JP6083466B2 - ガス分析計 - Google Patents

Description

本発明は、サンプルガスに含まれる複数ガスのガス濃度を測定するガス分析計に関する。

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。この従来技術について、図を参照しつつ説明する。図１１は、特許文献１に記載の従来技術の吸光分析計である。
吸光分析計３００は、紫外吸収法を用いてサンプルガスに含まれるＮＯ_２（二酸化窒素）濃度を測定する。吸光分析計３００は、紫外光源３０１と、可視光源３０２と、リファレンスセル３０３と、サンプルセル３０４と、光案内機構３０５と、光検出部３０６と、制御部３０７と、演算部３０８と、を備えている。

紫外光源３０１は、紫外光を発光する発光ダイオードである。この紫外光の中心発光波長は波長３６０〜４００ｎｍであり、図１２の波長−吸光係数特性図で示すように、ＮＯ_２の吸光波長帯域内に含まれる。このような紫外光をＮＯ_２に照射すると、ＮＯ_２による吸光が行われる。

可視光源３０２は、可視光を発光する発光ダイオードである。この可視光の中心発光波長は、紫外光の波長よりも大きいため、図１２の波長−吸光係数特性図で示すように、ＮＯ_２の吸光波長帯域内に含まれるが、紫外光の中心波長とは異なる。このような可視光をＮＯ_２に照射するとＮＯ_２による吸光が行われるが、上記のＮＯ_２による紫外光の吸光と比較すると、ＮＯ_２による可視光の吸光が小さくなるように、可視光源３０２の波長が設定される。

リファレンスセル３０３は、基準ガスが封入されている。この基準ガスは例えば窒素ガスである。窓３０３ａ，３０３ｂを通じて紫外光や可視光が入射される。

サンプルセル３０４は、測定対象であるサンプルガスが供給される。窓３０４ａ，３０４ｂを通じて紫外光や可視光が入射される。サンプルガスは、ガス入口３０４ｃを通じてサンプルセル３０４内に流入し、ガス出口３０４ｄを通じて流出する。

光案内機構３０５は、ミラー３０５ａ，ハーフミラー３０５ｂを備える。紫外光源３０１からの紫外光や可視光源３０２からの可視光がハーフミラー３０５ｂおよびミラー３０５ａを反射し、リファレンスセル３０３の窓３０３ａを介してリファレンスセル３０３内に一端側から導入される。また、紫外光源３０１からの紫外光や可視光源３０２からの可視光が、ハーフミラー３０５ｂを透過し、サンプルセル３０４の窓３０４ａを介してサンプルセル３０４内に一端側から導入される。サンプルセル３０４内ではＮＯ_２による吸光が行われる。

光検出部３０６は、光検出器３０６ａ，３０６ｂを備える。光検出器３０６ａは、リファレンスセル３０３の他端側に設けられ、このリファレンスセル３０３の窓３０３ｂを透過した紫外光や可視光を検出する。光検出器３０６ｂは、サンプルセル３０４の他端側に設けられ、サンプルセル３０４の窓３０４ｂを透過した紫外光や可視光を検出する。

制御部３０７は、紫外光源３０１および可視光源３０２を時分割発光させる。光検出部３０６は、リファレンスセル３０３およびサンプルセル３０４を透過する２波長の透過光を得る。これにより二光路、二波長を有することとなり、紫外透過光のサンプル信号、可視透過光のサンプル信号、紫外透過光のリファレンス信号、および、可視透過光のリファレンス信号という４つの信号を得る。

演算部３０８は、光検出部３０６からの４つの信号を制御部３０７経由で受信し、この４つの信号に基づいてＮＯ_２ガス濃度を演算する。これにより、紫外光源３０１および可視光源３０２のドリフトの補償、測定成分以外の他成分干渉の補正、サンプルセル３０４の透過窓３０４ａ，３０４ｂの汚れや曇りによる光量低下の補正、感度ドリフトの補正、を可能とする。これら補正を行った上でＮＯ_２ガス濃度を算出することができ、測定精度を向上させている。

特開２０１１−１４９９６５号公報（発明の名称「吸光分析計」）

しかしながら、上記の従来技術は、測定可能なガス成分が１種類に限られていた。したがって、２種類以上のガスの濃度を吸光法によって測定するためには、あるガスを吸光する波長を発光する発光手段と、この光を受光する受光手段と、をガス別に複数組を必要とする。このように従来技術では２種類以上のガスの濃度を測定するには、構成が多くなるという課題があった。

また、従来技術では、測定しようとするガスが１種類であっても、一酸化窒素ガス（ＮＯガス）や二酸化硫黄ガス（ＳＯ_２ガス）を測定成分とすることはできなかった。なぜならば、図１２に示すように、紫外波長領域のＮＯガスの吸光波長では、ＳＯ_２ガスおよびＮＯ_２ガスの吸光があり、他のガスの影響を受けるものであった。また、紫外波長領域のＳＯ_２ガスの吸光波長では、ＮＯ_２ガスの吸光があり、他のガスの影響を受けるものであった。

さらに、可視波長領域（波長４００ｎｍ以上）のＮＯ_２ガスの吸光波長では、ＮＯガスおよびＳＯ_２ガスの吸光はなく、可視透過光にＮＯガスおよびＳＯ_２ガスについての情報が含まれていない。したがって、ＮＯガスやＳＯ_２ガスによる干渉を補正すること、または、ＮＯガスやＳＯ_２ガスの濃度測定に利用することが不可能である。
このようにサンプルガスにＮＯガスおよびＳＯ_２ガスのガス成分が含まれている場合には、これらのＮＯガスおよびＳＯ_２ガスのガス成分の分析が困難であった。

