光学式ガス計測装置および光学式ガス計測方法
【課題】より高い精度でガスを分析することができること。
【解決手段】測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測装置である。光学式ガス計測装置は、測定対象の成分毎に使用するレーザ光を切り替え、計測セルを通過する測定レーザ光と計測セルを通過しない参照レーザ光に分割して使用することで差分信号を検出する。受光手段で受光した測定レーザ光の強度と参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段は、測定レーザ光の強度と参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備え、計測セルに入射させるレーザ光の波長に応じて、解析装置に差分信号を入力する差分検出器を切り替えることで、上記課題を解決する。
【解決手段】測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測装置である。光学式ガス計測装置は、測定対象の成分毎に使用するレーザ光を切り替え、計測セルを通過する測定レーザ光と計測セルを通過しない参照レーザ光に分割して使用することで差分信号を検出する。受光手段で受光した測定レーザ光の強度と参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段は、測定レーザ光の強度と参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備え、計測セルに入射させるレーザ光の波長に応じて、解析装置に差分信号を入力する差分検出器を切り替えることで、上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象のガスにレーザ光を照射してガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測装置および光学式ガス計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管路内を流れるガス（気体）に含まれる複数の成分を分析する方法として、管路内を流れるガスにレーザ光を照射して分析する方法がある。例えば、本件出願人が出願した特許文献１には、内燃機関から排出される排ガスの流通する排気経路中にレーザ光を照射し、排ガスを透過したレーザ光に基づいて、前記排ガスを分析する排ガス分析装置が記載されている。排ガス分析装置は、排ガスの成分に合わせた吸収波長を有する複数のレーザ光を発生させるレーザ光発生部と、該レーザ光発生部で発生させた複数のレーザ光をそれぞれ信号用レーザ光と参照用レーザ光に分波する分波部と、該分波部で分波された各信号用レーザ光を単一の信号用レーザ光に合波する信号用合波部と、分波部で分波された各参照用レーザ光を単一の参照用レーザ光に合波する参照用合波部と、排気経路に単一の信号用レーザ光を照射する照射部および排気経路を通過した単一の信号用レーザ光を受光する受光部を備えるセンサ部と、センサ部で検出したレーザ光の光強度と単一の参照用レーザ光の光強度の差分から各成分を算出するパーソナルコンピュータと、を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４９０３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の排ガス分析装置は、排ガス、つまり配管を流れる測定対象のガスの各成分に対応するレーザ光を用い、当該レーザ光を排気経路、つまり測定対象のガスが流通する管路に入射させる測定光と、管路を通過しない参照光とに分岐し、管路を通過した測定光と管路を通過しない参照光との差分を検出することで、測定対象の成分を分析することができる。また、特許文献１に記載の排ガス分析装置は、測定対象のガスの各成分に対応する複数のレーザ光を合波し１つの測定経路とすることで、装置構成を簡単にすることができ、装置を安価にすることができる。ここで、特許文献１に記載の排ガス分析装置は、測定対象のガスの各成分を計測することができるが、計測精度が低い成分が生じる場合がある。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載の排ガス分析装置は、計測対象の成分（化学種）の中で、他の成分に比べて、特に強い光吸収量を示す成分（例えば、排気ガスではＨ２Ｏ）があると、その光吸収量の計測値で差分検出器が飽和し、他の成分（化学種）の光吸収量の計測値が低く抑えられ、その成分の計測感度が低くなってしまう。つまり、排ガス分析装置は、強い光吸収量の成分を検出するための差分検出器を用いると、弱い光吸収量の検出感度が低くなってしまう。ここで、光吸収量は、濃度×成分の固有の吸収強度で決まる。このため、測定対象のガスに含まれる濃度が同じでも成分の固有の吸収強度が他の成分よりも大きいと光吸収量が他の成分より強くなり、成分の固有の吸収強度が同程度でも測定対象のガスに含まれる濃度が他の成分よりも高いと光吸収量が他の成分より強くなる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より高い精度で測定対象のガスに含まれる複数種類の物質を分析することができる光学式ガス分析装置及びガス分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測装置であって、測定対象ガスが流れる計測セルと、前記ガスの測定対象の複数の成分に対応する波長を含む複数のレーザ光を切り替えて出力でき、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐する発光部ユニット、前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させる測定光光学系および前記参照レーザ光を案内する参照光光学系を備える発光手段と、前記発光手段の動作を制御し、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させ、当該測定対象の成分の計測が終了した後、次に測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させる発光制御手段と、前記計測セルを通過した前記測定レーザ光を受光する第１受光装置および前記参照光光学系で案内された前記参照レーザ光を受光する第２受光装置を備える受光手段と、前記受光手段で受光した前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段と、前記信号処理手段で生成された信号に基づいて測定対象の成分を分析する解析装置と、を備え、前記信号処理手段は、前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備え、前記計測セルに入射させるレーザ光の波長に応じて、前記解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記発光部ユニットは、前記ガスの測定対象の成分に対応する波長を含むレーザ光を射出する発光部、前記発光部から射出されたレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐部する分波器および前記分波器で分波された測定レーザ光と前記参照レーザ光とをそれぞれ案内する発光部光学系を備え、それぞれ異なる成分に対応する波長を含むレーザ光を射出させる複数の発光部ユニットと、複数の前記発光部ユニットの前記測定レーザ光を合波する第１合波器と、複数の前記発光部ユニットの前記参照レーザ光を合波する第２合波器とを備え、前記測定光光学系は、前記第１合波器で合波された前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させ、前記参照光光学系は、前記第２合波器で合波された前記参照レーザ光を案内し、前記発光制御手段は、レーザ光を出力させる前記発光部ユニットを時間毎に切り替え、１つの前記発光部ユニットから出力されたレーザ光を前記計測セルに入射させ、前記信号処理手段は、前記計測セルに入射させるレーザ光を出力する前記発光部ユニットに応じて、前記解析装置に出力する差分信号を検出する前記差分検出器を切り替えることが好ましい。
【０００９】
また、前記信号処理手段は、前記第１受光装置から出力される受光信号を入力する前記差分検出器を切り替える第１信号切替装置と、前記第２受光装置から出力される受光信号を入力する前記差分検出器を切り替える第２信号切替装置と、を備え、前記第１信号切替装置と前記第２信号切替装置とが受光信号を入力する前記差分検出器を切り替えることで、前記解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えることが好ましい。
【００１０】
また、前記信号処理手段は、複数の前記差分検出器から出力される差分信号のうち、前記解析装置に入力する差分信号を切り替える信号切替装置を有することが好ましい。
【００１１】
また、前記解析装置は、それぞれのガス種類の前記差分信号の大きさに基づいて、それぞれのガス種類の分析時に使用する差分信号を出力する前記差分検出器を決定し、前記信号処理手段の動作を制御することが好ましい。
【００１２】
また、前記信号処理手段は、計測開始時の計測では、検出感度がより低い差分検出器から出力される差分信号を前記解析装置に出力することが好ましい。
【００１３】
また、前記信号処理手段は、前記差分検出器の感度と、当該差分検出器と感度が隣接している前記差分検出器の感度と、の差が５倍以上２０倍以下であることが好ましい。
【００１４】
また、前記信号処理手段は、前記差分検出器を２つ備えていることが好ましい。
【００１５】
また、前記発光制御手段は、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を、前記測定対象の成分に対応する波長を含む範囲で掃引させて前記発光部ユニットから出力させることが好ましい。
【００１６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測定対象ガスが流れる計測セルと、前記ガスの測定対象の複数の成分に対応する波長を含む複数のレーザ光を切り替えて出力でき、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐する発光部ユニット、前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させる測定光光学系および前記参照レーザ光を案内する参照光光学系を備える発光手段と、前記発光手段の動作を制御し、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させ、当該測定対象の成分の計測が終了した後、次に測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させる発光制御手段と、前記計測セルを通過した前記測定レーザ光を受光する第１受光装置および前記参照光光学系で案内された前記参照レーザ光を受光する第２受光装置を備える受光手段と、前記受光手段で受光した前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段と、前記信号処理手段で生成された信号に基づいて測定対象の成分を分析する解析装置と、を備え、前記信号処理手段は、測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備える光学式ガス計測装置で測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測方法であって、前記計測セルに入射させるレーザ光の波長を検出するステップと、前記検出したレーザ光の波長に基づいて解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えるステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる光学式ガス計測装置及び光学式ガス計測方法は、より高い精度でガスを分析することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の光学式ガス計測装置の一実施形態であるガス濃度計測装置の一例の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、第１ドライバから第１ＬＤに供給される電流信号の一例を示す説明図である。
【図３】図３は、計測セルに入射するレーザ光の強度と時間の関係の一例を示す説明図である。
【図４】図４は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。
【図５】図５は、第１差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、第２差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。
【図７】図７は、ガス濃度計測装置の他の例の概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。
【図９】図９は、第１差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、第２差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、ガス濃度計測装置の他の例の概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。
【図１３】図１３は、ガス濃度計測装置の差分検出器の決定処理の一例を示すフロー図である。
【図１４】図１４は、ガス濃度計測装置を備える試験装置の概略構成を示す模式図である。
【図１５】図１５は、図１４に示す試験装置の計測結果の一例を示すグラフである。
【図１６】図１６は、図１４に示す試験装置の計測結果の他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる光学式ガス計測装置およびガス計測方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記実施形態では、本発明を、管路を流れる排ガス（測定対象のガス）に含まれる複数の対象成分の濃度を計測するガス濃度計測装置として用いた場合について説明するが、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
また、ガス濃度計測装置として用いる場合は、管路を流れる種々のガスについて複数の成分（ガス種、化学種）の濃度を計測することができる。例えば、ガス濃度計測装置をディーゼルエンジンに取付、ディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれる複数の成分の濃度を計測してもよい。なお、排ガスを排出する機関、つまり測定対象のガスを排出（供給）する装置は、これに限定されず、ガソリンエンジンや、ガスタービン等種々の内燃機関を用いることができる。また、内燃機関を有する装置としては、車両、船舶、発電機等種々の装置が例示される。さらに、ゴミ焼却炉から排出される排ガスに含まれる複数の測定対象の成分の濃度を計測することもできる。測定対象となる成分（物質、ガス種、化学種）としては、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、水（Ｈ２Ｏ）が例示される。また、窒素酸化物、硫化酸化物、アンモニア等を測定対象となる成分（物質）とすることもできる。
【００２１】
（実施形態１）
図１は、本発明の光学式ガス計測装置の一実施形態であるガス濃度計測装置の概略構成を示す模式図である。図１に示すガス濃度計測装置１０は、計測セル（ガス計測セル）１２と、発光手段１４と、発光制御手段１５と、受光手段１６と、信号処理手段１８と、解析装置２０と、を有する。
【００２２】
計測セル１２は、排ガスが流れる管路である。計測セル１２は、配管からサンプリングされた排ガスが流入し、計測が終了した排ガスが外部に排出される。計測セル１２は、基本的に排ガスの流入管および排ガスの流出管と連結された主管と、レーザ光を主管内に入射させる入射管と、主管を通過したレーザ光を出射させる出射管とを有する。なお、入射管及び出射管には、レーザ光が通過可能な窓が設けられている。主管は、円筒状の管状部材であり、一方の端部近傍に流入管が連結され、他方の端部近傍に流出管が連結されている。つまり、主管は、排ガスが流れる流路の一部となる位置に配置されている。これにより、排ガスは、流入管、主管、流出管の順に流れる。また、流入管を流れる排ガスは、基本的に全て主管に流れ、その後、流出管に流れる。
