JP2018040648A - レーザ式ガス分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定精度を向上することができるレーザ式ガス分析装置を提供する。【解決手段】複数のレーザ光源３，４から、測定セル２に対してレーザ光を照射し、それぞれレーザ光の波長を掃引させる。制御部６（光源制御部）は、複数のレーザ光源３，４への供給電流を変化させることにより、複数のレーザ光源３，４から照射されるレーザ光の波長を一定の波長範囲で掃引させる。検出器５は、測定セル２を通過した複数のレーザ光源３，４からのレーザ光を受光し、それぞれのレーザ光の受光強度を検出する。制御部６（光源制御部）は、複数のレーザ光源３，４から照射されるレーザ光の波長をそれぞれ異なる期間で掃引させ、１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときには、他のレーザ光源に一定電流を供給する。【選択図】 図１

Description

本発明は、被測定ガスが導入される測定セルに対してレーザ光を照射し、当該測定セルを通過したレーザ光を検出器で検出することにより分析を行うレーザ式ガス分析装置に関するものである。

ガスの圧力や温度などが時々刻々と変化する環境下において、そのガスの一部を被測定ガスとして測定セルに導入し、当該測定セルにレーザ光を照射することにより、被測定ガスに含まれる成分の濃度を分析する場合がある。測定セルに照射されるレーザ光は、その波長が一定周期で掃引される。この場合、レーザ光が測定セルを通過する過程で、被測定ガスに含まれる成分に特有の波長で吸収を受けるため、測定セルを通過したレーザ光を検出器で検出することにより、その検出信号から得られる透過スペクトルに基づいて分析を行うことができる（例えば、下記特許文献１及び２参照）。

上記のような方法で被測定ガスの分析を行うレーザ式ガス分析装置として、複数のレーザ光源を用いて高速で分析を行うことができるものが知られている。この種のガス分析装置には、分光器で分光する構成を有するものや、時分割にて分光する構成を有するものなどがある。

分光器で分光する構成を有するガス分析装置では、複数のレーザ光源からのレーザ光がカプラにより併せられ、測定セル内の被測定ガスに照射される。測定セルを通過したレーザ光は、分光器により所望の波長に分光され、波長ごとに異なる検出器で検出される。このような構成によれば、各検出器の信号の独立性を保ちつつ高速で動作させることが可能であるが、レーザ光を掃引させる中心波長が近いものになることが多いため、分光時の出射角の差が小さくなる。そのため、検出器の物理的なサイズを考慮すると、分光器から各検出器までの距離が長くなり、光学系のサイズが大きくなってしまうという問題がある。このようなサイズが大きい光学系は振動などに弱く、測定精度が低下する原因となる。

一方、時分割にて分光する構成を有するガス分析装置では、同一の測定セルに対して、複数のレーザ光源からのレーザ光が異なる光路上でそれぞれ掃引され、各レーザ光源からのレーザ光が時間を区切って検出器で検出される。このような構成によれば、上記のような分光器で分光する構成と同様の問題は生じないものの、同一の測定セルに対して複数のレーザ光源からのレーザ光が照射されるため、いずれかのレーザ光源からのレーザ光を光路上で掃引させながら検出器で検出しているときに、他のレーザ光源からのレーザ光の散乱光が当該光路上に入射してしまう場合がある。このような場合には、各レーザ光源からのレーザ光の独立性が失われ、測定精度が低下する原因となる。

特開２０１２−２３７６３６号公報 国際公開第２０１４／１０６９４０号

上記のような問題を回避するために、測定に用いられていないレーザ光源への電流の供給を停止させることが考えられる。すなわち、時分割により検出器で検出しているレーザ光に対応するレーザ光源のみに一定周期で電流を供給し、他のレーザ光源への電流の供給を停止させれば、他のレーザ光源からのレーザ光の散乱光が光路上に入射することがなく、各レーザ光源からのレーザ光の独立性が保たれる。