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、その目的は、サンプルガスに含まれ、従来では分析が容易ではなかった一酸化窒素ガス（ＮＯガス）および二酸化窒素ガス（ＮＯ_２ガス）の２成分のガス濃度の分析、または、一酸化窒素ガス（ＮＯガス）、二酸化窒素ガス（ＮＯ_２ガス）および二酸化硫黄ガス（ＳＯ_２）の３成分のガス濃度の分析というように、簡易な構成で多成分のガス濃度の分析を可能とするガス分析計を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、サンプルガスをオゾンガスと混合して酸化反応させた後、加熱して第１測定対象ガスとして出力する酸化出力状態と、前記サンプルガスを無反応のまま第２測定対象ガスとして出力する通常出力状態と、を切換えるガス調整部と、
二酸化窒素ガス（ＮＯ_２ガス）が吸光する３２０ｎｍ〜６００ｎｍの波長のＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射するＮＯ_２ガス吸光用発光部と、
前記第１，第２測定対象ガスが流通する検出空間と、前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を前記検出空間へ入射させる光透過窓と、を有するガス流通セルと、
前記光透過窓から前記検出空間を透過した前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を受光する透過光受光部と、
前記第１，第２測定対象ガスを前記ガス流通セルにそれぞれ流通させた状態で前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射するように前記ガス調整部および前記ＮＯ_２ガス吸光用発光部を制御する駆動制御部と、
基準光として前記ＮＯ _２ ガス吸光用照射光を受光する基準光受光部と、
前記ＮＯ _２ ガス吸光用照射光を、前記光透過窓から前記検出空間を透過させて前記透過光受光部へ到達させる光路と前記検出空間を透過させずに前記基準光受光部へ到達させる光路とに分離して通過させる光路決定部と、
前記基準光受光部による基準光の受光量に基づいて、前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部の駆動電流を制御する補正部と、
前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値から前記サンプルガス中の二酸化窒素ガスのガス濃度を算出し、前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値から前記第２測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値を減じて前記サンプルガス中の一酸化窒素ガス（ＮＯガス）のガス濃度を算出する信号処理部と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、サンプルガスをオゾンガスと混合して酸化反応させた後、加熱して第１測定対象ガスとして出力する酸化出力状態と、前記サンプルガスを無反応のまま第２測定対象ガスとして出力する通常出力状態と、を切換えるガス調整部と、
二酸化窒素ガス（ＮＯ_２ガス）が吸光する３２０ｎｍ〜６００ｎｍの波長のＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射するＮＯ_２ガス吸光用発光部と、
二酸化硫黄ガス（ＳＯ_２ガス）および二酸化窒素ガスが吸光する２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長のＳＯ_２ガス吸光用照射光を照射するＳＯ_２ガス吸光用発光部と、
前記第１，第２測定対象ガスが流通する検出空間と、前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光および前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を前記検出空間へ入射させる光透過窓と、を有するガス流通セルと、
前記光透過窓から前記検出空間を透過した前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光および前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を受光する透過光受光部と、
前記第１測定対象ガスを前記ガス流通セルに流通させた状態で前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光および前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を順次照射し、前記第２測定対象ガスを前記ガス流通セルに流通させた状態で前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射するように前記ガス調整部、前記ＮＯ_２ガス吸光用発光部および前記ＳＯ_２ガス吸光用発光部を制御する駆動制御部と、
基準光として前記ＮＯ _２ ガス吸光用照射光および前記ＳＯ _２ ガス吸光用照射光を受光する基準光受光部と、
前記ＮＯ _２ ガス吸光用照射光および前記ＳＯ _２ ガス吸光用照射光を、前記光透過窓から前記検出空間を透過させて前記透過光受光部へ到達させる光路と前記検出空間を透過させずに前記基準光受光部へ到達させる光路とに分離して通過させる光路決定部と、
前記基準光受光部による基準光の受光量に基づいて、前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部および前記ＳＯ _２ ガス吸光用発光部の駆動電流を制御する補正部と、
前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値から前記サンプルガス中の二酸化窒素ガスのガス濃度を算出し、前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の受光量に応じた算出値から前記第２測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値を減じて前記サンプルガス中の一酸化窒素ガス（ＮＯガス）のガス濃度を算出し、前記第１測定対象ガスに前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の受光量に応じた算出値から前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の受光量に応じた算出値を減じて前記サンプルガス中の二酸化硫黄ガスのガス濃度を算出する信号処理部と、を備えることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、サンプルガスをオゾンガスと混合して酸化反応させた後、加熱して第１測定対象ガスとして出力する酸化出力状態と、前記サンプルガスを無反応のまま第２測定対象ガスとして出力する通常出力状態と、を切換えるガス調整部と、
二酸化窒素ガス（ＮＯ_２ガス）が吸光する３２０ｎｍ〜６００ｎｍの波長のＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射するＮＯ_２ガス吸光用発光部と、
二酸化硫黄ガス（ＳＯ_２ガス）および二酸化窒素ガスが吸光する２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長のＳＯ_２ガス吸光用照射光を照射するＳＯ_２ガス吸光用発光部と、
前記第１，第２測定対象ガスが流通する検出空間と、前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光および前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を前記検出空間へ入射させる光透過窓と、を有するガス流通セルと、
前記光透過窓から前記検出空間を透過した前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光および前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を受光する透過光受光部と、
前記第１測定対象ガスを前記ガス流通セルに流通させた状態で前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射し、前記第２測定対象ガスを前記ガス流通セルに流通させた状態で前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光および前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を順次照射するように前記ガス調整部、前記ＮＯ_２ガス吸光用発光部および前記ＳＯ_２ガス吸光用発光部を制御する駆動制御部と、
基準光として前記ＮＯ _２ ガス吸光用照射光および前記ＳＯ _２ ガス吸光用照射光を受光する基準光受光部と、
前記ＮＯ _２ ガス吸光用照射光および前記ＳＯ _２ ガス吸光用照射光を、前記光透過窓から前記検出空間を透過させて前記透過光受光部へ到達させる光路と前記検出空間を透過させずに前記基準光受光部へ到達させる光路とに分離して通過させる光路決定部と、
前記基準光受光部による基準光の受光量に基づいて、前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部および前記ＳＯ _２ ガス吸光用発光部の駆動電流を制御する補正部と、
前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値から前記サンプルガス中の二酸化窒素ガスのガス濃度を算出し、前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値から前記第２測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の受光量に応じて得られる算出値を減じて前記サンプルガス中の一酸化窒素ガス（ＮＯガス）のガス濃度を算出し、前記第２測定対象ガスに前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値から前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の受光量に応じた算出値を減じて前記サンプルガス中の二酸化硫黄ガスのガス濃度を算出する信号処理部と、を備えることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のガス分析計において、
前記ガス調整部は、
前記駆動制御部からの指令がない時は原料ガスを出力し、前記指令がある時は前記原料ガスからオゾンガスを生成してオゾンガスを含む原料ガスを出力するオゾン発生部と、
前記サンプルガスと前記原料ガスとを混合して出力するガス混合部と、
前記ガス混合部からの混合ガスを加熱して前記第１，第２測定対象ガスとして出力するガス加熱部と、から構成されることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載のガス分析計において、
前記信号処理部は、前記基準光受光部による基準光の受光量と前記透過光受光部による透過光の受光量との比に基づいてガス濃度を算出することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１に記載のガス分析計において、
前記駆動制御部は、発光ダイオードまたはレーザダイオードである前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部の出力と停止とを交互に行うパルスであって停止期間より出力期間が短いデューティー比の駆動電流により前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部を駆動することを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項２または請求項３に記載のガス分析計において、
前記駆動制御部は、発光ダイオードまたはレーザダイオードである前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部の出力と停止とを交互に行うパルスであって停止期間より出力期間が短いデューティー比の駆動電流により前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部を駆動し、発光ダイオードである前記ＳＯ _２ ガス吸光用発光部の出力と停止とを交互に行うパルスであって停止期間より出力期間が短いデューティー比の駆動電流により前記ＳＯ _２ ガス吸光用発光部を駆動することを特徴とする。

本発明によれば、サンプルガスに含まれ、従来では分析が容易ではなかった一酸化窒素ガス（ＮＯガス）および二酸化窒素ガス（ＮＯ_２ガス）の２成分のガス濃度の分析、または、一酸化窒素ガス（ＮＯガス）、二酸化窒素ガス（ＮＯ_２ガス）および二酸化硫黄ガス（ＳＯ_２）の３成分のガス濃度の分析というように、簡易な構成で多成分のガス濃度の分析を可能とするガス分析計を提供することができる。

本発明を実施するための形態に係るガス分析計の全体構成図である。 本発明を実施するための他の形態に係るガス分析計の全体構成図である。 本発明を実施するための他の形態に係るガス分析計の一部構成図である。 本発明を実施するための他の形態に係るガス分析計の一部構成図である。 本発明を実施するための他の形態に係るガス分析計の一部構成図である。 本発明を実施するための他の形態に係るガス分析計の一部構成図である。 本発明を実施するための他の形態に係るガス分析計の一部構成図である。 発光ダイオードのデューティー比−許容電流特性を示す特性図である。 パルス信号によって生成された発光ダイオードの駆動信号の時間変化の説明図である。 小デューティー比パルス信号によって生成された発光ダイオードの駆動信号の時間変化の説明図である。 従来技術の吸光分析計の構成図である。 ＮＯ，ＮＯ_２，ＳＯ_２ガスの可視領域および紫外領域における吸光係数を示す波長−吸光係数特性図である。

次に、本発明の基本形態に係るガス分析計について、図を参照しつつ以下に説明する。図１は、本形態のガス分析計の全体構成図である。図１において、太い実線の矢印はガスの流通経路を、点線の矢印は光の経路を、細い実線は電気信号の経路を、それぞれ示す。

まず、本形態のガス分析計１００が備える構成要素とそれらの機能について説明する。ガス分析計１００は、図１で示すように、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１、ＳＯ_２ガス吸光用発光部１２、光路決定部１３、ガス流通セル２１、透過光受光部３１、基準光受光部３２、ガス調整部４１、ガス吸引部５１、信号処理・駆動制御部６１を備える。

ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１は、ＮＯ_２ガスが吸光する波長であって、かつＳＯ_２ガスが吸光しない波長のＮＯ_２ガス吸光用照射光を発光する発光部である。例えば、紫外光から可視光にまたがる領域の波長３２０ｎｍ〜６００ｎｍに中心発光波長を有する照射光の光源、例えば現状では発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）を選ぶことができる。図１２に示されるように、この波長領域においてはＮＯ_２ガスのみが吸光する。

