JP6543065B2 - ガス濃度測定装置 - Google Patents

Description

本発明はガス濃度測定装置に関する。

従来、大気中の測定対象ガスの濃度測定を行うガス濃度測定装置として、非分散赤外線吸収型（Ｎｏｎ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ）ガス濃度測定装置が知られている。非分散赤外線吸収型ガス濃度測定装置は、ガスの種類によって吸収される赤外線の波長が異なることを利用し、この吸収量を検出することによりそのガス濃度を測定するようになっている。この原理を用いたガス濃度測定装置としては、例えば、測定対象ガスが吸収特性を持つ波長に限定した赤外線を透過するフィルタ（透過部材）と赤外線センサとを組み合わせ、測定対象ガスが吸収する赤外線の吸収量を測定することによってガスの濃度を測定するように構成された装置が挙げられる。

また、この原理を応用した炭酸ガス濃度測定装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された炭酸ガス濃度測定装置は、測定対象ガスによる赤外線の吸収が生じない波長域（以下、「測定対象ガスによる非吸収帯域」、又は単に「非吸収帯域」と称する場合がある）の赤外線を選択的に透過する参照用フィルタと、測定対象ガスによる赤外線の吸収が生じる波長域（以下、「測定対象ガスによる吸収帯域」、又は単に「吸収帯域」と称する場合がある）の赤外線を選択的に透過する測定用フィルタとをそれぞれ配置した赤外線検出素子を複数配置し、それぞれの赤外線検出素子からの出力信号に基づいて測定対象ガスの検出や濃度測定を行うようになっている。このような炭酸ガス濃度測定装置及び炭酸ガス検出方法は、検出精度や出力の安定性を向上させることができることが特許文献１には記載されている。以下、炭酸ガスを含めてガス濃度を測定する装置及び方法を総称してガス濃度測定装置及びガス濃度測定方法という。

特許文献１に開示された炭酸ガス濃度測定装置の動作原理は、波長による吸収度合いの差異を炭酸ガス検出に応用したものである。光源であるセラミックヒータから放射された赤外線において、波長４．３μｍ付近の赤外線は、気体容器内の炭酸ガスにより吸収されて、その放射強度が低下する。一方、波長３．９μｍの赤外線は、炭酸ガスによる吸収はなく、その放射強度が低下することはない。そして、ガス測定装置の気体容器内を通過した異なる波長を含む赤外線から、波長４．３μｍと波長３．９μｍとの２波を、２波それぞれに対応した通過帯域を有する２種類の光学フィルタで濾波選別する。これら波長の異なる赤外線それぞれの放射強度に基づいて、気体容器内の炭酸ガスの濃度が算出される。セラミックヒータの放射強度分布は、炭酸ガスの赤外線吸収スペクトルを含む、２μｍ〜５０μｍの波長領域でブロードであり、炭酸ガスの赤外線吸収スペクトル付近の波長領域で十分な放射強度を有する。したがって、光源にセラミックヒータを用いたガス測定装置の検出精度及び出力の安定性は向上する。

特開平９−３３４３１号公報

従来技術による非分散赤外線吸収型ガス濃度測定装置は、種々の方法で光源を動作させ赤外線検出部で検出された信号を用いている。例えば、光源を所定時間点灯させている間に赤外線検出部から検出された信号の最大値が用いられたり、光源が点灯している時の所定期間に赤外線検出部から検出された信号を積分した値が用いられたり、光源の点灯開始から所定時間経過後に赤外線検出部で検出された信号が用いられたりする。

従来技術による非分散赤外線吸収型ガス濃度測定装置は、光源点灯開始から任意の時間経過後に光源から出力されている赤外線の光量やスペクトルが毎回同じスペクトルとなることを前提としている。しかし、実際のガスセンサにおいては光源の経時・経年劣化や、光源点灯開始時の光源の状態のばらつき等により光源点灯開始から任意の時間経過後に光源から出力されている赤外線の光量やスペクトルには変動が生じる。このため、光源から出力される赤外線は、同じ動作条件であっても測定毎に光源点灯開始からの任意の時間経過後に同じ光量やスペクトルとなるとは限らない。したがって、従来技術による非分散赤外線吸収型ガス濃度測定装置では、そのような光源から出力される赤外線のスペクトルの測定毎の変動の影響を受け、算出されるガス濃度に誤差が生じ得る。以降、光源点灯開始から任意の時間経過後に光源から出力されている赤外線の光量やスペクトルの変動を単に「赤外線の出力変動」と呼ぶ。

本発明は、光源から出力される赤外線の出力変動が生じても、高精度にガス濃度を算出することができるガス濃度測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様によるガス濃度測定装置は、光源と、前記光源が出力する赤外線のうち測定対象ガスによる非吸収帯域の赤外線を透過する参照用フィルタを有し、前記参照用フィルタを透過した赤外線を検出し、検出した赤外線を光電変換した参照出力を出力する参照用赤外線検出部と、前記光源が出力する赤外線のうち測定対象ガスによる吸収帯域の赤外線を透過する測定用フィルタを有し、前記測定用フィルタの測定対象ガスによる吸収帯域の赤外線への感度の非吸収帯域への感度に対する比が前記参照用フィルタより高い値を有しており、前記測定用フィルタを透過した赤外線を検出し、検出した赤外線を光電変換した測定出力を出力する測定用赤外線検出部と、前記参照出力と基準値とに基づいて前記測定用赤外線検出部が出力する前記測定出力からガス濃度の算出に用いるガス濃度算出用測定出力を導出し、導出したガス濃度算出用測定出力に基づいて測定対象ガスのガス濃度を算出する演算部と、を備え、前記演算部は、前記参照出力と前記基準値とに基づいて導出される測定時刻に前記測定用赤外線検出部から出力された前記測定出力をガス濃度算出用測定出力として導出し、前記測定時刻は、複数の時刻において前記参照用赤外線検出部が出力した複数の前記参照出力と、前記基準値とに基づいて導出され、前記ガス濃度算出用測定出力は、複数の時刻において前記測定用赤外線検出部が出力した複数の前記測定出力と、前記測定時刻とに基づいて導出される。