しかしながら、他のレーザ光源に一定周期で電流を供給するような構成では、電流供給を停止した状態から、一定周期で急に電流供給を開始したとしても、当該レーザ光源の温度が不安定となる。そのため、所望の波長でレーザ光を照射することができず、やはり測定精度が低下する原因となる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、測定精度を向上することができるレーザ式ガス分析装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ式ガス分析装置は、測定セルと、複数のレーザ光源と、光源制御部と、検出器とを備える。前記測定セルには、被測定ガスが導入される。前記複数のレーザ光源は、前記測定セルに対してレーザ光を照射し、それぞれレーザ光の波長を掃引させることができる。前記光源制御部は、前記複数のレーザ光源への供給電流を変化させることにより、当該複数のレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を一定の波長範囲で掃引させる。前記検出器は、前記測定セルを通過した前記複数のレーザ光源からのレーザ光を受光し、それぞれのレーザ光の受光強度を検出する。前記光源制御部は、前記複数のレーザ光源から照射されるレーザ光の波長をそれぞれ異なる期間で掃引させ、１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときには、他のレーザ光源に一定電流を供給することを特徴とするレーザ式ガス分析装置。

このような構成によれば、１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに、他のレーザ光源への電流の供給が停止されるのではなく、他のレーザ光源に一定電流が供給される。したがって、当該他のレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させる際には、既に一定電流が供給されている状態から供給電流が変化されるため、当該レーザ光源の温度を安定させることができる。したがって、各レーザ光源から照射されるレーザ光の波長を順次掃引させる場合であっても、各レーザ光源から所望の波長でレーザ光を照射させることができる。

また、１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を光路上で掃引させているときに、他のレーザ光源には一定電流が供給されるため、当該他のレーザ光源からのレーザ光の散乱光が当該光路上に入射する量は一定となる。したがって、検出器により検出される受光強度に基づいて得られる波形から、散乱光の影響を容易に取り除くことができるため、測定精度を向上することができる。

前記レーザ式ガス分析装置は、基準波形推定処理部と、正規化処理部とをさらに備えていてもよい。前記基準波形推定処理部は、前記１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに前記検出器により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、前記一定の波長範囲内に収まっている場合に、被測定ガスの吸収ピークが現れていない波長範囲の波形に基づいて、前記測定セル内に被測定ガスがないときの前記一定の波長範囲内での受光強度の変化を基準波形として推定する。前記正規化処理部は、前記１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに前記検出器により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、前記一定の波長範囲内に収まっていない場合に、前記基準波形推定処理部により推定された前記基準波形に基づいて、前記検出器により検出される受光強度の波形を正規化する。

このような構成によれば、１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに検出器により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、一定の波長範囲内に収まっている場合には、測定セル内に被測定ガスがないときの前記一定の波長範囲内での受光強度の変化を基準波形として推定することができる。そして、レーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに検出器により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、前記一定の波長範囲内に収まっていない場合には、推定された基準波形に基づいて、検出器により検出される受光強度の波形を正規化することができる。

すなわち、基準波形を推定できない環境下であっても、基準波形を推定できる環境のときに推定された基準波形に基づいて、正規化された波形を得ることができる。したがって、ガスの圧力や温度などが時々刻々と変化する環境下であっても、常に正規化された波形を得ることができ、その波形に基づいて分析を行うことができる。

前記レーザ式ガス分析装置は、散乱成分算出処理部と、散乱成分除去処理部とをさらに備えていてもよい。前記散乱成分算出処理部は、前記１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに前記検出器により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、前記一定の波長範囲内に収まっている場合に、当該波形に含まれる前記他のレーザ光源から照射されるレーザ光の散乱成分を算出する。前記散乱成分除去処理部は、前記１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに前記検出器により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、前記一定の波長範囲内に収まっていない場合に、前記正規化処理部により正規化された波形に基づいて算出される波形から、前記散乱成分算出処理部により算出された散乱成分を除去する。

