JP7215632B1 - レーザ式ガス分析計 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響による測定誤差を低減できるレーザ式ガス分析計を提供することにある。【解決手段】本発明は、レーザ光を出射するレーザ素子（１２）と、測定対象ガスの吸収線スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域で波長が掃引され、かつ変調されるように駆動電流をレーザ素子に供給する変調光生成部（１１）と、を有する発光部（１０）と、レーザ光を受光する受光素子（２２）と、検出信号に対し、変調周波数の逓倍の周波数でロックイン検出して得られたロックイン検波波形の振幅に基づいて、測定対象ガスの分析を行う受光信号処理部（２１）と、を有する受光部（２０）と、を備え、受光信号処理部では、測定対象ガスを含む実ガス測定時に得られたロックイン検波波形を平滑化処理した測定信号波形と、測定対象ガスのスパンガス測定時に得られたロックイン検波波形を平滑化処理した基準信号波形との振幅比により、ガス濃度を算出することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、空間内に存在する測定対象ガスのガス分析を行うレーザ式ガス分析計に関する。

気体状のガス分子は、それぞれ固有の光吸収波長及び吸収強度を表す吸収線スペクトルを有する。また、レーザ光は、特定の波長でスペクトル線幅が狭い光である。レーザ式ガス分析計は、レーザ素子が、気体状のガス分子である測定対象ガスが吸収する光吸収波長のレーザ光を発光し、測定対象ガスにレーザ光を吸収させ、その光吸収波長におけるレーザ光の吸収量に基づいて測定対象ガスの有無を検出する。加えて、レーザ式ガス分析計は、光吸収波長におけるレーザ光の吸収量が測定対象ガスの濃度に比例するため濃度を検出することもできる。

このようなガス分析を行うレーザ式ガス分析計の従来技術が、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１のレーザ式ガス分析計は、波長変調分光法により検出を行う。駆動電流によって波長を掃引し、かつ特定の周波数で変調したレーザ光を波長可変レーザ素子が出射し、そのレーザ光を受光素子が検出し、ロックイン増幅器が信号を変調周波数の逓倍でロックイン検出し、このロックイン検波波形の振幅からガス濃度を算出する。

特開２０１７－１０６７４２号公報

ところで、レーザ式ガス分析計では、レーザ光路上に配置される例えば、光学素子やレンズなどの光学素子の端面反射による戻り光など、異なる光路長のレーザ光が重なり合った光を受光することで、受光信号に光学干渉ノイズが重畳されることがあった。

光学干渉ノイズは、測定対象ガスのロックイン検波波形に重畳して現れるため、ガス濃度測定の誤差となった。一般的に、装置を構成する光学素子の窓やレンズに角度を付けたり、減反射コーティングするなど端面反射による戻り光を低減する対策が施される。

しかしながら、測定対象ガスの吸収線スペクトルの吸収強度が小さい場合や、低濃度ガスを測定する場合など、ロックイン検波波形の吸収振幅が小さくなると、相対的に光学干渉ノイズ影響が大きくなり、ガス濃度測定の誤差が顕著になる問題があった。

さらに、レーザの波長と電流、光量と電流の非線形性があるため、一定の正弦波ではなく、振幅が増減したり、位相が逆転したりといった変化を伴うため、単純な周波数フィルタや正弦波の当てはめによる光学干渉ノイズ除去は困難であった。

また、実際のレーザ式ガス分析計の設置環境によっては、測定系またはその周辺に高周波設備や電力機器などがある場合に、環境ノイズや周囲の電気機器からの回り込みノイズが測定信号に重畳し、測定動作の阻害要因となった。

特許文献１に記載のロックイン検波波形には、光学干渉ノイズや環境ノイズの影響が顕れてガス濃度測定誤差となる場合があった。

そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ノイズの影響による測定誤差を低減できるレーザ式ガス分析計を提供することにある。