本発明の一態様によれば、光源から出力される赤外線の出力変動が生じても、高精度にガス濃度を算出することが可能になる。

本発明の一実施形態に係るガス濃度測定装置を説明するための構成図である。 本発明の一実施形態の実施例１によるガス濃度測定装置で実施されるガス濃度測定方法を説明するためのフローチャートを示す図である。 本発明の一実施形態の実施例２によるガス濃度測定装置で実施されるガス濃度測定方法を説明するためのフローチャートを示す図である。 本発明の一実施形態の実施例３によるガス濃度測定装置で実施されるガス濃度測定方法を説明するためのフローチャートを示す図である。 本発明の一実施形態の実施例４によるガス濃度測定装置の参照用赤外線検出部の出力と参照用赤外線検出部１０３の周辺温度との関係を示すグラフを示す図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態の実施例５によるガス濃度測定装置において既定の標準ガス濃度環境において基準値を固定した場合における測定用赤外線検出部の出力と温度との関係を示すグラフを示す図であり、（ｂ）は、実施例５によるガス濃度測定装置において既定の標準ガス濃度環境における参照用赤外線検出部の出力と温度との関係を示すグラフを示す図である。 本発明の一実施形態において測定ごとに光源を消灯せずにガス濃度を測定する方法を説明するためのフローチャートを示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する）によるガス濃度測定装置について図１から図７を用いて説明する。
［本発明の一実施形態に係るガス濃度測定装置］
図１は本発明の一実施形態に係るガス濃度測定装置を説明するための構成図である。
図１に示すように、本実施形態に係るガス濃度測定装置１００は、光源１０１と、測定用赤外線検出部１０２と、参照用赤外線検出部１０３と、演算部１０４とを備える。測定対象のガスは、少なくともガス濃度測定装置１００内の光源１０１と、測定用赤外線検出部１０２との間に流入可能である。尚、参照用赤外線検出部１０３の配置場所は光源１０１から出力される赤外線を受光できる場所であれば特に制限されない。図１においては測定用赤外線検出部１０２と参照用赤外線検出部１０３は隣り合って配置されているが、参照用赤外線検出部１０３のみ光源１０１の付近に配置してもよい。

光源１０１は、測定用赤外線検出部１０２及び参照用赤外線検出部１０３が感度を有する光であって、測定対象ガスが吸収する赤外線帯域を含む光を出力できれば特に制限されない。例えば白熱電球やセラミックヒータ、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ヒータやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などを光源１０１として用いることができる。本実施形態において、光源１０１は、その駆動回路を含み、点灯、消灯及び強度調整など出力を制御する機能を含む。

参照用赤外線検出部１０３は、光源１０１の点灯時（以下、「光源１０１点灯時」と称する場合がある）に、光源１０１が出力する赤外線に対する感度を有している。本実施形態において光源１０１点灯時とは、周囲環境から放射される赤外線量よりも多い量の赤外線を放射している状態をいう。したがって、光源１０１の消灯状態は完全に消灯している状態でなくてもよい。光源１０１に電力供給がされて光源１０１が赤外線を放射している状態であっても、放射する赤外線量が周囲環境から放射される赤外線量以下である場合には、光源１０１は実質的に赤外線を放射しない状態であるため消灯状態と看做される。参照用赤外線検出部１０３は、光源１０１が出力する赤外線の内、参照用赤外線検出部１０３が感度を持つ帯域の赤外線を検出し、光電変換した参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）を演算部１０４に出力する。参照用赤外線検出部１０３は、測定対象ガスによる吸収帯域の赤外線に対する感度を有さないことが望ましい。ただし、参照用赤外線検出部１０３は、測定対象ガスによる吸収帯域に対する感度を有しており、光源１０１が出力する赤外線のうち、測定対象ガスによる非吸収帯域に対する感度が相対的に高くなるように構成されていてもよい。

測定用赤外線検出部１０２は、光源１０１が出力する赤外線の内、測定用赤外線検出部１０２が感度を持つ帯域の赤外線を検出し、光電変換した測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）を演算部１０４に出力する。測定用赤外線検出部１０２は、測定対象ガスによる吸収帯域の赤外線に対して参照用赤外線検出部１０３よりも割合的に高い感度を有するように構成されている。すなわち、測定用赤外線検出部１０２は、吸収帯域への感度の非吸収帯域への感度に対する比（以下、「感度比」と称する）が参照用赤外線検出部１０３における感度比よりも大きくなるように構成されている。例えば一例として、測定用赤外線検出部１０２における感度比が３：２（感度比の値が３／２）であり、参照用赤外線検出部１０３における感度比が１：９（感度比の値が１／９）であるとき、上述した参照用赤外線検出部１０３を構成するための要件を満たす。

測定用赤外線検出部１０２及び参照用赤外線検出部１０３は、上述の特性を有していれば特に制限されない。測定用赤外線検出部１０２及び参照用赤外線検出部１０３には、焦電センサ（Ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｅｎｓｏｒ）、サーモパイル（Ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ）、ボロメータ（Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ）等の熱型赤外線センサや、ダイオードやフォトトランジスタ等の量子型赤外線センサ等が好適である。

演算部１０４は、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）とに基づいて測定用赤外線検出部１０２が出力する測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）からガス濃度の算出に用いるガス濃度算出用の測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）を導出する。具体的には、演算部１０４は、参照用赤外線検出部１０３が出力する参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）とに基づいて測定時刻ｔ_Ａを導出する。演算部１０４は、導出した測定時刻ｔ_Ａに測定用赤外線検出部１０２から出力された測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）を、ガス濃度算出用の測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）すなわちガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとして導出する。演算部１０４は、導出したガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａに基づいて測定対象ガスのガス濃度を算出する。ガス濃度の算出は事前に用意された換算式にガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを入力して行う。この換算式には、例えば１次関数や２次以上の多項式関数を用いることができる。これら関数の係数は、ガス濃度測定装置１００を製造する際の校正時や使用開始後の校正時に、ガス濃度測定装置１００を１種類以上の既知の測定対象ガス濃度環境に置いて動作させて得られたガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａと該測定対象ガス濃度とに基づいて、最小二乗法等により求めることができる。

演算部１０４は、以下に述べるガス濃度算出における演算が可能であれば特に制限されない。演算部１０４として、例えば、アナログＩＣ、ディジタルＩＣ及びＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等が好適である。本実施形態では、演算部１０４は、所定の時間間隔で光源１０１から出力された赤外線を検出するように測定用赤外線検出部１０２及び参照用赤外線検出部１０３を制御するように構成されている。また、演算部１０４は、測定用赤外線検出部１０２から入力される測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）、参照用赤外線検出部１０３から入力される参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）、測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）が入力される時刻及び参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が入力される時刻を記憶する記憶領域を有している。測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）が入力される時刻は、演算部１０４が測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）を取得する時刻となり、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が入力される時刻は、演算部１０４が参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）を取得する時刻となる。
尚、ガス濃度測定装置１００は、制御部を有し、この制御部によって光源１０１、測定用赤外線検出部１０２、参照用赤外線検出部１０３及び演算部１０４を統括的に制御するようになっていてもよい。また、ガス濃度測定装置１００は、記憶部を有し、この記憶部によって測定用赤外線検出部１０２から入力される測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）、参照用赤外線検出部１０３から入力される参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）、測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）が入力される時刻及び参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が入力される時刻を記憶するようになっていてもよい。また、演算部１０４は光源１０１を制御するための機能を含んでいてもよい。