このような構成によれば、１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに検出器により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、一定の波長範囲内に収まっている場合には、当該波形に含まれる他のレーザ光源から照射されるレーザ光の散乱成分を算出することができる。そして、レーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに検出器により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、前記一定の波長範囲内に収まっていない場合には、算出された散乱成分に基づいて、正規化処理部により正規化された波形に基づいて算出される波形を補正することができる。

すなわち、受光強度の波形に含まれる散乱成分を算出できる環境のときに、その散乱成分を算出しておき、受光強度の波形に含まれる散乱成分を算出できない環境のときには、算出された散乱成分に基づいて、当該散乱成分が除去された波形を得ることができる。したがって、ガスの圧力や温度などが時々刻々と変化する環境下であっても、常に散乱成分が除去された波形を得ることができ、その波形に基づいて分析を行うことができる。

本発明によれば、検出器の検出信号に基づいて得られる波形から、散乱光の影響を容易に取り除くことができるため、測定精度を向上することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ式ガス分析装置の構成例を示した概略図である。 制御部の構成例を示したブロック図である。 光源制御部が各レーザ光源への供給電流を変化させる態様の一例を示した図である。 被測定ガスに照射するレーザ光の波長を掃引させたときに得られる透過スペクトルの一例を示した図である。 図４に示す吸収ピークを含む波形が基準波形を用いて正規化された状態を示す図である。 図５の波形から得られた１ｆ信号（１次信号）の波形を示す図である。 図５の波形から得られた２ｆ信号（２次信号）の波形を示す図である。

１．レーザ式ガス分析装置の全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ式ガス分析装置１の構成例を示した概略図である。このレーザ式ガス分析装置１（以下、単に「ガス分析装置１」という。）は、被測定ガスに対してレーザ光を照射して、被測定ガスの濃度などを分析するためのものであり、例えば測定セル２、第１レーザ光源３、第２レーザ光源４、検出器５、制御部６、第１受光部７及び第２受光部８などを備えている。

測定セル２は、透明な中空状の部材であり、被測定ガスが連続的に導入される。被測定ガスは、例えば圧力や温度などが時々刻々と変化する環境下にあるガスであり、そのガスの一部が測定セル２内に連続的に導入されることにより、リアルタイムで分析が行われる。

本実施形態では、２つのレーザ光源（第１レーザ光源３及び第２レーザ光源４）から測定セル２にレーザ光が照射されるようになっている。第１レーザ光源３及び第２レーザ光源４は、互いに平行な光軸に沿ってレーザ光を照射可能であり、それぞれ測定セル２内の異なる光路２１，２２を通過する。各レーザ光源３，４は、例えば半導体レーザダイオードからなる。各レーザ光源３，４から照射されるレーザ光の波長は、各レーザ光源３，４への供給電力を変化させることにより掃引（走査）させることができる。

第１レーザ光源３からのレーザ光は、レンズ３１により平行光とされてから測定セル２に照射され、測定セル２内の光路２１を通過したレーザ光は、レンズ３２により集光される。一方、第２レーザ光源３からのレーザ光は、レンズ４１により平行光とされてから測定セル２に照射され、測定セル２内の光路２２を通過したレーザ光は、レンズ４２により集光される。測定セル２内を通過した各レーザ光源３，４からのレーザ光は、合波されて同一の光ファイバ９により検出器５に導かれる。

検出器５は、例えばフォトダイオードからなり、受光したレーザ光の強度（受光強度）に応じた電気信号を出力する。測定セル２内を通過する各レーザ光源３，４からのレーザ光は、被測定ガスに含まれる成分に特有の波長（吸収波長）で吸収を受ける。したがって、測定セル２を通過した各レーザ光源３，４からのレーザ光を検出器５で検出することにより、その検出信号から得られる透過スペクトルに基づいて分析を行うことができる。