本発明は、測定対象空間に存在する測定対象ガスのガス分析を行うレーザ式ガス分析計であって、
前記測定対象ガスの吸収線スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域のレーザ光を出射するレーザ素子と、前記測定対象ガスの吸収線スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域で波長が掃引され、かつ変調されるように駆動電流を前記レーザ素子に供給する変調光生成部と、を有する発光部と、前記測定対象空間を通過した前記レーザ光を受光する受光素子と、前記受光素子から出力された検出信号に対し、変調周波数またはその逓倍の周波数でロックイン検出して得られたロックイン検波波形を検出し、前記測定対象ガスの吸収を示す前記ロックイン検波波形の吸収振幅に基づいて、前記測定対象ガスの分析を行う受光信号処理部と、を有する受光部と、を備え、前記受光信号処理部では、測定レンジの最大目盛付近の目盛値の校正に使用するスパンガスを使用して、前記測定対象ガスのスパンガス測定時に得られた前記ロックイン検波波形を平滑化処理した基準信号波形を取得し、前記受光信号処理部では、前記測定対象ガスを含む実ガス測定時に得られた前記ロックイン検波波形を平滑化処理した測定信号波形と、前記基準信号波形との振幅比より、ガス濃度を算出する、ことを特徴とする。

本発明の一態様は、前記受光信号処理部では、前記スパンガスによる前記ロックイン検波波形を、前記測定対象ガスのゼロガス測定時に得られた検出信号を平滑化処理して取得したベースライン波形によりベースライン補正した後、平滑化処理して、前記基準信号波形を取得し、前記実ガスによる前記ロックイン検波波形を、前記ベースライン波形によりベースライン補正した後、平滑化処理して、前記測定信号波形を取得し、前記測定信号波形、前記基準信号波形及び前記ベースライン波形をフィッティング処理し、前記測定信号波形と前記基準信号波形との振幅比により、ガス濃度を算出する、ことを特徴とする。

本発明の一態様は、平滑化フィルタのフレーム長をａ１、光学干渉ノイズの１周期相当のデータ長をａ２としたとき、比（ａ１／ａ２）が、１．５以上３．０以下となるように、前記フレーム長ａ１が設定される、ことを特徴とする。

本発明によれば、実ガス測定時の測定信号波形を平滑化処理し、あらかじめ同様の平滑化処理をして取得したスパンガスの基準信号波形を用いて、フィッティング処理（行列計算）を行うことにより、光学干渉ノイズや環境ノイズの影響による測定誤差を低減でき、したがって、測定対象ガスのガス濃度を、高精度且つ高安定に測定するレーザ式ガス分析計を提供できる。

また、本発明では、信号処理によりノイズ影響を低減でき、装置の簡便化及び低コスト化を実現できる。

本実施形態に係るレーザ式ガス分析計の全体構成図である。 光学干渉ノイズが重畳したロックイン検波信号の波形図である。 図３Ａは、フィルタ次数を２とし、比ｍ（＝ａ１／ａ２）が２となるようにフレーム長ａ１を設定し、図３Ｂは、フィルタ次数を２とし、比ｍ（＝ａ１／ａ２）が４となるようにフレーム長ａ１を設定して、それぞれ、実測したアンモニアガスのロックイン検波波形に平滑化処理を行った実験結果を示す。 本実施形態に係るレーザ式ガス分析計を用いたフローチャート図である。 図５Ａは、フィルタ次数を２、比ｍ＝２で平滑化処理を行った、アンモニアガス１５ｐｐｍ計（光路長１ｍ）のベースライン波形、基準信号波形、及び測定信号波形（スパンガスの５０％波形）を示し、図５Ａは、フィルタ次数を２、比ｍ＝４で平滑化処理を行った、アンモニアガス１５ｐｐｍ計（光路長１ｍ）のベースライン波形、基準信号波形、及び測定信号波形（スパンガスの５０％波形）を示す。

