赤外線ガス分析計およびその出力補償方法
【課題】赤外線ガス分析計に加わる外部振動の影響を除去して、高精度の測定動作を行うことのできる赤外線ガス分析計およびその出力補償方法を提供する。
【解決手段】検出器のガス流通路に、第１および第２のサーマルフローセンサと、補償部を有し、前記補償部は、振動によりこれらのサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分を求める第１の演算部と、流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数を備え、前記第１の演算部の出力から前記赤外線ガス分析計に加わる振動の大きさを推定する第２の演算部と、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数を備え、前記第２の演算部で推定した振動の大きさからガス流通路全体に渡る流れ成分を求める第３の演算部と、前記サーマルフローセンサの出力信号の差分を前記第３の演算部の出力を利用して補正する第４の演算部と、を有する。
【解決手段】検出器のガス流通路に、第１および第２のサーマルフローセンサと、補償部を有し、前記補償部は、振動によりこれらのサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分を求める第１の演算部と、流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数を備え、前記第１の演算部の出力から前記赤外線ガス分析計に加わる振動の大きさを推定する第２の演算部と、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数を備え、前記第２の演算部で推定した振動の大きさからガス流通路全体に渡る流れ成分を求める第３の演算部と、前記サーマルフローセンサの出力信号の差分を前記第３の演算部の出力を利用して補正する第４の演算部と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象ガスにおける赤外光の吸収特性を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計およびその出力補償方法に関するものである。
さらに詳しくは、赤外線ガス分析計に加わる外部振動の影響を除去して、高精度の測定動作を行うことのできる赤外線ガス分析計およびその出力補償方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来の赤外線ガス分析計の一例を示す構成図である。図に示されるように、赤外線光源１から発せられた赤外光は、分配セル２により２つに分割され、それぞれ基準セル３および試料セル４に入射する。基準セル３には不活性ガスなど、測定対象成分を含まないガスが封入されている。また、試料セル４には試料ガスが流通する。このため、分配セル２で２つに分けられた赤外光は、試料セル４側でのみ測定対象成分による吸収を受け、検出器５に到達する。
【０００３】
検出器５は基準セル３からの光を受ける基準側室５０１と試料セル４からの光を受ける試料側室５０２の２室からなり、その２室を連絡するガス流通路には、ガスの行き来を検出するためのサーマルフローセンサ５１が取り付けられている。また、検出器５内には、測定対象と同じ成分を含むガス（検出ガス）が封入されており、基準セル３および試料セル４からの赤外光が入射すると、検出ガス中の測定対象成分が赤外光を吸収することで、基準側室５０１内および試料側室５０２内で、それぞれ検出ガスが熱膨張する。
【０００４】
基準セル３内の基準ガスは測定対象成分を含まないので、基準セル３を通過する赤外光に対しては測定対象成分による吸収はなく、試料セル４内の試料ガスに測定対象成分が含まれると、赤外光の一部はそこで吸収されるために、検出器５では試料側室５０２に入射する赤外光が減少し、基準側室５０１内の検出ガスの熱膨張が試料側室５０２内の検出ガスの熱膨張より大きくなる。赤外光は回転セクタ６で断続されて、遮断および照射を繰り返しており、遮断されたときは基準側室５０１および試料側室５０２ともに赤外光が入射しないので、検出ガスは膨張しない。
【０００５】
このため、基準側室５０１および試料側室５０２においては、試料ガス中の測定対象成分濃度に応じて、両室の間に周期的に差圧が生じ、両室間に設けられたガス流通路を検出ガスが行き来することとなる。その検出ガスの挙動はサーマルフローセンサ５１により検出され、信号処理回路７により交流電圧増幅されて、測定対象成分濃度に対応した信号として出力される。８は回転セクタ６を駆動する同期モータ、９は基準セル３および試料セル４に入射する赤外光のバランスを調整するトリマである。
【０００６】
このように、試料ガス中の測定対象成分濃度が変化すると、検出器５（試料側室５０２）に入射する赤外光の光量が変化するので、信号処理回路７を介して測定対象成分濃度に対応した出力信号を得ることができる。
【０００７】
ここで、赤外線ガス分析計に振動が加わると、この振動がノイズとして出力信号に現れ、測定精度が低下してしまう。
図６は、振動の影響を説明するための概念図である。図において、前記図５と同様のものは同一符号を付して示す。矢印Ｕｓｉｇを赤外光の吸収によりガス流通路内に発生する検出ガスの移動方向とすると、サーマルフローセンサ５１を構成する第１のヒータ線５１１および第２のヒータ線５１２は、所定の間隔をおいて、この移動（流通）方向Ｕｓｉｇに沿って配列され、検出ガスの移動に応じた温度（抵抗値）変化を発生する。
【０００８】
すなわち、ガス流通路内の検出ガスが移動すると、上流側のヒータ線は検出ガスにより冷却され、下流側のヒータ線は上流側のヒータ線の熱で加熱されるので、２つのヒータ線の間には温度差が生じる。
この２つのヒータ線５１１、５１２における温度変化（抵抗値変化）は、図７の如きブリッジ回路を使用して検出される。
【０００９】
さて、赤外線ガス分析計に振動が加わった場合、ヒータ線５１１、５１２の配列方向と同じ方向の振動成分を矢印Ｕｖｉｂとすると、慣性により検出ガスが移動（振動）し、この矢印方向の検出ガスの移動（振動）がサーマルフローセンサ５１により検出されて、ノイズとして出力信号Ｖｏｕｔに重畳されてしまう。
【００１０】
図８は、赤外線ガス分析計に加わる振動の影響を示す波形図である。図において、（ａ）は時刻ｔｏにおいて赤外線ガス分析計に外部振動を加えた場合の、測定状態におけるサーマルフローセンサ５１の出力信号波形であり、（ｂ）は赤外線光源１を消灯した状態での、サーマルフローセンサ５１の出力信号波形である。
【００１１】
図から明らかなように、振動による出力信号波形の乱れは、ほぼ同じ形状を有しており、この乱れが同一の原因（振動）により発生し、本来の赤外線の吸収に起因する信号波形とは独立のものであることが分かる。
【００１２】
上記のように、赤外線ガス分析計に加わる振動がヒータ線５１１、５１２の配列方向と同じ方向の振動成分（Ｕｖｉｂ）を有するものであると、赤外光の吸収によりガス流通路内に発生する検出ガスの移動（Ｕｓｉｇ）とともに、サーマルフローセンサ５１により検出されてしまい、このノイズ成分を信号成分と分離することができない。
【００１３】
このような振動に由来するノイズ成分を出力信号から除去するために、下記のような技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１８４２２６号公報
【００１４】
上記特許文献１には、試料ガスが流通する試料セルを有し、この試料セルを通過した赤外光における吸収量の変化を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、検出ガスを逆方向に流通させる折返し部を有するガス流通路と、このガス流通路内の流通方向の異なる位置に向きを揃えて配置された第１および第２のサーマルフローセンサとを具備するとともに、前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力を、振動によるノイズ成分を相殺する極性に加算する補償部を具備したことを特徴とする請求項１に記載の赤外線ガス分析計が開示されている。
【００１５】