ところで、光源１０１として白熱電球などのいずれの光源を用いても、光源１０１を消灯状態から点灯状態に移行させた際、または光源１０１の出力を変化させた際には出力特性に過渡的な変化が起こる。例えば、これらの間に光源１０１から出力される赤外線の光量やスペクトルは時間変化し、この時間変化に応じて測定出力及び参照出力が時間変化する。また、測定出力及び参照出力の時間変化の仕方は、光源１０１の経時・経年劣化や光源１０１点灯開始時の光源１０１の状態のばらつきにより、測定ごと又は光源１０１を点灯するごとに変化し得る。この赤外線の出力変動は、光源１０１点灯時の光源１０１の発熱による光源１０１自体及びその周囲の温度変化や、光源１０１の駆動回路の過渡的動作などによってもたらされる。また、意図して光源１０１の状態を変化させない場合でも、光源１０１の経時・経年劣化や周囲環境の変化・ゆらぎなどによって、前述の内容と同様に赤外線の出力変動が生じ得る。

本実施形態に係るガス濃度測定装置１００は、演算部１０４が、光源１０１点灯時の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）とに基づき定まる測定時刻ｔ_Ａにおいて測定用赤外線検出部１０２が出力したガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａに基づいてガス濃度を算出する。このため、光源１０１の経時・経年劣化や、光源１０１点灯開始時の光源１０１の状態に測定ごとのばらつきがあったとしても、ガス濃度測定装置１００は、上述のとおり光源１０１から既定の赤外線スペクトルが出力されている状態に対応したガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａ又は光源１０１から既定の赤外線スペクトルとの差が小さい赤外線スペクトルが出力されている状態に対応したガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａをガス濃度の測定ごとに安定して得ることができる。これにより、ガス濃度測定装置１００は、高精度にガス濃度を算出することが可能になる。
以下、本実施形態によるガス濃度測定装置１００について実施例を用いてより具体的に説明する。

（実施例１）
本実施形態の実施例１によるガス濃度測定装置１００について図１を参照しつつ図２を用いて説明する。図２は本実施形態の実施例１によるガス濃度測定装置１００で実施されるガス濃度測定方法を説明するためのフローチャートである。

図２に示すように、実施例１におけるガス濃度測定方法では、まずステップＳ１０１において光源１０１を点灯する（光源点灯工程）。ステップＳ１０１の次のステップＳ１０２では、光源１０１点灯時の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）を取得する（参照出力取得工程）。ステップＳ１０２の次のステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で取得されたＲｅｆ（ｏｎ）が既定の基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）以上であるかを判定する（参照出力判定工程）。ステップＳ１０３の次のステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の値が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）以上となったことに基づいて定まる測定時刻ｔ_Ａに基づいてガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを取得する（測定出力取得工程）。具体的には、測定時刻ｔ_Ａは、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）以上となる値の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）を演算部１０４が取得した時刻である。
実施例１によるガス濃度測定装置１００において、ステップＳ１０４では、演算部１０４は、ステップＳ１０２において参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）を取得するのと同時刻またはその前後に測定出力Ｍｅａｓ（оｎ）を取得している。演算部１０４は、複数回取得され得る測定出力Ｍｅａｓ（оｎ）のうち、測定時刻ｔ_Ａまたはその前後に取得された測定出力Ｍｅａｓ（оｎ）を、ガス濃度の算出に用いるガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとして導出する。

ステップＳ１０４の次のステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で取得されたガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａの値に基づいてガス濃度を演算する（ガス濃度演算工程）。ステップＳ１０５の次のステップＳ１０６では、光源１０１を消灯する（光源消灯工程）。尚、ステップＳ１０３においては判定の結果が真であれば測定出力取得工程（ステップＳ１０４）に進み、偽であれば参照出力取得工程（ステップＳ１０２）に戻る。ガス濃度測定装置１００は、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）以上になるまで、参照出力取得工程（ステップＳ１０２）及び参照出力判定工程（ステップＳ１０３）を所定の時間間隔で実行する。ガス濃度測定装置１００は、参照出力取得工程（ステップＳ１０２）において、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）及び測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）を繰り返し取得する。このため、ガス濃度測定装置１００は、少なくとも参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）以上になるまでは所定の時間間隔で参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）及び測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）を取得する。
尚、ガス濃度測定装置１００の動作をより簡易にするために、測定出力取得工程（ステップＳ１０４）において演算部１０４は、参照出力判定工程（ステップＳ１０３）で参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の値が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）以上であると判定された直後に測定出力Ｍｅａｓ（оｎ）を取得し、その値をガス濃度の算出に用いるガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとしてもよい。この場合、参照出力取得工程（ステップＳ１０２）において測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）を繰り返し取得する必要は無く、また演算部１０４は最新の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の値を保持してさえいればよいので、測定出力Ｍｅａｓ（оｎ）を記憶するための記憶領域は不要となる。更にコンパレータ等の回路を用いて参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）の比較を行い、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の値が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）以上となったことを判定すれば、演算部１０４には参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）を記憶するための記憶領域は不要となる。

本実施形態の実施例１によるガス濃度測定装置１００では、演算部１０４は、光源１０１点灯時の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）とによって定まる測定時刻ｔ_Ａでのガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａに基づいてガス濃度を算出する。実施例１のガス濃度測定方法においては、参照出力判定工程（ステップＳ１０３）の判定結果が真となる参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が取得された時刻が測定時刻ｔ_Ａとなる。
このため、ガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを取得するタイミングは、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が光源１０１の点灯開始後に初めて基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）以上と判定された時刻（すなわち測定時刻ｔ_Ａ）となる。実施例１における基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）は演算部１０４に予め設定された固定値である。この固定値は、ガス濃度測定装置１００を製造する際の試験、校正時や装置使用開始後の校正時に光源を点灯させてから特定の時刻経過後における参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の値に基づいて、装置個別に設定される。

このため、光源１０１の経時・経年劣化や、光源１０１点灯開始時の光源１０１の状態に測定ごとのばらつきがあったとしても、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が初めて基準値以上と判定された時刻において光源１０１は、ガス濃度測定装置１００を製造する際の試験、校正時や使用開始後の校正時に光源を点灯させてから特定の時刻経過後の既定の赤外線スペクトルと同等の赤外線スペクトルの光を出力している状態となる。測定用赤外線検出部１０２は、この既定の赤外線スペクトルと等しい赤外線スペクトルの光又はこの既定の赤外線スペクトルとの差が小さい（ほぼ等しい）赤外線スペクトルの光を検出してガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを演算部１０４に出力することができる。これにより、演算部１０４が測定用赤外線検出部１０２から取得するガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａは、既定の赤外線スペクトルと等しい又はほぼ等しい赤外線スペクトルの光に常に基づいているため、ガス濃度測定装置１００は、高精度にガス濃度を算出することが可能になる。

