ制御装置１７０に接続され、センサ制御装置１７０から受光強度信号を取得（受信）する。
信号処理回路１８０は参照信号および受光強度信号に基づいて、受光強度信号における「周期的な強度変化に同期した成分」を抽出することにより、受光強度信号に含まれるノイズ成分を除去する。
信号処理回路１８０はノイズ成分が除去された受光強度信号を解析装置１９０に送信する。信号処理回路１８０が受光強度信号からノイズを除去することにより受光強度信号の分解能が向上し、炭化水素の濃度の微小な変化（あるいは微小な炭化水素濃度）をより精度良く測定することが可能である。
本実施例の信号処理回路１８０は専用品でも良いが、市販の信号処理回路を用いて達成しても良い。
【００８５】
解析装置１９０は本発明に係る解析部の実施の一形態であり、ラインセンサ１６０により検出された光に基づいて、測定対象ガスについての「各グループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域」の吸光度を算出し、これらの吸収領域にそれぞれ対応するグループに属する化学種の濃度の和を算出するものである。
解析装置１９０は主として解析部１９１、入力部１９２、表示部１９３等を具備する。
【００８６】
解析部１９１は、種々のプログラム等（例えば、後述する吸光度算出プログラムおよび濃度算出プログラム）を格納し、これらのプログラム等を展開し、これらのプログラム等に従って所定の演算を行い、当該演算結果等を記憶することができる。
【００８７】
解析部１９１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施例の解析部１９１は専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。
【００８８】
解析部１９１はセンサ制御装置１７０に接続され、画素Ｎｏ．信号を取得（受信）することが可能である。
また、解析部１９１は信号処理回路１８０に接続され、（より厳密には、ノイズ成分が除去された）受光強度信号を取得（受信）することが可能である。
【００８９】
入力部１９２は解析部１９１に接続され、炭化水素濃度測定装置１００による解析に係る種々の情報・指示等を解析部１９１に入力するものである。
本実施例の入力部１９２は専用品であるが、市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００９０】
表示部１９３は入力部１９２から解析部１９１への入力内容や解析部１９１による解析結果（炭化水素濃度の測定結果）等を表示するものである。
本実施例の表示部１９３は専用品であるが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００９１】
以下では、解析部１９１の詳細構成について説明する。
解析部１９１は、機能的には記憶部１９１ａ、吸光度算出部１９１ｂ、濃度算出部１９１ｃ等を具備する。
【００９２】
記憶部１９１ａは解析部１９１において行われる種々の演算等に用いられる情報、演算結果等を記憶するものである。
【００９３】
記憶部１９１ａは、基準となるガス（以下、基準ガス）のスペクトルを記憶している。
「基準ガス」は、測定対象ガスに含まれる炭化水素の三つの吸収領域の光を吸収しないことが予め分かっているガスである。基準ガスの具体例としては、窒素ガスが挙げられる。
「基準ガスのスペクトル」は基準ガスに光を照射したときの波長と光の強度との関係を示すものである。
本実施例では、基準ガスのスペクトルの波長帯は波数に換算して２０００ｃｍ−１以上４０００ｃｍ−１以下の範囲に設定される。これは、炭化水素の三つのグループの吸収領域を全て含む範囲に設定するためである。
【００９４】
基準ガスのスペクトルは、（ｉ）定期的に（例えば、１ヶ月に一回）、または（ｉｉ）炭化水素濃度測定装置１００による炭化水素濃度の測定を行う度に当該測定に先立って取得することにより更新することが望ましい。
基準ガスのスペクトルを適宜更新することにより、照射側窓１２２、検出側窓１２３、レンズ１５１等の光学系の汚れや赤外線照射装置１３０の半導体素子の劣化、ラインセンサ１６０の受光素子の劣化、光路に交差するフィルタ（不図示）等の劣化等による測定精度の低下を防止することが可能である。
【００９５】
吸光度算出部１９１ｂはラインセンサ１６０により検出された光に基づいて測定対象ガスの共通の吸収領域の吸光度を算出するものである。
実体的には、解析部１９１が吸光度算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、吸光度算出部１９１ｂとしての機能を果たす。
【００９６】
吸光度算出部１９１ｂはセンサ制御装置１７０から画素Ｎｏ．信号を取得するとともに、信号処理回路１８０から受光強度信号を取得する。
センサ制御装置１７０から取得した画素Ｎｏ．信号は、実質的には対応する受光素子と回折格子１５２との幾何学的な位置関係、すなわち回折格子１５２による光の回折角を表す情報であり、ひいては対応する受光素子が受光した光の波長を表す情報である。
従って、吸光度算出部１９１ｂは画素Ｎｏ．信号と受光強度信号とを照合することにより、取得した受光強度信号に対応する波長（波長帯）を特定することが可能である。
【００９７】
吸光度算出部１９１ｂは、「波長（波長帯）が特定された受光強度信号」および「基準ガスのスペクトル」に基づいて、測定対象ガスの「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」をそれぞれ算出する。
【００９８】
より具体的には、吸光度算出部１９１ｂは画素Ｎｏ．がＮｏ．８３〜Ｎｏ．１１７までの受光素子に対応する受光強度信号の和から「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」を算出する。
また、吸光度算出部１９１ｂは、画素Ｎｏ．がＮｏ．１１８〜Ｎｏ．１５０までの受光素子に対応する受光強度信号の和から「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」を算出する。
また、吸光度算出部１９１ｂは、画素Ｎｏ．がＮｏ．１５１〜Ｎｏ．１８４までの受光素子に対応する受光強度信号の和から「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」を算出する。
【００９９】
次に、吸光度算出部１９１ｂは、算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」、および「基準ガスのスペクトルのうちアルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域に対応する波長帯の光の強度」に基づいて、測定対象ガスについての「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」を算出する。
同様にして、吸光度算出部１９１ｂは、測定対象ガスについての「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」を算出する。
【０１００】
測定対象ガスについての「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」の算出は、以下の数１を用いて行われる。
【０１０１】
【数１】
2009115654.tif 000003
【０１０２】
数１において、Ａｎは吸光度を指し、Ｉｎは測定対象ガスに光を照射したときの対象となる吸収波長領域を透過してくる光の強度（透過光受光強度。以下、「受光強度」という。）を指し、（Ｉｎ）０は基準ガス（通常は炭化水素を含まないガス）に光を照射したときの対象となる吸収波長領域を透過してくる光の強度を指す。
【０１０３】
濃度算出部１９１ｃは、吸光度算出部１９１ｂにより算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出し、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出し、「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「アルキンからなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出するものである。
実体的には、解析部１９１が、濃度算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、濃度算出部１９１ｃとしての機能を果たす。
【０１０４】
具体的には、濃度算出部１９１ｃは、記憶部１９１ａに予め記憶された係数Ａと「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」との積として、測定対象ガスに含まれる「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出する。
同様に、濃度算出部１９１ｃは、記憶部１９１ａに予め記憶された係数Ｂと「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」との積として、測定対象ガスに含まれる「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出する。
同様に、濃度算出部１９１ｃは、記憶部１９１ａに予め記憶された係数Ｃと「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」との積として、測定対象ガスに含まれる「アルキンからなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出する。
【０１０５】
また、濃度算出部１９１ｃは、上記算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の濃度の和」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の濃度の和」、および「アルキンからなるグループに属する化学種の濃度の和」の和として、「測定対象ガスの全炭化水素濃度」を算出する。
【０１０６】
なお、記憶部１９１ａに予め記憶される上記係数Ａ、係数Ｂおよび係数Ｃは、赤外線照射装置１３０により照射される光の量（光量）、計測長（本実施例の場合、ガス導入部１２０の照射側窓１２２から検出側窓１２３までの距離に相当する）等により変動し得る値であることから、ＦＩＤ−ＧＣ等により予め炭化水素の組成が分かっているガスを炭化水素濃度測定装置１００により測定して得られた「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」の算出結果、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」の算出結果、および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」の算出結果に基づいて実験的に定められる。
また、本実施例の場合、上記濃度算出部１９１ｃにより算出される各グループに属する化学種の濃度の和および全炭化水素濃度はメタン換算濃度値（ｐｐｍＣ）の形で算出されるが、本発明はこれに限定されず、体積比等の形で算出しても良い。
【０１０７】
以下では、図２乃至図５を用いて炭化水素濃度測定装置１００による炭化水素濃度測定実験の一例について説明する。
【０１０８】
図２に示す如く、炭化水素濃度測定装置１００による炭化水素濃度測定実験の一例は、実験設備１を用いて行われる。
実験設備１は炭化水素濃度測定装置１００、エンジン２、エンジン制御装置３、主排気経路４、副排気経路５、ＧＣ分析用ガスバッグ６、バルブ７、副排気経路８、前処理装置９、バルブ１０、ポンプ１１、ＴＨＣ計１２、バルブ１３、副排気経路１４、バルブ１５等を具備する。
【０１０９】
エンジン２は本実験における測定対象ガスである排気ガスを発生する。
エンジン制御装置３はエンジン２に接続され、エンジン２の回転数等の運転状態を制御する。
【０１１０】
主排気経路４は、その一端がエンジン２のエキゾーストマニホールドに連通接続され、他端が図示せぬ排気処理装置（排気ガス中の微粒子や炭化水素を除去し、残りのガスを大気中に放出する装置）に連通接続される配管からなる。エンジン２にて発生した排気ガスの大半は主排気経路４を通って排気処理装置に送られる。
【０１１１】
炭化水素濃度測定装置１００は主排気経路４の中途部に設けられる。より厳密には、主排気経路４の中途部に炭化水素濃度測定装置１００のガス導入部１２０が介装され、ガス導入部１２０（ガス導入容器１２１）の内部空間１２１ａを排気ガスが通過する。
【０１１２】
副排気経路５は、その一端が主排気経路４の中途部かつガス導入部１２０よりも上流側となる位置（エンジン２に近い位置）に連通接続され、他端が図示せぬ排気処理装置に連通接続される配管からなる。
【０１１３】
ＧＣ分析用ガスバッグ６は排気ガスを捕集するための容器（または袋）であり、捕集された排気ガスは図示せぬＧＣ（ガスクロマトグラフ）による組成分析に供される。ＧＣ分析用ガスバッグ６は副排気経路５の中途部に設けられる。
【０１１４】
バルブ７は副排気経路５の中途部かつＧＣ分析用ガスバッグ６よりも上流側となる位置（エンジン２に近い位置）に設けられる。バルブ７を開くと主排気経路４を通過する排気ガスの一部がＧＣ分析用ガスバッグ６を通過する状態となる。バルブ７を閉じると主排気経路４を通過する排気ガスがＧＣ分析用ガスバッグ６を通過しない状態となる。
【０１１５】
副排気経路８は、その一端が主排気経路４の中途部かつガス導入部１２０よりも下流側となる位置（エンジン２から遠い位置）に連通接続され、他端が図示せぬ排気処理装置に連通接続される配管からなる。
【０１１６】
前処理装置９は排気ガスに含まれる微粒子（粉塵）や水分を除去するものであり、微粒子をトラップするフィルタや乾燥剤等を組み合わせたものである。前処理装置９は副排気経路８の中途部に設けられる。
【０１１７】
バルブ１０は副排気経路８の中途部かつ前処理装置９よりも上流側となる位置（エンジン２に近い位置）に設けられる。バルブ１０を開くと主排気経路４を通過する排気ガスの一部が前処理装置９を通過する状態となる。バルブ１０を閉じると主排気経路４を通過する排気ガスが前処理装置９を通過しない状態となる。
【０１１８】