また、第１レーザ光源３からのレーザ光は、第１受光部７でも受光される。同様に、第２レーザ光源４からのレーザ光は、第２受光部８でも受光される。これらの受光部７，８は、例えばフォトダイオードからなり、各レーザ光源３，４から照射されるレーザ光をモニターするためのものである。各受光部７，８により受光されるレーザ光は、検出器５により受光されるレーザ光とは異なり、測定セル２内を通過することによる影響（例えば光量の減少など）を受けない。

制御部６は、例えばＣＰＵを含む構成であり、ガス分析装置１に備えられた各部の動作を制御するとともに、各種データ処理を行う。各レーザ光源３，４への電流の供給量は、制御部６により制御される。また、検出器５、第１受光部７及び第２受光部８からの検出信号は制御部６に入力され、制御部６によりデータ処理が行われる。

２．制御部の構成及び処理
図２は、制御部６の構成例を示したブロック図である。制御部６は、例えばＣＰＵがプログラムを実行することにより、例えば光源制御部６１、基準波形推定処理部６２、正規化処理部６３、散乱成分算出処理部６４及び散乱成分除去処理部６５として機能する。

光源制御部６１は、各レーザ光源３，４への供給電力を個別に制御する。具体的には、光源制御部６１は、各レーザ光源３，４への供給電力を一定に保つこともできるし、各レーザ光源３，４への供給電力を変化させることによりレーザ光の波長を掃引させることもできる。被測定ガスの分析時には、光源制御部６１が各レーザ光源３，４への供給電流を一定周期でランプ波状（のこぎり波状）に変化させることにより、レーザ光の波長が一定の波長範囲Ｒで掃引される。

図３は、光源制御部６１が各レーザ光源３，４への供給電流を変化させる態様の一例を示した図である。図３（ａ）は、第１レーザ光源３への供給電流の経時的変化を示しており、図３（ｂ）は、第２レーザ光源４への供給電流の経時的変化を示している。

本実施形態では、一定期間Ｔｎ（ｎ＝１，２，３，・・・）ごとに、第１レーザ光源３又は第２レーザ光源４に対してランプ波状の電流が交互に供給される。そして、第１レーザ光源３にランプ波状の電流が供給されているときには、第２レーザ光源４に一定電流が供給され、第２レーザ光源４にランプ波状の電流が供給されているときには、第１レーザ光源３に一定電流が供給されるようになっている。

すなわち、図３における期間Ｔ２，Ｔ４，・・・では、第１レーザ光源３にランプ波状の電流が供給され、第２レーザ光源４に一定電流が供給されている。一方、図３における期間Ｔ１，Ｔ３，・・・では、第２レーザ光源４にランプ波状の電流が供給され、第１レーザ光源３に一定電流が供給されている。このように、光源制御部６１は、各レーザ光源３，４から照射されるレーザ光の波長をそれぞれ異なる期間で掃引させ、１つのレーザ光源（第１レーザ光源３又は第２レーザ光源４）から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときには、他のレーザ光源（第２レーザ光源４又は第１レーザ光源３）に一定電流を供給するようになっている。

図４は、被測定ガスに照射するレーザ光の波長を掃引させたときに得られる透過スペクトルの一例を示した図である。各レーザ光源３，４にランプ波状の電流を供給して波長を掃引させた場合には、図４に実線で示すように、得られる透過スペクトルもランプ波状の波形となる。そして、被測定ガスに特有の波長において検出器５の受光強度が低下することにより、波形上に吸収ピークＰが現れる。

再び図２を参照すると、基準波形推定処理部６２は、検出器５により検出される受光強度に基づいて、測定セル２内に被測定ガスがないときの受光強度の変化を基準波形として推定する。また、正規化処理部６３は、基準波形推定処理部６２により推定された基準波形を用いて、検出器５により検出される受光強度の波形を正規化する処理を行う。