ＳＯ_２ガス吸光用発光部１２は、ＳＯ_２ガスが吸光する波長であって、かつＮＯガスが吸光しない波長のＳＯ_２ガス吸光用照射光を発光する発光部である。例えば、紫外光領域の波長２５０ｎｍ〜３２０ｎｍに中心発光波長を有する照射光の光源、例えば現状では発光ダイオード（ＬＥＤ）を選ぶことができる。なお、図１２に示されるように、この波長領域においてはＳＯ_２ガスが吸光するのみならずＮＯ_２ガスも吸光する。

光路決定部１３はハーフミラーであり、所定透過率でＮＯ_２ガス吸光用照射光を透過させ、また、所定反射率で照射光を反射させる。また、光路決定部１３は、ＳＯ_２ガス吸光用照射光を透過させ、また、所定反射率で照射光を反射させる。なお、後述するがＮＯ_２ガス吸光用照射光とＳＯ_２ガス吸光用照射光とは同時に出力されることはなく、例えば時間別に単独で一方のみが出力される。

ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１から照射されたＮＯ_２ガス吸光用照射光は、光路決定部１３に入射する。光路決定部１３において、ＮＯ_２ガス吸光用照射光の一部は反射し、ＮＯ_２ガス吸光用照射光の残りは透過する。光路決定部１３で反射したＮＯ_２ガス吸光用照射光は基準光受光部３２へ入射される。また、光路決定部１３を透過したＮＯ_２ガス吸光用照射光はガス流通セル２１へ入射される。同様に、ＳＯ_２ガス吸光用発光部１２から照射された照射光についても光路決定部１３に入射する。光路決定部１３において、ＳＯ_２ガス吸光用照射光の一部は反射し、ＳＯ_２ガス吸光用照射光の残りは透過する。光路決定部１３で反射したＳＯ_２ガス吸光用照射光は基準光受光部３２へ入射される。また、光路決定部１３を透過したＳＯ_２ガス吸光用照射光はガス流通セル２１へ入射される。

ガス流通セル２１は、さらに管２２、光透過窓２３，２４、検出空間２５、ガス流入口２６、ガス流出口２７を備える。

管２２は、筒体である。管２２の内面は、例えば研磨されたステンレスの内面とすることができる。これにより測定対象ガスの吸着を防ぎつつ、照射光の反射率を良好に保つことができる。管２２内では、照射光は、管２２の内面により反射しつつ伝播する。

光透過窓２３、光透過窓２４は、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２から照射される照射光の発光波長領域において光透過性を示す材料で作られている。例えば、合成石英、フッ化カルシウムを材料とすることができる。

検出空間２５は、管２２、光透過窓２３、および、光透過窓２４により区画された閉空間である。
ガス流入口２６、ガス流出口２７はこの検出空間２５と連通する。測定対象ガスは、ガス流入口２６から検出空間２５へ流入し、ガス流出口２７から流出する。
このようなガス流通セル２１内では、流通する測定対象ガスに照射光が照射されて吸光が起こる。

透過光受光部３１は、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１から照射され、ガス流通セル２１を透過したＮＯ_２ガス吸光用照射光を受光して光強度に応じた検出信号を出力する。また、透過光受光部３１は、ＳＯ_２ガス吸光用発光部１２から照射され、ガス流通セル２１を透過したＳＯ_２ガス吸光用照射光を受光して光強度に応じた検出信号を出力する。透過光受光部３１には、ＮＯ_２ガス吸光用照射光やＳＯ_２ガス吸光用照射光の発光波長に対して感度を有するような、フォトダイオードや光電子増倍管などを選ぶことができる。例えば、シリコンフォトダイオードを選ぶことができる。

このような透過光受光部３１は、測定対象ガスによる吸光を検出するものであり、受光した照射光の光量に比例する光量強度信号を信号処理・駆動制御部６１へ出力する機能を有する。すなわち、測定対象ガスによる吸光が無い場合と比較して、吸光がある場合は透過光受光部３１で受光される照射光の光強度が減少するために、その光強度の減少量と測定ガス濃度の相関とを利用してガス濃度を測定する。

このように光路決定部１３を透過したＮＯ_２ガス吸光用照射光やＳＯ_２ガス吸光用照射光がガス流通セル２１の一端を構成する光透過性の光透過窓２３を透過し、管２２の内部の検出空間２５を伝播し、もう一端を構成する光透過性の光透過窓２４を透過し、透過光受光部３１に入射する。

基準光受光部３２は、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１から照射され、光路決定部１３で反射されたＮＯ_２ガス吸光用照射光を受光し、受光した光量に比例する光量強度信号を信号処理・駆動制御部６１へ出力する機能を有する。また、基準光受光部３２は、ＳＯ_２ガス吸光用発光部１２から照射され、光路決定部１３で反射されたＳＯ_２ガス吸光用照射光を受光し、受光した光量に比例する光量強度信号を信号処理・駆動制御部６１へ出力する機能を有する。基準光受光部３２には、ＮＯ_２ガス吸光用照射光やＳＯ_２ガス吸光用照射光の発光波長に対して感度を有する、フォトダイオードや光電子増倍管などを選ぶことができる。例えば、シリコンフォトダイオードを選ぶことができる。

ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２の温度上昇等の影響によりＮＯ_２ガス吸光用照射光やＳＯ_２ガス吸光用照射光の強度に変動がある場合には基準光受光部３２で受光されるＮＯ_２ガス吸光用照射光やＳＯ_２ガス吸光用照射光の光量強度信号が変動する。この光強度の変動量を利用してガス濃度の補正が行われる。

ガス調整部４１は、さらにオゾン発生部４２、ガス混合部４３，ガス加熱部４４を備えている。

オゾン発生部４２は、オゾンを発生する機能を有する。オゾン発生部４２に酸素を含む大気、計装空気、または、酸素ガスなどの原料ガスＧ_Ｏが流入する。オゾン発生部４２は、信号処理・駆動制御部６１により動作制御がなされている。オゾン発生部４２の動作時では、オゾン発生部４２は、無声放電などの電気的な手段により、原料ガスＧ_Ｏの酸素ガスを用いてＯ_３ガスを生成し、Ｏ_３ガスを充分に含む原料ガスＧ_Ｏを流出させる。不動作時では、オゾン発生部４２は、Ｏ_３ガスを生成せずに原料ガスＧ_Ｏをそのまま通過させる。このように信号処理・駆動制御部６１が、オゾン発生部４２の動作・不動作の動作制御を行う。

ガス混合部４３は、サンプルガスＧ_Ｓとオゾン発生部４２からの原料ガスＧ_Ｏ（動作時ではＯ_３ガスを大量に含む原料ガスＧ_Ｏであり、また、不動作時ではＯ_３ガスを含まない原料ガスＧ_Ｏである）を混合するために設けられている。オゾン発生部４２の動作時には、後述するがガス混合部４３においてＯ_３ガスの一部とサンプルガスＧ_Ｓの一部とで化学反応が発生して中間反応ガスが生成され、この中間反応ガス、余剰のＯ_３ガス、余剰の原料ガスＧ_Ｏおよび余剰のサンプルガスＧ_Ｓを流出させる。また、オゾン発生部４２の不動作時には、オゾン発生部４２からの原料ガスＧ_ＯとサンプルガスＧ_Ｓとをそのまま混合して流出させる。また、後述するがガス混合部４３は、ゼロガスＧ_ＺＥＲＯやスパンガスＧ_ＳＰＡＮが流入したとき、そのまま流出させる。