【００２３】
計測セル１２は、入射管からレーザ光が入射され、出射管から出射される。なお、レーザ光の主管内の通過経路は、種々の設定とすることができる。例えば、主管の軸方向に直交する方向にレーザ光が通過するようにすることができる。また、主管の軸方向に対して所定角度傾斜させてレーザ光を通過させるようにしてもよい。また、反射部材を設け、主管内でレーザ光を反射させ、主管内を往復させて通過させるようにしてもよい。
【００２４】
なお、計測セル１２は、排ガスが流れる第１配管と第２配管との間に設けてもよい。つまり、計測対象のガスが流れる管路中に計測セルを設けてもよい。この場合、排ガスは、第１配管の上流側から供給され、第１配管、計測セル１２、第２配管を通過し、第２配管よりも下流に排出される。なお、第１配管の上流側には、排ガスの発生装置（供給装置）が配置されている。
【００２５】
発光手段１４は、第１ＬＤ３４ａと、第２ＬＤ３４ｂと、第３ＬＤ３４ｃと、第４ＬＤ３４ｄと、分波器３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと、合波器４２ａ、４２ｂと、集光光学系４３と、を有する。また、発光手段１４は、レーザ光を案内する光ファイバ３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４４で、各部が繋がっている。
【００２６】
第１ＬＤ３４ａ、第２ＬＤ３４ｂと、第３ＬＤ３４ｃと、第４ＬＤ３４ｄと、は、それぞれ異なる測定対象の成分を測定する波長域のレーザ光を出力する発光素子である。例えば、第１ＬＤ３４ａは、水を測定することができる波長域のレーザ光Ｌ１を出力する発光素子であり、第２ＬＤ３４ｂは、一酸化炭素を測定することができる波長域のレーザ光Ｌ２を出力する発光素子であり、第３ＬＤ３４ｃは、二酸化炭素を測定することができる波長域のレーザ光Ｌ３を出力する発光素子であり、第４ＬＤ３４ｄは、メタンを測定することができる波長域のレーザ光Ｌ４を出力する発光素子である。なお、測定対象の成分を測定できる波長域のレーザ光とは、測定対象の成分に対応する波長を含むレーザ光である。例えば、測定対象の成分を測定できる波長域のレーザ光は、測定対象物質により吸収または散乱される波長を含むレーザ光である。
【００２７】
ここで、発光手段１４は、第１ＬＤ３４ａ、光ファイバ３６ａ、４０ａ、４１ａ、分波器３８ａが一つの発光部ユニットとなり、第２ＬＤ３４ｂ、光ファイバ３６ｂ、４０ｂ、４１ｂ、分波器３８ｂが一つの発光部ユニットとなり、第３ＬＤ３４ｃ、光ファイバ３６ｃ、４０ｃ、４１ｃ、分波器３８ｃが一つの発光部ユニットとなり、第４ＬＤ３４ｄ、光ファイバ３６ｄ、４０ｄ、４１ｄ、分波器３８ｄが一つの発光部ユニットとなる。発光部ユニットは、第１ＬＤ３４ａ、第２ＬＤ３４ｂと、第３ＬＤ３４ｃと、第４ＬＤ３４ｄと、で出力されるレーザ光の波長が異なるのみで、基本的に同じ構成である。以下、代表して第１ＬＤ３４ａ、光ファイバ３６ａ、４０ａ、４１ａ、分波器３８ａを有する発光部ユニットについて説明する。
【００２８】
まず、第１ＬＤ３４ａは、上述したようにレーザ光Ｌ１を出力する発光素子である。次に、光ファイバ３６ａ、４０ａ、４１ａは、レーザ光を案内する部材（導光部材）である。光ファイバ３６ａは、第１ＬＤ３４ａと分波器３８ａとを連結しており、第１ＬＤ３４ａから出力されたレーザ光を分波器３８ａに入射させる。光ファイバ４０ａは、分波器３８ａと合波器４２ａとを連結しており、分波器３８ａから出力されたレーザ光を合波器４２ａに入射させる。光ファイバ４１ａは、分波器３８ａと合波器４２ｂとを連結しており、分波器３８ａから出力されたレーザ光を合波器４２ｂに入射させる。
【００２９】
分波器３８ａは、第１ＬＤ３４ａから射出されたレーザ光を２つのレーザ光に分光する。具体的には、分波器３８ａは、第１ＬＤ３４ａから射出されたレーザ光Ｌ１を２つのレーザ光Ｌ１に分光する。
【００３０】
第１ＬＤ３４ａ、光ファイバ３６ａ、４０ａ、４１ａ、分波器３８ａを有する発光部ユニットは、以上のような構成であり、第１ＬＤ３４ａから射出されたレーザ光Ｌ１が光ファイバ３６ａを通過して分波器３８ａに入射される。第１ＬＤ３４ａから射出されたレーザ光Ｌ１は、分波器３８ａで２つに分割され、一方のレーザ光Ｌ１が合波器４２ａに入射され、他方のレーザ光Ｌ１が合波器４２ｂに入射される。
【００３１】
同様に、第２ＬＤ３４ｂ、光ファイバ３６ｂ、４０ｂ、４１ｂ、分波器３８ｂを有する発光部ユニットは、第２ＬＤ３４ｂから射出されたレーザ光Ｌ２が光ファイバ３６ｂを通過して分波器３８ｂに入射される。第２ＬＤ３４ｂから射出されたレーザ光Ｌ２は、分波器３６ｂで２つに分割され、一方のレーザ光Ｌ２が合波器４２ａに入射され、他方のレーザ光Ｌ２が合波器４２ｂに入射される。
【００３２】
第３ＬＤ３４ｃ、光ファイバ３６ｃ、４０ｃ、４１ｃ、分波器３８ｃを有する発光部ユニットは、第３ＬＤ３４ｃから射出されたレーザ光Ｌ３が光ファイバ３６ｃを通過して分波器３８ｃに入射される。第３ＬＤ３４ｃから射出されたレーザ光Ｌ３は、分波器３８ｃで２つに分割され、一方のレーザ光Ｌ３が合波器４２ａに入射され、他方のレーザ光Ｌ３が合波器４２ｂに入射される。
【００３３】
第４ＬＤ３４ｄ、光ファイバ３６ｄ、４０ｄ、４１ｄ、分波器３８ｄを有する発光部ユニットは、第４ＬＤ３４ｄから射出されたレーザ光Ｌ４が光ファイバ３６ｄを通過して分波器３８ｄに入射される。第４ＬＤ３４ｄから射出されたレーザ光Ｌ４は、分波器３８ｄで２つに分割され、一方のレーザ光Ｌ４が合波器４２ａに入射され、他方のレーザ光Ｌ４が合波器４２ｂに入射される。
【００３４】
なお、発光部ユニットは、分波器３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄの下流側に一定範囲で減衰量を変更することができる調整機構（ＶＯＡ）を設けてもよい。
【００３５】
合波器４２ａ、４２ｂは、複数のレーザ光を合波する。合波器４２ａは、光ファイバ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとそれぞれ連結されており、光ファイバ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを通過した一方のレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４とを合波する。合波器４２ｂは、光ファイバ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄとそれぞれ連結されており、光ファイバ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを通過した他方のレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４とを合波する。合波器４２ａで合波されたレーザ光は、測定レーザ光となる。合波器４２ｂで合波されたレーザ光は、参照レーザ光となる。
【００３６】
集光光学系４３は、合波器４２ａから出力された測定レーザ光を計測セル１２の入射部に案内する光学系である。集光光学系４３は、レンズ等を有し、合波器４２ａから出力された測定レーザ光を集光して計測セル１２に入射させる。光ファイバ４４は、合波器４２ｂから出力された参照レーザ光を案内する光学部材である。
【００３７】
発光制御手段１５は、第１ドライバ４７ａと、第２ドライバ４７ｂと、第３ドライバ４７ｃと、第４ドライバ４７ｄと、ＬＤ制御器４８と、を有する。第１ドライバ４７ａと、第２ドライバ４７ｂと、第３ドライバ４７ｃと、第４ドライバ４７ｄと、は、電流信号を出力する駆動部である。第１ドライバ４７ａは、第１ＬＤ３４ａに電流信号を出力する。第２ドライバ４７ｂは、第２ＬＤ３４ｂに電流信号を出力する。第３ドライバ４７ｃは、第３ＬＤ３４ｃに電流信号を出力する。第４ドライバ４７ｄは、第４ＬＤ３４ｄに電流信号を出力する。
【００３８】
ＬＤ制御器４８は、第１ドライバ４７ａと、第２ドライバ４７ｂと、第３ドライバ４７ｃと、第４ドライバ４７ｄとのそれぞれに制御信号を送り、第１ドライバ４７ａと、第２ドライバ４７ｂと、第３ドライバ４７ｃと、第４ドライバ４７ｄとの動作を制御する。
【００３９】
ここで、図２は、第１ドライバから第１ＬＤに供給される電流信号の一例を示す説明図である。ＬＤ制御器４８は、電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号を第１ドライバ４７ａに送る。第１ドライバ４７ａは、ＬＤ制御器４８から、制御信号を受信したら、図２に示すように、時間ｔｓから時間ｔｅの間で電流値が徐々に線形で増加する電流信号を第１ＬＤ３４ａに送る。
【００４０】
また、ＬＤ制御器４８は、第１ドライバ４７ａに電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号を送ったら、第２ドライバ４７ｂに同様の制御信号を送る。ＬＤ制御器４８は、第２ドライバ４７ｂに電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号を送ったら、第３ドライバ４７ｃに同様の制御信号を送る。ＬＤ制御器４８は、第３ドライバ４７ｃに電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号を送ったら、第４ドライバ４７ｄに同様の制御信号を送る。ＬＤ制御器４８は、第４ドライバ４７ｄに電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号を送ったら、第１ドライバ４７ａに同様の制御信号を送る。また、ＬＤ制御器４８は、第１ドライバ４７ａと、第２ドライバ４７ｂと、第３ドライバ４７ｃと、第４ドライバ４７ｄに送るＬＤ制御信号（各発光部ユニットの駆動状態を示す信号）を信号処理手段１８、解析装置２０にも送る。
【００４１】
発光制御手段１５は、以上のように、ＬＤ制御器４８で、第１ドライバ４７ａ、第２ドライバ４７ｂ、第３ドライバ４７ｃおよび第４ドライバ４７ｄに対して１つずつ順番に電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号を送ることで、第１ＬＤ３４ａと、第２ＬＤ３４ｂと、第３ＬＤ３４ｃと、第４ＬＤ３４ｄとの１つずつから順番にレーザ光を出力させることができる。また、制御信号を図２に示すように、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号とすることで、第１ＬＤ３４ａと、第２ＬＤ３４ｂと、第３ＬＤ３４ｃと、第４ＬＤ３４ｄとのそれぞれから出力されるレーザ光は時間により出力される波長が変化する。つまり、第１ＬＤ３４ａと、第２ＬＤ３４ｂと、第３ＬＤ３４ｃと、第４ＬＤ３４ｄとのそれぞれから出力されるレーザ光は、波長が掃引されたレーザ光となる。
【００４２】
ここで、図３は、計測セルに入射するレーザ光の強度と時間の関係の一例を示す説明図である。発光手段１４および発光制御手段１５は、このように複数の発光部ユニットから順番に掃引されたレーザ光を出力させることで、合波部４２ａから出力される測定レーザ光、合波部４２ｂから出力される参照レーザ光は、図３に示すようにレーザ光の出力が徐々に増加し、一定時間経過後に出力が最大値から０に変化する波形が複数回繰り返される。ここで、時間ｔ１ｓから時間ｔ１ｅの間の出力波形７２は、レーザ光Ｌ１の出力波形であり、時間ｔ２ｓから時間ｔ２ｅの間の出力波形７４は、レーザ光Ｌ２の出力波形であり時間ｔ３ｓから時間ｔ３ｅの間の出力波形７６は、レーザ光Ｌ３の出力波形であり、時間ｔ４ｓから時間ｔ４ｅの間の出力波形７８は、レーザ光Ｌ４の出力波形である。なお、図３では、波形７２、７４、７６、７８とも同じになるが、出力されるレーザ光の波長、掃引される波長範囲は、波形７２、７４、７６、７８とも異なる波長、波長範囲となる。つまり、発光手段１４および発光制御手段１５は、発光部ユニットの１つ１つから順番にレーザ光を出力され、１つの発光部ユニットから出力されたレーザ光を計測セル１２に順番に入射させる。
【００４３】
図１に戻り、ガス濃度計測装置１０についての説明を続ける。受光手段１６は、２つの受光装置５０ａ、５０ｂを有する。受光装置５０ａは、合波部４２ａで合波され、集光光学系４３を通過して発光手段１４から出力された後、計測セル１２を通過した測定レーザ光を受光する。また、受光装置５０ｂは、発光手段１４の合波部４２ｂから出力された後、光ファイバ４４を通過し、計測セル１２を通過していない参照レーザ光を受光する。受光装置５０ａ、５０ｂは、例えば、フォトダイオード（ＰＤ、Photodiode）等の光検出器であり、受光したレーザ光の強度を検出する。受光手段１６は、受光したレーザ光の強度を受光信号として、信号処理手段１８に送る。
【００４４】
信号処理手段１８は、受光手段１６の受光装置５０ａ、受光装置５０ｂから出力される受光信号を処理する手段であり、第１信号切替装置６０ａ、第２信号切替装置６０ｂ、第１差分検出器６２ａ、第２差分検出器６２ｂを有する。
【００４５】
第１信号切替装置６０ａは、受光装置５０ａ、第１差分検出器６２ａ、第２差分検出器６２ｂと連結されており、受光装置５０ａから出力された受光信号（測定レーザ光の受光信号）を第１差分検出器６２ａに入力するか、第２差分検出器６２ｂに入力するか切り替える。具体的には、第１信号切替装置６０ａは、ＬＤ制御器４８から出力される制御信号に基づいて、受光信号の出力先を第１差分検出器６２ａと第２差分検出器６２ｂとの間で切り替える。
【００４６】
第２信号切替装置６０ｂは、受光装置５０ｂ、第１差分検出器６２ａ、第２差分検出器６２ｂと連結されており、受光装置５０ｂから出力された受光信号（参照レーザ光の受光信号）を第１差分検出器６２ａに入力するか、第２差分検出器６２ｂに入力するか切り替える。具体的には、第２信号切替装置６０ｂは、ＬＤ制御器４８から出力される制御信号に基づいて、受光信号の出力先を第１差分検出器６２ａと第２差分検出器６２ｂとの間で切り替える。
【００４７】
第１差分検出器６２ａは、第１信号切替装置６０ａから送られる受光信号と、第２信号切替装置６０ｂから送られる受光信号とを検出し、検出した差分を差分信号として、解析装置２０に送る。第２差分検出器６２ｂは、第１差分検出器６２ａと同様に、第１信号切替装置６０ａから送られる受光信号と、第２信号切替装置６０ｂから送られる受光信号とを検出し、検出した差分を差分信号として、解析装置２０に送る。ここで、第１差分検出器６２ａと、第２差分検出器６２ｂと、は、差分信号のゲイン、つまり検出可能な差分信号の強度の差、分解能が異なる以外は基本的に同様の構成である。本実施形態では、第１差分検出器６２ａが、第２差分検出器６２ｂよりも検出可能な差分信号の強度の差が大きい、つまりより大きな差分信号を検出することができる。第１差分検出器６２ａは、第２差分検出器６２ｂよりも検出可能な差分信号の強度の差が大きい分、第２差分検出器６２ｂよりも分解能が低い。なお、信号処理手段１８の動作については後述する。
【００４８】
解析装置２０は、第１差分検出器６２ａ、第２差分検出器６２ｂから送られる信号と、発光手段１４を駆動させている条件等に基づいて、解析を行い、複数の測定対象の成分の濃度を算出する。つまり、解析装置２０は、差分信号を出力した差分検出器、レーザ光の出力強度、差分信号の大きさと濃度との関係等に基づいて、差分信号を解析し、排ガスに含まれる測定対象の成分の濃度を算出する。このように、解析装置２０は、差分信号を解析することで、計測セル１２中の排ガスの測定対象の成分によるレーザ光の吸収量を算出し、その吸収量に基づいて、排ガスに含まれる測定対象の成分の濃度を算出する。
【００４９】
ガス濃度計測装置１０は、以上のような構成であり、発光制御手段１５により発光手段１４を制御し、各ＬＤから順次レーザ光を出力させる。また、発光手段１４は、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分離する。その後、測定レーザ光を計測セル１２の所定経路を通過させた後、受光手段１６に到達させる。なお、計測セル１２内の排ガス中に測定対象の成分が含まれていると、計測セル１２を通過する測定レーザ光の一部が測定対象の成分により吸収、散乱される。そのため、測定レーザ光は、排ガス中の測定対象の成分の濃度によって、受光手段１６に到達するレーザ光の出力が変化する。また、参照レーザ光は、計測セル１２を通過させずに受光手段１６に到達させる。受光手段１６は、受光した測定レーザ光と参照レーザ光をそれぞれ受光信号に変換し、信号処理手段１８に出力する。信号処理手段１８は、受光手段１６から送られる受光信号を加工して差分信号として、解析装置２０に出力する。解析装置２０は、差分信号と各種条件に基づいて、差分信号の大きさ（測定レーザ光の減少割合）から計測セル１２内を流れる排ガスの測定対象物の濃度を算出する。また、ガス濃度計測装置１０は、計測セル１２に入射されるレーザ光を切り替えることで、複数の測定対象の成分の濃度を順次、算出及び／または計測することができる。