ポンプ１１は副排気経路８の中途部かつ前処理装置９よりも下流側となる位置（エンジン２から遠い位置）に設けられる。ポンプ１１は副排気経路８の主排気経路４側のポートから排気ガスを吸気し、副排気経路８の図示せぬ排気処理装置側のポートから排気することにより、副排気経路８への排気ガスの流入を促進する。
【０１１９】
ＴＨＣ計１２は水素炎イオン化法（ＦＩＤ）により全炭化水素濃度を測定する装置である。ＴＨＣ計１２は専用品でも良いが、市販のＴＨＣ計等で達成しても良い。
【０１２０】
バルブ１３は副排気経路８の中途部においてポンプ１１よりも下流側かつＴＨＣ計１２よりも上流側となる位置に設けられる。バルブ１３を開くと前処理装置９およびポンプ１１を通過した排気ガスがＴＨＣ計１２を通過する状態となる。バルブ１３を閉じると前処理装置９およびポンプ１１を通過した排気ガスがＴＨＣ計１２を通過しない状態となる。
【０１２１】
副排気経路１４は、その一端が副排気経路８の中途部においてポンプ１１よりも下流側かつバルブ１３よりも上流側となる位置に連通接続され、他端が図示せぬ排気処理装置に連通接続される配管からなる。
【０１２２】
バルブ１５は副排気経路１４の中途部に設けられる。バルブ１５を開くと前処理装置９およびポンプ１１を通過した排気ガスの一部が副排気経路１４を通過する状態となる。バルブ１５を閉じると前処理装置９およびポンプ１１を通過した排気ガスが副排気経路１４を通過しない状態となる。
【０１２３】
以下では、炭化水素濃度測定装置１００による炭化水素濃度測定実験の手順および実験結果について説明する。
【０１２４】
炭化水素濃度測定装置１００による炭化水素濃度測定実験は、（１）応答性の確認実験、および（２）エンジンが定常運転を行っているときの測定精度確認実験、の二つに分かれているので、順に説明する。
【０１２５】
以下では、（１）応答性の確認実験の手順について説明する。
まず、バルブ７、バルブ１０、バルブ１３およびバルブ１５を閉じた状態でエンジン２を始動し、エンジン２をアイドリング状態とする。
次に、エンジン２の回転数がアイドリング状態で安定した時点でバルブ１０、バルブ１３およびバルブ１５を開き、炭化水素濃度測定装置１００による炭化水素濃度測定およびＴＨＣ計１２による炭化水素濃度測定を開始する。
続いて、炭化水素濃度測定装置１００による炭化水素濃度測定およびＴＨＣ計１２による炭化水素濃度測定を開始してから所定時間経過後にエンジン２の回転数を所定の回転数まで上昇させる。
続いて、エンジン２の回転数を所定の回転数まで上昇させてから所定時間経過後にエンジン２を停止するとともに、炭化水素濃度測定装置１００による炭化水素濃度測定およびＴＨＣ計１２による炭化水素濃度測定を終了する。
【０１２６】
図３に示す如く、ＴＨＣ計１２による全炭化水素濃度の測定結果（図３中の太い点線で示す）は、エンジン２の回転数の上昇時から数秒経過後に全炭化水素濃度が上昇しており、応答遅れが起こっている。
これに対して、炭化水素濃度測定装置１００による全炭化水素濃度の測定結果（図３中の太い実線で示す）は、エンジン２の回転数の上昇時と同時に全炭化水素濃度が上昇しており、応答遅れが起こっていない。
従って、炭化水素濃度測定装置１００が炭化水素の濃度測定において高い応答性を有することが分かる。
また、ＴＨＣ計１２による全炭化水素濃度の測定結果では、応答遅れに起因して全炭化水素濃度の変化が滑らかであり、微小な濃度変化を捉えることが困難である。
これに対して、炭化水素濃度測定装置１００による全炭化水素濃度の測定結果は図３に示す如く全炭化水素濃度が上昇した直後の全炭化水素濃度の微小な変化をも捉えている。
【０１２７】
以下では、（２）エンジンが定常運転を行っているときの測定精度確認実験の手順について説明する。
まず、バルブ７、バルブ１０、バルブ１３およびバルブ１５を閉じた状態でエンジン２を始動し、エンジン２を所定の回転数とする。
次に、エンジン２の回転数が所定の回転数で安定した時点でバルブ７、バルブ１０、バルブ１３およびバルブ１５を開き、炭化水素濃度測定装置１００による炭化水素濃度測定およびＴＨＣ計１２による炭化水素濃度測定を開始するとともにＧＣ分析用ガスバッグ６による各化学種の捕集を開始する。
続いて、炭化水素濃度測定装置１００による炭化水素濃度測定およびＴＨＣ計１２による炭化水素濃度測定、並びにＧＣ分析用ガスバッグ６による各化学種の捕集を開始してから所定時間経過後に炭化水素濃度測定装置１００による炭化水素濃度測定およびＴＨＣ計１２による炭化水素濃度測定、並びにＧＣ分析用ガスバッグ６による各化学種の捕集を終了し、その後エンジン２を停止する。
（２）エンジンが定常運転を行っているときの測定精度確認実験では、エンジンの「所定の回転数」およびエンジンに供給される燃料の濃度（組成）を変えることにより、計４種類の実験条件を設定し、各実験条件について実験を行った。
【０１２８】
図４および図５は、（２）エンジンが定常運転を行っているときの測定精度確認実験の実験結果を示す図である。
図４の（Ａ）はＴＨＣ計１２による全炭化水素濃度の測定結果を横軸（Ｘ軸）とし、同じ実験条件で測定された炭化水素濃度測定装置１００による全炭化水素濃度の測定結果を縦軸（Ｙ軸）としてプロットしたものである。
図４の（Ｂ）はＧＣ分析用ガスバッグ６により捕集された各化学種のＧＣによる濃度測定結果から算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の濃度和」を横軸（Ｘ軸）とし、同じ実験条件で測定された炭化水素濃度測定装置１００による「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の濃度和」の測定結果を縦軸（Ｙ軸）としてプロットしたものである。
図５の（Ａ）はＧＣ分析用ガスバッグ６により捕集された各化学種のＧＣによる濃度測定結果から算出された「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の濃度和」を横軸（Ｘ軸）とし、同じ実験条件で測定された炭化水素濃度測定装置１００による「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の濃度和」の測定結果を縦軸（Ｙ軸）としてプロットしたものである。
図５の（Ｂ）はＧＣ分析用ガスバッグ６により捕集された各化学種のＧＣによる濃度測定結果から算出された「アルキンからなるグループに属する化学種の濃度和」を横軸（Ｘ軸）とし、同じ実験条件で測定された炭化水素濃度測定装置１００による「アルキンからなるグループに属する化学種の濃度和」の測定結果を縦軸（Ｙ軸）としてプロットしたものである。
【０１２９】
図４および図５に示す如く、全炭化水素濃度および各グループに属する化学種の濃度の和はいずれも直線Ｙ＝Ｘ近傍にプロットされる。
従って、炭化水素濃度測定装置１００による「全炭化水素濃度」および「各グループに属する化学種の濃度の和」の測定結果は、それぞれ対応する「ＴＨＣ計１２による全炭化水素濃度の測定結果」および「ＧＣによる濃度測定結果から算出される各グループに属する化学種の濃度の和」と良く一致することを示す。
【０１３０】
以上の如く、炭化水素濃度測定装置１００は、
測定対象ガス（単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガス）に、単数または複数の化学種に共通の吸収領域を含む波長帯の光（本実施例の場合、波数に換算して２０００ｃｍ−１以上４０００ｃｍ−１以下の波長帯の光）を照射する赤外線照射装置１３０と、
赤外線照射装置１３０により測定対象ガスに照射された光を検出するラインセンサ１６０と、
ラインセンサ１６０により検出された光に基づいて測定対象ガスの共通の吸収領域の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を算出する解析装置１９０と、
を具備するものである。
このように構成することにより、測定対象ガスの濃度や組成の変化に対して応答遅れが無く、リアルタイムな炭化水素の濃度測定を行うことが可能であり、測定の応答性を確保することが可能である。
また、測定対象ガスの濃度や組成が変化した場合に、共通の吸収領域の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を精度良く算出することが可能である。
【０１３１】
なお、本実施例では（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、（ｃ）アルキンからなるグループのそれぞれについて化学種の濃度の和を算出するとともに、これらの算出結果の和として全炭化水素濃度を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、（ｃ）アルキンからなるグループのうち、一部のグループに対応する吸収領域を含む波長の光を測定対象ガスに照射し、検出された光の当該吸収領域における吸光度に基づいて対応するグループに属する化学種の濃度の和のみを算出する構成としても良い。
このような例としては、環境への配慮から排気ガス中の濃度が低いことが望ましい芳香族炭化水素の濃度のみを測定したい場合に、芳香族炭化水素からなるグループに対応する吸収領域を含む光を排気ガスに照射し、検出された光の当該吸収領域における吸光度に基づいて芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の濃度の和を算出する構成とすること等が挙げられる。
【０１３２】
また、炭化水素濃度測定装置１００の赤外線照射装置１３０が照射する光に含まれる共通の吸収領域は、
（ａ）アルカンおよびアルケンからなる化学種のグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなる化学種のグループおよび（ｃ）アルキンからなる化学種のグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長をそれぞれ含むものである。
このように構成することにより、上記各グループに属する化学種の濃度の和を応答性良くかつ精度良く測定することが可能である。
なお、本実施例では三つのグループに対応する吸収領域を全て含む波長帯の光を測定対象ガスに照射する構成としたが、本発明はこれに限定されず、上記三つのグループのうち、いずれか一つまたはいずれか二つのグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長を含む光を測定対象ガスに照射し、対応するグループに属する化学種の濃度の和を測定する構成としても良い。
【０１３３】
また、炭化水素濃度測定装置１００は、
（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下であり、
（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下であり、
（ｃ）アルキンからなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下であるものである。
このように構成することにより、上記各グループに属する化学種の濃度の和を応答性良くかつ精度良く測定することが可能である。
【０１３４】
また、炭化水素濃度測定装置１００は、
赤外線照射装置１３０により照射されてラインセンサ１６０により検出される光の光路の中途部に設けられ、測定対象ガスを導入可能な内部空間１２１ａを有するガス導入容器１２１と、
ガス導入容器１２１に設けられ、赤外線照射装置１３０により照射された光を透過して内部空間１２１ａに導く照射側窓１２２と、
ガス導入容器１２１に設けられ、照射側窓１２２から内部空間１２１ａに導かれた光を透過して外部に導く検出側窓１２３と、
を備えるガス導入部１２０を具備するものである。
このように構成することにより、ガス導入部１２０に導入された測定対象ガスの濃度や組成の変化に対して応答遅れが無く、リアルタイムな炭化水素の濃度測定を行うことが可能であり、測定の応答性を確保することが可能である。
また、測定対象ガスの濃度や組成が変化した場合に、共通の吸収領域の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を精度良く算出することが可能である。
【０１３５】
また、炭化水素濃度測定装置１００は、
赤外線照射装置１３０と測定対象ガスとの間に配置され、赤外線照射装置１３０からの光が測定対象ガスに照射された状態と前記ガスに照射されない状態とを交互に切り替えるチョッパ装置１４０と、
チョッパ装置１４０の切り替え動作を示す信号（参照信号）およびラインセンサ１６０により検出された光に基づいて、ラインセンサ１６０により検出された光に含まれるノイズ成分を除去する信号処理回路１８０と、
を具備するものである。
このように構成することにより、ラインセンサ１６０により検出された光の強度の分解能が向上し、ひいては炭化水素濃度の測定精度が向上する。
【０１３６】
また、炭化水素濃度測定装置１００の（測定対象ガスに照射された光を検出する）検出部はラインセンサ１６０であり、
炭化水素濃度測定装置１００は、測定対象ガスに照射された光を分光してラインセンサ１６０に照射する回折格子１５２を具備するものである。
このように構成することにより、簡易な構成で所望の吸収領域の光を検出することが可能である。
また、複数の吸収領域の光をそれぞれ同時に検出することが可能であり、炭素濃度測定の応答性の向上に寄与する。
さらにラインセンサ１６０の画素数を増やすことにより検出された光の波長分解能が向上し、測定精度の向上に寄与する。
【０１３７】
また、炭化水素濃度測定装置１００の吸光度算出部１９１ｂは、
ラインセンサ１６０により検出された光のうち、測定対象ガスに含まれる炭化水素による吸収が起こらない波長帯（補正領域）の光の強度に基づいてラインセンサ１６０により検出される光の吸光度を補正するものである。
このように構成することにより、光量の変化に起因する炭化水素濃度測定の精度低下を防止することが可能である。
【０１３８】
以下では図６を用いて本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第二実施例である炭化水素濃度測定装置２００について説明する。
【０１３９】
炭化水素濃度測定装置２００は測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定するものである。