具体的には、図４の例のように、レーザ光の波長を掃引させているときに検出器５により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークＰが、一定の波長範囲Ｒ内に収まっている場合に、基準波形推定処理部６２は、被測定ガスの吸収ピークＰが現れていない波長範囲Ｒ１，Ｒ２の波形に基づいて、測定セル２内に被測定ガスがないとき（吸収がないとき）の一定の波長範囲Ｒ内での受光強度の変化を基準波形Ｗとして推定する。

上記のような基準波形Ｗの推定は、例えば波長範囲Ｒ１，Ｒ２の波形を三次関数などの多項式にフィッティング（近似）する演算により行うことができる。このようなフィッティングの手法は周知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

正規化処理部６３は、図４に実線で示す波形（吸収ピークＰを含む波形）を、一点鎖線で示す推定された基準波形Ｗを用いて正規化する。具体的には、吸収ピークＰを含む波形の各波長における受光強度が、基準波形Ｗにおける対応する波長の受光強度で除算されることにより、正規化処理が行われる。

図５は、図４に示す吸収ピークＰを含む波形が基準波形Ｗを用いて正規化された状態を示す図である。図５では、図４に示す一定の波長範囲Ｒを波数に変換して示している。この図５に示すように、基準波形Ｗを用いて正規化された波形は、波長範囲Ｒ１，Ｒ２に対応する波数範囲では透過率が「１」に近い値となり、吸収ピークＰに対応する波数範囲では透過率が低下した波形となる。

図６は、図５の波形から得られた１ｆ信号（１次信号）の波形を示す図である。また、図７は、図５の波形から得られた２ｆ信号（２次信号）の波形を示す図である。図６に示す１ｆ信号の波形は、図５の波形から一定波数ごとに点を抽出し、各点について１次関数にフィッティングすることにより得られる。一方、図７に示す２ｆ信号の波形は、図５の波形から一定波数ごとに点を抽出し、各点について２次関数にフィッティングすることにより得られる。

以上のように、レーザ光の波長を掃引させているときに検出器５により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークＰが、一定の波長範囲Ｒ内に収まっている場合には、基準波形Ｗを推定することができ、その基準波形Ｗを用いて透過スペクトルの正規化を行うことができる。一方、例えば図４に二点鎖線で示すように吸収ピークが一定の波長範囲Ｒ内に収まっていない場合には、その一定の波長範囲Ｒ内に被測定ガスの吸収ピークＰが現れていない波長範囲が存在しない。そのため、基準波形Ｗを推定することができず、透過スペクトルの正規化を行うことができない。

そこで、本実施形態では、時々刻々と変化する透過スペクトルのうち、図４に実線で示すように吸収ピークＰが一定の波長範囲Ｒ内に収まっているときに推定された基準波形Ｗを用いて、図４に二点鎖線で示すように吸収ピークが一定の波長範囲Ｒ内に収まっていないときの正規化処理が行われるようになっている。

すなわち、正規化処理部６３は、レーザ光の波長を掃引させているときに検出器５により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、一定の波長範囲Ｒ内に収まっていない場合に、基準波形推定処理部６２により推定された基準波形Ｗに基づいて、検出器５により検出される受光強度の波形を正規化する。具体的には、図４に二点鎖線で示すような波形の各波長における受光強度が、基準波形Ｗにおける対応する波長の受光強度で除算されることにより、正規化処理が行われる。

散乱成分算出処理部６４は、１つのレーザ光源（第１レーザ光源３又は第２レーザ光源４）から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに検出器５により検出される受光強度の波形について、他のレーザ光源（第２レーザ光源４又は第１レーザ光源３）から照射されるレーザ光の散乱成分を算出する。すなわち、１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときであっても、他のレーザ光源には一定電流が供給されているため、光路２１，２２間で互いに散乱光が入射してしまう。この散乱光に基づく受光強度（散乱成分）が、散乱成分算出処理部６４により算出される。