【００５０】
次に、ガス濃度計測装置１０の動作をより詳細に説明する。ここで、図４は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。図５は、第１差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。図６は、第２差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。図４に示す処理は、信号処理手段１８で実行する処理である。なお、図４に示す処理は、信号処理手段１８の第１信号切替装置６０ａと、第２信号切替装置６０ｂがＬＤ制御信号に基づいてそれぞれ実行する。まず、信号処理手段１８は、ステップＳ１２として、ＬＤ制御信号を受信する。信号制御手段１８は、ステップＳ１２でＬＤ制御信号を受信したら、ステップＳ１４として、第１差分検出器で処理するかを判定する。つまり、ＬＤ制御信号に基づいて、レーザ光を出力しているＬＤ、つまり測定対象の成分を特定し、当該成分の測定時に使用する差分検出器が第１差分検出器であるかを判定する。なお、ＬＤ制御信号と使用する差分検出器との関係は予め設定しておけばよい。
【００５１】
信号処理手段１８は、ステップＳ１４で第１差分検出器で処理する（Ｙｅｓ）と判定した場合、ステップＳ１６として、受光信号を第１差分検出器に送信し、ステップＳ２０に進む。信号処理種手段１８は、ステップＳ１４で第１差分検出器で処理しない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ１８として、受光信号を第２差分検出器に送信し、ステップＳ２０に進む。信号処理手段１８は、ステップＳ２０として、処理終了かを判定する。信号処理手段１８は、ステップＳ２０で処理終了ではない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ１２に進み本処理を繰り返す。信号処理手段１８は、ステップＳ２０で処理終了である（Ｙｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。
【００５２】
ガス濃度計測装置１０は、図４に示すように、ＬＤ制御信号に基づいて、受光信号を第１差分検出器６２ａで処理するか第２差分検出器６２ｂで処理するかを切り替えることで、レーザ光を出力する発光部ユニット、測定対象の成分に対応した、適切な差分検出器で差分信号を検出することができる。具体的には、ガス濃度計測装置１０は、図５および図６に示すように、時間ｔ１ｓから時間ｔ１ｅの間、つまり第１ＬＤ３４ａからレーザ光が出力されている間に検出される受光信号は、第１差分検出器６２ａに入力させることで、第１差分検出器６２ａで差分信号８２を検出することができる。ガス濃度計測装置１０は、時間ｔ２ｓから時間ｔ４ｅの間、つまり第２ＬＤ３４ｂ、第３ＬＤ３４ｃ、第４ＬＤ３４ｄからレーザ光が出力されている間に検出される受光信号は、第２差分検出器６２ｂに入力させることで、第２差分検出器６２ｂで差分信号８４、８６、８８を検出することができる。
【００５３】
ガス濃度計測装置１０は、以上のように、ゲインが異なる複数の差分検出器を設け、測定する成分（ガス種、化学種）毎、つまり計測セルに入射されるレーザ光の波長（波長帯）毎に、使用する差分検出器を切り替えることで、それぞれのガス種をより高精度に検出することができる。つまり、ガス濃度計測装置１０は、差分信号の強度が異なる複数種類の成分を計測する場合でも、一部の成分の差分信号が小さくて適切な分解能で濃度を計測できない、また、差分信号が大きくて値がオーバーフローして正確な値が分からない等の事態が発生することを抑制することができる。また、ガス濃度計測装置１０は、差分検出器のゲイン、感度を変更する必要もないため、安価な差分検出器を用いることができる。
【００５４】
ガス濃度計測装置１０は、第１信号切替装置６０ａと第２信号切替装置６０ｂを設け、受光信号を第１差分検出器６２ａと第２差分検出器６２ｂのいずれに入力するかを切り替えることで、第１差分検出器６２ａと第２差分検出器６２ｂ、基本的に第２差分検出器６２ｂに処理可能な出力よりも大きい差分信号が入力することを抑制することができる。これにより、装置の寿命を長くすることができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、差分検出器を２つ用いたが、差分検出器の数はこれに限定されない。ガス濃度計測装置１０は、本実施形態のように差分検出器を２つとすることで、構成を簡単にすることができる。ここで、ガス濃度計測装置１０は、差分検出器の感度（ゲイン）と、当該差分検出器と感度が隣接している差分検出器の感度と、の差が５倍以上２０倍以下であることが好ましく、感度の差を１０倍とすることがより好ましい。これにより、より少ない差分検出器の数で、より広範囲の出力の差分信号を好適に検出することができ、濃度をより高い精度で検出することができる。例えば、排ガスに含まれる複数成分を計測する場合、Ｈ２Ｏ計測に用いている波長と、ＣＯ計測波長で比較すると、温度６００℃の条件でのＨ２Ｏ（約１２％）による光吸収量を１とすると、通常のガソリンエンジン出口でのＣＯ最大発生量（約６％）による光吸収量は０．１８となる。このため、他成分計測（例えばＣＯ）用の差分検出器のゲイン（感度）を、Ｈ２Ｏ計測に用いる差分検出器のゲインの約５倍以上とすることで、Ｈ２Ｏと、ＣＯを含む他の成分と、の両方を高い精度で検出することができる。また、定常運転時のＣＯ濃度は、低く(約０．２％以下）。このため、Ｈ２Ｏ（約１２％）による光吸収量を１とすると、定常運転時のＣＯの光吸収量は、０．００６となる。この場合、ガス濃度計測装置の差分検出器のゲインの観点から見ると、この時の計測値はＣＯ計測範囲の１／１０程度で良い。このため、２つの差分検出器のゲインの差を２０倍以下とすることで精度を高く維持することができる。
【００５６】
なお、ガス濃度計測装置１０は、レーザ光の波長を掃引することで、測定対象の成分の検出結果のピーク値を高い精度で検出することができる。また、ガス濃度計測装置１０は、測定対象ガスの計測セル１２の移動に対して短い時間で１つのガス種の計測を行うことができる。これにより、ガス濃度計測装置１０は、複数の成分を順次計測しても、基本的に同一の対象に対する計測を実行できる。
【００５７】
（実施形態２）
上記実施形態では、受光信号を入力させる差分検出器を切り替えることで、解析する差分信号を検出する差分検出器を切り換えたが本発明はこれに限定されない。以下、図７から図１０を用いて、他の実施形態について説明する。ここで、図７は、ガス濃度計測装置の他の例の概略構成を示す模式図である。なお、図７に示すガス濃度計測装置１００は、信号処理手段１１８を除いて他の構成は、ガス濃度計測装置１０と同様の構成である。そこで、ガス濃度計測装置１００の構成で、ガス濃度計測装置１０と同様の構成の部分は、同一の符号を付してその説明は省略し、以下、ガス濃度計測装置１００に特有の点を説明する。
【００５８】
図７に示すガス濃度計測装置１００は、計測セル１２と、発光手段１４と、発光制御手段１５と、受光手段１６と、信号処理手段１１８と、解析装置２０と、を有する。なお計測セル１２と、発光手段１４と、発光制御手段１５と、受光手段１６と、解析装置２０と、は、図１に示すガス濃度計測装置１０の各部と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００５９】
信号処理手段１１８は、受光手段１６の受光装置５０ａ、受光装置５０ｂから出力される受光信号を処理する手段であり、第１差分検出器６２ａ、第２差分検出器６２ｂ、信号切替装置１６４を有する。
【００６０】
第１差分検出器６２ａは、受光装置５０ａから送られる受光信号と、受光装置５０ｂから送られる受光信号とを検出し、検出した差分を差分信号として、信号切替装置１６４に送る。第２差分検出器６２ｂは、受光装置５０ａから送られる受光信号と、受光装置５０ｂから送られる受光信号とを検出し、検出した差分を差分信号として、信号切替装置１６４に送る。ここで、第１差分検出器６２ａおよび第２差分検出器６２ｂは、ガス濃度計測装置１０の第１差分検出器６２ａおよび第２差分検出器６２ｂと同様の構成である。
【００６１】
信号切替装置１６４は、第１差分検出器６２ａ、第２差分検出器６２ｂ、解析装置２０と連結されており、第１差分検出器６２ａから出力された差分信号を解析装置２０に入力するか、第２差分検出器６２ｂから出力された差分信号を解析装置２０に入力するかを切り替える。具体的には、信号切替装置１６４は、ＬＤ制御器４８から出力されるＬＤ制御信号に基づいて、第１差分検出器６２ａの差分信号と第２差分検出器６２ｂの差分信号のいずれを解析装置２０に入力するかを切り替える。
【００６２】
次に、ガス濃度計測装置１００の動作を説明する。ここで、図８は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。図９は、第１差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。図１０は、第２差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。図８に示す処理は、信号処理手段１１８の信号切替装置１６４で実行する処理である。まず、信号処理手段１１８は、ステップＳ３２として、ＬＤ制御信号を受信する。信号制御手段１１８は、ステップＳ３２でＬＤ制御信号を受信したら、ステップＳ３４として、第１差分検出器で処理するかを判定する。つまり、ＬＤ制御信号に基づいて、レーザ光を出力しているＬＤ、つまり測定対象の成分を特定し、当該成分の測定時に使用する差分検出器が第１差分検出器であるかを判定する。なお、ＬＤ制御信号と使用する差分検出器との関係は予め設定しておけばよい。
【００６３】
信号処理手段１１８は、ステップＳ３４で第１差分検出器で処理する（Ｙｅｓ）と判定した場合、ステップＳ３６として、第１差分検出器の検出結果を解析装置に送信し、ステップＳ４０に進む。つまり、信号処理手段１１８の信号切替装置１６４は、第１差分検出器６２ａから出力された差分信号を解析装置２０に送る。信号処理手段１１８は、ステップＳ３４で第１差分検出器で処理しない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ３８として、第２差分検出器の検出結果を解析装置に送信し、ステップＳ４０に進む。つまり、信号処理手段１１８の信号切替装置１６４は、第２差分検出器６２ｂから出力された差分信号を解析装置２０に送る。信号処理手段１１８は、ステップＳ４０として、処理終了かを判定する。信号処理手段１１８は、ステップＳ４０で処理終了ではない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ３２に進み本処理を繰り返す。信号処理手段１１８は、ステップＳ４０で処理終了である（Ｙｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。
【００６４】
ガス濃度計測装置１００は、図８に示すように、ＬＤ制御信号に基づいて、第１差分検出器６２ａで処理した差分信号を解析装置２０に送るか、第２差分検出器６２ｂで処理した差分信号を解析装置２０に送るかを切り替えることでも、レーザ光を出力する発光部ユニット、測定対象の成分に対応した、適切な差分検出器で差分信号を検出することができる。
【００６５】
具体的には、ガス濃度計測装置１００は、図９および図１０に示すように時間ｔ１ｓから時間ｔ４ｅの間、第１差分検出器６２ａと第２差分検出器６２ｂの両方で差分信号が検出される。ガス濃度計測装置１００は、第１差分検出器６２ａと第２差分検出器６２ｂの両方で差分信号を検出しつつ、信号切替装置１６４でＬＤ制御信号に基づいて解析装置２０に入力させる差分信号を切り替える。具体的には、信号切替装置１６４は、時間ｔ１ｓから時間ｔ１ｅの間、つまり第１ＬＤ３４ａからレーザ光が出力されている間、図９に示すように、第１差分検出器６２ａから出力した差分信号を解析装置２０に入力させる。これにより、ガス濃度計測装置１００は、点線１７０で囲われている差分信号が解析装置２０に入力される。信号切替装置１６４は、時間ｔ２ｓから時間ｔ４ｅの間、つまり第２ＬＤ３４ｂ、第３ＬＤ３４ｃ、第４ＬＤ３４ｄからレーザ光が出力されている間、図１０に示すように、第２差分検出器６２ｂから出力した差分信号を解析装置２０に入力させる。これにより、ガス濃度計測装置１００は、点線１７２で囲われている差分信号が解析装置２０に入力される。
【００６６】
ガス濃度計測装置１００は、受光手段１６から出力される受光信号をそのまま差分検出器に入力させることができるため、つまり信号の分岐や信号切替装置を通過しない構成にできるため、差分検出器に入力される信号をよりノイズの少ない信号とすることができる。これにより、差分信号のノイズをより少なくすることができる。
【００６７】
（実施形態３）
以下、図１１から図１３を用いて、他の実施形態について説明する。ここで、図１１は、ガス濃度計測装置の他の例の概略構成を示す模式図である。なお、図１１に示すガス濃度計測装置２００は、基本的に解析装置２２０を除いて他の構成は、ガス濃度計測装置１０と同様の構成である。そこで、ガス濃度計測装置２００の構成で、ガス濃度計測装置１０と同様の構成の部分は、同一の符号を付してその説明は省略し、以下、ガス濃度計測装置２００に特有の点を説明する。
【００６８】
図１１に示すガス濃度計測装置２００は、計測セル１２と、発光手段１４と、発光制御手段１５と、受光手段１６と、信号処理手段１８と、解析装置２２０と、を有する。なお計測セル１２と、発光手段１４と、発光制御手段１５と、受光手段１６と、信号処理手段１８と、は、図１に示すガス濃度計測装置１０の各部と同様の構成であるので、説明を省略する。ここで、ガス濃度計測装置２００の信号処理手段１８の第１信号切替装置６０ａ、第２信号切替装置６０ｂは、ＬＤ制御器４８から送られるＬＤ制御信号ではなく、解析装置２２０から送信される信号に基づいて、受光信号を入力する差分検出器を切り替える。
【００６９】
解析装置２２０は、上述した解析装置２０と同様に差分信号等に基づいて、測定対象の成分（ガス種）の濃度の計測と並行して、解析に使用する差分信号を成分（ガス種）毎に決定する。つまり、解析装置２２０は、成分（ガス種）毎に第１差分検出器６２ａの差分信号で濃度検出を行うか、第２差分検出器６２ｂの差分信号で濃度検出を行うかを判定し、判定結果に基づいて、第１信号切替装置６０ａと第２信号切替装置６０ｂとの動作を制御する。
【００７０】
次に、ガス濃度計測装置２００の動作をより詳細に説明する。ここで、図１２は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。図１３は、ガス濃度計測装置の差分検出器の決定処理の一例を示すフロー図である。図１２に示す処理は、信号処理手段１８および解析装置２２０で実行する処理である。
【００７１】
ガス濃度計測装置２００の解析装置２２０は、ステップＳ６０として、解析結果に基づいて対象ガス種（測定対象の成分）毎に使用する差分検出器を決定する。解析装置２２０は、過去の解析結果を用いて、ガス種毎に第１差分検出器６２ａの差分信号を解析に用いるか、第２差分検出器６２ｂの差分信号を解析に用いるかを決定する。なお、ステップＳ６０の処理については、後述する。
【００７２】
解析装置２２０は、ステップＳ６２として、ＬＤ制御信号を受信する。解析装置２２０は、ステップＳ６２でＬＤ制御信号を受信したら、ステップＳ６４として、第１差分検出器で処理するかを判定する。つまり、ＬＤ制御信号に基づいて、レーザ光を出力しているＬＤ、つまり測定対象の成分を特定し、当該成分の測定時に使用する差分検出器が第１差分検出器であるかを判定する。なお、解析装置２２０は、ステップＳ６０で決定した関係を用いて、ＬＤ制御信号と使用する差分検出器との関係を特定する。
【００７３】
解析装置２２０は、ステップＳ６４で第１差分検出器で処理する（Ｙｅｓ）と判定した場合、ステップＳ６６として、受光信号を第１差分検出器に送信し、ステップＳ７０に進む。解析装置２２０は、第１信号切替装置６０ａ、第２信号切替装置６０ｂに制御信号を送信し、受光信号を第１信号切替装置６０ａ、第２信号切替装置６０ｂから第１差分検出器６２ａに送信させる。解析装置２２０は、ステップＳ６４で第１差分検出器で処理しない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ６８として、受光信号を第２差分検出器に送信し、ステップＳ７０に進む。解析装置２２０は、第１信号切替装置６０ａ、第２信号切替装置６０ｂに制御信号を送信し、受光信号を第１信号切替装置６０ａ、第２信号切替装置６０ｂから第２差分検出器６２ｂに送信させる。