上記の提案は、補償部で第１および第２のサーマルフローセンサの出力を、振動によるノイズ成分を相殺する極性に加算することによって、赤外線ガス分析計にかかる振動の影響を効果的に除去するというものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記特許文献１では、第１のサーマルフローセンサと第２のサーマルフローセンサにおいて、外部から赤外線ガス分析計に加えられる振動の影響による信号の出力は同等であると想定していた。
【００１７】
ところが、赤外線ガス分析計に振動が加わった際に、第１および第２のサーマルフローセンサが受ける影響には、サーマルフローセンサ近傍に生じる流れ成分による影響と、ガス流通路全体に渡る流れ成分による影響が存在する。サーマルフローセンサ近傍に生じる流れ成分は、第１および第２のサーマルフローセンサにおいて同じ向きとなる。一方、ガス流通路全体に渡る流れ成分は、ガス流通路に折り返し部があることによって第１および第２のサーマルフローセンサにおいて逆方向となる。
その結果、赤外線ガス分析計に振動が加わった際に、第１および第２のサーマルフローセンサで検出される振動の影響による信号出力は同等にならない。
【００１８】
したがって、上記特許文献１のように、第１および第２のサーマルフローセンサの出力を、振動によるノイズ成分を相殺する極性に加算するだけでは、振動に由来するノイズ成分の影響の大幅な改善は見込めるものの、十分に補償することはできない。
【００１９】
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、赤外線ガス分析計に加わる外部振動の影響を除去して、高精度の測定動作を行うことのできる赤外線ガス分析計およびその出力補償方法を実現することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、試料ガスが流通する試料セルを通過した赤外光と試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器のガス流通路に、検出ガスを逆方向に流通させる折返し部を設けるとともに、このガス流通路内の流通方向の異なる位置に向きを揃えて配置された第１および第２のサーマルフローセンサと、これらのサーマルフローセンサの出力により求められる濃度信号を両者の出力の演算結果により補償する補償部を有し、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、
前記補償部は、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号から振動によりこれらのサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分を求める第１の演算部と、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数を備え、前記第１の演算部の出力から前記赤外線ガス分析計に加わる振動の大きさを推定する第２の演算部と、
前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数を備え、前記第２の演算部で推定した振動の大きさから振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分を求める第３の演算部と、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号の差分を前記第３の演算部の出力を利用して補正する第４の演算部と、
を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項２では、請求項１に記載の赤外線ガス分析計において、前記第１および第２のサーマルフローセンサは、それぞれ検出ガスの流通方向に対して平行な方向に配列された１組以上のヒータ線よりなることを特徴とする。
【００２２】
請求項３では、請求項１または２に記載の赤外線ガス分析計において、前記第２の演算部は、前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする。
【００２３】
請求項４では、請求項１乃至３のいずれかに記載の赤外線ガス分析計において、前記第３の演算部は、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、ガス流通路全体に渡る流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする。
【００２４】
請求項５では、請求項１乃至４のいずれかに記載の赤外線ガス分析計において、前記第２の演算部で推定した振動の大きさを監視し、必要に応じて外部にアラームを発する振動量モニタ部を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項６では、試料ガスが流通する試料セルを通過した赤外光と試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器のガス流通路に、検出ガスを逆方向に流通させる折返し部を設けるとともに、一方のガス流通路内に配置された第１のサーマルフローセンサの出力と、他方のガス流通路内に第１のサーマルフローセンサと同じ向きに配置された第２のサーマルフローセンサの出力により求められる濃度信号を両者の出力の演算結果により補償して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計の出力補償方法において、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号から振動によりこれらのサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分を求める第１の演算ステップと、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数を備え、前記第１の演算ステップの出力から前記赤外線ガス分析計に加わる振動の大きさを推定する第２の演算ステップと、
前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数を備え、前記第２の演算ステップで推定した振動の大きさから振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分を求める第３の演算ステップと、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号の差分を前記第３の演算ステップの出力を利用して補正する第４の演算ステップと、
を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項７では、請求項６に記載の赤外線ガス分析計の出力補償方法において、前記第２の演算ステップは、前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする。
【００２７】
請求項８では、請求項６または７に記載の赤外線ガス分析計の出力補償方法において、前記第３の演算ステップは、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、ガス流通路全体に渡る流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする。
【００２８】
請求項９では、請求項６乃至８のいずれかに記載の赤外線ガス分析計において、前記第２の演算ステップで推定した振動の大きさを監視し、必要に応じて外部にアラームを発することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
このように、第１および第２のサーマルフローセンサ近傍に生じる流れ成分による影響と、ガス流通路全体に渡る流れ成分による影響の相違を考慮して、第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号に含まれる振動に起因する信号成分を求め、第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号を補償することにより、赤外線ガス分析計に加わる外部振動の影響を除去して、高精度の測定動作を行うことのできる赤外線ガス分析計およびその出力補償方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を用いて本発明の赤外線ガス分析計およびその出力補償方法を説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明の赤外線ガス分析計およびその出力補償方法の一実施例を示す構成図である。図において、前記図５〜図８と同様のものは同一符号を付して示す。５０３、５０４はガス流通路、５２はその折返し部であり、折返し部５２を挟んで、検出ガスを逆方向に流通させる。一方のガス流通路５０３にはサーマルフローセンサ５１が配置され、他方のガス流通路５０４にはヒータ線５３１、５３２よりなるサーマルフローセンサ５３が配置されている。また、サーマルフローセンサ５３におけるヒータ線５３１、５３２は、サーマルフローセンサ５１におけるヒータ線５１１、５１２と向きを揃えて配列されている。