具体的には、１つのレーザ光源（第１レーザ光源３又は第２レーザ光源４）から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに検出器５により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークＰが、一定の波長範囲Ｒ内に収まっている場合に、推定された基準波形Ｗを用いて散乱成分が算出される。その際、まず、推定された基準波形Ｗを用いて正規化処理部６３により正規化された波形に基づいて、図７に示すような２ｆ信号の波形が算出される。このとき、２次関数へのフィッティングにより、下記式（１）の各係数ｂｆｉｔ_２，ｂｆｉｔ_１，ｂｆｉｔ_０が求められる。
ｂｆｉｔ_２・ν^２＋ｂｆｉｔ_１・ν＋ｂｆｉｔ_０ ・・・（１）

この場合、推定された基準波形Ｗは散乱光の影響を受けているが、この基準波形Ｗを用いて正規化される波形（吸収ピークＰを含む波形）も散乱光の影響を受けている。そのため、正規化された波形は散乱光の影響を受けていない状態となり、２ｆ値Ｙを下記式（２）で算出することができる。
Ｙ＝ｂｆｉｔ_２／ｂｆｉｔ_０ ・・・（２）

次に、推定された基準波形Ｗの代わりに、当該１つのレーザ光源（第１レーザ光源３又は第２レーザ光源４）に対応する受光部（第１受光部７又は第２受光部８）により検出される受光強度の波形を基準波形として、正規化処理部６３による正規化処理が行われる。そして、正規化された波形に基づいて２ｆ信号の波形が算出される。このとき、２次関数へのフィッティングにより、下記式（３）の各係数ｂ_２ ^´，ｂ_１ ^´，ｂ_０ ^´が求められる。
ｂ_２ ^´・ν^２＋ｂ_１ ^´・ν＋ｂ_０ ^´ ・・・（３）

この場合、受光部７，８により検出される受光強度の波形は散乱光の影響を受けていないが、この波形を基準波形に用いて正規化される波形（吸収ピークＰを含む波形）は散乱光の影響を受けている。そのため、正規化された波形は散乱光の影響を受けた状態となる。しかし、その影響は、式（３）の切片の項にのみ現れるため、散乱成分をａ_０とすると、上記各係数ｂ_２ ^´，ｂ_１ ^´，ｂ_０ ^´は、下記式（４）〜（６）のように表される。
ｂ_２ ^´＝ｂ_２ ・・・（４）
ｂ_１ ^´＝ｂ_１ ・・・（５）
ｂ_０ ^´＝ｂ_０＋ａ_０ ・・・（６）

したがって、式（４）〜（６）を用いて、２ｆ値Ｙを下記式（７）で算出することができる。
Ｙ＝ｂ_２／ｂ_０＝ｂ_２ ^´／（ｂ_０ ^´−ａ_０） ・・・（７）

そして、式（２）及び式（７）から、下記式（８）が得られる。係数ｂｆｉｔ_２，ｂｆｉｔ_０，ｂ_２ ^´，ｂ_０ ^´は、フィッティングにより求められているため、その値を代入することにより、散乱成分ａ_０を算出することができる。
ｂｆｉｔ_２／ｂｆｉｔ_０＝ｂ_２ ^´／（ｂ_０ ^´−ａ_０） ・・・（８）

散乱成分除去処理部６５は、１つのレーザ光源（第１レーザ光源３又は第２レーザ光源４）から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに検出器５により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークＰが、一定の波長範囲Ｒ内に収まっていない場合に、正規化処理部６３により正規化された波形に基づいて算出される波形（２ｆ信号の波形）から、散乱成分算出処理部６４により算出された散乱成分ａ_０を除去する。