以下、本発明の実施の形態に係るレーザ式ガス分析計について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができる。

＜レーザ式ガス分析計の全体構成図＞
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ式ガス分析計１の全体構成図である。図１に示すように、レーザ式ガス分析計１は、発光部１０及び受光部２０を備えている。

レーザ式ガス分析計１は、測定対象空間に存在する測定対象ガスを分析する。レーザ式ガス分析計１は、発光部１０から出射されたレーザ光３０が、ガス管を構成する壁５０ａ、５０ｂの内部（測定対象空間）を流通する測定対象ガスに照射される。測定対象ガスを透過したレーザ光３０が、受光部２０に入射し、検出された光量から特定のガス濃度を求めることができる。また、ガス濃度が０や所定値以下であるならば、ガスが無いことを検出できるものであり、したがって、ガスの有無も検出できる。

発光部１０及び受光部２０は、ガス管を構成する壁５０ａ、５０ｂに着脱可能に取り付けられる。壁５０ａ、５０ｂは、特定のガスが存在する配管等の壁であり、それぞれに穴が開けられている。フランジ５１ａ、５１ｂは、溶接等によりそれらの穴に固定されている。発光部１０及び受光部２０に設けられた光軸調整フランジ５２ａ、５２ｂは、これらフランジ５１ａ、５１ｂに対して機械的に着脱可能に取り付けられる。発光部１０と受光部２０は、壁５０ａ、５０ｂを挟んで、相対する位置に配置されるが、光軸調整フランジ５２ａ、５２ｂにより位置調整することができる。

光軸調整フランジ５２ａは、レーザ光３０の出射角を調整し、また、光軸調整フランジ５２ｂは、レーザ光３０の入射角を調整することができる。光軸調整フランジ５２ａ、５２ｂにより、発光部１０から出射されるレーザ光３０が受光部２０において最大の光量で受光される。

［発光部１０］
発光部１０について説明する。図１に示すように、発光部１０は、変調光生成部１１と、レーザ素子１２と、コリメートレンズ１３と、発光部窓板１４と、発光部容器１５と、光軸調整フランジ５２ａと、を備えて構成されている。図１に示すように、変調光生成部１１、レーザ素子１２及びコリメートレンズ１３は、発光部容器１５の内部に配置されている。発光部容器１５は、内蔵された各部品を外気から隔絶して風雨、塵埃、及び、汚れ等から保護する。

変調光生成部１１は、測定対象ガスの吸収線スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域で波長が繰り返し掃引され、かつ、変調されるように生成された駆動電流を生成する。そして、変調光生成部１１は、変調されたレーザ光を発光するための駆動電流をレーザ素子１２に供給する。これにより、ガス濃度分析には、測定対象ガスの吸光特性に応じて、波長変調された変調光を照射することができる。

レーザ素子１２は、測定対象ガスが吸収する特定の吸収線スペクトルの中心波長λ１、及びその周辺の波長で発光する。レーザ素子１２は、駆動電流と温度制御により、発光波長を可変制御する。

レーザ素子１２は、発光中心波長が測定対象ガスの吸収線スペクトルの中心波長λ１となるように温度制御される。また、レーザ素子１２から発光されるレーザ光３０は、変調光生成部１１から供給された駆動電流により、測定対象ガスの吸収線スペクトルの中心波長の周辺の波長を時間的に掃引するように制御され、さらに、波長変調分光法（ＷＭＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により高感度に測定できるように、適切な正弦波を重畳して変調されている。波長変調分光法は、２ｆ検出法とも呼ばれる。

使用するレーザ素子１２は、特に限定されないが、例えば、ＤＦＢレーザダイオード（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、或いは、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）、又は、ＤＢＲレーザダイオード（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）である。

コリメートレンズ１３は、測定対象ガスの吸収線スペクトルの中心波長λ１、及びその周辺の波長において透過率が高い材料で構成される。コリメートレンズ１３により、レーザ光３０は略平行光に変換され、拡散による損失を抑えながら受光部２０まで伝送することができる。