【００３２】
図２は図１のサーマルフローセンサ５１および５３の周辺の拡大図である。なお、図においては、サーマルフローセンサ５１、５３を配置する空間として、ガス流通路より多少広くなった部屋状の空間を例示しているが、空間の形状はこれに限られるものではない。また、サーマルフローセンサ５１、５３は同じ性能のものを使用し、これらのサーマルフローセンサ５１、５３の近傍は同じ構成とする。
【００３３】
ここで、検出対象成分の濃度に応じた検出ガスの流れは、折り返されたガス流通路５０３、５０４の中を、矢印Ｕｓｉｇのように流れる。また、振動が赤外線ガス分析計に加わると、サーマルフローセンサ５１，５３の近傍には流れ成分Ｕｖｉｂ１、ガス流通路全体に渡る流れ成分Ｕｖｉｂ２が生じ、ガス流通路５０３、５０４内に作用する。
なお、検出ガスは、赤外光の断続に応じて、ガス流通路５０３、５０４内を往復動するものであるが、ここでは、折り返されたガス流通路５０３、５０４の作用効果を明確化するために、一方向の矢印（流れ）として表している。また、振動による検出ガスの流れ（矢印Ｕｖｉｂ１、Ｕｖｉｂ２）についても同様である。
【００３４】
図に示されるように、折り返されたガス流通路５０３、５０４の中に、向きを揃えて２つのサーマルフローセンサ５１、５３を配置すると、ガス流通路５０３においてはＵｓｉｇに対して振動の影響Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２は同じ位相で作用し、ガス流通路５０４においてはＵｖｉｂ１は逆位相、Ｕｖｉｂ２は同じ位相で作用することになる。
【００３５】
図３は、サーマルフローセンサ５１、５３の出力を検出する検出部の具体的な構成例を示す回路図である。図において、１１、１２はサーマルフローセンサ５１、５３におけるヒータ線５１１、５１２、５３１、５３２の抵抗値変化（温度変化）を検出するブリッジ回路、１３はブリッジ回路１１の出力Ｖｏ１とブリッジ回路１２の出力とＶｏ２とから装置に加わる振動の影響によるノイズ成分を除去する補償部である。
【００３６】
ブリッジ回路１１においては、前記図７で説明したように、測定対象ガス濃度に応じた検出ガスの流れ成分（矢印Ｕｓｉｇ）と振動による検出ガスの流れ成分（矢印Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２）とが検出され、その出力信号Ｖｏ１は振動ノイズ成分を含んだものとなっている。ここでは、矢印Ｕｓｉｇと矢印Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２とは同じ向きである。
これに対して、ブリッジ回路１２においては、測定対象ガス濃度に応じた検出ガスの流れ成分（矢印Ｕｓｉｇ）と振動による検出ガスの流れ成分（矢印Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２）とが検出され、振動ノイズ成分を含んだ出力信号Ｖｏ２が得られているが、矢印Ｕｓｉｇに対して矢印Ｕｖｉｂ１は逆向き、矢印Ｕｖｉｂ２は同じ向きとなっている。
【００３７】
以下に、外部から矢印Ｕｓｉｇと同じ方向にかかる振動ｖが赤外線ガス分析装置に加えられている場合に、どのように第１と第２のサーマルフローセンサ５１，５３の出力信号から振動によるノイズ成分を除去するかについて説明する。
【００３８】
図１および図２において、第１のサーマルフローセンサ５１に生じるガス流をＧ１、第２のサーマルフローセンサ５３に生じるガス流をＧ２とする。
第１および第２のサーマルフローセンサ５１，５３で検出されるガス流の内訳は、装置に加わる振動ｖによってフローセンサ近傍に生じる流れ成分（Ｕｖｉｂ１）と、装置に加わる振動ｖによって基準側室５０１や試料側室５０２、流通路５０３，５０４などガス流通路全体に生じる流れ成分（Ｕｖｉｂ２）と、赤外線光源の点滅により測定対象ガス濃度に応じて生じる流れ成分（Ｕｓｉｇ）の３つに分けて考えることができる。このうち、分析値を求めるために必要なのは流れ成分Ｕｓｉｇのみである。流れ成分Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２はノイズ成分となる。
【００３９】
ガス流Ｇ１は、フローセンサ５１，５３の近傍に生じる流れ成分Ｕｖｉｂ１と、ガス流通路全体に生じる流れ成分Ｕｖｉｂ２と、赤外線光源の点滅によって生じる流れ成分Ｕｓｉｇの和である。
Ｇ１＝Ｕｖｉｂ１＋Ｕｖｉｂ２＋Ｕｓｉｇ ・・・式１
【００４０】
一方、ガス流Ｇ２は、流れ成分Ｕｖｉｂ１から流れ成分Ｕｖｉｂ２および流れ成分Ｕｓｉｇを減じたものある。
Ｇ２＝Ｕｖｉｂ１−（Ｕｖｉｂ２＋Ｕｓｉｇ） ・・・式２
【００４１】
振動ｖによって第１および第２のサーマルフローセンサ５１、５３に生じるガスの流れは、振動ｖを変数とする伝達関数で表すことができる。流れ成分Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２はそれぞれ、
Ｕｖｉｂ１＝Ｆｖａ（ｖ） ・・・式３
Ｕｖｉｂ２＝Ｆｖｂ（ｖ） ・・・式４
と表すことができる。
【００４２】
伝達関数Ｆｖａ、Ｆｖｂは、第１および第２のサーマルフローセンサ５１，５３の構造や、基準側室５０１、試料側室５０２、流通路５０３，５０４の大きさや形状、さらには第１および第２のサーマルフローセンサ５１，５３との位置関係を考慮して、計算によりあらかじめ求めることができる。ただし、計算による算出が困難な場合には、振動ｖの大きさと各検出器に生じる流れ成分の関係を実測により求め、実測値から逆算して得た関数を伝達関数として利用してもよい。
【００４３】
式１から式２を減算すると、
Ｇ１−Ｇ２＝２Ｕｖｉｂ２＋２Ｕｓｉｇ
となり、
２Ｕｓｉｇ＝（Ｇ１−Ｇ２）−２Ｕｖｉｂ２ ・・・式５
が得られる。
【００４４】
ここで、伝達関数Ｆｖａの逆関数をＦｖａ−１とすると、式３から、
ｖ＝Ｆｖａ−１（Ｕｖｉｂ１） ・・・式６
となる。式６を式４に代入すると、
Ｕｖｉｂ２＝Ｆｖｂ（Ｆｖａ−１（Ｕｖｉｂ１）） ・・・式７
となる。
【００４５】
また、式１と式２を加算して、
Ｕｖｉｂ１＝（Ｇ１＋Ｇ２）／２ ・・・式８
が得られる。
【００４６】
式５、式７、式８から、下記の式が得られる。
２×Ｕｓｉｇ＝（Ｇ１−Ｇ２）−２×Ｆｖｂ（Ｆｖａ−１（（Ｇ１＋Ｇ２）／２））
・・・式９
【００４７】
式９において、ガス流Ｇ１，Ｇ２はサーマルフローセンサ５１、５３の出力から得られる。また、伝達関数Ｆｖａの逆関数Ｆｖａ−１、伝達関数Ｆｖｂは計算により求まるものである。したがって、式９の計算を行なうことにより、振動の影響によるノイズ成分を含むガス流Ｇ１，Ｇ２の測定値から、赤外線光源の点滅による流れ成分Ｕｓｉｇ成分のみを取り出すことができる。
【００４８】
図４は式９の計算動作の流れを示すブロック図であり、補償部１３で実行される。
まず、ブリッジ回路１１、１２から、ガス流Ｇ１，Ｇ２に応じた電圧信号（Ｖｏ１，Ｖｏ２）が入力される。ガス流Ｇ１，Ｇ２には振動ｖの影響によるノイズ成分Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２も含まれている。
【００４９】
第１の演算部１３１は、入力されたガス流Ｇ１，Ｇ２の信号Ｖｏ１，Ｖｏ２に基づいて式８の計算を行い、Ｕｖｉｂ１を算出する。算出されたＵｖｉｂ１の情報は第２の演算部１３２に入力される。
第２の演算部１３２は、入力されたＵｖｉｂ１の情報から、伝達関数Ｆｖａ−１を用いて赤外線ガス分析計に加わる振動ｖを求め、第３の演算部１３３に出力する。
第３の演算部１３３は、入力された振動ｖの情報から、伝達関数Ｆｖｂを用いてガス流Ｕｖｉｂ２を算出し、さらにその２倍の値を出力する。