［実施例１における測定時刻及びガス濃度算出用測定出力］
実施例１によるガス濃度測定装置１００における測定時刻ｔ_Ａは、光源１０１点灯時の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）とに基づいて定まる時刻であれば特に制限されない。
前述の測定時刻ｔ_Ａは、光源１０１点灯後に参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が初めて基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）以上と判定された時刻であるが、これに限られない。例えば、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）との差が所定の値以下になる時刻を測定時刻ｔ_Ａとしてもよい。また、例えば、光源点灯中における参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の取得回数が予め複数の所定回数に定められており、光源１０１点灯中に参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）に到達しない場合は所定回数取得された参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）のうち、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）との差が最も小さくなる参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が取得された時刻を測定時刻ｔ_Ａとしてもよい。

また、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）との差が所定の値以下になる時刻に基づいて測定時刻ｔ_Ａを決定する場合には、本来参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）と正確に一致すると想定される時刻ｔ_Ａ０と、実際に参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）との差が所定の値以下となった時刻との間に生じる時間差を加味して測定時刻ｔ_Ａを決定してもよい。例えば参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）との差が所定の値以下となった時刻に、演算部１０４は、この時間差に基づく調整値を加算または減算した時刻を測定時刻ｔ_Ａとし、この測定時刻ｔ_Ａにおける測定用赤外線検出部１０２の測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）をガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとして導出してもよい。

また、例えば、最新の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）以上と判定されたとき、最新の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）よりも１回前に取得した参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の方が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）との差が小さい場合には該１回前に取得した参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が取得された時刻を測定時刻ｔ_Ａとしてもよい。

また、本実施形態のガス濃度測定装置１００においてガス濃度の算出に使用するガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａは、測定時刻ｔ_Ａに定まる測定用赤外線検出部１０２から出力される電気信号等であれば特に制限されない。
例えば、実施例１における前述のガス濃度測定方法は、測定時刻ｔ_Ａでのガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを取得する形態であるがこれに限られない。例えば、ガス濃度測定方法の実装上、測定時刻ｔ_Ａに測定出力を取得することが困難である場合（例えば、測定時刻ｔ_Ａにおいて参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）とを同時刻に取得できない場合）には、測定時刻ｔ_Ａに近い時刻における測定用赤外線検出部１０２の出力をガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとして用いてもよい。ここで、測定時刻ｔ_Ａに近い時刻として、例えば測定用赤外線検出部１０２が光源１０１の出力する光の赤外線スペクトルなどを所定の時間間隔で連続して測定する時刻のうち、測定時刻ｔ_Ａの直近又は直後若しくは直前の時刻を用いることができる。また、例えば、測定時刻ｔ_Ａから一定時間経過後の時刻における測定用赤外線検出部１０２の出力をガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとして用いてもよい。

また、他の形態として、測定時刻ｔ_Ａにおける測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）が存在しない、または取得できない場合には、測定時刻ｔ_Ａとの差が所定の値以下になった時刻における測定用赤外線検出部１０２の出力をガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとしてガス濃度の算出に用いてもよい。
尚、実施例１によるガス濃度測定装置１００においては、光源１０１点灯時の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）とに基づいて定まる測定時刻ｔ_Ａを求め、この測定時刻ｔ_Ａと測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）に基づいてガス濃度の算出に使用するガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを導出しているが、手順上明らかなように測定時刻ｔ_Ａは参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）と測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）及びガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａ間の媒介変数であるので、演算部１０４での演算上、測定時刻ｔ_Ａを介さずとも参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）及び測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）の関係からガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを導出することも可能である。例えば、図２のステップＳ１０４で、演算部１０４が、ステップＳ１０３で参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の値が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）以上と判定された直後に測定出力Ｍｅａｓ（оｎ）を取得し、その値をガス濃度の算出に用いるガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとする場合、測定時刻ｔ_Ａを介した演算は省略される。

（実施例２）
本実施形態の実施例２によるガス濃度測定装置１００について図１を参照しつつ図３を用いて説明する。実施例２によるガス濃度測定装置１００は、取得時刻に対応付けて取得した複数の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）及び複数の測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）に基づいて、測定時刻ｔ_Ａやガス濃度の算出に用いるガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを取得するように構成されている。より具体的に、実施例２によるガス濃度測定装置１００は、光源１０１点灯時の取得時間に対する参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の特性（参照用赤外線検出部１０３の赤外線検出特性）および取得時刻に対する測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）の特性（測定用赤外線検出部１０２の赤外線検出特性）を算出し、これらの特性に基づいて測定時刻ｔ_Ａやガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを導出し、ガス濃度を算出するように構成されている。

図３は本実施形態の実施例２によるガス濃度測定装置１００で実施されるガス濃度測定方法を説明するためのフローチャートである。実施例２におけるガス濃度測定方法は、図３に示すように、まずステップＳ２０１において光源１０１を点灯する（光源点灯工程）。ステップＳ２０１の次のステップＳ２０２では、Ｎを既定の自然数として測定出力及び参照出力をその取得時刻とともにＮ回繰り返し取得し、測定出力列Ｍｅａｓ（ｏｎ）［］、参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）［］、取得時刻列ｔ［］を取得する（時刻列及び出力列取得工程）。これらの出力列において、例えばＮ回中ｉ回目（１≦ｉ≦Ｎ）の測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）はＭｅａｓ（ｏｎ）［ｉ］として取得され、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）はＲｅｆ（ｏｎ）［ｉ］として取得され、取得時刻はｔ［ｉ］として取得される。

ステップＳ２０２の次のステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で取得した参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）［］と取得時刻列ｔ［］とに基づいて参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）となる測定時刻ｔ_Ａを算出する（測定時刻算出工程）。ステップＳ２０３の次のステップＳ２０４では、測定出力列Ｍｅａｓ（ｏｎ）［］と取得時刻列ｔ［］とに基づいて、測定時刻ｔ_Ａにおける測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）を、ガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとして特定する（測定出力特定工程）。ステップＳ２０４の次のステップＳ２０５では、ステップＳ２０４で算出されたガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａの値に基づいてガス濃度を算出する（ガス濃度算出工程）。ステップＳ２０５の次のステップＳ２０６では、光源１０１を消灯する（光源消灯工程）。

本実施形態の実施例２によるガス濃度測定装置１００は、光源１０１点灯時に、複数の時刻の各々において参照用赤外線検出部１０３が出力した参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）とに基づいて測定時刻ｔ_Ａを導出する。これにより、例えば演算部１０４は、光源１０１の点灯開始から一定期間（図３に示すステップＳ２０２における時刻列と出力列の取得を行う期間）における参照用赤外線検出部１０３の赤外線検出特性を導出する。
具体的には、演算部１０４は、参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）［］における各々の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の値と取得時刻列ｔ［］における各時刻との対応関係（赤外線検出特性）を最小二乗法等により一次関数または二次以上の多項式関数の近似式として導出する。また、演算部１０４は、導出した近似式において参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）と一致する時刻を測定時刻ｔ_Ａとして特定する。この方法によれば、ガス濃度測定装置１００は、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）とが一致する時刻をより高精度に導出でき、ガス濃度測定の精度も向上する。