【００７４】
解析装置２２０は、ステップＳ７０として、処理終了かを判定する。信号処理手段１８は、ステップＳ７０で処理終了ではない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ７２で解析を一定回数以上実行したかを判定する。つまり、ステップＳ６０で決定した関係を用いて測定対象の成分の濃度の検出を一定回数以上実行したかを判定する。解析装置２２０は、ステップＳ７２で解析を一定回数以上実行した（Ｙｅｓ）と判定した場合、ステップＳ６０に進み、使用する差分検出器を再度決定する。解析装置２２０は、ステップＳ７２で解析を一定回数以上実行していない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ６２に進み本処理を繰り返す。解析装置２２０は、ステップＳ７０で処理終了である（Ｙｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。
【００７５】
次に、図１３を用いて、ステップＳ６０の処理について説明する。解析装置２２０は、ステップＳ８０として、ガス種の差分信号の大きさを検出する。解析装置２２０は、該当するガス種の濃度を検出する際に使用した差分信号に基づいて判定すればよく、直近の１回分の検出結果のみを使用して差分信号の大きさを検出しても、直近の複数回分の検出結果を使用して差分信号の大きさを検出してもよい。ここで、解析装置２２０は、第１差分検出器の感度と第２差分検出器の感度との関係に基づいて差分信号の大きさを演算し、第１差分検出器と第２差分検出器のいずれの検出結果を使用する場合も同じ基準で差分信号を判定できる状態で検出する。
【００７６】
解析装置２２０は、ステップＳ８０で、対象のガス種の差分信号の大きさを検出したら、ステップＳ８２として、差分信号の大きさが所定値以上であるかを判定する。解析装置２２０は、ステップＳ８２で差分信号の大きさが所定値以上である（Ｙｅｓ）と判定した場合、ステップＳ８４として、第１差分検出器で解析するガス種に設定し、ステップＳ８８に進む。つまり、解析装置２２０は、当該ガス種の解析時は、第１差分検出器で検出した差分信号を用いる設定とする。解析装置２２０は、ステップＳ８２で差分信号の大きさが所定値以上ではない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ８６として、第２差分検出器で解析するガス種に設定し、ステップＳ８８に進む。つまり、解析装置２２０は、当該ガス種の解析時は、第２差分検出器で検出した差分信号を用いる設定とする。
【００７７】
解析装置２２０は、ステップＳ８４、Ｓ８６の処理を実行したら、ステップＳ８８としてすべてのガス種の設定を終了したかを判定する。解析装置２２０は、ステップＳ８８でガス種の設定を終了していない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ８０に進み、設定していないガス種に対して上記処理を実行する。解析装置２２０は、ステップＳ８８でガス種の設定を終了した（Ｙｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。
【００７８】
ガス濃度計測装置２００は、上述したように、解析結果に基づいて使用する差分信号を切り替えることで、より高い精度で計測を実行することができる。例えば、計測中に測定対象の成分の濃度が変化し、差分信号の大きさが変化する場合も、変化に応じて使用する差分検出器を切り替えることができる。これにより、より高い精度で測定対象の成分の濃度を計測することができる。
【００７９】
ガス濃度計測装置２００は、成分（ガス種）の解析開始時は、より感度の低い側、より大きい受光信号の出力の差を検出できる側の差分検出器を使用することが好ましい。これにより、差分検出器にかかる負荷を小さくすることができる。また、ガス濃度計測装置２００は、信号処理手段の構成をガス濃度計測装置１０と同様の構成としたが、ガス濃度計測装置１００と同様の構成とした場合も同様の処理を実行することができる。
【００８０】
また、上記実施形態のガス濃度計測装置１０、１００、２００は、いずれも発光手段の発光部ユニットを４つの場合として説明したが、発光部ユニットの数、つまりＬＤの数は、特に限定されない。ガス濃度計測装置１０、１００、２００は、ＬＤを２つ以上備えていればよい。また、発光手段は、発光部ユニットを複数備えて、計測対象の成分にそれぞれ対応する複数のレーザ光を出力させたが、これに限定されない。ガス濃度計測装置１０、１００、２００は、出力するレーザ光の波長を切り替えることができるレーザ光出力装置を設け、当該レーザ光出力装置で出力するレーザ光の波長を、時間毎に順次切り替えるようにしてもよい。このように、１つのレーザ光出力装置でレーザ光を切り替えることで、それぞれ別々の成分に対応した波長のレーザ光を出力するようにしてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、いずれも計測セルの主管と、排ガスを流す案内管とを別部材としたが、一体としてもよい。例えば、計測セルの主管が排ガスを排出する装置に直接連結してもよい。
【００８２】
また、計測セルの主管の管形状は、レーザ光が通過できればよく、断面が円となる管としても、断面が多角形になる管としても、断面が楕円形となる管としてもよい。また、管の内周の断面と外周の断面が異なる形状となってもよい。
【００８３】
また、上記実施形態では、測定対象の成分の濃度を計測したが、これに限定されない。例えば、濃度ではなく量を計測してもよい。
【００８４】
［計測例］
次に、図１４から図１６を用いて、計測例について説明する。図１４は、ガス濃度計測装置を備える試験装置の概略構成を示す模式図である。図１５は、図１４に示す試験装置の計測結果の一例を示すグラフである。図１６は、図１４に示す試験装置の計測結果の他の例を示すグラフである。
【００８５】
図１４に示す試験装置３００は、ガス濃度計測装置３０２を内燃機関ユニット３０４に取り付けている。また、試験装置３００は、ガス濃度計測装置３０２の計測結果をＰＣ３０６に出力する。なお、内燃機関ユニット３０４は、自動車に設置されるエンジンと同様の構成である。内燃機関ユニット３０４は、内燃機関であり排ガスを排出するエンジン３１０と、エンジン３１０を制御するＥＣＵ３１２と、エンジン３１０の出力軸に連結されたギヤ３１４と、エンジン３１０の出力軸とギヤ３１４を介して連結された制御用ダイナモ３１６と、ＥＣＵ３１２と制御用ダイナモ３１６の動作を制御して内燃機関ユニット３０４の動作を制御するベンチ制御装置３１８と、エンジン３１０から排出される排ガスを案内する排気管３２０と、排ガスに含まれる各種物質、主に窒素酸化物を除去する触媒３２２と、を有する。なお、制御用ダイナモ３１６は、発電機等であり、エンジン３１０の回転の抵抗となり、エンジン３１０に対して負荷を与えることができる。
【００８６】
ガス濃度計測装置３０２は、内燃機関ユニット３０４の排気管３２０に配置されている。ガス濃度計測装置３０２は、計測セル３３２と、多成分レーザ排ガス計測装置３３４と、光ファイバ３３６と、信号線３３８と、を有する。ガス濃度計測装置３０２は、各部を模式的に示しているが、上述したガス濃度計測装置１０と基本的に同様の構成である。ガス濃度計測装置３０２は、計測セル３３２がガス濃度計測装置１０の計測セル１２に対応する。また、多成分レーザ排ガス計測装置３３４は、ガス濃度計測装置１０の発光手段１４、発光制御手段１５、受光手段１５の受光装置５０ｂ、信号処理手段１８、解析装置２０の各部が内蔵されている。光ファイバ３３６は、集光光学系から出力された計測レーザ光を案内する光学部材である。また、ガス濃度計測装置３０２は、受光手段１６の受光装置５０ａに相当する受光装置が計測セル３３２に取り付けられている。信号線３３８は、受光装置が受光した受光信号を多成分レーザ排ガス計測装置３３４に送信する。
【００８７】
本計測例では、試験装置３００を用いて、エンジン３１０から排出される排ガスの成分をガス濃度計測装置３０２で計測した。本計測例では、エンジン３１０の始動時の一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、水（Ｈ２Ｏ）の計測を行った。
【００８８】
まず、比較のためにガス濃度計測装置３０２を用いて、１つの差分検出器のみで一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、水（Ｈ２Ｏ）のすべての濃度を計測した。計測結果を図１５に示す。次に、ガス濃度計測装置３０２を上述した方法、具体的には、第２差分検出器で検出した差分信号を用いて、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）を計測し、第１差分検出器で検出した差分信号を用いて、水（Ｈ２Ｏ）の濃度を計測した。計測結果を図１６に示す。
【００８９】
図１５および図１６に示すように、１つの差分検出器で全ての成分の計測を行った場合（図１５参照）よりも、２つの差分検出器を用いて、成分に応じて使用する差分検出器を切り替える（図１６参照）ことでより鮮明な解析結果を検出できることがわかる。
【符号の説明】
【００９０】
１０、１００、２００ ガス濃度計測装置
１２ 計測セル
１４ 発光手段
１５ 発光制御手段
１６ 受光手段
１８ 信号処理手段
２０ 解析装置
３４ａ 第１ＬＤ
３４ｂ 第２ＬＤ
３４ｃ 第３ＬＤ
３４ｄ 第４ＬＤ
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４４ 光ファイバ
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ 分波器
４２ａ、４２ｂ 合波器
４３ 集光光学系
４７ａ 第１ドライバ
４７ｂ 第２ドライバ
４７ｃ 第３ドライバ
４７ｄ 第４ドライバ
４８ ＬＤ制御器
５０ａ、５０ｂ 受光装置
６０ａ 第１信号切替装置
６０ｂ 第２信号切替装置
６２ａ、６２ｂ 差分検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象のガスにレーザ光を照射してガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測装置および光学式ガス計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管路内を流れるガス（気体）に含まれる複数の成分を分析する方法として、管路内を流れるガスにレーザ光を照射して分析する方法がある。例えば、本件出願人が出願した特許文献１には、内燃機関から排出される排ガスの流通する排気経路中にレーザ光を照射し、排ガスを透過したレーザ光に基づいて、前記排ガスを分析する排ガス分析装置が記載されている。排ガス分析装置は、排ガスの成分に合わせた吸収波長を有する複数のレーザ光を発生させるレーザ光発生部と、該レーザ光発生部で発生させた複数のレーザ光をそれぞれ信号用レーザ光と参照用レーザ光に分波する分波部と、該分波部で分波された各信号用レーザ光を単一の信号用レーザ光に合波する信号用合波部と、分波部で分波された各参照用レーザ光を単一の参照用レーザ光に合波する参照用合波部と、排気経路に単一の信号用レーザ光を照射する照射部および排気経路を通過した単一の信号用レーザ光を受光する受光部を備えるセンサ部と、センサ部で検出したレーザ光の光強度と単一の参照用レーザ光の光強度の差分から各成分を算出するパーソナルコンピュータと、を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４９０３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の排ガス分析装置は、排ガス、つまり配管を流れる測定対象のガスの各成分に対応するレーザ光を用い、当該レーザ光を排気経路、つまり測定対象のガスが流通する管路に入射させる測定光と、管路を通過しない参照光とに分岐し、管路を通過した測定光と管路を通過しない参照光との差分を検出することで、測定対象の成分を分析することができる。また、特許文献１に記載の排ガス分析装置は、測定対象のガスの各成分に対応する複数のレーザ光を合波し１つの測定経路とすることで、装置構成を簡単にすることができ、装置を安価にすることができる。ここで、特許文献１に記載の排ガス分析装置は、測定対象のガスの各成分を計測することができるが、計測精度が低い成分が生じる場合がある。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載の排ガス分析装置は、計測対象の成分（化学種）の中で、他の成分に比べて、特に強い光吸収量を示す成分（例えば、排気ガスではＨ２Ｏ）があると、その光吸収量の計測値で差分検出器が飽和し、他の成分（化学種）の光吸収量の計測値が低く抑えられ、その成分の計測感度が低くなってしまう。つまり、排ガス分析装置は、強い光吸収量の成分を検出するための差分検出器を用いると、弱い光吸収量の検出感度が低くなってしまう。ここで、光吸収量は、濃度×成分の固有の吸収強度で決まる。このため、測定対象のガスに含まれる濃度が同じでも成分の固有の吸収強度が他の成分よりも大きいと光吸収量が他の成分より強くなり、成分の固有の吸収強度が同程度でも測定対象のガスに含まれる濃度が他の成分よりも高いと光吸収量が他の成分より強くなる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より高い精度で測定対象のガスに含まれる複数種類の物質を分析することができる光学式ガス分析装置及びガス分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測装置であって、測定対象ガスが流れる計測セルと、前記ガスの測定対象の複数の成分に対応する波長を含む複数のレーザ光を切り替えて出力でき、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐する発光部ユニット、前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させる測定光光学系および前記参照レーザ光を案内する参照光光学系を備える発光手段と、前記発光手段の動作を制御し、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させ、当該測定対象の成分の計測が終了した後、次に測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させる発光制御手段と、前記計測セルを通過した前記測定レーザ光を受光する第１受光装置および前記参照光光学系で案内された前記参照レーザ光を受光する第２受光装置を備える受光手段と、前記受光手段で受光した前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段と、前記信号処理手段で生成された信号に基づいて測定対象の成分を分析する解析装置と、を備え、前記信号処理手段は、前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備え、前記計測セルに入射させるレーザ光の波長に応じて、前記解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記発光部ユニットは、前記ガスの測定対象の成分に対応する波長を含むレーザ光を射出する発光部、前記発光部から射出されたレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐部する分波器および前記分波器で分波された測定レーザ光と前記参照レーザ光とをそれぞれ案内する発光部光学系を備え、それぞれ異なる成分に対応する波長を含むレーザ光を射出させる複数の発光部ユニットと、複数の前記発光部ユニットの前記測定レーザ光を合波する第１合波器と、複数の前記発光部ユニットの前記参照レーザ光を合波する第２合波器とを備え、前記測定光光学系は、前記第１合波器で合波された前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させ、前記参照光光学系は、前記第２合波器で合波された前記参照レーザ光を案内し、前記発光制御手段は、レーザ光を出力させる前記発光部ユニットを時間毎に切り替え、１つの前記発光部ユニットから出力されたレーザ光を前記計測セルに入射させ、前記信号処理手段は、前記計測セルに入射させるレーザ光を出力する前記発光部ユニットに応じて、前記解析装置に出力する差分信号を検出する前記差分検出器を切り替えることが好ましい。