第４の演算部１３４は１３４ａと１３４ｂから構成される。まず、１３４ａにおいて、入力されたガス流Ｇ１，Ｇ２の信号Ｖｏ１，Ｖｏ２の差分を求め、１３４ｂに出力する。１３４ｂでは１３４ａの出力から第３の演算部１３３の出力を減算する。
以上の流れにより式９の計算が実行され、ガス流Ｇ１，Ｇ２の測定値から赤外線光源の点滅による流れ成分Ｕｓｉｇの信号を取り出すことができる。
【００５０】
なお、式９を実行により得られる計算結果は、流れ成分Ｕｓｉｇの２倍の値である。したがって、従来の赤外線ガス分析計と比較して大きな信号出力が得られ、赤外線ガス分析計の高感度化を図ることができる。
【００５１】
なお、一般的には、Ｆｖａ（ｖ）はガスの流れに対して生じる抵抗による一次遅れ、
Ｆｖｂ（ｖ）は流通路５０３，５０４での抵抗と、基準側室５０１および試料側室５０２のガスの弾性による二次遅れとなる。
【００５２】
このように、第１および第２のサーマルフローセンサ５１，５３近傍に生じる流れ成分Ｕｖｉｂ１による影響と、ガス流通路全体に渡る流れ成分Ｕｖｉｂ２による影響の相違を考慮して、第１および第２のサーマルフローセンサ５１，５３の出力信号に含まれる振動に起因する信号成分を求め、第１および第２のサーマルフローセンサ５１，５３の出力信号を補償することにより、赤外線ガス分析計に加わる外部振動の影響を除去して、高精度の測定動作を行うことのできる赤外線ガス分析計およびその出力補償方法を実現することができる。
【００５３】
なお、第１および第２のサーマルフローセンサ５１、５３の構成およびブリッジ回路１１，１２の構成は、図に示されたものに限らず、特許文献１に記載されているような様々な構成が採用可能である。
【実施例２】
【００５４】
前記実施例１に示した赤外線ガス分析計では、第２の演算部１３２において、振動ｖの情報を得ることができる。
ｖ＝Ｆｖａ−１（（Ｇ１＋Ｇ２）／２） ・・・式１０
【００５５】
そこで、この振動ｖを常時監視する振動量モニタ部を設け、振動ｖが赤外線ガス分析計にとって過度の振動であった場合に装置外部にアラームを発する。
【００５６】
このように、振動アラームを発する機能を持たせることにより、赤外線ガス分析計が過度の振動下で使用されるのを防止したり、赤外線ガス分析計の故障防止に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は本発明の赤外線ガス分析計およびその出力補償方法の一実施例を示す構成図。
【図２】図２はサーマルフローセンサ５１および５３の周辺の拡大図。
【図３】図３はブリッジ回路１１、１２の具体的な構成例を示す回路図。
【図４】図４は式９の計算動作の流れを示すブロック図。
【図５】図５は従来の赤外線ガス分析計の一例を示す構成図。
【図６】図６は振動の影響を説明するための概念図。
【図７】図７はヒータ線５１１、５１２における温度変化（抵抗値変化）を検出するブリッジ回路。
【図８】図８は赤外線ガス分析計に加わる振動の影響を示す波形図。
【符号の説明】
【００５８】
１ 赤外線光源
２ 分配セル
３ 基準セル
４ 試料セル
５ 検出器
５０１ 基準側室
５０２ 試料側室
５０３，５０４ 流通路
５１、５３ サーマルフローセンサ
５１１、５１２、５３１、５３２ ヒータ線
６ 回転セクタ
７ 信号処理回路
８ 同期モータ
９ トリマ
１１、１２ ブリッジ回路
１３ 補償部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象ガスにおける赤外光の吸収特性を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計およびその出力補償方法に関するものである。
さらに詳しくは、赤外線ガス分析計に加わる外部振動の影響を除去して、高精度の測定動作を行うことのできる赤外線ガス分析計およびその出力補償方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来の赤外線ガス分析計の一例を示す構成図である。図に示されるように、赤外線光源１から発せられた赤外光は、分配セル２により２つに分割され、それぞれ基準セル３および試料セル４に入射する。基準セル３には不活性ガスなど、測定対象成分を含まないガスが封入されている。また、試料セル４には試料ガスが流通する。このため、分配セル２で２つに分けられた赤外光は、試料セル４側でのみ測定対象成分による吸収を受け、検出器５に到達する。
【０００３】
検出器５は基準セル３からの光を受ける基準側室５０１と試料セル４からの光を受ける試料側室５０２の２室からなり、その２室を連絡するガス流通路には、ガスの行き来を検出するためのサーマルフローセンサ５１が取り付けられている。また、検出器５内には、測定対象と同じ成分を含むガス（検出ガス）が封入されており、基準セル３および試料セル４からの赤外光が入射すると、検出ガス中の測定対象成分が赤外光を吸収することで、基準側室５０１内および試料側室５０２内で、それぞれ検出ガスが熱膨張する。
【０００４】
基準セル３内の基準ガスは測定対象成分を含まないので、基準セル３を通過する赤外光に対しては測定対象成分による吸収はなく、試料セル４内の試料ガスに測定対象成分が含まれると、赤外光の一部はそこで吸収されるために、検出器５では試料側室５０２に入射する赤外光が減少し、基準側室５０１内の検出ガスの熱膨張が試料側室５０２内の検出ガスの熱膨張より大きくなる。赤外光は回転セクタ６で断続されて、遮断および照射を繰り返しており、遮断されたときは基準側室５０１および試料側室５０２ともに赤外光が入射しないので、検出ガスは膨張しない。
【０００５】
このため、基準側室５０１および試料側室５０２においては、試料ガス中の測定対象成分濃度に応じて、両室の間に周期的に差圧が生じ、両室間に設けられたガス流通路を検出ガスが行き来することとなる。その検出ガスの挙動はサーマルフローセンサ５１により検出され、信号処理回路７により交流電圧増幅されて、測定対象成分濃度に対応した信号として出力される。８は回転セクタ６を駆動する同期モータ、９は基準セル３および試料セル４に入射する赤外光のバランスを調整するトリマである。
【０００６】
このように、試料ガス中の測定対象成分濃度が変化すると、検出器５（試料側室５０２）に入射する赤外光の光量が変化するので、信号処理回路７を介して測定対象成分濃度に対応した出力信号を得ることができる。
【０００７】
ここで、赤外線ガス分析計に振動が加わると、この振動がノイズとして出力信号に現れ、測定精度が低下してしまう。
図６は、振動の影響を説明するための概念図である。図において、前記図５と同様のものは同一符号を付して示す。矢印Ｕｓｉｇを赤外光の吸収によりガス流通路内に発生する検出ガスの移動方向とすると、サーマルフローセンサ５１を構成する第１のヒータ線５１１および第２のヒータ線５１２は、所定の間隔をおいて、この移動（流通）方向Ｕｓｉｇに沿って配列され、検出ガスの移動に応じた温度（抵抗値）変化を発生する。
【０００８】
すなわち、ガス流通路内の検出ガスが移動すると、上流側のヒータ線は検出ガスにより冷却され、下流側のヒータ線は上流側のヒータ線の熱で加熱されるので、２つのヒータ線の間には温度差が生じる。
この２つのヒータ線５１１、５１２における温度変化（抵抗値変化）は、図７の如きブリッジ回路を使用して検出される。
【０００９】
さて、赤外線ガス分析計に振動が加わった場合、ヒータ線５１１、５１２の配列方向と同じ方向の振動成分を矢印Ｕｖｉｂとすると、慣性により検出ガスが移動（振動）し、この矢印方向の検出ガスの移動（振動）がサーマルフローセンサ５１により検出されて、ノイズとして出力信号Ｖｏｕｔに重畳されてしまう。
【００１０】
図８は、赤外線ガス分析計に加わる振動の影響を示す波形図である。図において、（ａ）は時刻ｔｏにおいて赤外線ガス分析計に外部振動を加えた場合の、測定状態におけるサーマルフローセンサ５１の出力信号波形であり、（ｂ）は赤外線光源１を消灯した状態での、サーマルフローセンサ５１の出力信号波形である。
【００１１】
図から明らかなように、振動による出力信号波形の乱れは、ほぼ同じ形状を有しており、この乱れが同一の原因（振動）により発生し、本来の赤外線の吸収に起因する信号波形とは独立のものであることが分かる。
【００１２】
上記のように、赤外線ガス分析計に加わる振動がヒータ線５１１、５１２の配列方向と同じ方向の振動成分（Ｕｖｉｂ）を有するものであると、赤外光の吸収によりガス流通路内に発生する検出ガスの移動（Ｕｓｉｇ）とともに、サーマルフローセンサ５１により検出されてしまい、このノイズ成分を信号成分と分離することができない。