また、ガス濃度測定装置１００は、光源１０１点灯時に複数の時刻の各々において測定用赤外線検出部１０２が出力した測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）と、参照用赤外線検出部１０３の赤外線検出特性より特定された測定時刻ｔ_Ａとに基づいて、ガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを導出する。例えば演算部１０４は、光源１０１の点灯開始から一定期間（図３に示すステップＳ２０２における時刻列と出力列の取得を行う期間）における測定用赤外線検出部１０２の赤外線検出特性を導出する。
具体的には、演算部１０４は、測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）［］における各々の測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）の値と取得時刻列ｔ［］における各時刻との対応関係（赤外線検出特性）を最小二乗法等により一次関数または二次以上の多項式関数の近似式として導出する。演算部１０４は、導出した近似式において先に決定しておいた測定時刻ｔ_Ａと一致する時刻に対応する測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）をガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとする。この実施例２によれば、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）とが一致する時刻における測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）をガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとしてより高精度に導出することが可能になり、ガス濃度測定の精度も向上する。また、実施例２によれば、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）および測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）の取得回数を少なくしても大幅な精度劣化が生じない。これにより、ガス濃度測定装置１００は、ガス濃度の測定精度の向上とともに、低消費電力化を実現することができる。

実施例２のガス濃度測定方法では、取得時刻と参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）との関係に基づいて測定時刻ｔ_Ａを導出し、取得時刻と測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）との関係と、導出された測定時刻ｔ_Ａとに基づいてガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを導出しているが、実施例２はこれに限られない。光源１０１点灯時において参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）及び測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）を取得した時刻、すなわち光源１０１が出力する赤外線を検出した時刻が同一又は充分に近い時刻であれば、測定時刻ｔ_Ａを介さずに、測定出力列Ｍｅａｓ（ｏｎ）［］における各々の測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）の値と参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）［］における各々の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の値との対応関係を最小二乗法等により一次関数または二次以上の多項式関数の近似式として導出してもよい。演算部１０４は、導出した近似式より基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）と一致する参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）に対応する測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）をガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとして導出してもよい。

実施例２のガス濃度測定方法では、測定出力列Ｍｅａｓ（ｏｎ）［］および参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）［］に対して１つの取得時刻列ｔ［］を取得しているが、これに限られない。測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）と参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）とを同時刻に取得することが出来ない場合には、測定出力列Ｍｅａｓ（ｏｎ）［］と測定出力取得時刻列ｔｍ［］とを取得し、参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）［］と参照出力取得時刻列ｔｒ［］とを取得してもよい。この場合、演算部１０４は、参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）［］と参照出力取得時刻列ｔｒ［］との関係に基づいて、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）に一致する参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の取得時刻を測定時刻ｔ_Ａとして導出する。また、演算部１０４は、測定出力列Ｍｅａｓ（ｏｎ）［］と測定出力取得時刻列ｔｍ［］との関係に基づいて、導出した測定時刻ｔ_Ａに一致する測定出力取得時刻に対応する測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）をガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａとして導出する。

［基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）］
本実施形態のガス濃度測定装置１００における基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）は、固定値であってもよいし可変値であってもよい。例えば、上述の実施例１及び実施例２に係るガス濃度測定装置１００における基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）は、固定値である。しかしながら、ガス濃度測定装置の精度を向上させる観点からは可変値であることが好ましい。
本実施形態のガス濃度測定装置１００における基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を可変値とする場合に、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を求める方法は、特定の条件下における参照出力を用いる方法や、特定の条件下において複数回測定された参照出力を平均化した値やフィルタリングした値を用いる方法や、装置の温度等を変数とする方法や、それらを組み合わせた方法などが挙げられる。以降で、本実施形態のガス濃度測定装置１００における基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を可変値とする場合について説明する。

（実施例３）
本実施形態の実施例３によるガス濃度測定装置１００について図１を参照しつつ図４を用いて説明する。
本実施形態のガス濃度測定装置１００における基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を可変値とする場合に、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を求める方法の一例としては、光源１０１点灯から特定の時間経過後の既定の時刻ｔ_Ｓにおいて１回取得された参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）に基づいて基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を求める方法が挙げられる。また、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を可変値とする場合に、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を求める方法の他の一例としては、既定の時刻ｔ_Ｓにおいて複数回取得された参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の平均値又はローパスフィルタを適用した値に基づいて基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を求める方法が挙げられる。

図４は本実施形態の実施例３によるガス濃度測定装置１００で実施されるガス濃度測定方法を説明するためのフローチャートである。実施例３におけるガス濃度測定方法は、１つの測定対象ガスに対し、ガス濃度の測定が複数回（本例では、Ｒ回（Ｒは１より大きい自然数））行われることを前提としている。
図４に示すように、実施例３におけるガス濃度測定方法では、まずステップＳ３０１において今回（ｍ回目（ｍは２以上Ｒ以下の自然数））の測定で使用する基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を算出し設定する（基準値設定工程）。ステップＳ３０１の次のステップＳ３０２では、光源１０１を点灯する（光源点灯工程）。ステップＳ３０２の次のステップＳ３０３では、Ｎを既定の自然数として測定出力と参照出力をその取得時刻とともにＮ回繰り返し取得し、測定出力列Ｍｅａｓ（ｏｎ）［］、参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）［］、取得時刻列ｔ［］を取得する（時刻列及び出力列取得工程）。これらの出力列において、例えばｉ回目（１≦ｉ≦Ｎ）の測定出力はＭｅａｓ（ｏｎ）［ｉ］として取得され、参照出力はＲｅｆ（ｏｎ）［ｉ］として取得され、取得時刻はｔ［ｉ］として取得される。ステップＳ３０３の次のステップＳ３０４では、ステップＳ３０３で取得した参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）［］と取得時刻列ｔ［］とに基づいて、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）がステップＳ３０１で設定された基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）となる測定時刻ｔ_Ａを算出する（測定時刻算出工程）。

ステップＳ３０４の次のステップＳ３０５では、測定出力列Ｍｅａｓ（ｏｎ）［］と取得時刻列ｔ［］とに基づいて、測定時刻ｔ_Ａにおけるガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを算出する（測定出力算出工程）。ステップＳ３０５の次のステップＳ３０６では、ステップＳ３０５で算出されたガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａの値に基づいてガス濃度を算出する（ガス濃度算出工程）。ステップＳ３０６の次のステップＳ３０７では、参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）［］と取得時刻列ｔ［］とに基づいて、既定の時刻ｔ_Ｓにおける参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）を算出し、算出した参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）をｍ回目の測定における既定時刻参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｓ［ｍ］として既定時刻参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｓ［］を更新する（既定時刻参照出力列更新工程）。