ガス加熱部４４は、ガス混合部４３から流入したガスを加熱する。オゾン発生部４２の動作時では、中間反応ガス、Ｏ_３ガス、余剰の原料ガスＧ_ＯおよびサンプルガスＧ_Ｓを加熱して更に反応を進めたガスを測定対象ガスとして流出させる。また、オゾン発生部４２の不動作時では、オゾン発生部４２からの原料ガスＧ_ＯとサンプルガスＧ_Ｓとを加熱しても反応がないため、そのまま原料ガスＧ_ＯとサンプルガスＧ_Ｓとを測定対象ガスとして流出させる。このガス加熱部４４から流出した測定対象ガスは、ガス流入口２６からガス流通セル２１内の検出空間２５を流通し、ガス流出口２７から流出する。

ガス吸引部５１は、ガスを吸引する機能を有している。ガス流通セル２１の検出空間２５内を排気することで検出空間２５内へガス加熱部４４からの測定対象ガスを引き入れる。なお、このガス吸引部５１は、ガス加熱部４４とガス流入口２６との間に設けることもできる。

信号処理・駆動制御部６１は、本発明の信号処理部と駆動制御部とを一体化したものであって、信号処理部としての機能と、駆動制御部としての機能と、を共に果たすものである。信号処理・駆動制御部６１は、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２を発光させるために必要な駆動電流を供給する機能を有する。また、信号処理・駆動制御部６１は、透過光受光部３１および基準光受光部３２から出力される光量強度信号に基づいてガス濃度を算出するための受光信号処理機能を有する。また、信号処理・駆動制御部６１は、オゾン発生部４２の動作・不動作を切り替える制御機能を有する。
ガス分析計１００の構成はこのようなものである。

続いて、ガス分析計１００による分析について説明する。まず、吸光による測定の原理について説明する。測定の原理は、下記のランベルト−ベールの法則に基づく吸光法である。

［数１］
Ｐ_１＝Ｐ_０・ｅｘｐ（−ε・ｃ・Ｌ）

ここで、Ｐ_１は検出空間２５内を流通する測定対象ガスを透過した透過光の出力強度、Ｐ_０は測定対象ガスを透過する前の基準光の出力強度、εはモル吸光係数、ｃはガス濃度、Ｌは光路長を表す。モル吸光係数εはガスの種類と光源の波長とを決めると一意に決まり、また、光路長Ｌは一定であるため、出力強度Ｐ_１とＰ_０の比はガス濃度ｃの指数関数となる。

ガス分析計１００において、ＮＯ_２ガス吸光用照射光（またはＳＯ_２ガス吸光用照射光）が照射される。このときのＮＯ_２ガス吸光用照射光（またはＳＯ_２ガス吸光用照射光）の一部は、光路決定部１３によって既知の一定の反射率で反射し、基準光受光部３２に基準光として入射する。この基準光受光部３２の信号から基準光による出力強度Ｐ_０を求めることができる。また、ＮＯ_２ガス吸光用照射光（またはＳＯ_２ガス吸光用照射光）の一部は、光路決定部１３を既知の一定の透過率で透過し、光透過窓２３を経て検出空間２５を伝播し、吸光を受けた後に光透過窓２４を経て透過光受光部３１に透過光として入射する。この透過光受光部３１の信号から透過光による出力強度Ｐ_１を求めることができる。したがって、同時に得られる出力強度Ｐ_１とＰ_０の比からガス濃度ｃを求めることができる。この原理は、ＮＯ_２ガス吸光用照射光による検出とＳＯ_２ガス吸光用照射光による検出との両方に適用できる。検出原理はこのようなものとなる。

なお、透過光受光部３１および基準光受光部３２は、ＮＯ_２ガス濃度測定時に共通に利用され、また、ＳＯ_２ガス濃度測定時に共通に利用される。したがって、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２が同時に発光すると、受光信号が両者の和になってしまい分離できなくなる。

そこで、信号処理・駆動制御部６１は、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２を同時には発光させないで、交互に発光させるように制御する。また、受光信号の測定および処理も上記の発光期間に同期するように行うことで、信号を分離している。

このような測定は、オゾン発生部４２を動作状態としてガス調整部４１を酸化出力としたときと、オゾン発生部４２を不動作状態としてガス調整部４１を通常出力としたときと、でそれぞれ行われる。したがって、このようなガス分析計１００は、
（ａ）酸化出力時のＮＯ_２ガス吸光用照射光による分析、
（ｂ）酸化出力時のＳＯ_２ガス吸光用照射光による分析、
（ｃ）通常出力時のＮＯ_２ガス吸光用照射光による分析、
（ｄ）通常出力時のＳＯ_２ガス吸光用照射光による分析、
という４種類の分析が可能である。このうち（ａ），（ｂ），（ｃ）の分析によりガス濃度を算出する。

次に、このガス分析計１００によってサンプルガスＧ_Ｓ中に含まれるＮＯ，ＮＯ_２，ＳＯ_２ガスの３成分のガス濃度を測定する方法について説明する。
測定としては、上記（ａ），（ｂ），（ｃ）の分析を行い、それぞれ得られたガス濃度を用いて、ＮＯ，ＮＯ_２，ＳＯ_２の３成分のガス濃度を算出する。以下、各出力に分けて説明する。

まず、（ａ）酸化出力時のＮＯ_２ガス吸光用照射光による分析を行うものとして説明する。オゾン発生部４２を動作状態としてガス調整部４１を酸化出力させた上での測定である。この際に、ＮＯ_２ガス濃度ｃ_４を求める。

オゾン発生部４２は動作状態である。このとき、オゾン発生部４２は、大気、計装エア、または酸素ガスなどの原料ガスＧ_０に含まれているＯ_２ガス（酸素ガス）からＯ_３ガス（オゾンガス）を生成する。Ｏ_３ガスの発生量は、適宜定めることができるが、少なくともＮＯガスの測定濃度レンジにおける最大量よりも過剰に供給する。オゾン発生部４２からガス混合部４３へ、Ｏ_３ガスを充分に含む原料ガスＧ_Ｏを供給する。

ガス混合部４３においてＯ_３ガスを充分に含む原料ガスＧ_ＯとサンプルガスＧ_Ｓとが混合される。ここで、サンプルガスＧ_Ｓ中の全てのＮＯガスと、一部のＯ_３ガスと、が以下のような化学反応を起こす。

［化１］
ＮＯ＋Ｏ_３ → ＮＯ_２＋Ｏ_２ ・・・化学反応式（１）

オゾン発生部４２から供給するＯ_３ガス量が、サンプルガスＧ_Ｓ中のＮＯガス量に対して過剰であることから、サンプルガスＧ_Ｓ中のＮＯガスは、化学反応式（１）にしたがって、全てＮＯ_２ガスに変換される。

さらに、この化学反応式（１）で使用されなかった余剰のＯ_３ガスは、サンプルガスＧ_Ｓ中に元より含まれていたＮＯ_２ガスの一部、および、化学反応式（１）にしたがって生成したＮＯ_２ガスの一部、と以下のような化学反応を起こす。

［化２］
２ＮＯ_２＋Ｏ_３ → Ｎ_２Ｏ_５＋Ｏ_２ ・・・化学反応式（２）

なお、ＳＯ_２ガスとＯ_３ガスとは化学反応を起こさない。

したがって、ガス混合部４３において、サンプルガスＧ_Ｓ中のＮＯガスは全てＮＯ_２ガスに変換される。さらに、サンプルガスＧ_Ｓ中のＮＯ_２ガスの一部、および、化学反応式（１）によって生成したＮＯ_２ガスの一部はＮ_２Ｏ_５ガスに変換され、さらに余剰のＯ_３ガスが一部残留し、ＳＯ_２ガスは無反応でそのままである。ガス混合部４３からは、これらのようなＮＯ_２ガス、Ｎ_２Ｏ_５ガス、余剰のＯ_３ガス、余剰の原料ガスＧ_Ｏおよび余剰のサンプルガスＧ_Ｓがガス加熱部４４へ流出する。

ガス加熱部４４では上記のガスが加熱されるが、特にＮ_２Ｏ_５ガスおよび余剰のＯ_３ガスは、加熱により以下の化学反応式（３），（４）に示される熱分解反応を起こす。

［化３］
２Ｎ_２Ｏ_５ → ４ＮＯ_２＋Ｏ_２ ・・・化学反応式（３）

［化４］
２Ｏ_３ → ３Ｏ_２ ・・・化学反応式（４）

すなわち、ガス混合部４３で生成した副生成物であるＮ_２Ｏ_５ガスはＮＯ_２ガスに熱分解し、残留したＯ_３ガスは酸素に熱分解する。ＳＯ_２ガスは無反応でそのままである。