【０００９】
また、前記信号処理手段は、前記第１受光装置から出力される受光信号を入力する前記差分検出器を切り替える第１信号切替装置と、前記第２受光装置から出力される受光信号を入力する前記差分検出器を切り替える第２信号切替装置と、を備え、前記第１信号切替装置と前記第２信号切替装置とが受光信号を入力する前記差分検出器を切り替えることで、前記解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えることが好ましい。
【００１０】
また、前記信号処理手段は、複数の前記差分検出器から出力される差分信号のうち、前記解析装置に入力する差分信号を切り替える信号切替装置を有することが好ましい。
【００１１】
また、前記解析装置は、それぞれのガス種類の前記差分信号の大きさに基づいて、それぞれのガス種類の分析時に使用する差分信号を出力する前記差分検出器を決定し、前記信号処理手段の動作を制御することが好ましい。
【００１２】
また、前記信号処理手段は、計測開始時の計測では、検出感度がより低い差分検出器から出力される差分信号を前記解析装置に出力することが好ましい。
【００１３】
また、前記信号処理手段は、前記差分検出器の感度と、当該差分検出器と感度が隣接している前記差分検出器の感度と、の差が５倍以上２０倍以下であることが好ましい。
【００１４】
また、前記信号処理手段は、前記差分検出器を２つ備えていることが好ましい。
【００１５】
また、前記発光制御手段は、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を、前記測定対象の成分に対応する波長を含む範囲で掃引させて前記発光部ユニットから出力させることが好ましい。
【００１６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測定対象ガスが流れる計測セルと、前記ガスの測定対象の複数の成分に対応する波長を含む複数のレーザ光を切り替えて出力でき、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐する発光部ユニット、前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させる測定光光学系および前記参照レーザ光を案内する参照光光学系を備える発光手段と、前記発光手段の動作を制御し、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させ、当該測定対象の成分の計測が終了した後、次に測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させる発光制御手段と、前記計測セルを通過した前記測定レーザ光を受光する第１受光装置および前記参照光光学系で案内された前記参照レーザ光を受光する第２受光装置を備える受光手段と、前記受光手段で受光した前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段と、前記信号処理手段で生成された信号に基づいて測定対象の成分を分析する解析装置と、を備え、前記信号処理手段は、測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備える光学式ガス計測装置で測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測方法であって、前記計測セルに入射させるレーザ光の波長を検出するステップと、前記検出したレーザ光の波長に基づいて解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えるステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる光学式ガス計測装置及び光学式ガス計測方法は、より高い精度でガスを分析することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の光学式ガス計測装置の一実施形態であるガス濃度計測装置の一例の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、第１ドライバから第１ＬＤに供給される電流信号の一例を示す説明図である。
【図３】図３は、計測セルに入射するレーザ光の強度と時間の関係の一例を示す説明図である。
【図４】図４は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。
【図５】図５は、第１差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、第２差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。
【図７】図７は、ガス濃度計測装置の他の例の概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。
【図９】図９は、第１差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、第２差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、ガス濃度計測装置の他の例の概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。
【図１３】図１３は、ガス濃度計測装置の差分検出器の決定処理の一例を示すフロー図である。
【図１４】図１４は、ガス濃度計測装置を備える試験装置の概略構成を示す模式図である。
【図１５】図１５は、図１４に示す試験装置の計測結果の一例を示すグラフである。
【図１６】図１６は、図１４に示す試験装置の計測結果の他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる光学式ガス計測装置およびガス計測方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記実施形態では、本発明を、管路を流れる排ガス（測定対象のガス）に含まれる複数の対象成分の濃度を計測するガス濃度計測装置として用いた場合について説明するが、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
また、ガス濃度計測装置として用いる場合は、管路を流れる種々のガスについて複数の成分（ガス種、化学種）の濃度を計測することができる。例えば、ガス濃度計測装置をディーゼルエンジンに取付、ディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれる複数の成分の濃度を計測してもよい。なお、排ガスを排出する機関、つまり測定対象のガスを排出（供給）する装置は、これに限定されず、ガソリンエンジンや、ガスタービン等種々の内燃機関を用いることができる。また、内燃機関を有する装置としては、車両、船舶、発電機等種々の装置が例示される。さらに、ゴミ焼却炉から排出される排ガスに含まれる複数の測定対象の成分の濃度を計測することもできる。測定対象となる成分（物質、ガス種、化学種）としては、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、水（Ｈ２Ｏ）が例示される。また、窒素酸化物、硫化酸化物、アンモニア等を測定対象となる成分（物質）とすることもできる。
【００２１】
（実施形態１）
図１は、本発明の光学式ガス計測装置の一実施形態であるガス濃度計測装置の概略構成を示す模式図である。図１に示すガス濃度計測装置１０は、計測セル（ガス計測セル）１２と、発光手段１４と、発光制御手段１５と、受光手段１６と、信号処理手段１８と、解析装置２０と、を有する。
【００２２】
計測セル１２は、排ガスが流れる管路である。計測セル１２は、配管からサンプリングされた排ガスが流入し、計測が終了した排ガスが外部に排出される。計測セル１２は、基本的に排ガスの流入管および排ガスの流出管と連結された主管と、レーザ光を主管内に入射させる入射管と、主管を通過したレーザ光を出射させる出射管とを有する。なお、入射管及び出射管には、レーザ光が通過可能な窓が設けられている。主管は、円筒状の管状部材であり、一方の端部近傍に流入管が連結され、他方の端部近傍に流出管が連結されている。つまり、主管は、排ガスが流れる流路の一部となる位置に配置されている。これにより、排ガスは、流入管、主管、流出管の順に流れる。また、流入管を流れる排ガスは、基本的に全て主管に流れ、その後、流出管に流れる。
【００２３】
計測セル１２は、入射管からレーザ光が入射され、出射管から出射される。なお、レーザ光の主管内の通過経路は、種々の設定とすることができる。例えば、主管の軸方向に直交する方向にレーザ光が通過するようにすることができる。また、主管の軸方向に対して所定角度傾斜させてレーザ光を通過させるようにしてもよい。また、反射部材を設け、主管内でレーザ光を反射させ、主管内を往復させて通過させるようにしてもよい。
【００２４】
なお、計測セル１２は、排ガスが流れる第１配管と第２配管との間に設けてもよい。つまり、計測対象のガスが流れる管路中に計測セルを設けてもよい。この場合、排ガスは、第１配管の上流側から供給され、第１配管、計測セル１２、第２配管を通過し、第２配管よりも下流に排出される。なお、第１配管の上流側には、排ガスの発生装置（供給装置）が配置されている。
【００２５】
発光手段１４は、第１ＬＤ３４ａと、第２ＬＤ３４ｂと、第３ＬＤ３４ｃと、第４ＬＤ３４ｄと、分波器３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと、合波器４２ａ、４２ｂと、集光光学系４３と、を有する。また、発光手段１４は、レーザ光を案内する光ファイバ３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４４で、各部が繋がっている。
【００２６】
第１ＬＤ３４ａ、第２ＬＤ３４ｂと、第３ＬＤ３４ｃと、第４ＬＤ３４ｄと、は、それぞれ異なる測定対象の成分を測定する波長域のレーザ光を出力する発光素子である。例えば、第１ＬＤ３４ａは、水を測定することができる波長域のレーザ光Ｌ１を出力する発光素子であり、第２ＬＤ３４ｂは、一酸化炭素を測定することができる波長域のレーザ光Ｌ２を出力する発光素子であり、第３ＬＤ３４ｃは、二酸化炭素を測定することができる波長域のレーザ光Ｌ３を出力する発光素子であり、第４ＬＤ３４ｄは、メタンを測定することができる波長域のレーザ光Ｌ４を出力する発光素子である。なお、測定対象の成分を測定できる波長域のレーザ光とは、測定対象の成分に対応する波長を含むレーザ光である。例えば、測定対象の成分を測定できる波長域のレーザ光は、測定対象物質により吸収または散乱される波長を含むレーザ光である。
【００２７】
ここで、発光手段１４は、第１ＬＤ３４ａ、光ファイバ３６ａ、４０ａ、４１ａ、分波器３８ａが一つの発光部ユニットとなり、第２ＬＤ３４ｂ、光ファイバ３６ｂ、４０ｂ、４１ｂ、分波器３８ｂが一つの発光部ユニットとなり、第３ＬＤ３４ｃ、光ファイバ３６ｃ、４０ｃ、４１ｃ、分波器３８ｃが一つの発光部ユニットとなり、第４ＬＤ３４ｄ、光ファイバ３６ｄ、４０ｄ、４１ｄ、分波器３８ｄが一つの発光部ユニットとなる。発光部ユニットは、第１ＬＤ３４ａ、第２ＬＤ３４ｂと、第３ＬＤ３４ｃと、第４ＬＤ３４ｄと、で出力されるレーザ光の波長が異なるのみで、基本的に同じ構成である。以下、代表して第１ＬＤ３４ａ、光ファイバ３６ａ、４０ａ、４１ａ、分波器３８ａを有する発光部ユニットについて説明する。
【００２８】
まず、第１ＬＤ３４ａは、上述したようにレーザ光Ｌ１を出力する発光素子である。次に、光ファイバ３６ａ、４０ａ、４１ａは、レーザ光を案内する部材（導光部材）である。光ファイバ３６ａは、第１ＬＤ３４ａと分波器３８ａとを連結しており、第１ＬＤ３４ａから出力されたレーザ光を分波器３８ａに入射させる。光ファイバ４０ａは、分波器３８ａと合波器４２ａとを連結しており、分波器３８ａから出力されたレーザ光を合波器４２ａに入射させる。光ファイバ４１ａは、分波器３８ａと合波器４２ｂとを連結しており、分波器３８ａから出力されたレーザ光を合波器４２ｂに入射させる。
【００２９】
分波器３８ａは、第１ＬＤ３４ａから射出されたレーザ光を２つのレーザ光に分光する。具体的には、分波器３８ａは、第１ＬＤ３４ａから射出されたレーザ光Ｌ１を２つのレーザ光Ｌ１に分光する。
【００３０】
第１ＬＤ３４ａ、光ファイバ３６ａ、４０ａ、４１ａ、分波器３８ａを有する発光部ユニットは、以上のような構成であり、第１ＬＤ３４ａから射出されたレーザ光Ｌ１が光ファイバ３６ａを通過して分波器３８ａに入射される。第１ＬＤ３４ａから射出されたレーザ光Ｌ１は、分波器３８ａで２つに分割され、一方のレーザ光Ｌ１が合波器４２ａに入射され、他方のレーザ光Ｌ１が合波器４２ｂに入射される。
【００３１】
同様に、第２ＬＤ３４ｂ、光ファイバ３６ｂ、４０ｂ、４１ｂ、分波器３８ｂを有する発光部ユニットは、第２ＬＤ３４ｂから射出されたレーザ光Ｌ２が光ファイバ３６ｂを通過して分波器３８ｂに入射される。第２ＬＤ３４ｂから射出されたレーザ光Ｌ２は、分波器３６ｂで２つに分割され、一方のレーザ光Ｌ２が合波器４２ａに入射され、他方のレーザ光Ｌ２が合波器４２ｂに入射される。
【００３２】
第３ＬＤ３４ｃ、光ファイバ３６ｃ、４０ｃ、４１ｃ、分波器３８ｃを有する発光部ユニットは、第３ＬＤ３４ｃから射出されたレーザ光Ｌ３が光ファイバ３６ｃを通過して分波器３８ｃに入射される。第３ＬＤ３４ｃから射出されたレーザ光Ｌ３は、分波器３８ｃで２つに分割され、一方のレーザ光Ｌ３が合波器４２ａに入射され、他方のレーザ光Ｌ３が合波器４２ｂに入射される。
【００３３】
第４ＬＤ３４ｄ、光ファイバ３６ｄ、４０ｄ、４１ｄ、分波器３８ｄを有する発光部ユニットは、第４ＬＤ３４ｄから射出されたレーザ光Ｌ４が光ファイバ３６ｄを通過して分波器３８ｄに入射される。第４ＬＤ３４ｄから射出されたレーザ光Ｌ４は、分波器３８ｄで２つに分割され、一方のレーザ光Ｌ４が合波器４２ａに入射され、他方のレーザ光Ｌ４が合波器４２ｂに入射される。
【００３４】
なお、発光部ユニットは、分波器３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄの下流側に一定範囲で減衰量を変更することができる調整機構（ＶＯＡ）を設けてもよい。
【００３５】
合波器４２ａ、４２ｂは、複数のレーザ光を合波する。合波器４２ａは、光ファイバ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとそれぞれ連結されており、光ファイバ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを通過した一方のレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４とを合波する。合波器４２ｂは、光ファイバ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄとそれぞれ連結されており、光ファイバ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを通過した他方のレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４とを合波する。合波器４２ａで合波されたレーザ光は、測定レーザ光となる。合波器４２ｂで合波されたレーザ光は、参照レーザ光となる。
【００３６】
集光光学系４３は、合波器４２ａから出力された測定レーザ光を計測セル１２の入射部に案内する光学系である。集光光学系４３は、レンズ等を有し、合波器４２ａから出力された測定レーザ光を集光して計測セル１２に入射させる。光ファイバ４４は、合波器４２ｂから出力された参照レーザ光を案内する光学部材である。
【００３７】
発光制御手段１５は、第１ドライバ４７ａと、第２ドライバ４７ｂと、第３ドライバ４７ｃと、第４ドライバ４７ｄと、ＬＤ制御器４８と、を有する。第１ドライバ４７ａと、第２ドライバ４７ｂと、第３ドライバ４７ｃと、第４ドライバ４７ｄと、は、電流信号を出力する駆動部である。第１ドライバ４７ａは、第１ＬＤ３４ａに電流信号を出力する。第２ドライバ４７ｂは、第２ＬＤ３４ｂに電流信号を出力する。第３ドライバ４７ｃは、第３ＬＤ３４ｃに電流信号を出力する。第４ドライバ４７ｄは、第４ＬＤ３４ｄに電流信号を出力する。
【００３８】
ＬＤ制御器４８は、第１ドライバ４７ａと、第２ドライバ４７ｂと、第３ドライバ４７ｃと、第４ドライバ４７ｄとのそれぞれに制御信号を送り、第１ドライバ４７ａと、第２ドライバ４７ｂと、第３ドライバ４７ｃと、第４ドライバ４７ｄとの動作を制御する。