ステップＳ３０７の次のステップＳ３０８では、光源１０１を消灯する（光源消灯工程）。尚、ステップＳ３０１においては測定回数が１回目であれば（真）、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）として既定の値を設定してステップＳ３０２に移行する。この既定の値は、ガス濃度測定装置１００を製造する際の試験、校正時や装置使用開始後の校正時に光源を点灯させてから特定の時刻経過後における参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の値に基づいて、装置個別に設定される。一方、ステップＳ３０１において、１回目以外の測定回数であれば（偽）、前回のガス濃度測定までに取得された既定時刻参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｓ［］の全体若しくは一部の平均値、または、既定時刻参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｓ［］の全体若しくは一部にローパスフィルタを適用した値を基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）として算出して設定し、ステップＳ３０２に移行する。あるいは、ステップＳ３０１において「偽」と判定された場合には、前回のガス濃度測定までに取得された既定時刻参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｓ［］の全体若しくは一部の平均値または既定時刻参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｓ［］の全体若しくは一部にローパスフィルタを適用した値と、既定の値とに基づいて基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を算出して設定し、ステップＳ３０２に移行する。

実施例３によるガス濃度測定装置１００においては、光源１０１の経時・経年劣化や連続駆動等により測定用赤外線検出部１０２及び参照用赤外線検出部１０３に届く光量の変動が生じても、変動する光量に応じた基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を動的に求めることが可能になる。このため、光源１０１が出力する赤外線の光量の変動の影響を抑制することができ、高精度にガス濃度を算出することが可能になる。

また、実施例３によると、求められた基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）と演算部１０４が想定している時刻ｔ_ｓにおける参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）とに基づいて、測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）が補正される。具体的には、求められた基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）は、図４に示すステップＳ３０１において前回（ｍ−１回目）のガス濃度測定までに取得した既定時刻参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｓ［］から算出した基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）である。また、演算部１０４が想定している時刻ｔ_ｓでの参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）は、図４に示すステップＳ３０３で取得された今回（ｍ回目）のガス濃度測定における参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）［］のうち、時刻ｔ_ｓにおける参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）である。また、時刻ｔ_ｓにおける参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）は、ステップＳ３０７で既定時刻参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｓ［］中の今回（ｍ回目）の既定時刻参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｓ［ｍ］とされる値である。
このように、実施例３によれば、測定用赤外線検出部１０２に対する赤外線の光量の変動の影響が抑制され、より高精度にガス濃度を算出することが可能になる。

また、実施例３によると、例えば演算部１０４の時間精度により光源１０１点灯の時刻に誤差が生じ、演算部１０４が想定している既定の時刻ｔ_ｓと実際の光源１０１点灯から特定の時間経過後の時刻ｔ_ｓ０に誤差が生じてしまっても参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）の平均化やローパスフィルタの適用により光源１０１点灯から特定の時間経過後の参照出力を安定した基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）として得ることができる。これにより、測定時刻ｔ_Ａに演算部１０４の時間精度を加味することができ、測定時刻ｔ_Ａの精度が向上するので、ガス濃度測定装置１００は、より高精度にガス濃度を算出することが可能になる。

実施例３のガス濃度測定方法の応用において、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）として既定の値を設定することは、測定が１回目であることに限られない。例えば、今回の測定（例えばｍ回目の測定）が前回の測定（例えばｍ−１回目の測定）から所定の時間以上経過している場合は、前回までに取得された既定時刻参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｓ［］に依らず、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）として既定の値を設定してもよい。今回の測定が前回の測定から所定の時間以上経過していることにより、光源１０１の状態が初期状態に近い状態に戻る場合がある。この場合、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を光源１０１の初期状態に適した値としておく方が、前回までに取得された既定時刻参照出力列Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｓ［］の平均値などを基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）に設定するよりも、より適切な値となり、より高精度にガス濃度を算出することが可能になる。

本実施形態のガス濃度測定装置１００における基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を可変値とする場合に、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を求める他の方法として、参照用赤外線検出部１０３や測定用赤外線検出部１０２の周辺温度やガス濃度測定装置１００等の温度に基づいて基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を求める方法が挙げられる。この方法によって得られる基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）は、ガス濃度測定装置１００の構成要素の温度特性による影響が補償された値となる。これにより、ガス濃度測定装置１００は、高精度にガス濃度を算出することが可能になる。
以下、ガス濃度測定装置１００の周辺温度に基づいて基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を求めるガス濃度測定装置１００を実施例４及び５を用いて具体的に説明する。

（実施例４）
本実施形態の実施例４によるガス濃度測定装置１００について図１を参照しつつ図５を用いて説明する。本実施形態の実施例４によるガス濃度測定装置１００は、参照用赤外線検出部１０３の周辺温度に基づいて基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を補正する点に特徴を有している。図５は、参照用赤外線検出部１０３の出力と参照用赤外線検出部１０３の周辺温度との関係を示すグラフである。横軸は参照用赤外線検出部１０３の周辺温度を示し、縦軸は参照出力を示している。図５中に示す参照用赤外線検出部１０３の温度特性Ｃ１０（以下、単に「温度特性Ｃ１０」と称する）は、参照用赤外線検出部１０３の周辺温度に対する参照出力の温度特性を表している。また、温度特性Ｃ１０は、参照用赤外線検出部１０３の周辺温度が標準温度であるときに参照出力が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）_０となる赤外線を周辺温度を変化させながら検出したときの特性である。温度特性Ｃ１０は、例えばガス濃度測定装置１００の校正時に取得される。

本実施形態の実施例４によるガス濃度測定装置１００は、ガス濃度の測定時における参照用赤外線検出部１０３の周辺温度に対応する基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を、図５中に示す校正時に取得された温度特性Ｃ１０に基づいて求める。例えばガス濃度の測定時の参照用赤外線検出部１０３の周辺温度が図５に示す測定温度Ｔである場合、ガス濃度測定装置１００の演算部１０４は、温度特性Ｃ１０に基づいて測定温度Ｔに対応する基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）_Ｔを基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）として設定する。これによって、ガス濃度測定装置１００は、参照用赤外線検出部１０３の周辺温度によらず、測定時刻ｔ_Ａを精度良く求めることができ、高精度にガス濃度を算出することが可能になる。

（実施例５）
次に、本実施形態の実施例５によるガス濃度測定装置１００について図１を参照しつつ図６を用いて説明する。本実施形態の実施例５によるガス濃度測定装置１００は、ガス濃度測定装置１００に係る温度の代表値である温度ＴＰに基づいて、ガス濃度測定装置１００の基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を補正する点に特徴を有している。ここで、温度ＴＰは、参照用赤外線検出部１０３や測定用赤外線検出部１０２の周辺温度等、ガス濃度測定装置１００に係る温度やその温度に基づいて求められる温度の代表値である。