レーザ素子１２の発光点は、コリメートレンズ１３の焦点付近に配置されている。レーザ素子１２からの出射光は、拡散しつつコリメートレンズ１３に入射して、略平行光であるレーザ光３０に変換される。なお、本実施の形態では、平行光変換部としてコリメートレンズ１３を用いるものとして説明するが、コリメートレンズに限定する趣旨ではない。例えば、平行光変換部として、コリメートレンズ１３の代わりに放物面鏡を用いることもできる。

略平行光であるレーザ光３０は、発光部窓板１４を透過し、壁５０ａ、５０ｂの内部、すなわち測定対象ガスを含むガスが存在する空間に伝播する。発光部窓板１４は、発光部容器１５の一部に穴を開けてそれを塞ぐように備えられている。発光部窓板１４は、レーザ光３０の光路内にあり、レーザ光３０を透過させつつ、特定の測定対象ガスを含むガスが発光部１０の内部に進入しないようにする。これにより、発光部容器１５の内部に配置された各部品が直接ガスに触れないことになり、発光部容器１５内の各部品が保護される。

［受光部２０］
受光部２０について説明する。受光部２０は、受光信号処理部２１と、受光素子２２と、集光レンズ２３と、受光部窓板２４と、受光部容器２５と、を備えて構成されている。受光部容器２５は、内部に受光素子２２、光学部品、および、電気電子回路を内蔵し、それらを外気から隔絶して風雨、塵埃、および、汚れ等から保護する。

受光部２０は、受光部窓板２４を透過したレーザ光３０を受光し、測定対象ガスの吸光特性により吸収された光について分析する。受光部窓板２４は、受光部容器２５の一部に穴を開けてそれを塞ぐように備えられている。受光部窓板２４は、レーザ光３０の光路内にあり、レーザ光３０を透過させつつ、特定の測定対象ガスを含むガスが受光部２０の内部に進入しないようにする。これにより、受光部２０内に配置された各部品が直接ガスに触れないことになり、内部が保護される。レーザ光３０は、集光レンズ２３により集光されて、受光素子２２に入射する。なお、本実施の形態では、集光レンズ２３を用いているが、集光レンズ２３に代えて、放物面鏡や、ダブレットレンズ、或いは回折レンズなどを採用することもできる。

受光素子２２は、測定対象ガスを通過したレーザ光３０を受光する。測定対象ガスの吸収線スペクトルの中心波長λ、及びその周辺波長において、感度を有する受光素子を選択することができる。受光素子２２からの受光信号は、受光信号処理部２１に電気信号として送られる。

集光レンズ２３は、測定対象ガスの吸収線スペクトルの中心波長λ１、及びその周辺の波長において、透過率が高い材料で構成する。集光レンズ２３により、レーザ光３０は受光素子２２に集光されるため、高い信号強度を得ることができる。
受光信号処理部２１は、受光素子２２で受光した電気信号を処理して、ガス濃度を算出する。

＜本実施の形態に至る経緯＞
レーザ式ガス分析計１では、測定対象ガスの吸収線スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域で波長を線形に掃引し、変調周波数またはその逓倍の周波数（一般的には、第２高調波）でロックイン検出して、検出されたロックイン検波波形の振幅が、スパンガス波形の何倍かを算出することでガス濃度を計算する。

図２は、実ガス測定時にて得られたロックイン検波信号の波形図である。「実ガス」とは、測定対象ガスを含む実際のガスを指す。図２に示すように、ロックイン検波信号が波打つ場合がある。これは、レーザ式ガス分析計１では、光学素子の端面反射等により異なる光路長のレーザ光を受光することで、異なる光路長の波が重なり合い、強め合ったり弱めあったりすることで、光学干渉ノイズが重畳したためである。なお、光学干渉ノイズは、図２に示すロックイン検波信号の全体に重畳している。また図２に示す横軸は、時間を、縦軸は、ロックイン検波波形の信号レベルを示している。