図６に示す如く、炭化水素濃度測定装置２００は主として光学レール２１０、ガス導入容器２２１と照射側窓２２２と検出側窓２２３とを備えるガス導入部２２０、赤外線照射装置２３０、モータ２４１と回転盤２４２とチョッパ制御装置２４３とを備えるチョッパ装置２４０、レンズ２５１、回折格子２５２、フォトダイオード２６０・２６０・・・、信号切り替え装置２７０、信号処理回路２８０、解析装置２９０等を具備する。
【０１４０】
炭化水素濃度測定装置２００を構成する部材のうち、光学レール２１０、ガス導入部２２０、赤外線照射装置２３０、チョッパ装置２４０、レンズ２５１、回折格子２５２については、それぞれ図１に示す炭化水素濃度測定装置１００における光学レール１１０、ガス導入部１２０、赤外線照射装置１３０、チョッパ装置１４０、レンズ１５１、回折格子１５２と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
【０１４１】
フォトダイオード２６０・２６０・・・は本発明に係る検出部の実施の一形態であり、赤外線照射装置２３０により測定対象ガスに照射された光を検出するものである。
フォトダイオード２６０は受光した光の強度に応じた電気信号（受光強度信号）を発生する素子であり、回折格子２５２により波長毎に分光された光がそれぞれ異なるフォトダイオード２６０に照射されるように回折格子２５２とフォトダイオード２６０・２６０・・・との位置関係（姿勢）が定められる。
【０１４２】
信号切り替え装置２７０はフォトダイオード２６０・２６０・・・に接続され、フォトダイオード２６０・２６０・・・からそれぞれ受光強度信号を取得する。
信号切り替え装置２７０は、取得したフォトダイオード２６０・２６０・・・のそれぞれについての受光強度信号のうち、いずれかの一つのフォトダイオード２６０の受光強度信号を順次選択して（切り替えて）信号処理回路２８０に送信する。この際、信号切り替え周波数は、前述の回転盤２４２およびチョッパ制御装置２４３による光チョッピング周波数よりも十分に低く（望ましくは、光チョッピング周波数の数十分の一に）設定しておく必要がある。
また、信号切り替え装置２７０は、信号処理回路２８０に送信した受光強度信号がフォトダイオード２６０・２６０・・・のいずれに対応するものかを示す信号（受光素子Ｎｏ．信号）を解析装置２９０に送信する。
【０１４３】
信号処理回路２８０は信号切り替え装置２７０から取得した受光強度信号からノイズを除去するものである。
信号処理回路２８０はチョッパ装置２４０に接続され、チョッパ装置２４０から参照信号を取得（受信）する。
信号処理回路２８０は信号切り替え装置２７０に接続され、信号切り替え装置２７０から受光強度信号を取得（受信）する。
信号処理回路２８０は参照信号および受光強度信号に基づいて、受光強度信号における「周期的な強度変化に同期した成分」を抽出することにより、受光強度信号に含まれるノイズ成分を除去する。
信号処理回路２８０はノイズ成分が除去された受光強度信号を解析装置２９０に送信する。信号処理回路２８０が受光強度信号からノイズを除去することにより当該受光強度信号の分解能が向上し、炭化水素の濃度の微小な変化（あるいは微小な炭化水素濃度）をより精度良く測定することが可能である。
【０１４４】
解析装置２９０は本発明に係る解析部の実施の一形態であり、フォトダイオード２６０・２６０・・・により検出された光に基づいて、測定対象ガスについての「各グループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域」の吸光度を算出し、これらの吸収領域にそれぞれ対応するグループに属する化学種の濃度の和を算出するものである。
解析装置２９０は主として解析部２９１、入力部２９２、表示部２９３等を具備する。
【０１４５】
解析部２９１は、種々のプログラム等（例えば、後述する吸光度算出プログラムおよび濃度算出プログラム）を格納し、これらのプログラム等を展開し、これらのプログラム等に従って所定の演算を行い、当該演算結果等を記憶することができる。
【０１４６】
解析部２９１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施例の解析部２９１は専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。
【０１４７】
解析部２９１は信号切り替え装置２７０に接続され、受光素子Ｎｏ．信号を取得（受信）することが可能である。
また、解析部２９１は信号処理回路２８０に接続され、（より厳密には、ノイズ成分が除去された）受光強度信号を取得（受信）することが可能である。
【０１４８】
入力部２９２および表示部２９３の構成はそれぞれ図１に示す入力部１９２および表示部１９３と略同じ構成であることから説明を省略する。
【０１４９】
以下では、解析部２９１の詳細構成について説明する。
解析部２９１は、機能的には記憶部２９１ａ、吸光度算出部２９１ｂ、濃度算出部２９１ｃ等を具備する。
【０１５０】
記憶部２９１ａは解析部２９１において行われる種々の演算等に用いられる情報、演算結果等を記憶するものである。
【０１５１】
記憶部２９１ａは、基準ガスのスペクトルを記憶している。
なお、当該基準ガスのスペクトルの取得方法については図１に示す炭化水素濃度測定装置１００と略同じであることから説明を省略する。
【０１５２】
吸光度算出部２９１ｂはフォトダイオード２６０・２６０・・・により検出された光に基づいて測定対象ガスの共通の吸収領域の吸光度を算出するものである。
実体的には、解析部２９１が吸光度算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、吸光度算出部２９１ｂとしての機能を果たす。
【０１５３】
吸光度算出部２９１ｂは信号切り替え装置２７０から受光素子Ｎｏ．信号を取得するとともに、信号処理回路２８０から受光強度信号を取得する。
信号切り替え装置２７０から取得した受光素子Ｎｏ．信号は、実質的には対応するフォトダイオード２６０と回折格子２５２との幾何学的な位置関係、すなわち回折格子２５２による光の回折角を表す情報であり、ひいては対応するフォトダイオード２６０が受光した光の波長を表す情報である。
従って、吸光度算出部２９１ｂは受光素子Ｎｏ．信号と受光強度信号とを照合することにより、取得した受光強度信号に対応する波長（波長帯）を特定することが可能である。
【０１５４】
吸光度算出部２９１ｂは、「波長（波長帯）が特定された受光強度信号」および「基準ガスのスペクトル」に基づいて、測定対象ガスの「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」をそれぞれ算出する。
【０１５５】
より具体的には、吸光度算出部２９１ｂは「波長（波長帯）が特定された受光強度信号」のうち、波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下の波長帯に対応する受光強度信号の和から「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」を算出する。
また、吸光度算出部２９１ｂは「波長（波長帯）が特定された受光強度信号」のうち、波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下の波長帯に対応する受光強度信号の和から「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」を算出する。
また、吸光度算出部２９１ｂは「波長（波長帯）が特定された受光強度信号」のうち、波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の波長帯に対応する受光強度信号の和から「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」を算出する。
【０１５６】
次に、吸光度算出部２９１ｂは、算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」、および「基準ガスのスペクトルのうちアルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域に対応する波長帯の光の強度」に基づいて、測定対象ガスについての「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」を算出する。
同様にして、吸光度算出部２９１ｂは、測定対象ガスについての「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」を算出する。
【０１５７】
測定対象ガスについての「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」の算出は、上記数１を用いて行われる。
【０１５８】
濃度算出部２９１ｃは、吸光度算出部２９１ｂにより算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出し、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出し、「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「アルキンからなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出するものである。
実体的には、解析部２９１が、濃度算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、濃度算出部２９１ｃとしての機能を果たす。
なお、濃度算出部２９１ｃの構成は、図１に示す濃度算出部１９１ｃと略同じであることから、説明を省略する。
【０１５９】
以上の如く、炭化水素濃度測定装置２００は、
測定対象ガス（単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガス）に、単数または複数の化学種が吸収する共通の吸収領域を含む波長帯の光（本実施例の場合、波数に換算して２０００ｃｍ−１以上４０００ｃｍ−１以下の波長帯の光）を照射する赤外線照射装置２３０と、
赤外線照射装置２３０により測定対象ガスに照射された光を検出するフォトダイオード２６０・２６０・・・と、
フォトダイオード２６０・２６０・・・により検出された光に基づいて測定対象ガスの共通の吸収領域の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて測定対象ガスに含まれる単数または複数の化学種のうち共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を算出する解析装置２９０と、
を具備するものである。
このように構成することにより、測定対象ガスの濃度や組成の変化に対して応答遅れが無く、リアルタイムな炭化水素の濃度測定を行うことが可能であり、測定の応答性を確保することが可能である。
また、測定対象ガスの濃度や組成が変化した場合に、共通の吸収領域の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を精度良く算出することが可能である。
【０１６０】
また、炭化水素濃度測定装置２００の（測定対象ガスに照射された光を検出する）検出部は複数のフォトダイオード２６０・２６０・・・であり、
炭化水素濃度測定装置２００は、測定対象ガスに照射された光を分光してフォトダイオード２６０・２６０・・・に照射する回折格子２５２を具備するものである。
このように構成することにより、簡易な構成で所望の吸収領域の光を検出することが可能である。
また、複数の吸収領域の光をそれぞれ同時に検出することが可能であり、炭素濃度測定の応答性の向上に寄与する。
【０１６１】
なお、本実施例では複数のフォトダイオード２６０・２６０・・・から取得される受光強度信号のうち、いずれかのフォトダイオード２６０に対応する受光強度信号を信号切り替え装置２７０により選択して一つの信号処理回路２８０に入力する構成としたが、複数のフォトダイオードと同数の信号処理回路を用意するとともに信号切り替え装置を省略し、各フォトダイオードからの受光強度信号を対応する信号処理回路に入力する構成とすることも可能である。
このような構成とした場合、信号切り替え装置による出力信号の切り替えに要する時間に起因するタイムラグが解消されるので、炭化水素濃度測定の応答性が更に向上する。
【０１６２】
また、本実施例では複数のフォトダイオード２６０・２６０・・・により光を検出する構成としたが、単一のフォトダイオードを回折格子に対して相対移動させることにより単一のフォトダイオードで異なる波長帯の光を検出する構成とすることも可能である。なお、このような構成とした場合には、単一のフォトダイオードで受光するため複数の「共通の吸収領域」の光を同時に検出することはできない。
【０１６３】
以下では図７を用いて本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第三実施例である炭化水素濃度測定装置３００について説明する。
【０１６４】
炭化水素濃度測定装置３００は測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定するものである。
図７に示す如く、炭化水素濃度測定装置３００は主として光学レール３１０、ガス導入容器３２１と照射側窓３２２と検出側窓３２３とを備えるガス導入部３２０、赤外線照射装置３３０、モータ３４１と回転盤３４２とチョッパ制御装置３４３とを備えるチョッパ装置３４０、レンズ３５１、フォトダイオード３６０、フィルタ切り替え装置３７０、信号処理回路３８０、解析装置３９０等を具備する。
【０１６５】
炭化水素濃度測定装置３００を構成する部材のうち、光学レール３１０、ガス導入部３２０、赤外線照射装置３３０、チョッパ装置３４０、レンズ３５１については、それぞれ図１に示す炭化水素濃度測定装置１００における光学レール１１０、ガス導入部１２０、赤外線照射装置１３０、チョッパ装置１４０、レンズ１５１と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
【０１６６】
フォトダイオード３６０は本発明に係る検出部の実施の一形態であり、赤外線照射装置３３０により測定対象ガスに照射された光を検出するものである。