例えば、測定用赤外線検出部１０２内又は参照用赤外線検出部１０３内に各赤外線検出部の温度を検出する手段がある場合、それらの温度検出手段によって得られた温度を温度ＴＰとして用いてもよい。また、このとき温度ＴＰは、測定用赤外線検出部１０２及び参照用赤外線検出部１０３において一つに統一されなくてもよい。測定用赤外線検出部１０２の温度に係る計算を行う際は、測定用赤外線検出部１０２内の温度検出手段によって得られた温度を温度ＴＰとして用い、参照用赤外線検出部１０３の温度に係る計算を行う際は、参照用赤外線検出部１０３内の温度検出手段によって得られた温度を温度ＴＰとして用いてもよい。
また、例えばガス濃度測定装置１００に温度検出手段を設け、その温度検出手段によって得られた温度を温度ＴＰとして用いてもよい。また、例えばガス濃度測定装置１００外部から周囲温度の情報を演算部１０４に入力し、その温度情報を温度ＴＰとして用いてもよい。また、例えば演算部１０４が温度を検出するための機能を含んでいるならば、その温度検出機能により得られた温度を温度ＴＰとして用いてもよい。
図６（ａ）は、既定の標準ガス濃度環境において基準値を固定した場合における測定用赤外線検出部１０２が出力する測定出力（以下、「標準ガス濃度測定出力」と称する）と温度ＴＰとの関係を示すグラフである。横軸は温度ＴＰを示し、縦軸は測定用赤外線検出部１０２が出力する標準ガス濃度測定出力を示している。図６（ａ）中に示す測定用赤外線検出部１０２の温度特性Ｃ１１及び温度特性Ｃ１２（以下、単に「温度特性Ｃ１１」及び「温度特性Ｃ１２」と称する）は、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を互いに異なる値とした場合の特性を示している。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）中の温度特性Ｃ１１，Ｃ１２が得られたのと同様の既定の標準ガス濃度環境における参照用赤外線検出部１０３の参照出力（以下、「標準ガス濃度参照出力」と称する）と温度ＴＰとの関係を示すグラフである。横軸は温度ＴＰを示し、縦軸は参照用赤外線検出部１０３が出力する標準ガス濃度参照出力を示している。図６（ｂ）中に示す参照用赤外線検出部１０３の温度特性Ｃ１３（以下、単に「温度特性Ｃ１３」と称する）は、温度ＴＰを変更した場合に各温度において標準ガス濃度測定出力が既定の標準ガス濃度測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_０となるときの標準ガス濃度参照出力の特性である。温度特性Ｃ１１，Ｃ１２は、例えばガス濃度測定装置１００の校正時に取得される。

本実施形態の実施例５によるガス濃度測定装置１００は、温度ＴＰと、ガス濃度測定装置１００の校正時に取得された温度特性Ｃ１１，Ｃ１２と、温度特性Ｃ１３とに基づいて基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を求める。例えば、温度特性Ｃ１１，Ｃ１２より、標準ガス濃度測定出力が既定の標準ガス濃度測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_０となるとき温度ＴＰ（本例では、図６（ａ）に示す標準温度及び測定温度Ｔ２）と温度特性Ｃ１３とにより基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）が求められる。

実施例５によるガス濃度測定装置１００は、例えばガス濃度の測定時の温度ＴＰが図６（ａ）および図６（ｂ）中の測定温度Ｔ２である場合には、図６（ｂ）中に示す温度特性Ｃ１３に基づいて、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）の値として測定温度Ｔ２における標準ガス濃度参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｔ０の値を設定する。温度ＴＰが測定温度Ｔ２での標準ガス濃度環境において、標準ガス濃度参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）_Ｔ０の値を基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）とするときの測定出力は、図６（ａ）中に示す温度特性Ｃ１２より、測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_０となる。また、ガス濃度測定装置１００は、例えばガス濃度の測定時の温度ＴＰが標準温度である場合には、温度特性Ｃ１３に基づいて、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）の値として標準温度における標準ガス濃度参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）_００の値を設定する。温度ＴＰが標準温度での標準ガス濃度環境において、標準ガス濃度参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）_００を基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）とするときの測定出力は、図６（ａ）中に示す温度特性Ｃ１１より、測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_０となる。

このように、実施例５によるガス濃度測定装置１００は、測定時の温度ＴＰに応じて温度特性Ｃ１３に基づき基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を変更することにより、
温度ＴＰによらず既定の測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_０を示すようになる。その結果、測定用赤外線検出部１０２及び参照用赤外線検出部１０３のそれぞれの温度に対する出力の影響がまとめて補正されることになり、ガス濃度測定装置１００は、高精度にガス濃度を算出することが可能になる。

［光源消灯時の出力を用いたオフセットの除去］
本実施形態のガス濃度測定装置１００における測定出力や参照出力のオフセット誤差を補正することで最終的に算出されるガス濃度の精度を向上させることができる。このオフセット誤差を補正する方法の一例としては、光源１０１消灯時の参照出力Ｒｅｆ（ｏｆｆ）及び測定出力Ｍｅａｓ（ｏｆｆ）の少なくともいずれか一方に基づいて、光源１０１点灯時の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）及び測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）並びに基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）及びガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａの少なくともいずれか１つを補正する方法が挙げられる。例えば、光源１０１点灯時の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）から光源１０１の消灯時（以下、「光源１０１消灯時」と称する場合がある）の参照出力Ｒｅｆ（ｏｆｆ）を減算して光源１０１点灯時の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）に含まれるオフセット成分を除去することができる。また、光源１０１点灯時の測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）から光源１０１消灯時の測定出力Ｍｅａｓ（ｏｆｆ）を減算して光源１０１点灯時の測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）に含まれるオフセット成分を除去することができる。これらの方法によると、光源１０１点灯時の測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）や参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）から演算部１０４を構成する部品や回路などに因って意図せずもたらされた成分を除去することができるので、より高精度にガス濃度を算出することが可能になる。尚、光源１０１消灯時の参照出力Ｒｅｆ（ｏｆｆ）を減算して光源１０１点灯時の参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）に含まれるオフセット成分を除去した値を用いる場合、基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を設定する際にもその時点での光源１０１消灯時の参照出力Ｒｅｆ（ｏｆｆ）を基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）から減算した値を基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）として設定しておく。

［光源の制御］
図２から図４を用いて説明した本実施形態の実施例１から実施例３によるガス濃度測定装置１００は、ガス濃度の測定時に点灯した光源１０１をガス濃度算出工程の次、又は既定時刻参照出力列更新工程の次に消灯するようになっているが、光源１０１の消灯の時刻は測定の繰り返し時間以外には制限されない。