すなわち、図４に二点鎖線で示すような波形の各波長における受光強度が、基準波形Ｗにおける対応する波長の受光強度で除算されることにより正規化され、その正規化された波形の各点が２次関数にフィッティングされることにより、２ｆ信号の波形が得られる。このとき、フィッティングにより得られる上記係数ｂ_２ ^´，ｂ_０ ^´と、予め算出されている散乱成分ａ_０とが上記式（７）に代入されることにより、２ｆ値Ｙが算出される。

３．作用効果
本実施形態では、図３に示すように、１つのレーザ光源（第１レーザ光源３又は第２レーザ光源４）から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに、他のレーザ光源（第２レーザ光源４又は第１レーザ光源３）への電流の供給が停止されるのではなく、他のレーザ光源に一定電流が供給される。したがって、当該他のレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させる際には、既に一定電流が供給されている状態から供給電流が変化されるため、当該レーザ光源の温度を安定させることができる。したがって、各レーザ光源から照射されるレーザ光の波長を順次掃引させる場合であっても、各レーザ光源から所望の波長でレーザ光を照射させることができる。

また、１つのレーザ光源（第１レーザ光源３又は第２レーザ光源４）から照射されるレーザ光の波長を光路（光路２１又は光路２２）上で掃引させているときに、他のレーザ光源（第２レーザ光源４又は第１レーザ光源３）には一定電流が供給されるため、当該他のレーザ光源からのレーザ光の散乱光が当該光路上に入射する量は一定となる。したがって、検出器５により検出される受光強度に基づいて得られる波形から、散乱光の影響を容易に取り除くことができるため、測定精度を向上することができる。

また、本実施形態では、図４に実線で示すように、１つのレーザ光源（第１レーザ光源３又は第２レーザ光源４）から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに検出器５により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークＰが、一定の波長範囲Ｒ内に収まっている場合には、基準波形推定処理部６２の処理により、測定セル２内に被測定ガスがないときの一定の波長範囲Ｒ内での受光強度の変化を基準波形Ｗとして推定することができる。そして、図４に二点鎖線で示すように、レーザ光源３，４から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに検出器５により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、一定の波長範囲Ｒ内に収まっていない場合には、正規化処理部６３の処理により、推定された基準波形Ｗに基づいて、検出される受光強度の波形を正規化することができる。

すなわち、基準波形Ｗを推定できない環境下であっても、基準波形Ｗを推定できる環境のときに推定された基準波形Ｗに基づいて、正規化された波形を得ることができる。したがって、ガスの圧力や温度などが時々刻々と変化する環境下であっても、常に正規化された波形を得ることができ、その波形に基づいて分析を行うことができる。

本実施形態のように、各レーザ光源３，４から照射されるレーザ光を、測定セル２に照射させるだけでなく、測定セル２を通過しないモニター用の受光部７，８でも受光するような構成の場合には、そのモニター用のレーザ光の受光強度の変化を基準波形Ｗとして、測定セル２を通過したレーザ光の受光強度の波形を正規化することも可能である。この場合、基準波形Ｗを推定できない環境下であっても、モニター用のレーザ光の受光強度の変化を基準波形とすることにより、正規化された波形が得られる。しかし、この場合には、測定セル２を通過したレーザ光の受光強度の方が、測定セル２を通過しないモニター用のレーザ光の受光強度よりも小さくなるため、その誤差を補正する必要がある。

これに対して、本実施形態では、基準波形Ｗを推定できる環境下であるか否かに拘らず、測定セル２を通過したレーザ光の受光強度に基づいて推定された基準波形Ｗに基づいて、正規化された波形を得ることができる。したがって、モニター用のレーザ光の受光強度の変化を基準波形とするような構成とは異なり、上記のような誤差が生じることがないため、測定精度を向上することができる。