フォトダイオード３６０は受光した光の強度に応じた電気信号（受光強度信号）を発生する半導体素子である。
【０１６７】
フィルタ切り替え装置３７０は赤外線照射装置３３０により照射される光の光路の中途部に設けられ、当該光のうちフォトダイオード３６０に検出される光の波長帯を切り替えるものである。
フィルタ切り替え装置３７０は主としてモータ３７１、フィルタ盤３７２、フィルタ制御装置３７３等を具備する。
【０１６８】
モータ３７１は電気式のモータからなり、その駆動軸はフィルタ盤３７２の中心部に固定される。
【０１６９】
フィルタ盤３７２は略円盤形状の部材であり、その盤面には当該盤面の表裏面を貫通する計五つの孔が形成される。フィルタ盤３７２に形成される五つの孔は、フィルタ盤３７２の周方向に関して等間隔に配列される。フィルタ盤３７２は赤外線照射装置３３０が照射する光を透過しない材料からなる。
【０１７０】
フィルタ盤３７２に形成される五つの孔のうち、一つの孔には波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下の波長帯（アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域）の光を通すバンドパスフィルタ３７２ａ、一つの孔には波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下の波長帯（芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域）の光を通すバンドパスフィルタ３７２ｂ、一つの孔には波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の波長帯（アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域）の光を通すバンドパスフィルタ３７２ｃ、一つの孔には波数に換算して２４５０ｃｍ−１以上２５５０ｃｍ−１以下の波長帯（補正領域）の光を通すバンドパスフィルタ３７２ｄが嵌装される。また、フィルタ盤３７２に形成される五つの孔のうち、残る一つの孔には何も嵌装されない。
【０１７１】
フィルタ盤３７２はガス導入部３２０（より厳密には、測定対象ガス）とレンズ３５１との間における赤外線照射装置３３０から照射される光の光路に交差する位置に配置される。
モータ３７１が回転駆動するとフィルタ盤３７２が回転し、（α）バンドパスフィルタ３７２ａが光路に交差した状態、（β）バンドパスフィルタ３７２ｂが光路に交差した状態、（γ）バンドパスフィルタ３７２ｃが光路に交差した状態、（δ）バンドパスフィルタ３７２ｄが光路に交差した状態、（ε）何も嵌装されていないフィルタ盤３７２の孔が光路に交差した状態、に順次切り替わる。
【０１７２】
（α）バンドパスフィルタ３７２ａが光路に交差した状態では、ガス導入部３２０から外部に導かれた光のうち、波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下の波長帯の光のみがバンドパスフィルタ３７２ａを通過する。
（β）バンドパスフィルタ３７２ｂが光路に交差した状態では、ガス導入部３２０から外部に導かれた光のうち、波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下の波長帯の光のみがバンドパスフィルタ３７２ｂを通過する。
（γ）バンドパスフィルタ３７２ｃが光路に交差した状態では、ガス導入部３２０から外部に導かれた光のうち、波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の波長帯の光のみがバンドパスフィルタ３７２ｃを通過する。
（δ）バンドパスフィルタ３７２ｄが光路に交差した状態では、ガス導入部３２０から外部に導かれた光のうち、波数に換算して２４５０ｃｍ−１以上２５５０ｃｍ−１以下の波長帯の光のみがバンドパスフィルタ３７２ｄを通過する。
（ε）何も嵌装されていないフィルタ盤３７２の孔が光路に交差した状態では、ガス導入部３２０から外部に導かれた光が当該孔を通過する。
フィルタ盤３７２に形成された孔に嵌装されたフィルタまたは当該孔を通過した光はレンズ３５１を経てフォトダイオード３６０に検出される。このようにして、フィルタ切り替え装置３７０はフォトダイオード３６０に検出される光の波長帯を切り替える。
【０１７３】
フィルタ制御装置３７３はモータ３７１の回転およびその停止を制御することにより、光路に交差するフィルタ（または孔）を切り替えるものであり、モータ３７１の動作を制御するためのプログラムが格納されたプログラマブルコントローラ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＰＬＣ）からなる。
フィルタ制御装置３７３はモータ３７１に接続され、モータ３７１の回転数を制御するための信号（制御信号）をモータ３７１に送信する。
また、フィルタ制御装置３７３は、光路に交差するフィルタ（または孔）を示す信号であるフィルタＮｏ．信号を出力する。
なお、フィルタ盤３７２およびフィルタ制御装置３７３によるフィルタ切り替え周波数は、前述の回転盤３４２およびチョッパ制御装置３４３による光チョッピング周波数よりも十分に低く（望ましくは、光チョッピング周波数の数十分の一に）設定しておく必要がある。
【０１７４】
信号処理回路３８０はフォトダイオード３６０から取得した受光強度信号からノイズを除去するものである。
信号処理回路３８０はチョッパ装置３４０に接続され、チョッパ装置３４０から参照信号を取得（受信）する。
信号処理回路３８０はフォトダイオード３６０に接続され、フォトダイオード３６０から受光強度信号を取得（受信）する。
信号処理回路３８０は参照信号および受光強度信号に基づいて、受光強度信号における「周期的な強度変化に同期した成分」を抽出することにより、受光強度信号に含まれるノイズ成分を除去する。
信号処理回路３８０はノイズ成分が除去された受光強度信号を解析装置３９０に送信する。信号処理回路３８０が受光強度信号からノイズを除去することにより当該受光強度信号の分解能が向上し、炭化水素の濃度の微小な変化（あるいは微小な炭化水素濃度）をより精度良く測定することが可能である。
【０１７５】
解析装置３９０は本発明に係る解析部の実施の一形態であり、フォトダイオード３６０により検出された光に基づいて、測定対象ガスについての「各グループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域」の吸光度を算出し、これらの吸収領域にそれぞれ対応するグループに属する化学種の濃度の和を算出するものである。
解析装置３９０は主として解析部３９１、入力部３９２、表示部３９３等を具備する。
【０１７６】
解析部３９１は、種々のプログラム等（例えば、後述する吸光度算出プログラムおよび濃度算出プログラム）を格納し、これらのプログラム等を展開し、これらのプログラム等に従って所定の演算を行い、当該演算結果等を記憶することができる。
【０１７７】
解析部３９１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施例の解析部３９１は専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。
【０１７８】
解析部３９１はフィルタ切り替え装置３７０（より厳密には、フィルタ制御装置３７３）に接続され、フィルタＮｏ．信号を取得（受信）することが可能である。
また、解析部３９１は信号処理回路３８０に接続され、（より厳密には、ノイズ成分が除去された）受光強度信号を取得（受信）することが可能である。
【０１７９】
入力部３９２および表示部３９３の構成はそれぞれ図１に示す入力部１９２および表示部１９３と略同じ構成であることから説明を省略する。
【０１８０】
以下では、解析部３９１の詳細構成について説明する。
解析部３９１は、機能的には記憶部３９１ａ、吸光度算出部３９１ｂ、濃度算出部３９１ｃ等を具備する。
【０１８１】
記憶部３９１ａは解析部３９１において行われる種々の演算等に用いられる情報、演算結果等を記憶するものである。
【０１８２】
記憶部３９１ａは、基準ガスのスペクトルを記憶している。
なお、当該基準ガスのスペクトルの取得方法については図１に示す炭化水素濃度測定装置１００と略同じであることから説明を省略する。
【０１８３】
吸光度算出部３９１ｂはフォトダイオード３６０により検出された光に基づいて測定対象ガスの共通の吸収領域の吸光度を算出するものである。
実体的には、解析部３９１が吸光度算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、吸光度算出部３９１ｂとしての機能を果たす。
【０１８４】
吸光度算出部３９１ｂはフィルタ切り替え装置３７０からフィルタＮｏ．信号を取得するとともに、信号処理回路３８０から受光強度信号を取得する。
フィルタ切り替え装置３７０から取得したフィルタＮｏ．信号は、実質的にはフォトダイオード３６０が受光した光の波長帯を表す情報である。
従って、吸光度算出部３９１ｂはフィルタＮｏ．信号と受光強度信号とを照合することにより、取得した受光強度信号に対応する波長（波長帯）を特定することが可能である。
【０１８５】
吸光度算出部３９１ｂは、「波長（波長帯）が特定された受光強度信号」および「基準ガスのスペクトル」に基づいて、測定対象ガスの「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」をそれぞれ算出する。
【０１８６】
より具体的には、吸光度算出部３９１ｂは「波長（波長帯）が特定された受光強度信号」のうち、波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下の波長帯に対応する受光強度信号から「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」を算出する。
また、吸光度算出部３９１ｂは「波長（波長帯）が特定された受光強度信号」のうち、波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下の波長帯に対応する受光強度信号から「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」を算出する。
また、吸光度算出部３９１ｂは「波長（波長帯）が特定された受光強度信号」のうち、波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の波長帯に対応する受光強度信号から「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」を算出する。
【０１８７】
次に、吸光度算出部３９１ｂは、算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」、および「基準ガスのスペクトルのうちアルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域に対応する波長帯の光の強度」に基づいて、測定対象ガスについての「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」を算出する。
同様にして、吸光度算出部３９１ｂは、測定対象ガスについての「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」を算出する。
【０１８８】
測定対象ガスについての「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」の算出は、上記数１を用いて行われる。
【０１８９】
濃度算出部３９１ｃは、吸光度算出部３９１ｂにより算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出し、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出し、「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「アルキンからなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出するものである。
実体的には、解析部３９１が、濃度算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、濃度算出部３９１ｃとしての機能を果たす。
なお、濃度算出部３９１ｃの構成は、図１に示す濃度算出部１９１ｃと略同じであることから、説明を省略する。
【０１９０】
以上の如く、炭化水素濃度測定装置３００は、
測定対象ガス（単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガス）に、単数または複数の化学種が吸収する共通の吸収領域を含む波長帯の光（本実施例の場合、波数に換算して２０００ｃｍ−１以上４０００ｃｍ−１以下の波長帯の光）を照射する赤外線照射装置３３０と、
赤外線照射装置３３０により測定対象ガスに照射された光を検出するフォトダイオード３６０と、
フォトダイオード３６０により検出された光に基づいて測定対象ガスの共通の吸収領域の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて測定対象ガスに含まれる単数または複数の化学種のうち共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を算出する解析装置３９０と、
を具備するものである。
このように構成することにより、測定対象ガスの濃度や組成の変化に対して応答遅れが無く、リアルタイムな炭化水素の濃度測定を行うことが可能であり、測定の応答性を確保することが可能である。
また、測定対象ガスの濃度や組成が変化した場合に、共通の吸収領域の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を精度良く算出することが可能である。
【０１９１】
なお、本実施例ではフィルタ切り替え装置３７０により単一のフォトダイオード３６０が検出する光の波長帯を切り替える構成としたが、本発明はこれに限定されず、複数のフォトダイオードにそれぞれ異なる波長帯（吸収領域）のみを透過するバンドパスフィルタを設けることにより、フィルタ切替装置３７０を省略する構成とすることも可能である。