【００１３】
このような振動に由来するノイズ成分を出力信号から除去するために、下記のような技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１８４２２６号公報
【００１４】
上記特許文献１には、試料ガスが流通する試料セルを有し、この試料セルを通過した赤外光における吸収量の変化を利用して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、検出ガスを逆方向に流通させる折返し部を有するガス流通路と、このガス流通路内の流通方向の異なる位置に向きを揃えて配置された第１および第２のサーマルフローセンサとを具備するとともに、前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力を、振動によるノイズ成分を相殺する極性に加算する補償部を具備したことを特徴とする請求項１に記載の赤外線ガス分析計が開示されている。
【００１５】
上記の提案は、補償部で第１および第２のサーマルフローセンサの出力を、振動によるノイズ成分を相殺する極性に加算することによって、赤外線ガス分析計にかかる振動の影響を効果的に除去するというものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記特許文献１では、第１のサーマルフローセンサと第２のサーマルフローセンサにおいて、外部から赤外線ガス分析計に加えられる振動の影響による信号の出力は同等であると想定していた。
【００１７】
ところが、赤外線ガス分析計に振動が加わった際に、第１および第２のサーマルフローセンサが受ける影響には、サーマルフローセンサ近傍に生じる流れ成分による影響と、ガス流通路全体に渡る流れ成分による影響が存在する。サーマルフローセンサ近傍に生じる流れ成分は、第１および第２のサーマルフローセンサにおいて同じ向きとなる。一方、ガス流通路全体に渡る流れ成分は、ガス流通路に折り返し部があることによって第１および第２のサーマルフローセンサにおいて逆方向となる。
その結果、赤外線ガス分析計に振動が加わった際に、第１および第２のサーマルフローセンサで検出される振動の影響による信号出力は同等にならない。
【００１８】
したがって、上記特許文献１のように、第１および第２のサーマルフローセンサの出力を、振動によるノイズ成分を相殺する極性に加算するだけでは、振動に由来するノイズ成分の影響の大幅な改善は見込めるものの、十分に補償することはできない。
【００１９】
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、赤外線ガス分析計に加わる外部振動の影響を除去して、高精度の測定動作を行うことのできる赤外線ガス分析計およびその出力補償方法を実現することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、試料ガスが流通する試料セルを通過した赤外光と試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器のガス流通路に、検出ガスを逆方向に流通させる折返し部を設けるとともに、このガス流通路内の流通方向の異なる位置に向きを揃えて配置された第１および第２のサーマルフローセンサと、これらのサーマルフローセンサの出力により求められる濃度信号を両者の出力の演算結果により補償する補償部を有し、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、
前記補償部は、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号から振動によりこれらのサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分を求める第１の演算部と、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数を備え、前記第１の演算部の出力から前記赤外線ガス分析計に加わる振動の大きさを推定する第２の演算部と、
前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数を備え、前記第２の演算部で推定した振動の大きさから振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分を求める第３の演算部と、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号の差分を前記第３の演算部の出力を利用して補正する第４の演算部と、
を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項２では、請求項１に記載の赤外線ガス分析計において、前記第１および第２のサーマルフローセンサは、それぞれ検出ガスの流通方向に対して平行な方向に配列された１組以上のヒータ線よりなることを特徴とする。
【００２２】
請求項３では、請求項１または２に記載の赤外線ガス分析計において、前記第２の演算部は、前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする。
【００２３】
請求項４では、請求項１乃至３のいずれかに記載の赤外線ガス分析計において、前記第３の演算部は、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、ガス流通路全体に渡る流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする。
【００２４】
請求項５では、請求項１乃至４のいずれかに記載の赤外線ガス分析計において、前記第２の演算部で推定した振動の大きさを監視し、必要に応じて外部にアラームを発する振動量モニタ部を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項６では、試料ガスが流通する試料セルを通過した赤外光と試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器のガス流通路に、検出ガスを逆方向に流通させる折返し部を設けるとともに、一方のガス流通路内に配置された第１のサーマルフローセンサの出力と、他方のガス流通路内に第１のサーマルフローセンサと同じ向きに配置された第２のサーマルフローセンサの出力により求められる濃度信号を両者の出力の演算結果により補償して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計の出力補償方法において、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号から振動によりこれらのサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分を求める第１の演算ステップと、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数を備え、前記第１の演算ステップの出力から前記赤外線ガス分析計に加わる振動の大きさを推定する第２の演算ステップと、
前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数を備え、前記第２の演算ステップで推定した振動の大きさから振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分を求める第３の演算ステップと、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号の差分を前記第３の演算ステップの出力を利用して補正する第４の演算ステップと、
を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項７では、請求項６に記載の赤外線ガス分析計の出力補償方法において、前記第２の演算ステップは、前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする。
【００２７】
請求項８では、請求項６または７に記載の赤外線ガス分析計の出力補償方法において、前記第３の演算ステップは、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、ガス流通路全体に渡る流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする。