これらの化学反応および熱分解反応の結果、ガス流通セル２１に流通する加熱ガスに含まれるガスの状態として、サンプルガスＧ_Ｓに含まれていたＮＯガスは全てＮＯ_２ガスに変換され、サンプルガスＧ_Ｓに含まれていたＮＯ_２ガス、ＳＯ_２ガスはそのままで、Ｏ_３ガスは含まれない状態となっている。

言い換えれば、化学反応および熱分解反応後のＮＯ_２ガスのガス濃度は、サンプルガスＧ_Ｓに含まれていた元のＮＯガスのガス濃度および元のＮＯ_２ガスのガス濃度の和である。また、Ｏ_３ガスを生成するための原料ガスＧ_Ｏがガス混合部４３において混合されているため、ＮＯ_２ガス、ＳＯ_２ガスの各濃度は原料ガスＧ_ＯとサンプルガスＧ_Ｓの流量混合比に応じて希釈されている。このようにガス調整部４１は、サンプルガスに含まれる一酸化窒素ガス（ＮＯガス）をオゾンによる酸化の後加熱して全て二酸化窒素ガス（ＮＯ_２）に反応させた測定対象ガスとして出力する酸化出力を行う。このような測定対象ガスがガス流通セル２１へ導入される。

続いて、酸化出力時におけるガス分析計１００のＮＯ_２ガス濃度ｃ_４の算出について説明する。ＮＯ_２ガス濃度測定時ではＮＯ_２ガス吸光用発光部１１のみ発光する。ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１からのＮＯ_２ガス吸光用照射光は、光路決定部１３によって既知の一定の反射率によって反射され、基準光受光部３２に入射する。したがって基準光受光部３２の光量強度信号から出力強度Ｐ_０を求めることができる。

また、光路決定部１３を透過して光透過窓２３を経てガス流通セル２１内の検出空間２５に入射したＮＯ_２ガス吸光用照射光は、検出空間２５を伝播しながら、ＮＯ_２ガスによって吸光される。このような吸光されたＮＯ_２ガス吸光用照射光が、光透過窓２４を透過し、透過光受光部３１に入射する。したがって、透過光受光部３１の光量強度信号から出力強度Ｐ_１を求めることができる。

なお、このように受光素子として透過光受光部３１および基準光受光部３２を用いることにより、単に濃度を測定できるだけでなく、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１の出力がさまざまな要因で変動しても、２個の受光信号の比を算出することにより濃度測定の誤差を低減できるという効果がある。

透過光受光部３１、基準光受光部３２からの光量強度信号は、信号処理・駆動制御部６１に伝送される。信号処理・駆動制御部６１は、上記の数式１に基づいて、ガス流通セル２１内における流量混合比補正前ＮＯ_２ガス濃度ｃ_４’を算出し、さらにガス混合部４３での流量混合比を乗じることにより、サンプルガスＧ_Ｓに含まれているＮＯ_２ガス濃度ｃ_４を算出する。

次に、ガス分析計１００によるＳＯ_２ガス濃度ｃ_３の算出について説明する。これは（ｂ）酸化出力時のＳＯ_２ガス吸光用照射光による分析である。酸化出力時では、上記のようなＮＯ_２ガス、余剰の原料ガスＧ_ＯおよびＳＯ_２ガスを含む余剰のサンプルガスＧ_Ｓを含む測定対象ガスがガス流通セル２１へ導入される。

ＳＯ_２ガス濃度測定時ではＳＯ_２ガス吸光用発光部１２のみ発光する。ＳＯ_２ガス吸光用発光部１２からのＳＯ_２ガス吸光用照射光は、光路決定部１３によって既知の一定の反射率によって反射され、基準光受光部３２に入射する。したがって基準光受光部３２の光量強度信号から出力強度Ｐ_０を求めることができる。

また、光路決定部１３を透過して光透過窓２３を経てガス流通セル２１内の検出空間２５に入射したＳＯ_２ガス吸光用照射光は、検出空間２５を伝播しながら、ＳＯ_２ガスおよびＮＯ_２ガスによって吸光される。このような吸光されたＳＯ_２ガス吸光用照射光が、光透過窓２４を透過し、透過光受光部３１に入射する。したがって、透過光受光部３１の信号から出力強度Ｐ_１を求めることができる。ただし、ここで出力強度Ｐ_１はＮＯ_２ガスによる吸光を含んでいるため、Ｐ_０とＰ_１とから算出される濃度補正前ＳＯ_２ガス濃度をｃ_３”とすると、ｃ_３”は、信号処理・駆動制御部６１において以下のような濃度補正処理が必要である。すなわち、ゼロガスＧ_ＺＥＲＯとＮＯ_２スパンガスＧ_ＳＰＡＮとのそれぞれの流通による校正時において、ＳＯ_２ガス吸光用発光部１２を点灯させ、出力強度Ｐ_０、Ｐ_１から光強度の減少量に基づきＮＯ_２スパンガスによる受光強度の濃度補正係数αを算出する。ただし、校正時においても常に原料ガスＧ_０が流通され混合されているものとする。前記のαと、リアルタイムに算出される流量混合比補正前ＮＯ_２ガス濃度ｃ_４’と、濃度補正前ＳＯ_２ガス濃度ｃ_３”とから、流量混合比補正前のＳＯ_２ガス濃度ｃ_３’は以下の式による濃度補正処理によって算出される。

[数２]
ｃ_３’＝ｃ_３”―α×ｃ_４’

なお、このように受光素子として透過光受光部３１および基準光受光部３２を用いることにより、単に濃度を測定できるだけでなく、ＳＯ_２ガス吸光用発光部１２の出力がさまざまな要因で変動しても、２個の受光信号の比を算出することにより濃度測定の誤差を低減できるという効果がある。

透過光受光部３１、基準光受光部３２からの出力信号は、信号処理・駆動制御部６１に伝送される。信号処理・駆動制御部６１では、出力強度Ｐ_０，Ｐ_１を算出し、数式１と数式２に基づいて、流量混合比補正前ＮＯ_２ガス濃度ｃ_４’および流量混合比補正前ＳＯ_２ガス濃度ｃ_３’を算出し、さらにガス混合部４３での流量混合比を乗じることにより、サンプルガスＧ_Ｓに含まれているＮＯ_２ガス濃度ｃ_４およびＳＯ_２ガス濃度ｃ_３を算出する。

続いて、オゾン発生部４２を不動作状態としてガス調整部４１を通常出力させた上での測定である。この際に、ＮＯ_２ガス濃度ｃ_２を求める。これは、（ｃ）通常出力時のＮＯ_２ガス吸光用照射光による分析である。

オゾン発生部４２は不動作状態である。このとき、前述のように原料ガスＧ_Ｏがオゾン発生部４２をそのまま通過し、ガス混合部４３においてサンプルガスＧ_Ｓと混合される。Ｏ_３ガスが存在しないため化学反応が起きることなく、無反応の原料ガスＧ_ＯとサンプルガスＧ_Ｓとがそのままガス混合部４３から流出する。また、ガス加熱部４４においても化学反応は起きず無反応の原料ガスＧ_ＯとサンプルガスＧ_Ｓとがそのままガス加熱部４４から流出する。ガス調整部４１は無反応のサンプルガスＧ_Ｓと原料ガスＧ_Ｏとを測定対象ガスとして出力するという通常出力を行う。

このようにＯ_３ガスが存在しないために、ガス混合部４３で化学反応式（１）および化学反応式（２）で示される化学反応式は起きない。またガス加熱部４４では、Ｎ_２Ｏ_５ガスやＯ_３ガスを含まないために、化学反応式（３）および化学反応式（４）で示される化学反応は起こさない。