このような構成とした場合、複数の吸収領域を同時に計測することが可能であり、炭化水素濃度測定の応答性が向上する。
さらに、それぞれ異なる波長帯を検出することが可能な複数のフォトダイオードを用意し、これらのフォトダイオードの検出可能な波長帯をそれぞれ異なる「共通の吸収領域」に対応させることにより、バンドパスフィルタを省略することも可能である。
【０１９２】
以下では図８を用いて本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第四実施例である炭化水素濃度測定装置４００について説明する。
【０１９３】
炭化水素濃度測定装置４００は測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定するものである。
図８に示す如く、炭化水素濃度測定装置４００は主として光学レール４１０、ガス導入容器４２１と照射側窓４２２と検出側窓４２３とを備えるガス導入部４２０、赤外線照射装置４３０、レンズ４５１、回折格子４５２、ラインセンサ４６０、センサ制御装置４７０、信号処理回路４８０、解析装置４９０等を具備する。
【０１９４】
炭化水素濃度測定装置４００を構成する部材のうち、光学レール４１０、ガス導入部４２０、レンズ４５１、回折格子４５２、センサ制御装置４７０、信号処理回路４８０については、それぞれ図１に示す炭化水素濃度測定装置１００における光学レール１１０、ガス導入部１２０、レンズ１５１、回折格子１５２、センサ制御装置１７０、信号処理回路１８０と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
解析装置４９０は解析部４９１、入力部４９２、表示部４９３を具備し、解析部４９１は機能的には記憶部４９１ａ、吸光度算出部４９１ｂ、濃度算出部４９１ｃ等を具備するが、これについても図１に示す解析装置１９０と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
【０１９５】
赤外線照射装置４３０は本発明に係る照射部の実施の一形態であり、ガス導入容器４２１の内部空間４２１ａに導入された測定対象ガスに、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、および（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、を含む波長帯の光を照射するものである。
赤外線照射装置４３０はＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ（Ｂｒｏａｄ  Ｂａｎｄ  Ｍｉｄ−ＩＲ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）４３１およびＬＥＤ制御装置４３２を具備する。
【０１９６】
ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ（Ｂｒｏａｄ  Ｂａｎｄ  Ｍｉｄ−ＩＲ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）４３１は、波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の波長帯を含む赤外線を発生することが可能であり、かつ照射する赤外線の強度（光の強度）を変更可能な半導体素子である。
【０１９７】
ＬＥＤ制御装置４３２はＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ４３１が照射する光の強度を制御する装置である。
ＬＥＤ制御装置４３２はＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ４３１に接続され、ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ４３１が照射する光の強度（光量）を制御するための信号であるＬＥＤ制御信号を送信する。当該ＬＥＤ制御信号に基づいて、ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ４３１が照射する光の強度は所定の周期で変調される（強弱が交互に表れるように光の強度が変化する）。
また、ＬＥＤ制御装置４３２は信号処理回路４８０に接続され、ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ４３１の照射する光の強度の変調周波数（変調周期の逆数）を示す信号を参照信号として信号処理回路４８０に送信する。
【０１９８】
ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ４３１から照射された光（赤外線）はガス導入部４２０の照射側窓４２２を透過し、ガス導入容器４２１の内部空間４２１ａに導かれ、内部空間４２１ａに導入された測定対象ガスに照射される。そして、当該測定対象ガスに照射された光は、ガス導入部４２０の検出側窓４２３を透過してガス導入部４２０の外部に導かれる。
【０１９９】
以上の如く、炭化水素濃度測定装置４００は、
測定対象ガス（単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガス）に、単数または複数の化学種が吸収する共通の吸収領域を含む波長帯の光（本実施例の場合、波数に換算して２０００ｃｍ−１以上４０００ｃｍ−１以下の波長帯の光）を照射する赤外線照射装置４３０と、
赤外線照射装置４３０により測定対象ガスに照射された光を検出するラインセンサ４６０と、
ラインセンサ４６０により検出された光に基づいて測定対象ガスの共通の吸収領域の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて測定対象ガスに含まれる単数または複数の化学種のうち共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を算出する解析装置４９０と、
を具備するものである。
このように構成することにより、測定対象ガスの濃度や組成の変化に対して応答遅れが無く、リアルタイムな炭化水素の濃度測定を行うことが可能であり、測定の応答性を確保することが可能である。
また、測定対象ガスの濃度や組成が変化した場合に、共通の吸収領域の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を精度良く算出することが可能である。
【０２００】
また、炭化水素濃度測定装置４００の赤外線照射装置４３０は、
照射する光の強度を変更可能なＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ４３１と、
ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ４３１が照射する光の強度を制御するＬＥＤ制御装置４３２と、
を具備するものである。
このように構成することにより、図１に示すチョッパ装置１４０の如き機械的な光の変調を行う場合の変調周波数（１ｋＨｚ程度）に比べて光の強度の変調周波数を高くする（数ＧＨｚ程度）ことが可能であり、炭化水素測定の精度の向上に寄与する。
また、ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ４３１およびＬＥＤ制御装置４３２は図１に示すチョッパ装置１４０のモータ１４１の如き機械的な駆動部品を有しないことから、装置の信頼性（安定性およびメンテナンス性）が向上する。
【０２０１】
以下では図９を用いて本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第五実施例である炭化水素濃度測定装置５００について説明する。
【０２０２】
炭化水素濃度測定装置５００は測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定するものである。
図９に示す如く、炭化水素濃度測定装置５００は主として光学レール５１０、ガス導入容器５２１と照射側窓５２２と検出側窓５２３とを備えるガス導入部５２０、ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ５３１とＬＥＤ制御装置５３２とを備える赤外線照射装置５３０、レンズ５５１、回折格子５５２、フォトダイオード５６０・５６０・・・、信号切り替え装置５７０、信号処理回路５８０、解析装置５９０等を具備する。
【０２０３】
炭化水素濃度測定装置５００を構成する部材のうち、光学レール５１０、ガス導入部５２０、レンズ５５１、回折格子５５２については、それぞれ図１に示す炭化水素濃度測定装置１００における光学レール１１０、ガス導入部１２０、レンズ１５１、回折格子１５２と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
炭化水素濃度測定装置５００を構成する部材のうち、フォトダイオード５６０・５６０・・・、信号切り替え装置５７０、信号処理回路５８０については、それぞれ図６に示す炭化水素濃度測定装置２００におけるフォトダイオード２６０・２６０・・・、信号切り替え装置２７０、信号処理回路２８０と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
解析装置５９０は解析部５９１、入力部５９２、表示部５９３を具備し、解析部５９１は機能的には記憶部５９１ａ、吸光度算出部５９１ｂ、濃度算出部５９１ｃ等を具備するが、これについても図６に示す解析装置２９０と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
炭化水素濃度測定装置５００を構成する部材のうち、赤外線照射装置５３０については、図８に示す炭化水素濃度測定装置４００における赤外線照射装置４３０と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
【０２０４】
以上の如く、炭化水素濃度測定装置５００は、
測定対象ガス（単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガス）に、単数または複数の化学種が吸収する共通の吸収領域を含む波長帯の光（本実施例の場合、波数に換算して２０００ｃｍ−１以上４０００ｃｍ−１以下の波長帯の光）を照射する赤外線照射装置５３０と、
赤外線照射装置５３０により測定対象ガスに照射された光を検出するフォトダイオード５６０・５６０・・・と、
フォトダイオード５６０・５６０・・・により検出された光に基づいて測定対象ガスの共通の吸収領域の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて測定対象ガスに含まれる単数または複数の化学種のうち共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を算出する解析装置５９０と、
を具備するものである。
このように構成することにより、測定対象ガスの濃度や組成の変化に対して応答遅れが無く、リアルタイムな炭化水素の濃度測定を行うことが可能であり、測定の応答性を確保することが可能である。
また、測定対象ガスの濃度や組成が変化した場合に、共通の吸収領域の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を精度良く算出することが可能である。
【０２０５】
また、炭化水素濃度測定装置５００の赤外線照射装置５３０は、
照射する光の強度を変更可能なＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ５３１と、
ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ５３１が照射する光の強度を制御するＬＥＤ制御装置５３２と、
を具備するものである。
このように構成することにより、図６に示すチョッパ装置２４０の如き機械的な光の変調を行う場合の変調周波数（１ｋＨｚ程度）に比べて光の強度の変調周波数を高くする（数ＧＨｚ程度）ことが可能であり、炭化水素測定の精度の向上に寄与する。
また、ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ５３１およびＬＥＤ制御装置５３２は図６に示すチョッパ装置２４０のモータ２４１の如き機械的な駆動部品を有しないことから、装置の信頼性（安定性およびメンテナンス性）が向上する。
【０２０６】
以下では図１０を用いて本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第六実施例である炭化水素濃度測定装置６００について説明する。
【０２０７】
炭化水素濃度測定装置６００は測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定するものである。
図１０に示す如く、炭化水素濃度測定装置６００は主として光学レール６１０、ガス導入容器６２１と照射側窓６２２と検出側窓６２３とを備えるガス導入部６２０、ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ６３１とＬＥＤ制御装置６３２とを備える赤外線照射装置６３０、レンズ６５１、フォトダイオード６６０、モータ６７１とフィルタ盤６７２とフィルタ制御装置６７３とを備えるフィルタ切り替え装置６７０、信号処理回路６８０、解析装置６９０等を具備する。
【０２０８】
炭化水素濃度測定装置６００を構成する部材のうち、光学レール６１０、ガス導入部６２０、レンズ６５１、回折格子６５２については、それぞれ図１に示す炭化水素濃度測定装置１００における光学レール１１０、ガス導入部１２０、レンズ１５１、回折格子１５２と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
炭化水素濃度測定装置６００を構成する部材のうち、フォトダイオード６６０、フィルタ切り替え装置６７０、信号処理回路６８０については、それぞれ図７に示す炭化水素濃度測定装置３００におけるフォトダイオード３６０、フィルタ切り替え装置３７０、信号処理回路３８０と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