【００２８】
請求項９では、請求項６乃至８のいずれかに記載の赤外線ガス分析計において、前記第２の演算ステップで推定した振動の大きさを監視し、必要に応じて外部にアラームを発することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
このように、第１および第２のサーマルフローセンサ近傍に生じる流れ成分による影響と、ガス流通路全体に渡る流れ成分による影響の相違を考慮して、第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号に含まれる振動に起因する信号成分を求め、第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号を補償することにより、赤外線ガス分析計に加わる外部振動の影響を除去して、高精度の測定動作を行うことのできる赤外線ガス分析計およびその出力補償方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を用いて本発明の赤外線ガス分析計およびその出力補償方法を説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明の赤外線ガス分析計およびその出力補償方法の一実施例を示す構成図である。図において、前記図５〜図８と同様のものは同一符号を付して示す。５０３、５０４はガス流通路、５２はその折返し部であり、折返し部５２を挟んで、検出ガスを逆方向に流通させる。一方のガス流通路５０３にはサーマルフローセンサ５１が配置され、他方のガス流通路５０４にはヒータ線５３１、５３２よりなるサーマルフローセンサ５３が配置されている。また、サーマルフローセンサ５３におけるヒータ線５３１、５３２は、サーマルフローセンサ５１におけるヒータ線５１１、５１２と向きを揃えて配列されている。
【００３２】
図２は図１のサーマルフローセンサ５１および５３の周辺の拡大図である。なお、図においては、サーマルフローセンサ５１、５３を配置する空間として、ガス流通路より多少広くなった部屋状の空間を例示しているが、空間の形状はこれに限られるものではない。また、サーマルフローセンサ５１、５３は同じ性能のものを使用し、これらのサーマルフローセンサ５１、５３の近傍は同じ構成とする。
【００３３】
ここで、検出対象成分の濃度に応じた検出ガスの流れは、折り返されたガス流通路５０３、５０４の中を、矢印Ｕｓｉｇのように流れる。また、振動が赤外線ガス分析計に加わると、サーマルフローセンサ５１，５３の近傍には流れ成分Ｕｖｉｂ１、ガス流通路全体に渡る流れ成分Ｕｖｉｂ２が生じ、ガス流通路５０３、５０４内に作用する。
なお、検出ガスは、赤外光の断続に応じて、ガス流通路５０３、５０４内を往復動するものであるが、ここでは、折り返されたガス流通路５０３、５０４の作用効果を明確化するために、一方向の矢印（流れ）として表している。また、振動による検出ガスの流れ（矢印Ｕｖｉｂ１、Ｕｖｉｂ２）についても同様である。
【００３４】
図に示されるように、折り返されたガス流通路５０３、５０４の中に、向きを揃えて２つのサーマルフローセンサ５１、５３を配置すると、ガス流通路５０３においてはＵｓｉｇに対して振動の影響Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２は同じ位相で作用し、ガス流通路５０４においてはＵｖｉｂ１は逆位相、Ｕｖｉｂ２は同じ位相で作用することになる。
【００３５】
図３は、サーマルフローセンサ５１、５３の出力を検出する検出部の具体的な構成例を示す回路図である。図において、１１、１２はサーマルフローセンサ５１、５３におけるヒータ線５１１、５１２、５３１、５３２の抵抗値変化（温度変化）を検出するブリッジ回路、１３はブリッジ回路１１の出力Ｖｏ１とブリッジ回路１２の出力とＶｏ２とから装置に加わる振動の影響によるノイズ成分を除去する補償部である。
【００３６】
ブリッジ回路１１においては、前記図７で説明したように、測定対象ガス濃度に応じた検出ガスの流れ成分（矢印Ｕｓｉｇ）と振動による検出ガスの流れ成分（矢印Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２）とが検出され、その出力信号Ｖｏ１は振動ノイズ成分を含んだものとなっている。ここでは、矢印Ｕｓｉｇと矢印Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２とは同じ向きである。
これに対して、ブリッジ回路１２においては、測定対象ガス濃度に応じた検出ガスの流れ成分（矢印Ｕｓｉｇ）と振動による検出ガスの流れ成分（矢印Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２）とが検出され、振動ノイズ成分を含んだ出力信号Ｖｏ２が得られているが、矢印Ｕｓｉｇに対して矢印Ｕｖｉｂ１は逆向き、矢印Ｕｖｉｂ２は同じ向きとなっている。
【００３７】
以下に、外部から矢印Ｕｓｉｇと同じ方向にかかる振動ｖが赤外線ガス分析装置に加えられている場合に、どのように第１と第２のサーマルフローセンサ５１，５３の出力信号から振動によるノイズ成分を除去するかについて説明する。
【００３８】
図１および図２において、第１のサーマルフローセンサ５１に生じるガス流をＧ１、第２のサーマルフローセンサ５３に生じるガス流をＧ２とする。
第１および第２のサーマルフローセンサ５１，５３で検出されるガス流の内訳は、装置に加わる振動ｖによってフローセンサ近傍に生じる流れ成分（Ｕｖｉｂ１）と、装置に加わる振動ｖによって基準側室５０１や試料側室５０２、流通路５０３，５０４などガス流通路全体に生じる流れ成分（Ｕｖｉｂ２）と、赤外線光源の点滅により測定対象ガス濃度に応じて生じる流れ成分（Ｕｓｉｇ）の３つに分けて考えることができる。このうち、分析値を求めるために必要なのは流れ成分Ｕｓｉｇのみである。流れ成分Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２はノイズ成分となる。
【００３９】
ガス流Ｇ１は、フローセンサ５１，５３の近傍に生じる流れ成分Ｕｖｉｂ１と、ガス流通路全体に生じる流れ成分Ｕｖｉｂ２と、赤外線光源の点滅によって生じる流れ成分Ｕｓｉｇの和である。
Ｇ１＝Ｕｖｉｂ１＋Ｕｖｉｂ２＋Ｕｓｉｇ ・・・式１
【００４０】
一方、ガス流Ｇ２は、流れ成分Ｕｖｉｂ１から流れ成分Ｕｖｉｂ２および流れ成分Ｕｓｉｇを減じたものある。
Ｇ２＝Ｕｖｉｂ１−（Ｕｖｉｂ２＋Ｕｓｉｇ） ・・・式２
【００４１】
振動ｖによって第１および第２のサーマルフローセンサ５１、５３に生じるガスの流れは、振動ｖを変数とする伝達関数で表すことができる。流れ成分Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２はそれぞれ、
Ｕｖｉｂ１＝Ｆｖａ（ｖ） ・・・式３
Ｕｖｉｂ２＝Ｆｖｂ（ｖ） ・・・式４
と表すことができる。
【００４２】
伝達関数Ｆｖａ、Ｆｖｂは、第１および第２のサーマルフローセンサ５１，５３の構造や、基準側室５０１、試料側室５０２、流通路５０３，５０４の大きさや形状、さらには第１および第２のサーマルフローセンサ５１，５３との位置関係を考慮して、計算によりあらかじめ求めることができる。ただし、計算による算出が困難な場合には、振動ｖの大きさと各検出器に生じる流れ成分の関係を実測により求め、実測値から逆算して得た関数を伝達関数として利用してもよい。
【００４３】
式１から式２を減算すると、
Ｇ１−Ｇ２＝２Ｕｖｉｂ２＋２Ｕｓｉｇ
となり、
２Ｕｓｉｇ＝（Ｇ１−Ｇ２）−２Ｕｖｉｂ２ ・・・式５
が得られる。
【００４４】
ここで、伝達関数Ｆｖａの逆関数をＦｖａ−１とすると、式３から、
ｖ＝Ｆｖａ−１（Ｕｖｉｂ１） ・・・式６
となる。式６を式４に代入すると、
Ｕｖｉｂ２＝Ｆｖｂ（Ｆｖａ−１（Ｕｖｉｂ１）） ・・・式７
となる。
【００４５】
また、式１と式２を加算して、
Ｕｖｉｂ１＝（Ｇ１＋Ｇ２）／２ ・・・式８
が得られる。
【００４６】
式５、式７、式８から、下記の式が得られる。
２×Ｕｓｉｇ＝（Ｇ１−Ｇ２）−２×Ｆｖｂ（Ｆｖａ−１（（Ｇ１＋Ｇ２）／２））
・・・式９
【００４７】