【００３９】
ここで、図２は、第１ドライバから第１ＬＤに供給される電流信号の一例を示す説明図である。ＬＤ制御器４８は、電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号を第１ドライバ４７ａに送る。第１ドライバ４７ａは、ＬＤ制御器４８から、制御信号を受信したら、図２に示すように、時間ｔｓから時間ｔｅの間で電流値が徐々に線形で増加する電流信号を第１ＬＤ３４ａに送る。
【００４０】
また、ＬＤ制御器４８は、第１ドライバ４７ａに電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号を送ったら、第２ドライバ４７ｂに同様の制御信号を送る。ＬＤ制御器４８は、第２ドライバ４７ｂに電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号を送ったら、第３ドライバ４７ｃに同様の制御信号を送る。ＬＤ制御器４８は、第３ドライバ４７ｃに電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号を送ったら、第４ドライバ４７ｄに同様の制御信号を送る。ＬＤ制御器４８は、第４ドライバ４７ｄに電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号を送ったら、第１ドライバ４７ａに同様の制御信号を送る。また、ＬＤ制御器４８は、第１ドライバ４７ａと、第２ドライバ４７ｂと、第３ドライバ４７ｃと、第４ドライバ４７ｄに送るＬＤ制御信号（各発光部ユニットの駆動状態を示す信号）を信号処理手段１８、解析装置２０にも送る。
【００４１】
発光制御手段１５は、以上のように、ＬＤ制御器４８で、第１ドライバ４７ａ、第２ドライバ４７ｂ、第３ドライバ４７ｃおよび第４ドライバ４７ｄに対して１つずつ順番に電流信号の電流値が徐々に増加し、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号を送ることで、第１ＬＤ３４ａと、第２ＬＤ３４ｂと、第３ＬＤ３４ｃと、第４ＬＤ３４ｄとの１つずつから順番にレーザ光を出力させることができる。また、制御信号を図２に示すように、一定時間経過後に電流値が最大値から０に変化する制御信号とすることで、第１ＬＤ３４ａと、第２ＬＤ３４ｂと、第３ＬＤ３４ｃと、第４ＬＤ３４ｄとのそれぞれから出力されるレーザ光は時間により出力される波長が変化する。つまり、第１ＬＤ３４ａと、第２ＬＤ３４ｂと、第３ＬＤ３４ｃと、第４ＬＤ３４ｄとのそれぞれから出力されるレーザ光は、波長が掃引されたレーザ光となる。
【００４２】
ここで、図３は、計測セルに入射するレーザ光の強度と時間の関係の一例を示す説明図である。発光手段１４および発光制御手段１５は、このように複数の発光部ユニットから順番に掃引されたレーザ光を出力させることで、合波部４２ａから出力される測定レーザ光、合波部４２ｂから出力される参照レーザ光は、図３に示すようにレーザ光の出力が徐々に増加し、一定時間経過後に出力が最大値から０に変化する波形が複数回繰り返される。ここで、時間ｔ１ｓから時間ｔ１ｅの間の出力波形７２は、レーザ光Ｌ１の出力波形であり、時間ｔ２ｓから時間ｔ２ｅの間の出力波形７４は、レーザ光Ｌ２の出力波形であり時間ｔ３ｓから時間ｔ３ｅの間の出力波形７６は、レーザ光Ｌ３の出力波形であり、時間ｔ４ｓから時間ｔ４ｅの間の出力波形７８は、レーザ光Ｌ４の出力波形である。なお、図３では、波形７２、７４、７６、７８とも同じになるが、出力されるレーザ光の波長、掃引される波長範囲は、波形７２、７４、７６、７８とも異なる波長、波長範囲となる。つまり、発光手段１４および発光制御手段１５は、発光部ユニットの１つ１つから順番にレーザ光を出力され、１つの発光部ユニットから出力されたレーザ光を計測セル１２に順番に入射させる。
【００４３】
図１に戻り、ガス濃度計測装置１０についての説明を続ける。受光手段１６は、２つの受光装置５０ａ、５０ｂを有する。受光装置５０ａは、合波部４２ａで合波され、集光光学系４３を通過して発光手段１４から出力された後、計測セル１２を通過した測定レーザ光を受光する。また、受光装置５０ｂは、発光手段１４の合波部４２ｂから出力された後、光ファイバ４４を通過し、計測セル１２を通過していない参照レーザ光を受光する。受光装置５０ａ、５０ｂは、例えば、フォトダイオード（ＰＤ、Photodiode）等の光検出器であり、受光したレーザ光の強度を検出する。受光手段１６は、受光したレーザ光の強度を受光信号として、信号処理手段１８に送る。
【００４４】
信号処理手段１８は、受光手段１６の受光装置５０ａ、受光装置５０ｂから出力される受光信号を処理する手段であり、第１信号切替装置６０ａ、第２信号切替装置６０ｂ、第１差分検出器６２ａ、第２差分検出器６２ｂを有する。
【００４５】
第１信号切替装置６０ａは、受光装置５０ａ、第１差分検出器６２ａ、第２差分検出器６２ｂと連結されており、受光装置５０ａから出力された受光信号（測定レーザ光の受光信号）を第１差分検出器６２ａに入力するか、第２差分検出器６２ｂに入力するか切り替える。具体的には、第１信号切替装置６０ａは、ＬＤ制御器４８から出力される制御信号に基づいて、受光信号の出力先を第１差分検出器６２ａと第２差分検出器６２ｂとの間で切り替える。
【００４６】
第２信号切替装置６０ｂは、受光装置５０ｂ、第１差分検出器６２ａ、第２差分検出器６２ｂと連結されており、受光装置５０ｂから出力された受光信号（参照レーザ光の受光信号）を第１差分検出器６２ａに入力するか、第２差分検出器６２ｂに入力するか切り替える。具体的には、第２信号切替装置６０ｂは、ＬＤ制御器４８から出力される制御信号に基づいて、受光信号の出力先を第１差分検出器６２ａと第２差分検出器６２ｂとの間で切り替える。
【００４７】
第１差分検出器６２ａは、第１信号切替装置６０ａから送られる受光信号と、第２信号切替装置６０ｂから送られる受光信号とを検出し、検出した差分を差分信号として、解析装置２０に送る。第２差分検出器６２ｂは、第１差分検出器６２ａと同様に、第１信号切替装置６０ａから送られる受光信号と、第２信号切替装置６０ｂから送られる受光信号とを検出し、検出した差分を差分信号として、解析装置２０に送る。ここで、第１差分検出器６２ａと、第２差分検出器６２ｂと、は、差分信号のゲイン、つまり検出可能な差分信号の強度の差、分解能が異なる以外は基本的に同様の構成である。本実施形態では、第１差分検出器６２ａが、第２差分検出器６２ｂよりも検出可能な差分信号の強度の差が大きい、つまりより大きな差分信号を検出することができる。第１差分検出器６２ａは、第２差分検出器６２ｂよりも検出可能な差分信号の強度の差が大きい分、第２差分検出器６２ｂよりも分解能が低い。なお、信号処理手段１８の動作については後述する。
【００４８】
解析装置２０は、第１差分検出器６２ａ、第２差分検出器６２ｂから送られる信号と、発光手段１４を駆動させている条件等に基づいて、解析を行い、複数の測定対象の成分の濃度を算出する。つまり、解析装置２０は、差分信号を出力した差分検出器、レーザ光の出力強度、差分信号の大きさと濃度との関係等に基づいて、差分信号を解析し、排ガスに含まれる測定対象の成分の濃度を算出する。このように、解析装置２０は、差分信号を解析することで、計測セル１２中の排ガスの測定対象の成分によるレーザ光の吸収量を算出し、その吸収量に基づいて、排ガスに含まれる測定対象の成分の濃度を算出する。
【００４９】
ガス濃度計測装置１０は、以上のような構成であり、発光制御手段１５により発光手段１４を制御し、各ＬＤから順次レーザ光を出力させる。また、発光手段１４は、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分離する。その後、測定レーザ光を計測セル１２の所定経路を通過させた後、受光手段１６に到達させる。なお、計測セル１２内の排ガス中に測定対象の成分が含まれていると、計測セル１２を通過する測定レーザ光の一部が測定対象の成分により吸収、散乱される。そのため、測定レーザ光は、排ガス中の測定対象の成分の濃度によって、受光手段１６に到達するレーザ光の出力が変化する。また、参照レーザ光は、計測セル１２を通過させずに受光手段１６に到達させる。受光手段１６は、受光した測定レーザ光と参照レーザ光をそれぞれ受光信号に変換し、信号処理手段１８に出力する。信号処理手段１８は、受光手段１６から送られる受光信号を加工して差分信号として、解析装置２０に出力する。解析装置２０は、差分信号と各種条件に基づいて、差分信号の大きさ（測定レーザ光の減少割合）から計測セル１２内を流れる排ガスの測定対象物の濃度を算出する。また、ガス濃度計測装置１０は、計測セル１２に入射されるレーザ光を切り替えることで、複数の測定対象の成分の濃度を順次、算出及び／または計測することができる。
【００５０】
次に、ガス濃度計測装置１０の動作をより詳細に説明する。ここで、図４は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。図５は、第１差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。図６は、第２差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。図４に示す処理は、信号処理手段１８で実行する処理である。なお、図４に示す処理は、信号処理手段１８の第１信号切替装置６０ａと、第２信号切替装置６０ｂがＬＤ制御信号に基づいてそれぞれ実行する。まず、信号処理手段１８は、ステップＳ１２として、ＬＤ制御信号を受信する。信号制御手段１８は、ステップＳ１２でＬＤ制御信号を受信したら、ステップＳ１４として、第１差分検出器で処理するかを判定する。つまり、ＬＤ制御信号に基づいて、レーザ光を出力しているＬＤ、つまり測定対象の成分を特定し、当該成分の測定時に使用する差分検出器が第１差分検出器であるかを判定する。なお、ＬＤ制御信号と使用する差分検出器との関係は予め設定しておけばよい。
【００５１】
信号処理手段１８は、ステップＳ１４で第１差分検出器で処理する（Ｙｅｓ）と判定した場合、ステップＳ１６として、受光信号を第１差分検出器に送信し、ステップＳ２０に進む。信号処理種手段１８は、ステップＳ１４で第１差分検出器で処理しない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ１８として、受光信号を第２差分検出器に送信し、ステップＳ２０に進む。信号処理手段１８は、ステップＳ２０として、処理終了かを判定する。信号処理手段１８は、ステップＳ２０で処理終了ではない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ１２に進み本処理を繰り返す。信号処理手段１８は、ステップＳ２０で処理終了である（Ｙｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。
【００５２】
ガス濃度計測装置１０は、図４に示すように、ＬＤ制御信号に基づいて、受光信号を第１差分検出器６２ａで処理するか第２差分検出器６２ｂで処理するかを切り替えることで、レーザ光を出力する発光部ユニット、測定対象の成分に対応した、適切な差分検出器で差分信号を検出することができる。具体的には、ガス濃度計測装置１０は、図５および図６に示すように、時間ｔ１ｓから時間ｔ１ｅの間、つまり第１ＬＤ３４ａからレーザ光が出力されている間に検出される受光信号は、第１差分検出器６２ａに入力させることで、第１差分検出器６２ａで差分信号８２を検出することができる。ガス濃度計測装置１０は、時間ｔ２ｓから時間ｔ４ｅの間、つまり第２ＬＤ３４ｂ、第３ＬＤ３４ｃ、第４ＬＤ３４ｄからレーザ光が出力されている間に検出される受光信号は、第２差分検出器６２ｂに入力させることで、第２差分検出器６２ｂで差分信号８４、８６、８８を検出することができる。
【００５３】
ガス濃度計測装置１０は、以上のように、ゲインが異なる複数の差分検出器を設け、測定する成分（ガス種、化学種）毎、つまり計測セルに入射されるレーザ光の波長（波長帯）毎に、使用する差分検出器を切り替えることで、それぞれのガス種をより高精度に検出することができる。つまり、ガス濃度計測装置１０は、差分信号の強度が異なる複数種類の成分を計測する場合でも、一部の成分の差分信号が小さくて適切な分解能で濃度を計測できない、また、差分信号が大きくて値がオーバーフローして正確な値が分からない等の事態が発生することを抑制することができる。また、ガス濃度計測装置１０は、差分検出器のゲイン、感度を変更する必要もないため、安価な差分検出器を用いることができる。
【００５４】
ガス濃度計測装置１０は、第１信号切替装置６０ａと第２信号切替装置６０ｂを設け、受光信号を第１差分検出器６２ａと第２差分検出器６２ｂのいずれに入力するかを切り替えることで、第１差分検出器６２ａと第２差分検出器６２ｂ、基本的に第２差分検出器６２ｂに処理可能な出力よりも大きい差分信号が入力することを抑制することができる。これにより、装置の寿命を長くすることができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、差分検出器を２つ用いたが、差分検出器の数はこれに限定されない。ガス濃度計測装置１０は、本実施形態のように差分検出器を２つとすることで、構成を簡単にすることができる。ここで、ガス濃度計測装置１０は、差分検出器の感度（ゲイン）と、当該差分検出器と感度が隣接している差分検出器の感度と、の差が５倍以上２０倍以下であることが好ましく、感度の差を１０倍とすることがより好ましい。これにより、より少ない差分検出器の数で、より広範囲の出力の差分信号を好適に検出することができ、濃度をより高い精度で検出することができる。例えば、排ガスに含まれる複数成分を計測する場合、Ｈ２Ｏ計測に用いている波長と、ＣＯ計測波長で比較すると、温度６００℃の条件でのＨ２Ｏ（約１２％）による光吸収量を１とすると、通常のガソリンエンジン出口でのＣＯ最大発生量（約６％）による光吸収量は０．１８となる。このため、他成分計測（例えばＣＯ）用の差分検出器のゲイン（感度）を、Ｈ２Ｏ計測に用いる差分検出器のゲインの約５倍以上とすることで、Ｈ２Ｏと、ＣＯを含む他の成分と、の両方を高い精度で検出することができる。また、定常運転時のＣＯ濃度は、低く(約０．２％以下）。このため、Ｈ２Ｏ（約１２％）による光吸収量を１とすると、定常運転時のＣＯの光吸収量は、０．００６となる。この場合、ガス濃度計測装置の差分検出器のゲインの観点から見ると、この時の計測値はＣＯ計測範囲の１／１０程度で良い。このため、２つの差分検出器のゲインの差を２０倍以下とすることで精度を高く維持することができる。
【００５６】
なお、ガス濃度計測装置１０は、レーザ光の波長を掃引することで、測定対象の成分の検出結果のピーク値を高い精度で検出することができる。また、ガス濃度計測装置１０は、測定対象ガスの計測セル１２の移動に対して短い時間で１つのガス種の計測を行うことができる。これにより、ガス濃度計測装置１０は、複数の成分を順次計測しても、基本的に同一の対象に対する計測を実行できる。
【００５７】
（実施形態２）
上記実施形態では、受光信号を入力させる差分検出器を切り替えることで、解析する差分信号を検出する差分検出器を切り換えたが本発明はこれに限定されない。以下、図７から図１０を用いて、他の実施形態について説明する。ここで、図７は、ガス濃度計測装置の他の例の概略構成を示す模式図である。なお、図７に示すガス濃度計測装置１００は、信号処理手段１１８を除いて他の構成は、ガス濃度計測装置１０と同様の構成である。そこで、ガス濃度計測装置１００の構成で、ガス濃度計測装置１０と同様の構成の部分は、同一の符号を付してその説明は省略し、以下、ガス濃度計測装置１００に特有の点を説明する。
【００５８】
図７に示すガス濃度計測装置１００は、計測セル１２と、発光手段１４と、発光制御手段１５と、受光手段１６と、信号処理手段１１８と、解析装置２０と、を有する。なお計測セル１２と、発光手段１４と、発光制御手段１５と、受光手段１６と、解析装置２０と、は、図１に示すガス濃度計測装置１０の各部と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００５９】
信号処理手段１１８は、受光手段１６の受光装置５０ａ、受光装置５０ｂから出力される受光信号を処理する手段であり、第１差分検出器６２ａ、第２差分検出器６２ｂ、信号切替装置１６４を有する。
【００６０】
第１差分検出器６２ａは、受光装置５０ａから送られる受光信号と、受光装置５０ｂから送られる受光信号とを検出し、検出した差分を差分信号として、信号切替装置１６４に送る。第２差分検出器６２ｂは、受光装置５０ａから送られる受光信号と、受光装置５０ｂから送られる受光信号とを検出し、検出した差分を差分信号として、信号切替装置１６４に送る。ここで、第１差分検出器６２ａおよび第２差分検出器６２ｂは、ガス濃度計測装置１０の第１差分検出器６２ａおよび第２差分検出器６２ｂと同様の構成である。