この結果、ガス流通セル２１に流通するサンプルガスに含まれるガスの状態は、サンプルガスに含まれていたＮＯガス、ＮＯ_２ガス、ＳＯ_２ガスが全てそのままの状態となっている。また、原料ガスがガス混合部４３において混合されているため、ＮＯガス、ＮＯ_２ガス、ＳＯ_２ガスの各濃度は原料ガスとサンプルガスの流量混合比に応じて希釈されている。このような原料ガスＧ_ＯとサンプルガスＧ_Ｓとがガス流通セル２１へ導入される。

そしてガス濃度の検出自体はオゾン発生部４２の動作時（酸化出力時）と同様にして求められる。信号処理・駆動制御部６１は、上記の数式１に基づいて、ガス流通セル２１内におけるＮＯ_２ガス濃度を算出し、さらにガス混合部４３での流量混合比を乗じることにより、サンプルガスＧ_Ｓに含まれているＮＯ_２ガス濃度ｃ_２を算出する。

次に、信号処理・駆動制御部６１は、オゾン発生部４２の動作時のガス濃度と、不動作時のガス濃度と、の組み合わせにより、サンプルガス中のＮＯガス濃度ｃ_１を算出する。
先に説明したように、
（ａ）酸化出力時のＮＯ_２ガス吸光用照射光による分析で算出されたＮＯ_２ガス濃度ｃ_４、
（ｂ）酸化出力時のＯ_３ガス吸光用照射光による分析で算出されたＮＯ_２ガス濃度ｃ_４およびＳＯ_２ガス濃度ｃ_３
（ｃ）通常出力時のＮＯ_２ガス吸光用照射光による分析で算出されたＮＯ_２ガス濃度ｃ_２、
が測定されている。ここで、ＮＯ_２ガス濃度ｃ_４が判別しているため、ＳＯ_２ガス濃度ｃ_３も判別している。

また、酸化出力状態のＮＯ_２ガス濃度ｃ_４は、ＮＯガス濃度ｃ_１および通常出力時のＮＯ_２ガス濃度ｃ_２の和となっているために、以下の式からｃ_１を算出することができる。

［数３］
ｃ_１ ＝ ｃ_４ − ｃ_２

信号処理・駆動制御部６１は、酸化出力時のＮＯ_２ガス濃度ｃ_４および通常出力時のＮＯ_２ガス濃度ｃ_２に基づいてＮＯガス濃度ｃ_１を算出する。

このようにして、ＮＯのガス濃度ｃ_１，ＮＯ_２のガス濃度ｃ_４，ＳＯ_２のガス濃度ｃ_３を測定することができる。すなわち、信号処理・駆動制御部６１がオゾン発生部４２の動作・不動作を時間的に切り換えながら、オゾン発生部４２の動作時の酸化出力時ではＮＯ_２（ＮＯ分を含む），ＳＯ_２のガス濃度を測定し、オゾン発生部４２の不動作時の通常出力時ではＮＯ_２（ＮＯ分を含まない）のガス濃度を測定し、ＮＯガス濃度については、酸化出力時のＮＯ_２ガス濃度から通常出力時のＮＯ_２ガス濃度を差し引くことによりＮＯガス濃度を求めることができる。

また、ガス濃度の校正のために、ゼロガスＧ_ＺＥＲＯまたはスパンガスＧ_ＳＰＡＮを用いることができる。ゼロガスＧ_ＺＥＲＯは、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２が吸光を示さないガス、例えば窒素ガスである。スパンガスＧ_ＳＰＡＮは、所望の測定レンジの最大濃度値で校正されたガスで、ガス種はＮＯ，ＮＯ_２，ＳＯ_２が用いられる。

サンプルガスＧ_Ｓの供給を止め、その後にゼロガスＧ_ＺＥＲＯの供給を行ってゼロガスＧ_ＺＥＲＯ流通時の受光信号を測定して校正し、または、スパンガスＧ_ＳＰＡＮの供給を行ってスパンガスＧ_ＳＰＡＮ流通時の吸光された受光信号を測定して校正を行うことができる。この校正は随時実施できるが、構成部品の経年変化によってガス濃度指示値が変動することが想定される場合に行われ、正確な値を指示させる。

なお、上記では（ｄ）通常出力時のＳＯ_２ガス吸光用照射光による分析、を利用していないが、（ｂ）酸化出力時のＳＯ_２ガス吸光用照射光による分析に代えて、この（ｄ）の
分析を利用し、（ａ），（ｃ），（ｄ）による分析を行うこともできる。その際、測定手順は酸化出力時の測定手順と同様でよい。なぜならば、ＳＯ_２はオゾンによって酸化されないし、加熱部によって分解もされないため、酸化出力時においても通常出力時においても濃度に変化がないからである。すなわち（ａ）により酸化出力時のＮＯ_２ガス濃度ｃ_４を算出し、（ｃ）通常出力時のＮＯ_２ガス吸光用照射光による分析で算出したＮＯ_２ガス濃度ｃ_２を算出し、（ｄ）によりＮＯ_２ガス濃度ｃ_２およびＳＯ_２ガス濃度ｃ_３を算出する。ＳＯ_２ガス濃度ｃ_３はオゾンに酸化されないため、酸化出力時のＳＯ_２ガス濃度ｃ_３と同じである。このようにしてＳＯ_２ガス濃度ｃ_３を算出するようにしても良い。これら（ａ），（ｃ），（ｄ）による分析でも本発明の実施が可能である。

また、上記の（ａ）酸化出力時のＮＯ_２ガス吸光用照射光による分析、および、（ｃ）通常出力時のＮＯ_２ガス吸光用照射光による分析のみを行うことで、ＳＯ_２ガス濃度を求めずに、ＮＯガス濃度ｃ_１、ＮＯ_２ガス濃度ｃ_２のみを算出するようにしても良い。
ガス分析計１００はこのようにして分析を行う。

続いて、第１の形態について図２を参照しつつ説明する。ガス分析計２００は、図２で示すように、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１、ＳＯ_２ガス吸光用発光部１２、光路決定部１３、ガス流通セル２１、透過光受光部３１、基準光受光部３２、ガス調整部４１、ガス吸引部５１、信号処理・駆動制御部６１、補正部７１を備える。

図１に示した基本形態のガス分析計１００と比較すると、図２の形態では、特に補正部７１が追加された点が相違する。ここでは、補正部７１およびその動作について重点的に説明するとともに、他の構成については同じ番号を付して重複する説明を省略する。

補正部７１は、基準光受光部３２、信号処理・駆動制御部６１、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２と接続され、特に基準光受光部３２からの信号に基づいてＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２を駆動させる電流を補正する機能を有する。

基準光受光部３２がＮＯ_２ガス吸光用発光部１１からのＮＯ_２ガス吸光用照射光による基準光を受光してその光量強度信号を出力する。補正部７１は、強度信号に基づき、出力強度が一定になるように発光ダイオード駆動電流である駆動信号を補正した上でＮＯ_２ガス吸光用発光部１１へ出力する。例えば、最初にＮＯ_２ガス吸光用照射光の光量強度信号をメモリ部に記憶させておき、その最初の光量強度信号と同じとなるように制御するものである。
同様に、基準光受光部３２がＳＯ_２ガス吸光用発光部１２からのＳＯ_２ガス吸光用照射光による基準光を受光してその強度信号を出力する。補正部７１は、強度信号に基づき、出力強度が一定になるように発光ダイオード駆動電流である駆動信号を補正した上でＳＯ_２ガス吸光用発光部１２へ出力する。例えば、最初にＳＯ_２ガス吸光用照射光の光量強度信号をメモリ部に記憶させておき、その最初の光量強度信号と同じとなるように制御するものである。

このような補正部７１を追加した構成とすることで、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２から出力される照射光の変動が少なくなっており、検出精度を向上させることができる。

次に、本発明の第２の形態について図３を参照しつつ説明する。図３では、前述したガス分析計１００，２００の構成に加え、さらに、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１の光軸上にレンズ１４を備え、また、ＳＯ_２ガス吸光用発光部１２の光軸上にレンズ１５を備えている。