式９において、ガス流Ｇ１，Ｇ２はサーマルフローセンサ５１、５３の出力から得られる。また、伝達関数Ｆｖａの逆関数Ｆｖａ−１、伝達関数Ｆｖｂは計算により求まるものである。したがって、式９の計算を行なうことにより、振動の影響によるノイズ成分を含むガス流Ｇ１，Ｇ２の測定値から、赤外線光源の点滅による流れ成分Ｕｓｉｇ成分のみを取り出すことができる。
【００４８】
図４は式９の計算動作の流れを示すブロック図であり、補償部１３で実行される。
まず、ブリッジ回路１１、１２から、ガス流Ｇ１，Ｇ２に応じた電圧信号（Ｖｏ１，Ｖｏ２）が入力される。ガス流Ｇ１，Ｇ２には振動ｖの影響によるノイズ成分Ｕｖｉｂ１，Ｕｖｉｂ２も含まれている。
【００４９】
第１の演算部１３１は、入力されたガス流Ｇ１，Ｇ２の信号Ｖｏ１，Ｖｏ２に基づいて式８の計算を行い、Ｕｖｉｂ１を算出する。算出されたＵｖｉｂ１の情報は第２の演算部１３２に入力される。
第２の演算部１３２は、入力されたＵｖｉｂ１の情報から、伝達関数Ｆｖａ−１を用いて赤外線ガス分析計に加わる振動ｖを求め、第３の演算部１３３に出力する。
第３の演算部１３３は、入力された振動ｖの情報から、伝達関数Ｆｖｂを用いてガス流Ｕｖｉｂ２を算出し、さらにその２倍の値を出力する。
第４の演算部１３４は１３４ａと１３４ｂから構成される。まず、１３４ａにおいて、入力されたガス流Ｇ１，Ｇ２の信号Ｖｏ１，Ｖｏ２の差分を求め、１３４ｂに出力する。１３４ｂでは１３４ａの出力から第３の演算部１３３の出力を減算する。
以上の流れにより式９の計算が実行され、ガス流Ｇ１，Ｇ２の測定値から赤外線光源の点滅による流れ成分Ｕｓｉｇの信号を取り出すことができる。
【００５０】
なお、式９を実行により得られる計算結果は、流れ成分Ｕｓｉｇの２倍の値である。したがって、従来の赤外線ガス分析計と比較して大きな信号出力が得られ、赤外線ガス分析計の高感度化を図ることができる。
【００５１】
なお、一般的には、Ｆｖａ（ｖ）はガスの流れに対して生じる抵抗による一次遅れ、
Ｆｖｂ（ｖ）は流通路５０３，５０４での抵抗と、基準側室５０１および試料側室５０２のガスの弾性による二次遅れとなる。
【００５２】
このように、第１および第２のサーマルフローセンサ５１，５３近傍に生じる流れ成分Ｕｖｉｂ１による影響と、ガス流通路全体に渡る流れ成分Ｕｖｉｂ２による影響の相違を考慮して、第１および第２のサーマルフローセンサ５１，５３の出力信号に含まれる振動に起因する信号成分を求め、第１および第２のサーマルフローセンサ５１，５３の出力信号を補償することにより、赤外線ガス分析計に加わる外部振動の影響を除去して、高精度の測定動作を行うことのできる赤外線ガス分析計およびその出力補償方法を実現することができる。
【００５３】
なお、第１および第２のサーマルフローセンサ５１、５３の構成およびブリッジ回路１１，１２の構成は、図に示されたものに限らず、特許文献１に記載されているような様々な構成が採用可能である。
【実施例２】
【００５４】
前記実施例１に示した赤外線ガス分析計では、第２の演算部１３２において、振動ｖの情報を得ることができる。
ｖ＝Ｆｖａ−１（（Ｇ１＋Ｇ２）／２） ・・・式１０
【００５５】
そこで、この振動ｖを常時監視する振動量モニタ部を設け、振動ｖが赤外線ガス分析計にとって過度の振動であった場合に装置外部にアラームを発する。
【００５６】
このように、振動アラームを発する機能を持たせることにより、赤外線ガス分析計が過度の振動下で使用されるのを防止したり、赤外線ガス分析計の故障防止に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は本発明の赤外線ガス分析計およびその出力補償方法の一実施例を示す構成図。
【図２】図２はサーマルフローセンサ５１および５３の周辺の拡大図。
【図３】図３はブリッジ回路１１、１２の具体的な構成例を示す回路図。
【図４】図４は式９の計算動作の流れを示すブロック図。
【図５】図５は従来の赤外線ガス分析計の一例を示す構成図。
【図６】図６は振動の影響を説明するための概念図。
【図７】図７はヒータ線５１１、５１２における温度変化（抵抗値変化）を検出するブリッジ回路。
【図８】図８は赤外線ガス分析計に加わる振動の影響を示す波形図。
【符号の説明】
【００５８】
１ 赤外線光源
２ 分配セル
３ 基準セル
４ 試料セル
５ 検出器
５０１ 基準側室
５０２ 試料側室
５０３，５０４ 流通路
５１、５３ サーマルフローセンサ
５１１、５１２、５３１、５３２ ヒータ線
６ 回転セクタ
７ 信号処理回路
８ 同期モータ
９ トリマ
１１、１２ ブリッジ回路
１３ 補償部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガスが流通する試料セルを通過した赤外光と試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器のガス流通路に、検出ガスを逆方向に流通させる折返し部を設けるとともに、このガス流通路内の流通方向の異なる位置に向きを揃えて配置された第１および第２のサーマルフローセンサと、これらのサーマルフローセンサの出力により求められる濃度信号を両者の出力の演算結果により補償する補償部を有し、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、
前記補償部は、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号から振動によりこれらのサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分を求める第１の演算部と、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数を備え、前記第１の演算部の出力から前記赤外線ガス分析計に加わる振動の大きさを推定する第２の演算部と、
前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数を備え、前記第２の演算部で推定した振動の大きさから振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分を求める第３の演算部と、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号の差分を前記第３の演算部の出力を利用して補正する第４の演算部と、
を有することを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項２】
前記第１および第２のサーマルフローセンサは、それぞれ検出ガスの流通方向に対して平行な方向に配列された１組以上のヒータ線よりなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項３】
前記第２の演算部は、前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項４】
前記第３の演算部は、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、ガス流通路全体に渡る流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の赤外線ガス分析計。
【請求項５】
前記第２の演算部で推定した振動の大きさを監視し、必要に応じて外部にアラームを発する振動量モニタ部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の赤外線ガス分析計。
【請求項６】
試料ガスが流通する試料セルを通過した赤外光と試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器のガス流通路に、検出ガスを逆方向に流通させる折返し部を設けるとともに、一方のガス流通路内に配置された第１のサーマルフローセンサの出力と、他方のガス流通路内に第１のサーマルフローセンサと同じ向きに配置された第２のサーマルフローセンサの出力により求められる濃度信号を両者の出力の演算結果により補償して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計の出力補償方法において、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号から振動によりこれらのサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分を求める第１の演算ステップと、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数を備え、前記第１の演算ステップの出力から前記赤外線ガス分析計に加わる振動の大きさを推定する第２の演算ステップと、