光源の消灯方法の第１の例として、光源１０１の点灯に起因するガス濃度測定装置１００のエネルギー消費を低減するために、測定時刻ｔ_Ａにおいてガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを取得した直後に光源１０１を消灯する方法がある。
また、光源１０１の消灯方法の第２の例として、光源１０１の点灯開始時の状態をガス濃度の測定ごとにできるだけ一定に保つため点灯時間と消灯時間とを一定として点灯開始から既定の時間経過後に消灯する方法がある。

また、光源の消灯方法の第３の例として、点灯時間に下限を設けて点灯開始から測定時刻ｔ_Ａによらず、測定時刻が該下限時間以上経過するまでは光源１０１の点灯を継続する方法や、点灯時間に上限を設けて測定時刻ｔ_Ａによらず該上限時間以上経過したら光源１０１を消灯する方法がある。
また、光源の消灯方法の第４の例として、上述の各方法を組み合わせた方法などがある。

これらの消灯方法を用いる場合に、光源１０１の点灯時間中に参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）と基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）とによって測定時刻ｔ_Ａが求められない場合が生じ得る。この場合、下限時間や上限時間の直前の時刻に出力された測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）をガス濃度の算出に用いるように決定する方法がある。エネルギー消費の低減のために、測定時刻ｔ_Ａにおいてガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを取得した直後に光源１０１を消灯したり、光源１０１を点灯する期間を制限することで、ガス濃度測定装置１００は、エネルギー消費を低減しながら、ガス濃度を算出することができる。

ガス濃度測定装置１００のエネルギー消費を低減するためには、ガス濃度の測定終了後に光源１０１への電力供給を断つことが望ましい。しかし、光源１０１の点灯相当の動作を素早く行うために、ガス濃度の測定終了後に光源１０１への電力供給を断つのではなく、ガス濃度を測定していない場合にも、光源１０１に供給し続けてもよい。この場合、光源１０１には、周囲環境から放射される赤外線量以下の赤外線であって、実質的に赤外線を放射しない状態であるため消灯状態と看做される赤外線量を放射させる程度の電力が供給される。

また、光源１０１の制御に係る他の方法として、ガス濃度の測定ごとに光源１０１を消灯させず、光源１０１を交流動作させるなどして光源１０１の出力を積極的に変化させる方法も挙げられる。この場合、ガス濃度測定装置１００が実行するガス濃度の測定処理は、例えば図７に示すフローチャートのような流れになる。
図７に示すガス濃度の測定処理では、図２に示すステップＳ１０１及びステップＳ１０６の処理が省かれ、ステップＳ４０１において参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が取得される。また、ステップＳ４０１の次のステップＳ４０２では、実施例１における参照出力判定工程（ステップＳ１０３）に代えて、参照出力Ｒｅｆ（ｏｎ）が基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）を基にした一定の範囲内の値であるか否かの判定が実行される。この一定範囲は、例えば、基準値から所定値α（α＞０）を減算した値から基準値Ｒｅｆ（ｓｔｄ）に所定値β（β＞０）を加算した値の範囲となる。所定値α及び所定値βは同じ値でもよいし異なる値でもよい。光源１０１の出力が時間変化しているため、光源１０１が放射する赤外線を参照用赤外線検出部１０３で繰り返し検出しているうちにステップＳ４０２の判定が真となる。演算部１０４は、ステップＳ４０２の次のステップＳ４０３において、ガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａを取得する。演算部１０４は、ステップＳ４０３の次のステップＳ４０４において、ガス濃度算出用測定出力Ｍｅａｓ（ｏｎ）_Ａに基づいてガス濃度の算出を行う。これにより、ガス濃度測定装置１００は、高精度にガス濃度を算出することが可能になる。

上記の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

本発明は、炭酸ガスに代表されるガスの濃度の測定に適用できる。

１００ ガス濃度測定装置
１０１ 光源
１０２ 測定用赤外線検出部
１０３ 参照用赤外線検出部
１０４ 演算部

Claims (5)

1. 光源と、
   前記光源が出力する赤外線のうち測定対象ガスによる非吸収帯域の赤外線を透過する参照用フィルタを有し、前記参照用フィルタを透過した赤外線を検出し、検出した赤外線を光電変換した参照出力を出力する参照用赤外線検出部と、
   前記光源が出力する赤外線のうち測定対象ガスによる吸収帯域の赤外線を透過する測定用フィルタを有し、前記測定用フィルタの測定対象ガスによる吸収帯域の赤外線への感度の非吸収帯域への感度に対する比が前記参照用フィルタより高い値を有しており、前記測定用フィルタを透過した赤外線を検出し、検出した赤外線を光電変換した測定出力を出力する測定用赤外線検出部と、
   前記参照出力と基準値とに基づいて前記測定用赤外線検出部が出力する前記測定出力からガス濃度の算出に用いるガス濃度算出用測定出力を導出し、導出したガス濃度算出用測定出力に基づいて測定対象ガスのガス濃度を算出する演算部と、
   を備え、
   前記演算部は、前記参照出力と前記基準値とに基づいて導出される測定時刻に前記測定用赤外線検出部から出力された前記測定出力をガス濃度算出用測定出力として導出し、
   前記測定時刻は、複数の時刻において前記参照用赤外線検出部が出力した複数の前記参照出力と、前記基準値とに基づいて導出され、
   前記ガス濃度算出用測定出力は、複数の時刻において前記測定用赤外線検出部が出力した複数の前記測定出力と、前記測定時刻とに基づいて導出される、
   ガス濃度測定装置。
2. 前記演算部は、前記ガス濃度をＲ回（Ｒは１より大きい自然数）算出し、
   ｍ回目（ｍは２以上Ｒ以下の自然数）の前記ガス濃度の測定における前記基準値は、ｍ−１回目の前記ガス濃度の測定における既定の時刻に出力された前記参照出力に応じて更新される
   請求項１に記載のガス濃度測定装置。
3. ｍ回目の前記ガス濃度の測定における前記基準値は、ｍ−１回目までの前記ガス濃度の測定における既定の時刻に出力された複数の前記参照出力の平均値又は該複数の参照出力にローパスフィルタを適用した値に基づいている
   請求項２に記載のガス濃度測定装置。
4. 前記基準値は、前記参照用赤外線検出部及び前記測定用赤外線検出部の周辺温度又は自装置の温度に基づいて補正される
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載のガス濃度測定装置。
5. 前記光源の点灯時の前記参照出力及び前記測定出力並びに前記基準値及び前記ガス濃度算出用測定出力のうちの少なくともいずれか１つは、前記光源の消灯時の前記測定出力と前記光源の消灯時の前記参照出力との少なくともいずれか一方に基づいて補正される
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載のガス濃度測定装置。

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