図２に示すロックイン検波波形は、吸収線スペクトルの２階微分で近似される形状をしている。図２に示すように、測定対象ガスの吸収を示す信号に対し、光学干渉特有の波状の波形が重畳している。これにより、ガス濃度測定時に誤差が生じ、特に、測定対象ガスの吸収線の吸収強度が小さい場合や、低濃度ガスを測定する場合など、ロックイン検波波形の吸収振幅が小さくなると、相対的に、光学干渉ノイズの影響が大きくなり誤差が顕著になる。

そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ロックイン検波信号に重畳したノイズの影響を小さくし、これにより、測定誤差を低減できるレーザ式ガス分析計を提供するに至った。

＜検出信号波形に対する平滑化処理について＞
本実施の形態では、検出信号に重畳したノイズの影響を低減するために、ロックイン検波波形に対して平滑化処理を行う。平滑化処理には、Ｓａｖｉｔｚｋｙ－Ｇｏｌａｙ平滑化フィルタを適用することが好ましい。Ｓａｖｉｔｚｋｙ－Ｇｏｌａｙ法（加重移動平均法）は、スペクトル等のノイズを含むデータを平滑化するために使用されており、ピークが鈍りにくい、平滑化処理を高速に行うことができるなどの特徴がある。

本実施の形態では、平滑化フィルタのフレーム長（窓長）をａ１とし、光学干渉ノイズ（図２で示したロックイン検波信号の翼部に重畳した正弦波形状の波形）の１周期相当のデータ長をａ２としたときの比ｍ（＝ａ１／ａ２）を適切な範囲内に調整することで、光学干渉ノイズによる波形の揺らぎを小さくし平滑化することができる。本実施の形態では、フィルタ次数を２次とし、比ｍが、１．５以上３．０以下の範囲となるように、フレーム長ａ１を適切に設定することで、ノイズの影響を低減した波形を取得できる。

図３Ａは、フィルタ次数を２とし、比ｍ（＝ａ１／ａ２）が２となるようにフレーム長ａ１を設定し、図３Ｂは、フィルタ次数を２とし、比ｍ（＝ａ１／ａ２）が４となるようにフレーム長ａ１を設定して、それぞれ、実測したアンモニアガスのロックイン検波波形に平滑化処理を行った結果を示している。

図３Ａ及び図３Ｂに示す実線は、実測したアンモニアガスのロックイン検波波形であり、点線は、該ロックイン検波波形を平滑化処理した測定信号波形である。図３Ａに示すように、比ｍ＝２として平滑化した測定信号波形は、平滑化処理前のロックイン検波波形全体の形状にほぼ一致するとともに、光学干渉による波状の揺らぎ部分に対しては略中間を通り、光学干渉ノイズの影響を効果的に低減できていることがわかった。

これに対し、比ｍ＝４として平滑化した測定信号波形は、波状の揺らぎのない曲線に平滑化できるものの、平滑化処理前のロックイン検波波形のピークよりも鈍り（ピークの大きさが小さくなり）、該ロックイン検波波形の形状から乖離することがわかった。このため、比ｍ＝４となるように、フレーム長ａ１を調整すると、波状の揺らぎを抑制できるものの、元の波形形状から離れてしまい、かえってガス濃度検出精度が低下するので、適切な範囲内で平滑化フィルタのフレーム長ａ１を設定する必要がある。そこで、本実施の形態では、比ｍ＝１．５～３．０の範囲内となるように、平滑化フィルタのフレーム長ａ１を設定することが好ましいとした。