一般に、発光ダイオードからの発光は指向性が弱く拡散する。そのため、光透過窓２３を通じてガス流通セル２１の検出空間２５内に入射する光の割合が低下するという問題がある。そこで、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２から拡散しつつ照射される照射光の指向性を、レンズ１４、レンズ１５により高めている。これにより、光透過窓２３を通じてガス流通セル２１の検出空間２５内に入射する光の割合を増やしている。その結果、信号強度を増加させ、ひいてはガス濃度測定の精度や安定性を改善する効果がある。

なお、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１とレンズ１４とがモジュール化により一体に構成され、また、ＳＯ_２ガス吸光用発光部１２とレンズ１５とがモジュール化により一体に構成されていてもよい。

次に、本発明の第３の形態について図４を参照しつつ説明する。図４に示すように、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２に代えて発光部１６が配置されている。この発光部１６は、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２を近接させて一体化した発光ダイオードアレイであり、ＮＯ_２ガス吸光用発光部およびＳＯ_２ガス吸光用発光部の光軸上にレンズ１７が配置されている。

これにより、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２の光軸が近接するため、指向性を高めるためのレンズ１７が１個で十分となる。また、光軸が近接しているため基準光受光部３２への入射効率も向上する。その結果、信号強度を増加させ、ひいてはガス濃度測定の精度や安定性を改善する効果がある。

次に、本発明の第４の形態について図５を参照しつつ説明する。図５では、前述した各形態のガス分析計の構成に加え、さらに、光透過窓２４と透過光受光部２１の間にレンズ１８を配置したものである。レンズ１８により、光透過窓２４を透過してきたＮＯ_２ガス吸光用レーザ光およびＳＯ_２ガス吸光用レーザ光を集光し、効率よく透過光受光部３１に入射させる。その結果、信号強度を増加させ、ひいてはガス濃度測定の精度や安定性を改善する効果がある。

なお、光透過窓２４とレンズ１８とがモジュール化により一体に構成されていてもよい。さらには、光透過窓２４自体を、光透過性があり、集光効果がある凸面形状のレンズ１８とし、このレンズ１８を管２２に固着してガス流通セル２１を構成してもよい。

次に、本発明の第５の形態について図６を参照しつつ説明する。この形態は、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１、ＳＯ_２ガス吸光用発光部１２および透過光受光部３１を近接させつつ一体化した発受光部１９を備えたものである。さらに、ガス流通セル２１の光透過窓２４を反射部２８に置き換え、また、透過光受光部３１を光路決定部１３で復路光が透過する位置に配置したものである。

これによれば、レンズ１７はＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２からの照射光の指向性を高める機能と、透過光受光部３１に入射する照射光を集光する機能を兼ね備えることとなる。また、ガスによる吸光のある光路長が２倍に伸びるため、吸光信号の向上、ガス濃度測定の精度や安定性を改善する効果が期待できる。

次に、本発明の第６の形態について説明する。この形態は、図１〜図６を用いて説明したガス分析計において上記の光路決定部１３を変更するものである。先に説明した形態ではハーフミラーを想定して説明した。しかしながら、この光路決定部１３は、光が全反射する鏡面を有するミラーをメカニカルに移動させる機械式ミラー、または、電気的な切換により鏡面と透明とが交互に現れるミラーを採用したものであっても良い。

この場合、基準光と透過光とは同時に受光できない。そこで、ガス分析計の装置構成を変更する。すなわち、透過光受光部３１および基準光受光部３２（または信号処理・駆動制御部６１）は、光量強度信号を記憶する記憶部を内蔵するようにする。また、信号処理・駆動制御部６１が光路決定部１３のミラーを制御し、光が透過光受光部３１へ入射するか基準光受光部３２へ入射するか選択できるようにする。そして、ＮＯ_２ガス吸光用照射光の基準光を検出するときは、基準光が基準光受光部３２へ入射するように光路決定部１３を制御した上で基準光の光量強度信号Ｐ_０を基準光受光部３２（または信号処理・駆動制御部６１）の記憶部が記憶する。続いて、ＮＯ_２ガス吸光用照射光の透過光を検出するときは、透過光が透過光受光部３１へ入射するように光路決定部１３を制御した上で透過光の光量強度信号Ｐ_１を透過光受光部３１（または信号処理・駆動制御部６１）の記憶部が記憶する。そしてＳＯ_２ガス吸光用照射光による検出についても基準光の光量強度信号Ｐ_０と透過光の光量強度信号Ｐ_１とを時間を分けて別々に取得する。後にＮＯ_２ガス吸光用照射光とのＳＯ_２ガス吸光用照射光との二つの光量強度信号Ｐ_０，Ｐ_１を用いて上記の数式１，２に基づいて算出することとなる。このようなガス分析計では、ハーフミラーと比較すると基準光と透過光との光強度が２倍となるため、検出能力を高めることができる。

次に、本発明の第７の形態について図７を参照しつつ説明する。この形態は、ガス流通セル２１の光透過窓２４を反射部２８に置き換え、また、透過光受光部３１を光路決定部１３で復路光が透過する位置に配置したものである。

この構成においては、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２から照射される照射光である往路光が光透過窓２３を透過し、管２２の検出空間２５内を伝播し、反射部２８において反射され、復路光となる。反射された復路光は管２２の検出空間２５内を反対向きに伝播し、光透過窓２３から出射し、光路決定部１３で反射して、透過光受光部３１に入射する。

この構成によれば、図１，図２と比較してガスによる吸光のある光路長が２倍に伸びるため、ガス濃度測定の精度や安定性を改善する効果が期待できる。

次に、本発明の第８の形態について図８を参照しつつ説明する。図８は発光ダイオードやレーザダイオードのデューティ比−許容電流特性図である。本形態は、前述した各形態のガス分析計の測定精度をさらに向上させるものである。

まず原理について説明する。図８に示すように、発光ダイオードやレーザダイオードの許容電流は、一般にデューティー比を小さくして出力期間が短いほど、電流値を大きく確保できるという特徴がある。そこで、ＮＯ_２ガス吸光用発光部１１およびＳＯ_２ガス吸光用発光部１２の駆動電流を、図９に示すように大きいデューティー比から、図１０に示すように小さいデューティー比（出力期間が停止期間よりも短い）とする。この際、図１０に示すように出力時間は短くなるが駆動電流値を大きくすることができる。したがって、照射光の出力強度を高めて信号レベルを高く確保でき、相対的にノイズに対する信号レベルが高くなり、安定的なガス濃度値を算出することができる。

さらに、発光ダイオードやレーザダイオードであるＮＯ_２ガス吸光用発光部１１、および、発光ダイオードであるＳＯ_２ガス吸光用発光部１２の発光時間を短くすることができるため、熱等による劣化を抑制し、連続発光と比較して寿命を長く保つことが可能となる。

このような本発明のガス分析計は、一酸化窒素ガス（ＮＯガス）および二酸化窒素ガス（ＮＯ_２ガス）の２成分、また、一酸化窒素ガス（ＮＯガス）、二酸化窒素ガス（ＮＯ_２ガス）および二酸化硫黄ガス（ＳＯ_２）の３成分を測定する分析に良好であり、例えば、ボイラ、ゴミ焼却等の燃焼排ガス測定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］、青果貯蔵及び熟成、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。

１００，２００：ガス分析計
１１：ＮＯ_２ガス吸光用発光部
１２：ＳＯ_２ガス吸光用発光部
１３：光路決定部
１４：レンズ
１５：レンズ
１６：発光部
１７：レンズ
１８：レンズ
１９：受発光部
２１：ガス流通セル
２２：管
２３，２４：光透過窓
２５：検出空間
２６：ガス流入口
２７：ガス流出口
３１：透過光受光部
３２：基準光受光部
４１：ガス調整部
４２：オゾン発生部
４３：ガス混合部
４４：ガス加熱部
５１：ガス吸引部
６１：信号処理・駆動制御部
７１：補正部

Claims (7)