【００６１】
信号切替装置１６４は、第１差分検出器６２ａ、第２差分検出器６２ｂ、解析装置２０と連結されており、第１差分検出器６２ａから出力された差分信号を解析装置２０に入力するか、第２差分検出器６２ｂから出力された差分信号を解析装置２０に入力するかを切り替える。具体的には、信号切替装置１６４は、ＬＤ制御器４８から出力されるＬＤ制御信号に基づいて、第１差分検出器６２ａの差分信号と第２差分検出器６２ｂの差分信号のいずれを解析装置２０に入力するかを切り替える。
【００６２】
次に、ガス濃度計測装置１００の動作を説明する。ここで、図８は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。図９は、第１差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。図１０は、第２差分検出器で検出される差分信号の一例を示す説明図である。図８に示す処理は、信号処理手段１１８の信号切替装置１６４で実行する処理である。まず、信号処理手段１１８は、ステップＳ３２として、ＬＤ制御信号を受信する。信号制御手段１１８は、ステップＳ３２でＬＤ制御信号を受信したら、ステップＳ３４として、第１差分検出器で処理するかを判定する。つまり、ＬＤ制御信号に基づいて、レーザ光を出力しているＬＤ、つまり測定対象の成分を特定し、当該成分の測定時に使用する差分検出器が第１差分検出器であるかを判定する。なお、ＬＤ制御信号と使用する差分検出器との関係は予め設定しておけばよい。
【００６３】
信号処理手段１１８は、ステップＳ３４で第１差分検出器で処理する（Ｙｅｓ）と判定した場合、ステップＳ３６として、第１差分検出器の検出結果を解析装置に送信し、ステップＳ４０に進む。つまり、信号処理手段１１８の信号切替装置１６４は、第１差分検出器６２ａから出力された差分信号を解析装置２０に送る。信号処理手段１１８は、ステップＳ３４で第１差分検出器で処理しない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ３８として、第２差分検出器の検出結果を解析装置に送信し、ステップＳ４０に進む。つまり、信号処理手段１１８の信号切替装置１６４は、第２差分検出器６２ｂから出力された差分信号を解析装置２０に送る。信号処理手段１１８は、ステップＳ４０として、処理終了かを判定する。信号処理手段１１８は、ステップＳ４０で処理終了ではない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ３２に進み本処理を繰り返す。信号処理手段１１８は、ステップＳ４０で処理終了である（Ｙｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。
【００６４】
ガス濃度計測装置１００は、図８に示すように、ＬＤ制御信号に基づいて、第１差分検出器６２ａで処理した差分信号を解析装置２０に送るか、第２差分検出器６２ｂで処理した差分信号を解析装置２０に送るかを切り替えることでも、レーザ光を出力する発光部ユニット、測定対象の成分に対応した、適切な差分検出器で差分信号を検出することができる。
【００６５】
具体的には、ガス濃度計測装置１００は、図９および図１０に示すように時間ｔ１ｓから時間ｔ４ｅの間、第１差分検出器６２ａと第２差分検出器６２ｂの両方で差分信号が検出される。ガス濃度計測装置１００は、第１差分検出器６２ａと第２差分検出器６２ｂの両方で差分信号を検出しつつ、信号切替装置１６４でＬＤ制御信号に基づいて解析装置２０に入力させる差分信号を切り替える。具体的には、信号切替装置１６４は、時間ｔ１ｓから時間ｔ１ｅの間、つまり第１ＬＤ３４ａからレーザ光が出力されている間、図９に示すように、第１差分検出器６２ａから出力した差分信号を解析装置２０に入力させる。これにより、ガス濃度計測装置１００は、点線１７０で囲われている差分信号が解析装置２０に入力される。信号切替装置１６４は、時間ｔ２ｓから時間ｔ４ｅの間、つまり第２ＬＤ３４ｂ、第３ＬＤ３４ｃ、第４ＬＤ３４ｄからレーザ光が出力されている間、図１０に示すように、第２差分検出器６２ｂから出力した差分信号を解析装置２０に入力させる。これにより、ガス濃度計測装置１００は、点線１７２で囲われている差分信号が解析装置２０に入力される。
【００６６】
ガス濃度計測装置１００は、受光手段１６から出力される受光信号をそのまま差分検出器に入力させることができるため、つまり信号の分岐や信号切替装置を通過しない構成にできるため、差分検出器に入力される信号をよりノイズの少ない信号とすることができる。これにより、差分信号のノイズをより少なくすることができる。
【００６７】
（実施形態３）
以下、図１１から図１３を用いて、他の実施形態について説明する。ここで、図１１は、ガス濃度計測装置の他の例の概略構成を示す模式図である。なお、図１１に示すガス濃度計測装置２００は、基本的に解析装置２２０を除いて他の構成は、ガス濃度計測装置１０と同様の構成である。そこで、ガス濃度計測装置２００の構成で、ガス濃度計測装置１０と同様の構成の部分は、同一の符号を付してその説明は省略し、以下、ガス濃度計測装置２００に特有の点を説明する。
【００６８】
図１１に示すガス濃度計測装置２００は、計測セル１２と、発光手段１４と、発光制御手段１５と、受光手段１６と、信号処理手段１８と、解析装置２２０と、を有する。なお計測セル１２と、発光手段１４と、発光制御手段１５と、受光手段１６と、信号処理手段１８と、は、図１に示すガス濃度計測装置１０の各部と同様の構成であるので、説明を省略する。ここで、ガス濃度計測装置２００の信号処理手段１８の第１信号切替装置６０ａ、第２信号切替装置６０ｂは、ＬＤ制御器４８から送られるＬＤ制御信号ではなく、解析装置２２０から送信される信号に基づいて、受光信号を入力する差分検出器を切り替える。
【００６９】
解析装置２２０は、上述した解析装置２０と同様に差分信号等に基づいて、測定対象の成分（ガス種）の濃度の計測と並行して、解析に使用する差分信号を成分（ガス種）毎に決定する。つまり、解析装置２２０は、成分（ガス種）毎に第１差分検出器６２ａの差分信号で濃度検出を行うか、第２差分検出器６２ｂの差分信号で濃度検出を行うかを判定し、判定結果に基づいて、第１信号切替装置６０ａと第２信号切替装置６０ｂとの動作を制御する。
【００７０】
次に、ガス濃度計測装置２００の動作をより詳細に説明する。ここで、図１２は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。図１３は、ガス濃度計測装置の差分検出器の決定処理の一例を示すフロー図である。図１２に示す処理は、信号処理手段１８および解析装置２２０で実行する処理である。
【００７１】
ガス濃度計測装置２００の解析装置２２０は、ステップＳ６０として、解析結果に基づいて対象ガス種（測定対象の成分）毎に使用する差分検出器を決定する。解析装置２２０は、過去の解析結果を用いて、ガス種毎に第１差分検出器６２ａの差分信号を解析に用いるか、第２差分検出器６２ｂの差分信号を解析に用いるかを決定する。なお、ステップＳ６０の処理については、後述する。
【００７２】
解析装置２２０は、ステップＳ６２として、ＬＤ制御信号を受信する。解析装置２２０は、ステップＳ６２でＬＤ制御信号を受信したら、ステップＳ６４として、第１差分検出器で処理するかを判定する。つまり、ＬＤ制御信号に基づいて、レーザ光を出力しているＬＤ、つまり測定対象の成分を特定し、当該成分の測定時に使用する差分検出器が第１差分検出器であるかを判定する。なお、解析装置２２０は、ステップＳ６０で決定した関係を用いて、ＬＤ制御信号と使用する差分検出器との関係を特定する。
【００７３】
解析装置２２０は、ステップＳ６４で第１差分検出器で処理する（Ｙｅｓ）と判定した場合、ステップＳ６６として、受光信号を第１差分検出器に送信し、ステップＳ７０に進む。解析装置２２０は、第１信号切替装置６０ａ、第２信号切替装置６０ｂに制御信号を送信し、受光信号を第１信号切替装置６０ａ、第２信号切替装置６０ｂから第１差分検出器６２ａに送信させる。解析装置２２０は、ステップＳ６４で第１差分検出器で処理しない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ６８として、受光信号を第２差分検出器に送信し、ステップＳ７０に進む。解析装置２２０は、第１信号切替装置６０ａ、第２信号切替装置６０ｂに制御信号を送信し、受光信号を第１信号切替装置６０ａ、第２信号切替装置６０ｂから第２差分検出器６２ｂに送信させる。
【００７４】
解析装置２２０は、ステップＳ７０として、処理終了かを判定する。信号処理手段１８は、ステップＳ７０で処理終了ではない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ７２で解析を一定回数以上実行したかを判定する。つまり、ステップＳ６０で決定した関係を用いて測定対象の成分の濃度の検出を一定回数以上実行したかを判定する。解析装置２２０は、ステップＳ７２で解析を一定回数以上実行した（Ｙｅｓ）と判定した場合、ステップＳ６０に進み、使用する差分検出器を再度決定する。解析装置２２０は、ステップＳ７２で解析を一定回数以上実行していない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ６２に進み本処理を繰り返す。解析装置２２０は、ステップＳ７０で処理終了である（Ｙｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。
【００７５】
次に、図１３を用いて、ステップＳ６０の処理について説明する。解析装置２２０は、ステップＳ８０として、ガス種の差分信号の大きさを検出する。解析装置２２０は、該当するガス種の濃度を検出する際に使用した差分信号に基づいて判定すればよく、直近の１回分の検出結果のみを使用して差分信号の大きさを検出しても、直近の複数回分の検出結果を使用して差分信号の大きさを検出してもよい。ここで、解析装置２２０は、第１差分検出器の感度と第２差分検出器の感度との関係に基づいて差分信号の大きさを演算し、第１差分検出器と第２差分検出器のいずれの検出結果を使用する場合も同じ基準で差分信号を判定できる状態で検出する。
【００７６】
解析装置２２０は、ステップＳ８０で、対象のガス種の差分信号の大きさを検出したら、ステップＳ８２として、差分信号の大きさが所定値以上であるかを判定する。解析装置２２０は、ステップＳ８２で差分信号の大きさが所定値以上である（Ｙｅｓ）と判定した場合、ステップＳ８４として、第１差分検出器で解析するガス種に設定し、ステップＳ８８に進む。つまり、解析装置２２０は、当該ガス種の解析時は、第１差分検出器で検出した差分信号を用いる設定とする。解析装置２２０は、ステップＳ８２で差分信号の大きさが所定値以上ではない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ８６として、第２差分検出器で解析するガス種に設定し、ステップＳ８８に進む。つまり、解析装置２２０は、当該ガス種の解析時は、第２差分検出器で検出した差分信号を用いる設定とする。
【００７７】
解析装置２２０は、ステップＳ８４、Ｓ８６の処理を実行したら、ステップＳ８８としてすべてのガス種の設定を終了したかを判定する。解析装置２２０は、ステップＳ８８でガス種の設定を終了していない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ８０に進み、設定していないガス種に対して上記処理を実行する。解析装置２２０は、ステップＳ８８でガス種の設定を終了した（Ｙｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。
【００７８】
ガス濃度計測装置２００は、上述したように、解析結果に基づいて使用する差分信号を切り替えることで、より高い精度で計測を実行することができる。例えば、計測中に測定対象の成分の濃度が変化し、差分信号の大きさが変化する場合も、変化に応じて使用する差分検出器を切り替えることができる。これにより、より高い精度で測定対象の成分の濃度を計測することができる。
【００７９】
ガス濃度計測装置２００は、成分（ガス種）の解析開始時は、より感度の低い側、より大きい受光信号の出力の差を検出できる側の差分検出器を使用することが好ましい。これにより、差分検出器にかかる負荷を小さくすることができる。また、ガス濃度計測装置２００は、信号処理手段の構成をガス濃度計測装置１０と同様の構成としたが、ガス濃度計測装置１００と同様の構成とした場合も同様の処理を実行することができる。
【００８０】
また、上記実施形態のガス濃度計測装置１０、１００、２００は、いずれも発光手段の発光部ユニットを４つの場合として説明したが、発光部ユニットの数、つまりＬＤの数は、特に限定されない。ガス濃度計測装置１０、１００、２００は、ＬＤを２つ以上備えていればよい。また、発光手段は、発光部ユニットを複数備えて、計測対象の成分にそれぞれ対応する複数のレーザ光を出力させたが、これに限定されない。ガス濃度計測装置１０、１００、２００は、出力するレーザ光の波長を切り替えることができるレーザ光出力装置を設け、当該レーザ光出力装置で出力するレーザ光の波長を、時間毎に順次切り替えるようにしてもよい。このように、１つのレーザ光出力装置でレーザ光を切り替えることで、それぞれ別々の成分に対応した波長のレーザ光を出力するようにしてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、いずれも計測セルの主管と、排ガスを流す案内管とを別部材としたが、一体としてもよい。例えば、計測セルの主管が排ガスを排出する装置に直接連結してもよい。
【００８２】
また、計測セルの主管の管形状は、レーザ光が通過できればよく、断面が円となる管としても、断面が多角形になる管としても、断面が楕円形となる管としてもよい。また、管の内周の断面と外周の断面が異なる形状となってもよい。
【００８３】
また、上記実施形態では、測定対象の成分の濃度を計測したが、これに限定されない。例えば、濃度ではなく量を計測してもよい。
【００８４】
［計測例］
次に、図１４から図１６を用いて、計測例について説明する。図１４は、ガス濃度計測装置を備える試験装置の概略構成を示す模式図である。図１５は、図１４に示す試験装置の計測結果の一例を示すグラフである。図１６は、図１４に示す試験装置の計測結果の他の例を示すグラフである。
【００８５】
図１４に示す試験装置３００は、ガス濃度計測装置３０２を内燃機関ユニット３０４に取り付けている。また、試験装置３００は、ガス濃度計測装置３０２の計測結果をＰＣ３０６に出力する。なお、内燃機関ユニット３０４は、自動車に設置されるエンジンと同様の構成である。内燃機関ユニット３０４は、内燃機関であり排ガスを排出するエンジン３１０と、エンジン３１０を制御するＥＣＵ３１２と、エンジン３１０の出力軸に連結されたギヤ３１４と、エンジン３１０の出力軸とギヤ３１４を介して連結された制御用ダイナモ３１６と、ＥＣＵ３１２と制御用ダイナモ３１６の動作を制御して内燃機関ユニット３０４の動作を制御するベンチ制御装置３１８と、エンジン３１０から排出される排ガスを案内する排気管３２０と、排ガスに含まれる各種物質、主に窒素酸化物を除去する触媒３２２と、を有する。なお、制御用ダイナモ３１６は、発電機等であり、エンジン３１０の回転の抵抗となり、エンジン３１０に対して負荷を与えることができる。
【００８６】
ガス濃度計測装置３０２は、内燃機関ユニット３０４の排気管３２０に配置されている。ガス濃度計測装置３０２は、計測セル３３２と、多成分レーザ排ガス計測装置３３４と、光ファイバ３３６と、信号線３３８と、を有する。ガス濃度計測装置３０２は、各部を模式的に示しているが、上述したガス濃度計測装置１０と基本的に同様の構成である。ガス濃度計測装置３０２は、計測セル３３２がガス濃度計測装置１０の計測セル１２に対応する。また、多成分レーザ排ガス計測装置３３４は、ガス濃度計測装置１０の発光手段１４、発光制御手段１５、受光手段１５の受光装置５０ｂ、信号処理手段１８、解析装置２０の各部が内蔵されている。光ファイバ３３６は、集光光学系から出力された計測レーザ光を案内する光学部材である。また、ガス濃度計測装置３０２は、受光手段１６の受光装置５０ａに相当する受光装置が計測セル３３２に取り付けられている。信号線３３８は、受光装置が受光した受光信号を多成分レーザ排ガス計測装置３３４に送信する。
【００８７】
本計測例では、試験装置３００を用いて、エンジン３１０から排出される排ガスの成分をガス濃度計測装置３０２で計測した。本計測例では、エンジン３１０の始動時の一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、水（Ｈ２Ｏ）の計測を行った。