図４は、本実施形態に係るレーザ式ガス分析計１を用いたフローチャート図である。図４のステップＳＴ１では、ベースライン波形を取得する。すなわち、図１に示すレーザ式ガス分析計１を用いて、測定対象ガスを含まないゼロガスによる検出信号を取得する。「ゼロガス」とは、分析計の測定レンジにおいて、最小目盛値の校正に使用されるガスであり、測定対象ガス濃度は測定精度に実質的な影響を及ぼさない値であり、ゼロであることが好適である。受光信号処理部２１では、ゼロガス測定時の検出信号に対して、平滑化処理を行う。このとき、上記のように、光学干渉ノイズ波形の１周期相当のデータ長ａ２に対するフレーム長ａ１の比ｍ（＝ａ１／ａ２）が、１．５～３．０となるように、平滑化フィルタのフレーム長ａ１を調整する。光学干渉ノイズ波形の１周期相当のデータ長ａ２は、ゼロガス測定時、実ガス測定時、或いは、スパンガス測定時にて得られた、いずれかの波形から求めることができる。
以上により得られた波形に対して多項式近似することで、ベースライン波形を取得し記録する。

次に、図４のステップＳＴ２では、図１に示すレーザ式ガス分析計１を用いて、測定対象ガスのスパンガス測定時のロックイン検波波形を取得する。スパンガスは、分析計の測定レンジにおいて、最大目盛付近の目盛値の校正に使用される。そして、スパンガスのロックイン検波波形から、ステップＳＴ１で得たベースライン波形を差し引いた後（ベースライン補正）、ステップＳＴ１と同様の平滑化処理を施し、測定対象ガスの基準信号波形を取得し記録する。

続いて、図４のステップＳＴ３では、図１に示すレーザ式ガス分析計１を用いて、実際の測定対象としての測定対象ガスを含む実ガスを流通して取得したロックイン検波波形を、図４のステップＳＴ２と同様に平滑化処理し、測定信号波形を取得する。すなわち、実ガス測定時に得られたロックイン検波波形から、ステップＳＴ１で得たベースライン波形を差し引いた後（ベースライン補正）、平滑化処理を施し、測定信号波形を取得し記録する。

次に、図４のステップＳＴ４では、ステップＳＴ３で得られた測定信号波形は、ステップＳＴ１で得られたベースライン波形、及びステップＳＴ２で得られた基準信号波形とを重ね合わせた波形で構成されるため、各波形からフィッティング処理を行い、フィッティング処理後の測定信号波形と基準信号波形の振幅比から、ガス濃度を算出する。フィッティング処理では既存の方法を用いることができ、例えば、行列計算を用いた最小二乗法によるフィッティングを用いることができる。

上記のように、本実施の形態では、ベースライン波形を取得せず、すなわち、図４のステップＳＴ１を飛ばして、ステップＳＴ２、ＳＴ３に移行し、この際、ベースライン補正せずに、測定信号波形と基準信号波形の振幅比から、ガス濃度を算出することも可能であるが、ベースライン波形を取得して、基準信号波形及び測定信号波形のベースライン補正を行い、フィッティング処理することで、より効果的に、測定対象ガスのガス濃度を、高精度且つ高安定に測定することができる。

図５Ａは、フィルタ次数を２、比ｍ＝２で平滑化処理を行った、アンモニアガス１５ｐｐｍ計（光路長１ｍ）のベースライン波形、基準信号波形、及び測定信号波形を示し、図５Ａは、フィルタ次数を２、比ｍ＝４で平滑化処理を行った、アンモニアガス１５ｐｐｍ計（光路長１ｍ）のベースライン波形、基準信号波形、及び測定信号波形を示す。ここで、測定信号波形は、スパンガスの５０％ガスを用いて得た。図５Ａ及び図５Ｂに示す「ｓｐａｎ」は、基準信号波形を示し、「ｈａｌｆ」は、測定信号波形を示し、「ｚｅｒｏ」は、ベースライン波形を示す。