前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数を備え、前記第２の演算ステップで推定した振動の大きさから振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分を求める第３の演算ステップと、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号の差分を前記第３の演算ステップの出力を利用して補正する第４の演算ステップと、
を有することを特徴とする赤外線ガス分析計の出力補償方法。
【請求項７】
前記第２の演算ステップは、前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする請求項６に記載の赤外線ガス分析計の出力補償方法。
【請求項８】
前記第３の演算ステップは、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、ガス流通路全体に渡る流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする請求項６または７に記載の赤外線ガス分析計の出力補償方法。
【請求項９】
前記第２の演算ステップで推定した振動の大きさを監視し、必要に応じて外部にアラームを発することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の赤外線ガス分析計。
【請求項１】
試料ガスが流通する試料セルを通過した赤外光と試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器のガス流通路に、検出ガスを逆方向に流通させる折返し部を設けるとともに、このガス流通路内の流通方向の異なる位置に向きを揃えて配置された第１および第２のサーマルフローセンサと、これらのサーマルフローセンサの出力により求められる濃度信号を両者の出力の演算結果により補償する補償部を有し、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計において、
前記補償部は、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号から振動によりこれらのサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分を求める第１の演算部と、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数を備え、前記第１の演算部の出力から前記赤外線ガス分析計に加わる振動の大きさを推定する第２の演算部と、
前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数を備え、前記第２の演算部で推定した振動の大きさから振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分を求める第３の演算部と、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号の差分を前記第３の演算部の出力を利用して補正する第４の演算部と、
を有することを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項２】
前記第１および第２のサーマルフローセンサは、それぞれ検出ガスの流通方向に対して平行な方向に配列された１組以上のヒータ線よりなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項３】
前記第２の演算部は、前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項４】
前記第３の演算部は、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、ガス流通路全体に渡る流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の赤外線ガス分析計。
【請求項５】
前記第２の演算部で推定した振動の大きさを監視し、必要に応じて外部にアラームを発する振動量モニタ部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の赤外線ガス分析計。
【請求項６】
試料ガスが流通する試料セルを通過した赤外光と試料セルを通過しない赤外光との差を検出する検出器のガス流通路に、検出ガスを逆方向に流通させる折返し部を設けるとともに、一方のガス流通路内に配置された第１のサーマルフローセンサの出力と、他方のガス流通路内に第１のサーマルフローセンサと同じ向きに配置された第２のサーマルフローセンサの出力により求められる濃度信号を両者の出力の演算結果により補償して、試料ガス中の測定対象成分濃度を検出する赤外線ガス分析計の出力補償方法において、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号から振動によりこれらのサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分を求める第１の演算ステップと、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数を備え、前記第１の演算ステップの出力から前記赤外線ガス分析計に加わる振動の大きさを推定する第２の演算ステップと、
前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数を備え、前記第２の演算ステップで推定した振動の大きさから振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分を求める第３の演算ステップと、
前記第１および第２のサーマルフローセンサの出力信号の差分を前記第３の演算ステップの出力を利用して補正する第４の演算ステップと、
を有することを特徴とする赤外線ガス分析計の出力補償方法。
【請求項７】
前記第２の演算ステップは、前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分と前記赤外線ガス分析計に加わる振動との関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と前記第１および第２のサーマルフローセンサの近傍に生じる流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする請求項６に記載の赤外線ガス分析計の出力補償方法。
【請求項８】
前記第３の演算ステップは、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、振動により生じるガス流通路全体に渡る流れ成分の関係を表す関数の代わりに、前記赤外線ガス分析計に加わる振動と、ガス流通路全体に渡る流れ成分の実測値から逆算して得た関数を使用することを特徴とする請求項６または７に記載の赤外線ガス分析計の出力補償方法。
【請求項９】
前記第２の演算ステップで推定した振動の大きさを監視し、必要に応じて外部にアラームを発することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の赤外線ガス分析計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−８２８１６（Ｐ２００８−８２８１６Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６２０１９（Ｐ２００６−２６２０１９）
【出願日】平成１８年９月２７日（２００６．９．２７）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２７日（２００６．９．２７）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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