【００８８】
まず、比較のためにガス濃度計測装置３０２を用いて、１つの差分検出器のみで一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、水（Ｈ２Ｏ）のすべての濃度を計測した。計測結果を図１５に示す。次に、ガス濃度計測装置３０２を上述した方法、具体的には、第２差分検出器で検出した差分信号を用いて、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）を計測し、第１差分検出器で検出した差分信号を用いて、水（Ｈ２Ｏ）の濃度を計測した。計測結果を図１６に示す。
【００８９】
図１５および図１６に示すように、１つの差分検出器で全ての成分の計測を行った場合（図１５参照）よりも、２つの差分検出器を用いて、成分に応じて使用する差分検出器を切り替える（図１６参照）ことでより鮮明な解析結果を検出できることがわかる。
【符号の説明】
【００９０】
１０、１００、２００ ガス濃度計測装置
１２ 計測セル
１４ 発光手段
１５ 発光制御手段
１６ 受光手段
１８ 信号処理手段
２０ 解析装置
３４ａ 第１ＬＤ
３４ｂ 第２ＬＤ
３４ｃ 第３ＬＤ
３４ｄ 第４ＬＤ
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４４ 光ファイバ
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ 分波器
４２ａ、４２ｂ 合波器
４３ 集光光学系
４７ａ 第１ドライバ
４７ｂ 第２ドライバ
４７ｃ 第３ドライバ
４７ｄ 第４ドライバ
４８ ＬＤ制御器
５０ａ、５０ｂ 受光装置
６０ａ 第１信号切替装置
６０ｂ 第２信号切替装置
６２ａ、６２ｂ 差分検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測装置であって、
測定対象ガスが流れる計測セルと、
前記ガスの測定対象の複数の成分に対応する波長を含む複数のレーザ光を切り替えて出力でき、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐する発光部ユニット、前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させる測定光光学系および前記参照レーザ光を案内する参照光光学系を備える発光手段と、
前記発光手段の動作を制御し、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させ、当該測定対象の成分の計測が終了した後、次に測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させる発光制御手段と、
前記計測セルを通過した前記測定レーザ光を受光する第１受光装置および前記参照光光学系で案内された前記参照レーザ光を受光する第２受光装置を備える受光手段と、
前記受光手段で受光した前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段で生成された信号に基づいて測定対象の成分を分析する解析装置と、を備え、
前記信号処理手段は、前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備え、前記計測セルに入射させるレーザ光の波長に応じて、前記解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えることを特徴とする光学式ガス計測装置。
【請求項２】
前記発光部ユニットは、前記ガスの測定対象の成分に対応する波長を含むレーザ光を射出する発光部、前記発光部から射出されたレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐部する分波器および前記分波器で分波された測定レーザ光と前記参照レーザ光とをそれぞれ案内する発光部光学系を備え、それぞれ異なる成分に対応する波長を含むレーザ光を射出させる複数の発光部ユニットと、複数の前記発光部ユニットの前記測定レーザ光を合波する第１合波器と、複数の前記発光部ユニットの前記参照レーザ光を合波する第２合波器とを備え、
前記測定光光学系は、前記第１合波器で合波された前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させ、
前記参照光光学系は、前記第２合波器で合波された前記参照レーザ光を案内し、
前記発光制御手段は、レーザ光を出力させる前記発光部ユニットを時間毎に切り替え、１つの前記発光部ユニットから出力されたレーザ光を前記計測セルに入射させ、
前記信号処理手段は、前記計測セルに入射させるレーザ光を出力する前記発光部ユニットに応じて、前記解析装置に出力する差分信号を検出する前記差分検出器を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項３】
前記信号処理手段は、前記第１受光装置から出力される受光信号を入力する前記差分検出器を切り替える第１信号切替装置と、前記第２受光装置から出力される受光信号を入力する前記差分検出器を切り替える第２信号切替装置と、を備え、
前記第１信号切替装置と前記第２信号切替装置とが受光信号を入力する前記差分検出器を切り替えることで、前記解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項４】
前記信号処理手段は、複数の前記差分検出器から出力される差分信号のうち、前記解析装置に入力する差分信号を切り替える信号切替装置を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項５】
前記解析装置は、それぞれのガス種類の前記差分信号の大きさに基づいて、それぞれのガス種類の分析時に使用する差分信号を出力する前記差分検出器を決定し、前記信号処理手段の動作を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項６】
前記信号処理手段は、計測開始時の計測では、検出感度がより低い差分検出器から出力される差分信号を前記解析装置に出力することを特徴とする請求項５に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項７】
前記信号処理手段は、前記差分検出器の感度と、当該差分検出器と感度が隣接している前記差分検出器の感度と、の差が５倍以上２０倍以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項８】
前記信号処理手段は、前記差分検出器を２つ備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項９】
前記発光制御手段は、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を、前記測定対象の成分に対応する波長を含む範囲で掃引させて前記発光部ユニットから出力させることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項１０】
測定対象ガスが流れる計測セルと、前記ガスの測定対象の複数の成分に対応する波長を含む複数のレーザ光を切り替えて出力でき、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐する発光部ユニット、前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させる測定光光学系および前記参照レーザ光を案内する参照光光学系を備える発光手段と、前記発光手段の動作を制御し、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させ、当該測定対象の成分の計測が終了した後、次に測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させる発光制御手段と、前記計測セルを通過した前記測定レーザ光を受光する第１受光装置および前記参照光光学系で案内された前記参照レーザ光を受光する第２受光装置を備える受光手段と、前記受光手段で受光した前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段と、前記信号処理手段で生成された信号に基づいて測定対象の成分を分析する解析装置と、を備え、前記信号処理手段は、測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備える光学式ガス計測装置で測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測方法であって、
前記計測セルに入射させるレーザ光の波長を検出するステップと、
前記検出したレーザ光の波長に基づいて解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えるステップと、を有することを特徴とする光学式ガス計測方法。
【請求項１】
測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測装置であって、
測定対象ガスが流れる計測セルと、
前記ガスの測定対象の複数の成分に対応する波長を含む複数のレーザ光を切り替えて出力でき、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐する発光部ユニット、前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させる測定光光学系および前記参照レーザ光を案内する参照光光学系を備える発光手段と、
前記発光手段の動作を制御し、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させ、当該測定対象の成分の計測が終了した後、次に測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させる発光制御手段と、
前記計測セルを通過した前記測定レーザ光を受光する第１受光装置および前記参照光光学系で案内された前記参照レーザ光を受光する第２受光装置を備える受光手段と、
前記受光手段で受光した前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段で生成された信号に基づいて測定対象の成分を分析する解析装置と、を備え、
前記信号処理手段は、前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備え、前記計測セルに入射させるレーザ光の波長に応じて、前記解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えることを特徴とする光学式ガス計測装置。
【請求項２】
前記発光部ユニットは、前記ガスの測定対象の成分に対応する波長を含むレーザ光を射出する発光部、前記発光部から射出されたレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐部する分波器および前記分波器で分波された測定レーザ光と前記参照レーザ光とをそれぞれ案内する発光部光学系を備え、それぞれ異なる成分に対応する波長を含むレーザ光を射出させる複数の発光部ユニットと、複数の前記発光部ユニットの前記測定レーザ光を合波する第１合波器と、複数の前記発光部ユニットの前記参照レーザ光を合波する第２合波器とを備え、
前記測定光光学系は、前記第１合波器で合波された前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させ、
前記参照光光学系は、前記第２合波器で合波された前記参照レーザ光を案内し、
前記発光制御手段は、レーザ光を出力させる前記発光部ユニットを時間毎に切り替え、１つの前記発光部ユニットから出力されたレーザ光を前記計測セルに入射させ、
前記信号処理手段は、前記計測セルに入射させるレーザ光を出力する前記発光部ユニットに応じて、前記解析装置に出力する差分信号を検出する前記差分検出器を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項３】
前記信号処理手段は、前記第１受光装置から出力される受光信号を入力する前記差分検出器を切り替える第１信号切替装置と、前記第２受光装置から出力される受光信号を入力する前記差分検出器を切り替える第２信号切替装置と、を備え、
前記第１信号切替装置と前記第２信号切替装置とが受光信号を入力する前記差分検出器を切り替えることで、前記解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項４】
前記信号処理手段は、複数の前記差分検出器から出力される差分信号のうち、前記解析装置に入力する差分信号を切り替える信号切替装置を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項５】
前記解析装置は、それぞれのガス種類の前記差分信号の大きさに基づいて、それぞれのガス種類の分析時に使用する差分信号を出力する前記差分検出器を決定し、前記信号処理手段の動作を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項６】
前記信号処理手段は、計測開始時の計測では、検出感度がより低い差分検出器から出力される差分信号を前記解析装置に出力することを特徴とする請求項５に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項７】
前記信号処理手段は、前記差分検出器の感度と、当該差分検出器と感度が隣接している前記差分検出器の感度と、の差が５倍以上２０倍以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項８】
前記信号処理手段は、前記差分検出器を２つ備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項９】
前記発光制御手段は、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を、前記測定対象の成分に対応する波長を含む範囲で掃引させて前記発光部ユニットから出力させることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光学式ガス計測装置。
【請求項１０】
測定対象ガスが流れる計測セルと、前記ガスの測定対象の複数の成分に対応する波長を含む複数のレーザ光を切り替えて出力でき、出力したレーザ光を測定レーザ光と参照レーザ光に分岐する発光部ユニット、前記測定レーザ光を前記計測セルに入射させる測定光光学系および前記参照レーザ光を案内する参照光光学系を備える発光手段と、前記発光手段の動作を制御し、測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させ、当該測定対象の成分の計測が終了した後、次に測定を行う測定対象の成分に対応する波長のレーザ光を選択し、選択した前記レーザ光を前記計測セルに入射させる発光制御手段と、前記計測セルを通過した前記測定レーザ光を受光する第１受光装置および前記参照光光学系で案内された前記参照レーザ光を受光する第２受光装置を備える受光手段と、前記受光手段で受光した前記測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分信号を生成する信号処理手段と、前記信号処理手段で生成された信号に基づいて測定対象の成分を分析する解析装置と、を備え、前記信号処理手段は、測定レーザ光の強度と前記参照レーザ光の強度との差分を検出する検出感度が異なる差分検出器を複数備える光学式ガス計測装置で測定対象ガスに含まれる複数の成分を分析する光学式ガス計測方法であって、
前記計測セルに入射させるレーザ光の波長を検出するステップと、
前記検出したレーザ光の波長に基づいて解析装置に差分信号を入力する前記差分検出器を切り替えるステップと、を有することを特徴とする光学式ガス計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−９６８１０（Ｐ２０１３−９６８１０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３９２００（Ｐ２０１１−２３９２００）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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