1. サンプルガスをオゾンガスと混合して酸化反応させた後、加熱して第１測定対象ガスとして出力する酸化出力状態と、前記サンプルガスを無反応のまま第２測定対象ガスとして出力する通常出力状態と、を切換えるガス調整部と、
   二酸化窒素ガス（ＮＯ_２ガス）が吸光する３２０ｎｍ〜６００ｎｍの波長のＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射するＮＯ_２ガス吸光用発光部と、
   前記第１，第２測定対象ガスが流通する検出空間と、前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を前記検出空間へ入射させる光透過窓と、を有するガス流通セルと、
   前記光透過窓から前記検出空間を透過した前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を受光する透過光受光部と、
   前記第１，第２測定対象ガスを前記ガス流通セルにそれぞれ流通させた状態で前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射するように前記ガス調整部および前記ＮＯ_２ガス吸光用発光部を制御する駆動制御部と、
   基準光として前記ＮＯ _２ ガス吸光用照射光を受光する基準光受光部と、
   前記ＮＯ _２ ガス吸光用照射光を、前記光透過窓から前記検出空間を透過させて前記透過光受光部へ到達させる光路と前記検出空間を透過させずに前記基準光受光部へ到達させる光路とに分離して通過させる光路決定部と、
   前記基準光受光部による基準光の受光量に基づいて、前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部の駆動電流を制御する補正部と、
   前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値から前記サンプルガス中の二酸化窒素ガスのガス濃度を算出し、前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値から前記第２測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値を減じて前記サンプルガス中の一酸化窒素ガス（ＮＯガス）のガス濃度を算出する信号処理部と、
   を備えることを特徴とするガス分析計。
2. サンプルガスをオゾンガスと混合して酸化反応させた後、加熱して第１測定対象ガスとして出力する酸化出力状態と、前記サンプルガスを無反応のまま第２測定対象ガスとして出力する通常出力状態と、を切換えるガス調整部と、
   二酸化窒素ガス（ＮＯ_２ガス）が吸光する３２０ｎｍ〜６００ｎｍの波長のＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射するＮＯ_２ガス吸光用発光部と、
   二酸化硫黄ガス（ＳＯ_２ガス）および二酸化窒素ガスが吸光する２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長のＳＯ_２ガス吸光用照射光を照射するＳＯ_２ガス吸光用発光部と、
   前記第１，第２測定対象ガスが流通する検出空間と、前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光および前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を前記検出空間へ入射させる光透過窓と、を有するガス流通セルと、
   前記光透過窓から前記検出空間を透過した前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光および前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を受光する透過光受光部と、
   前記第１測定対象ガスを前記ガス流通セルに流通させた状態で前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光および前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を順次照射し、前記第２測定対象ガスを前記ガス流通セルに流通させた状態で前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射するように前記ガス調整部、前記ＮＯ_２ガス吸光用発光部および前記ＳＯ_２ガス吸光用発光部を制御する駆動制御部と、
   基準光として前記ＮＯ _２ ガス吸光用照射光および前記ＳＯ _２ ガス吸光用照射光を受光する基準光受光部と、
   前記ＮＯ _２ ガス吸光用照射光および前記ＳＯ _２ ガス吸光用照射光を、前記光透過窓から前記検出空間を透過させて前記透過光受光部へ到達させる光路と前記検出空間を透過させずに前記基準光受光部へ到達させる光路とに分離して通過させる光路決定部と、
   前記基準光受光部による基準光の受光量に基づいて、前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部および前記ＳＯ _２ ガス吸光用発光部の駆動電流を制御する補正部と、
   前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値から前記サンプルガス中の二酸化窒素ガスのガス濃度を算出し、前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の受光量に応じた算出値から前記第２測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値を減じて前記サンプルガス中の一酸化窒素ガス（ＮＯガス）のガス濃度を算出し、前記第１測定対象ガスに前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の受光量に応じた算出値から前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の受光量に応じた算出値を減じて前記サンプルガス中の二酸化硫黄ガスのガス濃度を算出する信号処理部と、
   を備えることを特徴とするガス分析計。
3. サンプルガスをオゾンガスと混合して酸化反応させた後、加熱して第１測定対象ガスとして出力する酸化出力状態と、前記サンプルガスを無反応のまま第２測定対象ガスとして出力する通常出力状態と、を切換えるガス調整部と、
   二酸化窒素ガス（ＮＯ_２ガス）が吸光する３２０ｎｍ〜６００ｎｍの波長のＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射するＮＯ_２ガス吸光用発光部と、
   二酸化硫黄ガス（ＳＯ_２ガス）および二酸化窒素ガスが吸光する２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長のＳＯ_２ガス吸光用照射光を照射するＳＯ_２ガス吸光用発光部と、
   前記第１，第２測定対象ガスが流通する検出空間と、前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光および前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を前記検出空間へ入射させる光透過窓と、を有するガス流通セルと、
   前記光透過窓から前記検出空間を透過した前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光および前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を受光する透過光受光部と、
   前記第１測定対象ガスを前記ガス流通セルに流通させた状態で前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射し、前記第２測定対象ガスを前記ガス流通セルに流通させた状態で前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光および前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を順次照射するように前記ガス調整部、前記ＮＯ_２ガス吸光用発光部および前記ＳＯ_２ガス吸光用発光部を制御する駆動制御部と、
   基準光として前記ＮＯ _２ ガス吸光用照射光および前記ＳＯ _２ ガス吸光用照射光を受光する基準光受光部と、
   前記ＮＯ _２ ガス吸光用照射光および前記ＳＯ _２ ガス吸光用照射光を、前記光透過窓から前記検出空間を透過させて前記透過光受光部へ到達させる光路と前記検出空間を透過させずに前記基準光受光部へ到達させる光路とに分離して通過させる光路決定部と、
   前記基準光受光部による基準光の受光量に基づいて、前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部および前記ＳＯ _２ ガス吸光用発光部の駆動電流を制御する補正部と、
   前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値から前記サンプルガス中の二酸化窒素ガスのガス濃度を算出し、前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値から前記第２測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の受光量に応じて得られる算出値を減じて前記サンプルガス中の一酸化窒素ガス（ＮＯガス）のガス濃度を算出し、前記第２測定対象ガスに前記ＳＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の前記透過光受光部の受光量に応じた算出値から前記第１測定対象ガスに前記ＮＯ_２ガス吸光用照射光を照射した時の受光量に応じた算出値を減じて前記サンプルガス中の二酸化硫黄ガスのガス濃度を算出する信号処理部と、
   を備えることを特徴とするガス分析計。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のガス分析計において、
   前記ガス調整部は、
   前記駆動制御部からの指令がない時は原料ガスを出力し、前記指令がある時は前記原料ガスからオゾンガスを生成してオゾンガスを含む原料ガスを出力するオゾン発生部と、
   前記サンプルガスと前記原料ガスとを混合して出力するガス混合部と、
   前記ガス混合部からの混合ガスを加熱して前記第１，第２測定対象ガスとして出力するガス加熱部と、
   から構成されることを特徴とするガス分析計。
5. 請求項１〜３の何れか一項に記載のガス分析計において、
   前記信号処理部は、前記基準光受光部による基準光の受光量と前記透過光受光部による透過光の受光量との比に基づいてガス濃度を算出することを特徴とするガス分析計。
6. 請求項１に記載のガス分析計において、
   前記駆動制御部は、発光ダイオードまたはレーザダイオードである前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部の出力と停止とを交互に行うパルスであって停止期間より出力期間が短いデューティー比の駆動電流により前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部を駆動することを特徴とするガス分析計。
7. 請求項２または請求項３に記載のガス分析計において、
   前記駆動制御部は、発光ダイオードまたはレーザダイオードである前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部の出力と停止とを交互に行うパルスであって停止期間より出力期間が短いデューティー比の駆動電流により前記ＮＯ _２ ガス吸光用発光部を駆動し、発光ダイオードである前記ＳＯ _２ ガス吸光用発光部の出力と停止とを交互に行うパルスであって停止期間より出力期間が短いデューティー比の駆動電流により前記ＳＯ _２ ガス吸光用発光部を駆動することを特徴とするガス分析計。

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