また、本実施形態では、１つのレーザ光源（第１レーザ光源３又は第２レーザ光源４）から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに検出器５により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークＰが、一定の波長範囲Ｒ内に収まっている場合には、上記式（１）〜（８）を用いた散乱成分算出処理部６４の処理により、当該波形に含まれる他のレーザ光源（第２レーザ光源４又は第１レーザ光源３）から照射されるレーザ光の散乱成分ａ_０を算出することができる。そして、レーザ光源３，４から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに検出器５により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークＰが、一定の波長範囲Ｒ内に収まっていない場合には、散乱成分除去処理部６５の処理により、算出された散乱成分ａ_０に基づいて、正規化された波形に基づいて算出される波形（２ｆ信号の波形）を補正することができる。

すなわち、受光強度の波形に含まれる散乱成分ａ_０を算出できる環境のときに、その散乱成分ａ_０を算出しておき、受光強度の波形に含まれる散乱成分ａ_０を算出できない環境のときには、算出された散乱成分ａ_０に基づいて、当該散乱成分ａ_０が除去された波形を得ることができる。したがって、ガスの圧力や温度などが時々刻々と変化する環境下であっても、常に散乱成分ａ_０が除去された波形を得ることができ、その波形に基づいて分析を行うことができる。

４．変形例
以上の実施形態では、２つのレーザ光源３，４が備えられたガス分析装置１について説明した。しかし、このような構成に限らず、３つ以上のレーザ光源が備えられたガス分析装置にも本発明を適用することが可能である。この場合、光源制御部６１は、各レーザ光源から照射されるレーザ光の波長を、一定の順序に従って一定周期で掃引させればよい。また、１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときには、他の２つ以上のレーザ光源に一定電流が供給される。

１ レーザ式ガス分析装置
２ 測定セル
３ 第１レーザ光源
４ 第２レーザ光源
５ 検出器
６ 制御部
７ 第１受光部
８ 第２受光部
９ 光ファイバ
２１ 光路
２２ 光路
６１ 光源制御部
６２ 基準波形推定処理部
６３ 正規化処理部
６４ 散乱成分算出処理部
６５ 散乱成分除去処理部

Claims (3)

1. 被測定ガスが導入される測定セルと、
   前記測定セルに対してレーザ光を照射し、それぞれレーザ光の波長を掃引させることができる複数のレーザ光源と、
   前記複数のレーザ光源への供給電流を変化させることにより、当該複数のレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を一定の波長範囲で掃引させる光源制御部と、
   前記測定セルを通過した前記複数のレーザ光源からのレーザ光を受光し、それぞれのレーザ光の受光強度を検出する検出器とを備え、
   前記光源制御部は、前記複数のレーザ光源から照射されるレーザ光の波長をそれぞれ異なる期間で掃引させ、１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときには、他のレーザ光源に一定電流を供給することを特徴とするレーザ式ガス分析装置。
2. 前記１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに前記検出器により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、前記一定の波長範囲内に収まっている場合に、被測定ガスの吸収ピークが現れていない波長範囲の波形に基づいて、前記測定セル内に被測定ガスがないときの前記一定の波長範囲内での受光強度の変化を基準波形として推定する基準波形推定処理部と、
   前記１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに前記検出器により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、前記一定の波長範囲内に収まっていない場合に、前記基準波形推定処理部により推定された前記基準波形に基づいて、前記検出器により検出される受光強度の波形を正規化する正規化処理部とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ式ガス分析装置。
3. 前記１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに前記検出器により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、前記一定の波長範囲内に収まっている場合に、当該波形に含まれる前記他のレーザ光源から照射されるレーザ光の散乱成分を算出する散乱成分算出処理部と、
   前記１つのレーザ光源から照射されるレーザ光の波長を掃引させているときに前記検出器により検出される受光強度の波形に現れる被測定ガスの吸収ピークが、前記一定の波長範囲内に収まっていない場合に、前記正規化処理部により正規化された波形に基づいて算出される波形から、前記散乱成分算出処理部により算出された散乱成分を除去する散乱成分除去処理部とをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のレーザ式ガス分析装置。

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