解析装置６９０は解析部６９１、入力部６９２、表示部６９３を具備し、解析部６９１は機能的には記憶部６９１ａ、吸光度算出部６９１ｂ、濃度算出部６９１ｃ等を具備するが、これについても図７に示す解析装置３９０と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
炭化水素濃度測定装置６００を構成する部材のうち、赤外線照射装置６３０については、図８に示す炭化水素濃度測定装置４００における赤外線照射装置４３０と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
【０２０９】
以上の如く、炭化水素濃度測定装置６００は、
測定対象ガス（単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガス）に、単数または複数の化学種が吸収する共通の吸収領域を含む波長帯の光（本実施例の場合、波数に換算して２０００ｃｍ−１以上４０００ｃｍ−１以下の波長帯の光）を照射する赤外線照射装置６３０と、
赤外線照射装置６３０により測定対象ガスに照射された光を検出するフォトダイオード６６０と、
フォトダイオード６６０により検出された光に基づいて測定対象ガスの共通の吸収領域の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて測定対象ガスに含まれる単数または複数の化学種のうち共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を算出する解析装置６９０と、
を具備するものである。
このように構成することにより、測定対象ガスの濃度や組成の変化に対して応答遅れが無く、リアルタイムな炭化水素の濃度測定を行うことが可能であり、測定の応答性を確保することが可能である。
また、測定対象ガスの濃度や組成が変化した場合に、共通の吸収領域の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を精度良く算出することが可能である。
【０２１０】
また、炭化水素濃度測定装置６００の赤外線照射装置６３０は、
照射する光の強度を変更可能なＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ６３１と、
ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ５３１が照射する光の強度を制御するＬＥＤ制御装置６３２と、
を具備するものである。
このように構成することにより、図７に示すチョッパ装置３４０の如き機械的な光の変調を行う場合の変調周波数（１ｋＨｚ程度）に比べて光の強度の変調周波数を高くする（数ＧＨｚ程度）ことが可能であり、炭化水素測定の精度の向上に寄与する。
また、ＢＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ６３１およびＬＥＤ制御装置６３２は図７に示すチョッパ装置３４０のモータ３４１の如き機械的な駆動部品を有しないことから、装置の信頼性（安定性およびメンテナンス性）が向上する。
【０２１１】
以下では図１１を用いて本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第七実施例である炭化水素濃度測定装置７００について説明する。
【０２１２】
炭化水素濃度測定装置７００は測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定するものである。
図１１に示す如く、炭化水素濃度測定装置７００は主として光学レール７１０、ガス導入容器７２１と照射側窓７２２と検出側窓７２３とを備えるガス導入部７２０、赤外線照射装置７３０、レンズ７５１、フォトダイオード７６０、補正用フォトダイオード７６５、信号処理回路７８０、補正用信号処理回路７８５、解析装置７９０等を具備する。
【０２１３】
炭化水素濃度測定装置７００を構成する部材のうち、光学レール７１０、ガス導入部７２０、レンズ７５１については、それぞれ図１に示す炭化水素濃度測定装置１００における光学レール１１０、ガス導入部１２０、レンズ１５１と略同じ構成であることから詳細な説明を省略する。
【０２１４】
赤外線照射装置７３０は本発明に係る照射部の実施の一形態であり、ガス導入容器７２１の内部空間７２１ａに導入された測定対象ガスに、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、および（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、のうちのいずれかの波長帯の光を照射するものである。
【０２１５】
赤外線照射装置７３０は主として第一発光ダイオード７３１ａ、第二発光ダイオード７３１ｂ、第三発光ダイオード７３１ｃ、第一分波器７３２ａ、第二分波器７３２ｂ、第三分波器７３２ｃ、第一合波器７３３ａ、第二合波器７３３ｂ、レンズ７３４、第一発光ダイオード制御装置７３５ａ、第二発光ダイオード制御装置７３５ｂ、第三発光ダイオード制御装置７３５ｃ、発光ダイオード選択装置７３６等を具備する。
【０２１６】
第一発光ダイオード７３１ａは波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下の波長帯、すなわち（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域に対応する波長帯の赤外線（光）を発生するものである。
本実施例の第一発光ダイオード７３１ａは波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下の波長帯の光を発生するＮＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤ（Ｎａｒｒｏｗ  Ｂａｎｄ  Ｍｉｄ−ＩＲ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）からなる。
第一発光ダイオード７３１ａが発生する光の強度は、第一発光ダイオード７３１ａに印加する電圧を変更することにより変更することが可能である。
【０２１７】
第二発光ダイオード７３１ｂは波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下の波長帯、すなわち（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域に対応する波長帯の赤外線（光）を発生するものである。
本実施例の第二発光ダイオード７３１ｂは波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下の波長帯の光を発生するＮＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤからなる。
第二発光ダイオード７３１ｂが発生する光の強度は、第二発光ダイオード７３１ｂに印加する電圧を変更することにより変更することが可能である。
【０２１８】
第三発光ダイオード７３１ｃは波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の波長帯、すなわち（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域に対応する波長帯の赤外線（光）を発生するものである。
本実施例の第三発光ダイオード７３１ｃは波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の波長帯の光を発生するＮＢ−ＭＩＲ−ＬＥＤからなる。
第三発光ダイオード７３１ｃが発生する光の強度は、第三発光ダイオード７３１ｃに印加する電圧を変更することにより変更することが可能である。
【０２１９】
第一分波器７３２ａ、第二分波器７３２ｂおよび第三分波器７３２ｃは、入力された一つの光束を二つの光束に分割してそれぞれ出力する光学装置である。
第一分波器７３２ａの入力側ポートは、光ファイバーにより第一発光ダイオード７３１ａに接続される。第一発光ダイオード７３１ａが発した光は当該光ファイバーを通って第一分波器７３２ａに入力され、二つの光束に分割されて二つの出力側ポートからそれぞれ出力される。
第二分波器７３２ｂの入力側ポートは、光ファイバーにより第二発光ダイオード７３１ｂに接続される。第二発光ダイオード７３１ｂが発した光は当該光ファイバーを通って第二分波器７３２ｂに入力され、二つの光束に分割されて二つの出力側ポートからそれぞれ出力される。
第三分波器７３２ｃの入力側ポートは、光ファイバーにより第三発光ダイオード７３１ｃに接続される。第三発光ダイオード７３１ｃが発した光は当該光ファイバーを通って第三分波器７３２ｃに入力され、二つの光束に分割されて二つの出力側ポートからそれぞれ出力される。
第一分波器７３２ａ、第二分波器７３２ｂおよび第三分波器７３２ｃの具体例としては、各種のビームスプリッター（プリズム型、平面型（ハーフミラー等）、ウェッジ基板型等）が挙げられる。
【０２２０】
第一合波器７３３ａおよび第二合波器７３３ｂは、入力された三つの光束を合成して一つの光束として出力する光学装置である。
第一合波器７３３ａの三つの入力側ポートは、それぞれ光ファイバーにより第一分波器７３２ａの一方の出力側ポート、第二分波器７３２ｂの一方の出力側ポート、および第三分波器７３２ｃの一方の出力側ポートに接続される。第一分波器７３２ａの一方の出力側ポート、第二分波器７３２ｂの一方の出力側ポート、および第三分波器７３２ｃの一方の出力側ポートからそれぞれ出力された光は、対応する光ファイバーを通って第一合波器７３３ａに入力され、合成されて一つの光束として出力される。
第二合波器７３３ｂの三つの入力側ポートは、それぞれ光ファイバーにより第一分波器７３２ａの他方の出力側ポート、第二分波器７３２ｂの他方の出力側ポート、および第三分波器７３２ｃの他方の出力側ポートに接続される。第二分波器７３２ｂの他方の出力側ポート、第二分波器７３２ｂの他方の出力側ポート、および第三分波器７３２ｃの他方の出力側ポートからそれぞれ出力された光は、対応する光ファイバーを通って第二合波器７３３ｂに入力され、合成されて一つの光束として出力される。
第一合波器７３３ａおよび第二合波器７３３ｂの具体例としては、各種のビームスプリッター（プリズム型、平面型（ハーフミラー等）、ウェッジ基板型等）が挙げられる。
【０２２１】
なお、後で詳述するが、本実施例では、第一合波器７３３ａおよび第二合波器７３３ｂのいずれについても二つ以上の入力側ポートに同時に光を入力することはない。従って、第一合波器７３３ａおよび第二合波器７３３ｂは、実質的には三つの入力側ポートのいずれか一つから入力された光を出力側ポートから出力することとなる。
【０２２２】
レンズ７３４は光学レール７１０に固定されるレンズである。レンズ７３４はガス導入部７２０の照射側窓７２２に対向する位置に配置される。
レンズ７３４は光ファイバーにより第一合波器７３３ａの出力側ポートに接続される。
第一合波器７３３ａの出力側ポートから出力された光は、当該光ファイバーを通ってレンズ７３４に到達し、レンズ７３４にて収束され、照射側窓７２２を透過してガス導入部７２０の内部空間７２１ａに導入された測定対象ガスに照射される。
【０２２３】
第一発光ダイオード制御装置７３５ａは第一発光ダイオード７３１ａが発する光の強度を制御する装置である。
第一発光ダイオード制御装置７３５ａは第一発光ダイオード７３１ａに接続され、第一発光ダイオード７３１ａが発する光の強度（光量）を制御するための信号であるＬＥＤ制御信号（実体的には、第一発光ダイオード７３１ａに印加される電圧の大きさを示す信号）を送信する。当該ＬＥＤ制御信号に基づいて、第一発光ダイオード７３１ａが発する光の強度は所定の周期で変調する（強弱が交互に表れるように強度が変化する）。
【０２２４】
第二発光ダイオード制御装置７３５ｂは第二発光ダイオード７３１ｂが発する光の強度を制御する装置である。
第二発光ダイオード制御装置７３５ｂは第二発光ダイオード７３１ｂに接続され、第二発光ダイオード７３１ｂが発する光の強度（光量）を制御するための信号であるＬＥＤ制御信号（実体的には、第二発光ダイオード７３１ｂに印加される電圧の大きさを示す信号）を送信する。当該ＬＥＤ制御信号に基づいて、第二発光ダイオード７３１ｂが発する光の強度は所定の周期で変調する（強弱が交互に表れるように強度が変化する）。
【０２２５】
第三発光ダイオード制御装置７３５ｃは第三発光ダイオード７３１ｃが発する光の強度を制御する装置である。
第三発光ダイオード制御装置７３５ｃは第三発光ダイオード７３１ｃに接続され、第三発光ダイオード７３１ｃが発する光の強度（光量）を制御するための信号であるＬＥＤ制御信号（実体的には、第三発光ダイオード７３１ｃに印加される電圧の大きさを示す信号）を送信する。当該ＬＥＤ制御信号に基づいて、第三発光ダイオード７３１ｃが発する光の強度は所定の周期で変調する（強弱が交互に表れるように強度が変化する）。
【０２２６】
発光ダイオード選択装置７３６は第一発光ダイオード制御装置７３５ａ、第二発光ダイオード制御装置７３５ｂ、第三発光ダイオード制御装置７３５ｃのうちのいずれが動作するか、ひいては第一発光ダイオード７３１ａ、第二発光ダイオード７３１ｂ、第三発光ダイオード７３１ｃのうちのいずれが光を発するかを選択する装置である。
本実施例の発光ダイオード選択装置７３６は、第一発光ダイオード制御装置７３５ａ、第二発光ダイオード制御装置７３５ｂ、第三発光ダイオード制御装置７３５ｃのうちのいずれが動作するかを選択するためのプログラムが格納されたプログラマブルコントローラからなる。
【０２２７】
発光ダイオード選択装置７３６は第一発光ダイオード制御装置７３５ａ、第二発光ダイオード制御装置７３５ｂおよび第三発光ダイオード制御装置７３５ｃにそれぞれ接続され、これらのうちのいずれか一つに動作するための信号である動作信号を送信する。第一発光ダイオード制御装置７３５ａ、第二発光ダイオード制御装置７３５ｂおよび第三発光ダイオード制御装置７３５ｃのうち、当該動作信号を取得したものは、当該動作信号を取得している間のみ動作する（対応する発光ダイオードにＬＥＤ信号を送信する）。
発光ダイオード選択装置７３６は解析装置７９０（より厳密には、解析部７９１）に接続され、第一発光ダイオード制御装置７３５ａ、第二発光ダイオード制御装置７３５ｂおよび第三発光ダイオード制御装置７３５ｃのうち動作しているもの（ひいては、第一発光ダイオード制御装置７３５ａ、第二発光ダイオード制御装置７３５ｂおよび第三発光ダイオード制御装置７３５ｃのうち光を発しているもの）を示す信号であるＬＥＤＮｏ．信号を解析装置７９０に送信する。