この実験例では、測定レンジに対して、２％ＦＳ光学干渉による波形の揺らぎを１％ＦＳ未満に抑制でき、ノイズの影響による測定誤差のふらつきを低減できることがわかった。なお、図５Ａは、比ｍ＝２の場合であり、ノイズ成分に伴う形状揺らぎを抑制できるとともに、波形形状が平滑化処理前後で略一致するため、図５Ｂの比ｍ＝４とした場合に比べて、ガス濃度検出精度を効果的に向上させることが可能である。

本発明のレーザ式ガス分析計は、ボイラ、ゴミ焼却等の燃焼排ガス測定用、燃焼制御用として最適である。その他、鉄鋼用ガス分析[高炉、転炉、熱処理炉、焼結（ペレット設備）、コークス炉]、青果貯蔵および熟成、生化学（微生物）［発酵］、大気汚染［焼却炉、排煙脱硫・脱硝］、自動車・船等の内燃機関の排ガス（除テスタ）、防災［爆発性ガス検知、有毒ガス検知、新建築材燃焼ガス分析］、植物育成用、化学用分析［石油精製プラント、石油化学プラント、ガス発生プラント］、環境用［着地濃度、トンネル内濃度、駐車場、ビル管理］、理化学各種実験用などの分析計としても有用である。

１ ：レーザ式ガス分析計
１０ ：発光部
１１ ：変調光生成部
１２ ：レーザ素子
１３ ：コリメートレンズ
１４ ：発光部窓板
１５ ：発光部容器
２０ ：受光部
２１ ：受光信号処理部
２２ ：受光素子
２３ ：集光レンズ
２４ ：受光部窓板
２５ ：受光部容器
３０ ：レーザ光
５０ａ、５０ｂ ：壁
５１ａ、５１ｂ ：フランジ
５２ａ、５２ｂ ：光軸調整フランジ

Claims (3)

1. 測定対象空間に存在する測定対象ガスのガス分析を行うレーザ式ガス分析計であって、
   前記測定対象ガスの吸収線スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域のレーザ光を出射するレーザ素子と、
   前記測定対象ガスの吸収線スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域で波長が掃引され、かつ変調されるように駆動電流を前記レーザ素子に供給する変調光生成部と、を有する発光部と、
   前記測定対象空間を通過した前記レーザ光を受光する受光素子と、
   前記受光素子から出力された検出信号に対し、変調周波数またはその逓倍の周波数でロックイン検出して得られたロックイン検波波形を検出し、前記測定対象ガスの吸収を示す前記ロックイン検波波形の吸収振幅に基づいて、前記測定対象ガスの分析を行う受光信号処理部と、を有する受光部と、を備え、
   前記受光信号処理部では、測定レンジの最大目盛付近の目盛値の校正に使用するスパンガスを使用して、前記測定対象ガスのスパンガス測定時に得られた前記ロックイン検波波形を平滑化処理した基準信号波形を取得し、
   前記受光信号処理部では、前記測定対象ガスを含む実ガス測定時に得られた前記ロックイン検波波形を平滑化処理した測定信号波形と、前記基準信号波形との振幅比より、ガス濃度を算出する、ことを特徴とするレーザ式ガス分析計。
2. 前記受光信号処理部では、前記スパンガスによる前記ロックイン検波波形を、前記測定対象ガスのゼロガス測定時に得られた検出信号を平滑化処理して取得したベースライン波形によりベースライン補正した後、平滑化処理して、前記基準信号波形を取得し、
   前記実ガスによる前記ロックイン検波波形を、前記ベースライン波形によりベースライン補正した後、平滑化処理して、前記測定信号波形を取得し、
   前記測定信号波形、前記基準信号波形及び前記ベースライン波形をフィッティング処理し、前記測定信号波形と前記基準信号波形との振幅比により、ガス濃度を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ式ガス分析計。
3. 平滑化フィルタのフレーム長をａ１、光学干渉ノイズの１周期相当のデータ長をａ２としたとき、比（ａ１／ａ２）が、１．５以上３．０以下となるように、前記フレーム長ａ１が設定される、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ式ガス分析計。

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