発光ダイオード選択装置７３６は信号処理回路７８０および補正用信号処理回路７８５に接続され、第一発光ダイオード制御装置７３５ａ、第二発光ダイオード制御装置７３５ｂ、第三発光ダイオード制御装置７３５ｃのうちのいずれかが発する光の強度の変調の位相を示す信号である参照信号を信号処理回路７８０および補正用信号処理回路７８５に送信する。
【０２２８】
このように、赤外線照射装置７３０は、ガス導入容器７２１の内部空間７２１ａに導入された測定対象ガスに、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、および（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、のうちのいずれかの波長帯の光を選択して照射することが可能である。
【０２２９】
フォトダイオード７６０は本発明に係る検出部の実施の一形態であり、赤外線照射装置７３０により測定対象ガスに照射された光を検出するものである。
フォトダイオード７６０は受光した光の強度に応じた電気信号（受光強度信号）を発生する半導体素子である。
【０２３０】
信号処理回路７８０はフォトダイオード７６０から取得した受光強度信号からノイズを除去するものである。
信号処理回路７８０は発光ダイオード選択装置７３６に接続され、発光ダイオード選択装置７３６から参照信号を取得（受信）する。
信号処理回路７８０はフォトダイオード７６０に接続され、フォトダイオード７６０から受光強度信号を取得（受信）する。
信号処理回路７８０は参照信号および受光強度信号に基づいて、受光強度信号における「周期的な強度変化に同期した成分」を抽出することにより、受光強度信号に含まれるノイズ成分を除去する。
信号処理回路７８０はノイズ成分が除去された受光強度信号を解析装置７９０に送信する。信号処理回路７８０が受光強度信号からノイズを除去することにより当該受光強度信号の分解能が向上し、炭化水素の濃度の微小な変化（あるいは微小な炭化水素濃度）をより精度良く測定することが可能である。
【０２３１】
補正用フォトダイオード７６５は赤外線照射装置７３０により発生する光を検出するものである。補正用フォトダイオード７６５は受光した光の強度に応じた電気信号（補正用受光強度信号）を発生する半導体素子であり、光ファイバーにより第二合波器７３３ｂの出力側ポートに接続される。
赤外線照射装置７３０により発生した光のうち、第一分波器７３２ａ、第二分波器７３２ｂ、第三分波器７３２ｃのいずれかにより二つに分割された光束の一方が測定対象ガスに照射され、二つに分割された光束の他方が補正用フォトダイオード７６５により検出されることとなる。従って、補正用フォトダイオード７６５により検出される光は、測定対象ガスに照射される光と同じ光源において同じタイミングで発生したものである。
【０２３２】
補正用信号処理回路７８５は補正用フォトダイオード７６５から取得した補正用受光強度信号からノイズを除去するものである。
補正用信号処理回路７８５は発光ダイオード選択装置７３６に接続され、発光ダイオード選択装置７３６から参照信号を取得（受信）する。
補正用信号処理回路７８５は補正用フォトダイオード７６５に接続され、補正用フォトダイオード７６５から補正用受光強度信号を取得（受信）する。
補正用信号処理回路７８５は参照信号および補正用受光強度信号に基づいて、補正用受光強度信号における「周期的な強度変化に同期した成分」を抽出することにより、補正用受光強度信号に含まれるノイズ成分を除去する。
補正用信号処理回路７８５はノイズ成分が除去された補正用受光強度信号を解析装置７９０に送信する。補正用信号処理回路７８５が補正用受光強度信号からノイズを除去することにより当該補正用受光強度信号の分解能が向上し、後述する吸光度の補正の精度が向上する。
【０２３３】
解析装置７９０は本発明に係る解析部の実施の一形態であり、フォトダイオード７６０により検出された光に基づいて、測定対象ガスについての「各グループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域」の吸光度を算出し、これらの吸収領域にそれぞれ対応するグループに属する化学種の濃度の和を算出するものである。
解析装置７９０は主として解析部７９１、入力部７９２、表示部７９３等を具備する。
【０２３４】
解析部７９１は、種々のプログラム等（例えば、後述する吸光度算出プログラムおよび濃度算出プログラム）を格納し、これらのプログラム等を展開し、これらのプログラム等に従って所定の演算を行い、当該演算結果等を記憶することができる。
【０２３５】
解析部７９１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施例の解析部７９１は専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。
【０２３６】
解析部７９１は発光ダイオード選択装置７３６に接続され、発光ダイオード選択装置７３６からＬＥＤＮｏ．信号を取得（受信）することが可能である。
解析部７９１は信号処理回路７８０に接続され、信号処理回路７８０から（より厳密には、ノイズ成分が除去された）受光強度信号を取得（受信）することが可能である。
解析部７９１は補正用信号処理回路７８５に接続され、補正用信号処理回路７８５から（より厳密には、ノイズ成分が除去された）受光強度信号を取得（受信）することが可能である。
【０２３７】
入力部７９２は解析部７９１に接続され、炭化水素濃度測定装置７００による解析に係る種々の情報・指示等を解析部７９１に入力するものである。
本実施例の入力部７９２は専用品であるが、市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【０２３８】
表示部７９３は入力部７９２から解析部７９１への入力内容や解析部７９１による解析結果（炭化水素濃度の測定結果）等を表示するものである。
本実施例の表示部７９３は専用品であるが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【０２３９】
以下では、解析部７９１の詳細構成について説明する。
解析部７９１は、機能的には記憶部７９１ａ、吸光度算出部７９１ｂ、濃度算出部７９１ｃ等を具備する。
【０２４０】
記憶部７９１ａは解析部７９１において行われる種々の演算等に用いられる情報、演算結果等を記憶するものである。
【０２４１】
記憶部７９１ａは、基準ガスのスペクトルを記憶している。
なお、当該基準ガスのスペクトルの取得方法については図１に示す炭化水素濃度測定装置１００と略同じであることから説明を省略する。
【０２４２】
吸光度算出部１９１ｂはフォトダイオード７６０により検出された光に基づいて測定対象ガスの共通の吸収領域の吸光度を算出するものである。
実体的には、解析部７９１が吸光度算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、吸光度算出部７９１ｂとしての機能を果たす。
【０２４３】
吸光度算出部７９１ｂは発光ダイオード選択装置７３６からＬＥＤＮｏ．信号を取得するとともに、信号処理回路７８０から受光強度信号を取得する。
発光ダイオード選択装置７３６から取得したＬＥＤＮｏ．信号は、フォトダイオード７６０が受光した光が第一発光ダイオード７３１ａ、第二発光ダイオード７３１ｂ、第三発光ダイオード７３１ｃのうちのいずれから発せられたものであるかを示す信号であり、実質的にはフォトダイオード７６０が受光した光の波長帯を表す情報である。
従って、吸光度算出部７９１ｂはＬＥＤＮｏ．信号と受光強度信号とを照合することにより、取得した受光強度信号に対応する波長（波長帯）を特定することが可能である。
【０２４４】
吸光度算出部７９１ｂは、「波長（波長帯）が特定された受光強度信号」および「基準ガスのスペクトル」に基づいて、測定対象ガスの「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」をそれぞれ算出する。
【０２４５】
より具体的には、吸光度算出部７９１ｂは第一発光ダイオード７３１ａに対応する受光強度信号から「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」を算出する。
また、吸光度算出部７９１ｂは、第二発光ダイオード７３１ｂに対応する受光強度信号から「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」を算出する。
また、吸光度算出部７９１ｂは、第三発光ダイオード７３１ｃに対応する受光強度信号から「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」を算出する。
【０２４６】
次に、吸光度算出部７９１ｂは、算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の受光強度」、および「基準ガスのスペクトルのうちアルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域に対応する波長帯の光の強度」に基づいて、測定対象ガスについての「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」を算出する。
同様にして、吸光度算出部７９１ｂは、測定対象ガスについての「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」を算出する。
【０２４７】
測定対象ガスについての「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」の算出は、上記数１を用いて行われる。
【０２４８】
また、吸光度算出部７９１ｂは、補正用信号処理回路７８５から取得した「補正用受光信号」および予め記憶部７９１ａに記憶された「補正用受光信号の初期値」に基づいて、上記数１を用いて算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」および「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」を、以下の数２を用いて補正する。
ここで、「補正用受光信号の初期値」は、例えば赤外線照射装置７３０を構成する部材、補正用フォトダイオード７６５、補正用信号処理回路７８５等の交換、清掃、修理等のメンテナンスを行った直後に行われる補正用受光信号の取得により得られる値である。
【０２４９】
【数２】
2009115654.tif 000004
【０２５０】
数２において、（Ａｎ）ｃは補正後の吸光度を指し、Ａｎは補正前の吸光度（数１により算出される吸光度）を指す。
また、（Ｉｃ）ｎは補正受光信号から求められる受光強度を指し、（（Ｉｃ）ｎ）０は補正受光信号の初期値から求められる受光強度を指す。
【０２５１】
上記数２を用いて吸光度を補正することにより、赤外線照射装置７３０を構成する部材の劣化等の原因による光量の変化に起因する炭化水素濃度測定の精度低下を防止することが可能である。
【０２５２】
濃度算出部７９１ｃは、吸光度算出部７９１ｂにより算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出し、「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出し、「アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「アルキンからなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出するものである。
実体的には、解析部７９１が、濃度算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、濃度算出部７９１ｃとしての機能を果たす。
なお、濃度算出部７９１ｃの構成は、図１に示す濃度算出部１９１ｃと略同じであることから、説明を省略する。
【０２５３】
以上の如く、炭化水素濃度測定装置７００は、
測定対象ガス（単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガス）に、単数または複数の化学種が吸収する共通の吸収領域を含む波長帯の光（本実施例の場合、波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下の波長帯の光、波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下の波長帯の光、波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の波長帯の光、のいずれか）を照射する赤外線照射装置７３０と、
赤外線照射装置７３０により測定対象ガスに照射された光を検出するフォトダイオード７６０と、
フォトダイオード７６０により検出された光に基づいて測定対象ガスの共通の吸収領域の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて測定対象ガスに含まれる単数または複数の化学種のうち共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を算出する解析装置７９０と、
を具備するものである。
このように構成することにより、測定対象ガスの濃度や組成の変化に対して応答遅れが無く、リアルタイムな炭化水素の濃度測定を行うことが可能であり、測定の応答性を確保することが可能である。
また、測定対象ガスの濃度や組成が変化した場合に、共通の吸収領域の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を精度良く算出することが可能である。
【０２５４】
また、炭化水素濃度測定装置７００は、
赤外線照射装置７３０により発生する光を検出する補正用フォトダイオード７６５を具備し、
炭化水素濃度測定装置７００の赤外線照射装置７３０は、
アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の光を発する第一発光ダイオード７３１ａと、
芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の光を発する第二発光ダイオード７３１ｂと、
アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の光を発する第三発光ダイオード７３１ｃと、
第一発光ダイオード７３１ａにより発せられた光を二つに分割する第一分波器７３２ａと、
第二発光ダイオード７３１ｂにより発せられた光を二つに分割する第二分波器７３２ｂと、
第三発光ダイオード７３１ｃにより発せられた光を二つに分割する第三分波器７３２ｃと、
第一分波器７３２ａにより分割された光の一方、第二分波器７３２ｂにより分割された光の一方、および第三分波器７３２ｃにより分割された光の一方を合成し、測定対象ガスに照射する第一合波器７３３ａと、
第一分波器７３２ａにより分割された光の他方、第二分波器７３２ｂにより分割された光の他方、および第三分波器７３２ｃにより分割された光の他方を合成し、補正用フォトダイオード７６５に照射する第二合波器７３３ｂと、
第一発光ダイオード７３１ａが発する光の強度を制御する第一発光ダイオード制御装置７３５ａと、
第二発光ダイオード７３１ｂが発する光の強度を制御する第二発光ダイオード制御装置７３５ｂと、
第三発光ダイオード７３１ｃが発する光の強度を制御する第三発光ダイオード制御装置７３５ｃと、
三つの発光ダイオード制御装置（第一発光ダイオード制御装置７３５ａ、第二発光ダイオード制御装置７３５ｂ、第三発光ダイオード制御装置７３５ｃ）のうちのいずれが動作するかを選択する発光ダイオード選択装置７３６と、
を具備し、
炭化水素濃度測定装置７００の解析装置７９０は、補正用フォトダイオード７６５により検出された光の強度に基づいてフォトダイオード７６０により検出された光の強度を補正するものである。
このように構成することにより、赤外線照射装置７３０に「照射する光の波長帯を選択する機能」、「照射する光の強度を変調させる機能」および「光源の光量を監視する機能」の全てを組み込むことが可能であり、装置のコンパクト化を図ることが可能である。
【０２５５】
以下では、図１２を用いて本発明に係る炭化水素濃度測定方法の実施の一形態について説明する。
本発明に係る炭化水素濃度測定方法の実施の一形態は、炭化水素濃度測定装置１００を用いて測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定する方法であり、図１２に示す如く、主として照射・検出工程Ｓ１１００、解析工程Ｓ１２００を具備する。
【０２５６】
照射・検出工程Ｓ１１００は、測定対象ガスに（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、および（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、を含む波長帯の光を照射するとともに、測定対象ガスに照射された光を検出する工程である。
照射・検出工程Ｓ１１００において、赤外線照射装置１３０はガス導入容器１２１の内部空間１２１ａに導入された測定対象ガスに、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、および（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、を含む波長帯の光を照射する。
また、照射・検出工程Ｓ１１００において、ラインセンサ１６０は赤外線照射装置１３０により測定対象ガスに照射された光を検出する。
照射・検出工程Ｓ１１００が終了したら、解析工程Ｓ１２００に移行する。
【０２５７】
解析工程Ｓ１２００は、照射・検出工程Ｓ１１００において検出された光に基づいて（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、および（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域のそれぞれについての吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて（１）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の濃度の和、（２）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の濃度の和、および（３）アルキンからなるグループに属する化学種の濃度の和を算出する工程である。
【０２５８】
解析工程Ｓ１２００において、吸光度算出部１９１ｂはラインセンサ１６０により検出された光に基づいて（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、および（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域のそれぞれについての吸光度を算出する。
また、解析工程Ｓ１２００において、濃度算出部１９１ｃは、吸光度算出部１９１ｂにより算出された「（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出し、「（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出し、「（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域の吸光度」に基づいて「アルキンからなるグループに属する化学種の濃度の和」を算出する。
【０２５９】
以上の如く、本発明に係る炭化水素濃度測定方法の実施の一形態は、
測定対象ガスに（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、および（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、を含む波長帯の光を照射するとともに、測定対象ガスに照射された光を検出する照射・検出工程Ｓ１１００と、
照射・検出工程Ｓ１１００において検出された光に基づいて（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域、および（ｃ）アルキンからなるグループに属する化学種が吸収する共通の吸収領域のそれぞれについての吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて（１）アルカンおよびアルケンからなるグループに属する化学種の濃度の和、（２）芳香族炭化水素からなるグループに属する化学種の濃度の和、および（３）アルキンからなるグループに属する化学種の濃度の和を算出する解析工程Ｓ１２００と、
を具備するものである。
このように構成することにより、測定対象ガスの濃度や組成の変化に対して応答遅れが無く、リアルタイムな炭化水素の濃度測定を行うことが可能であり、測定の応答性を確保することが可能である。
また、測定対象ガスの濃度や組成が変化した場合に、共通の吸収領域の光を吸収する化学種（すなわち、共通の吸収領域に対応するグループに属する化学種）の濃度の和を精度良く算出することが可能である。
【０２６０】
なお、本実施例では（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、（ｃ）アルキンからなるグループのそれぞれについて化学種の濃度の和を算出するとともに、これらの算出結果の和として全炭化水素濃度を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、（ｃ）アルキンからなるグループのうち、一部のグループに対応する吸収領域を含む波長の光を測定対象ガスに照射し、検出された光の当該吸収領域における吸光度に基づいて対応するグループに属する化学種の濃度の和のみを算出する構成としても良い。
【０２６１】
また、本発明に係る炭化水素濃度測定方法の実施の一形態における共通の吸収領域は、
（ａ）アルカンおよびアルケンからなる化学種のグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなる化学種のグループおよび（ｃ）アルキンからなる化学種のグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長をそれぞれ含むものである。
このように構成することにより、上記各グループに属する化学種の濃度の和を応答性良くかつ精度良く測定することが可能である。
なお、本実施例では三つのグループに対応する吸収領域を全て含む波長帯の光を測定対象ガスに照射する構成としたが、本発明はこれに限定されず、上記三つのグループのうち、いずれか一つまたはいずれか二つのグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長を含む光を測定対象ガスに照射し、対応するグループに属する化学種の濃度の和を測定する構成としても良い。
【０２６２】
また、本発明に係る炭化水素濃度測定方法の実施の一形態は、
（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下であり、
（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下であり、
（ｃ）アルキンからなるグループのＣ−Ｈ伸縮振動モードに対応する波長は波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下であるものである。
このように構成することにより、上記各グループに属する化学種の濃度の和を応答性良くかつ精度良く測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２６３】
【図１】本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第一実施例を示す図。
【図２】本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第一実施例を備える実験設備を示す図。
【図３】本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第一実施例による炭化水素濃度測定の応答性確認実験の結果を示す図。
【図４】本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第一実施例による炭化水素濃度測定の測定精度確認実験の結果を示す図。
【図５】同じく本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第一実施例による炭化水素濃度測定の測定精度確認実験の結果を示す図。
【図６】本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第二実施例を示す図。
【図７】本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第三実施例を示す図。
【図８】本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第四実施例を示す図。
【図９】本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第五実施例を示す図。
【図１０】本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第六実施例を示す図。
【図１１】本発明に係る炭化水素濃度測定装置の第七実施例を示す図。
【図１２】本発明に係る炭化水素濃度測定方法の実施の一形態を示すフロー図。
【図１３】自動車用エンジンに供給される燃料の組成分析結果の例を示す図。
【図１４】エンジン出口における排気ガスの組成分析結果の例を示す図。
【図１５】触媒出口における排気ガスの組成分析結果の例を示す図。
【図１６】排気ガスに含まれる化学種の吸収スペクトルを示す図。
【図１７】同じく排気ガスに含まれる化学種の吸収スペクトルを示す図。
【図１８】同じく排気ガスに含まれる化学種の吸収スペクトルを示す図。
【図１９】同じく排気ガスに含まれる化学種の吸収スペクトルを示す図。
【図２０】同じく排気ガスに含まれる化学種の吸収スペクトルを示す図。
【図２１】同じく排気ガスに含まれる化学種の吸収スペクトルを示す図。
【図２２】同じく排気ガスに含まれる化学種の吸収スペクトルを示す図。
【図２３】同じく排気ガスに含まれる化学種の吸収スペクトルを示す図。
【図２４】ＩＲ−Ａｂｓ．比の算出手順を示す図。
【図２５】１２種の化学種についてのＦＩＤ−ＧＣに基づく組成比とＩＲ−Ａｂｓ．比との関係を示す図。
【図２６】２４種の化学種についてのＦＩＤ−ＧＣに基づく組成比とＩＲ−Ａｂｓ．比との関係を示す図。
【図２７】従来のＨＣ計および従来のＴＨＣ計による排気ガス中の炭化水素濃度の測定結果、並びにエンジンの回転数の関係を示す図。
【符号の説明】
【０２６４】
１００    炭化水素濃度測定装置（第一実施例）
１３０    赤外線照射装置（照射部）
１６０    ラインセンサ（検出部）
１９０    解析装置（解析部）
【図１】
2009115654.tif 000005
【図２】
2009115654.tif 000006
【図３】
2009115654.tif 000007
【図４】
2009115654.tif 000008
【図５】
2009115654.tif 000009
【図６】
2009115654.tif 000010
【図７】
2009115654.tif 000011
【図８】
2009115654.tif 000012
【図９】
2009115654.tif 000013
【図１０】
2009115654.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
2009115654.tif 000016
【図１３】
2009115654.tif 000017
【図１４】
2009115654.tif 000018
【図１５】
2009115654.tif 000019
【図１６】
2009115654.tif 000020
【図１７】
2009115654.tif 000021
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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