発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

近年では、半導体レーザの一種であり、室温で連続発振可能な量子カスケードレーザ（以下、Quantum cascade laserの略称であるＱＣＬと称する）が実用化された。ＱＣＬは従来の半導体レーザでは実現不可能であった中赤外領域（４〜１０μｍ）という広範囲な領域の波長を発光することができる。このＱＣＬを用いることにより、ＮＨ_３（アンモニア）ガス以外でも、ＳＯ_２，ＮＯ，ＮＯ_２等のように中赤外領域レーザ光に吸収波長が含まれるガス成分を測定することが可能となり、従来技術では不可能であった吸収波長を有するガスの分析を可能とするレーザ式ガス分析計を実現することができる。 また、受光素子として、同じく中赤外領域に感度を有する赤外線検出素子、例えばＭＣＴ（Mercury Cadmium Tellurium）光導電素子（以下、ＭＣＴと表記する）を用いることが好ましい。 ここで、一例として図１２にＳＯ_２ガスの吸収スペクトラム例を示す。ＳＯ_２濃度測定を行う場合、ＱＣＬの波長は７．２〜７．４μｍが好ましい。そして、図１３に、周波数変調方式のレーザ式ガス分析計によるＳＯ_２ガスの濃度測定時の検出信号を示す。これは後述する同期検波回路から出力された信号である。ＳＯ_２ガスの吸収がある場合は、レーザ式ガス分析計は図１３に示すようなガスの吸収波形を検出する。このピーク値がガス濃度となるため、この出力のピーク振幅を計測することにより、ＳＯ_２ガスの濃度測定が可能となる。また、信号変化を積分してもよい。 しかしながら、このようなＱＣＬ，ＭＣＴを用いるレーザ式ガス分析計では測定安定性が得られない場合があった。この測定安定性について説明する。具体例として図１４に時間−ＳＯ_２濃度の測定特性図を示す。ＱＣＬ，ＭＣＴを用いるレーザ式ガス分析計で一定値のガス濃度であるＳＯ_２濃度を検出しても、図１４でも明らかなように、時間経過により変動して検出されるという事象が確認されている。本願発明者は鋭意原因を追求し、受光部における受光光量の変化により測定安定性が変動することを知見した。この受光光量の変化の原因として以下（１）〜（３）が挙げられる。 （１）ＭＣＴの熱特性による受光光量の変化
ＭＣＴは感熱性素子であるため、３００Ｋの背景放射によるノイズを受けることや周囲温度の変化により感度が変動し、受光光量が変化する。これは、図１４における受光部温度変化（下側グラフ）と同じ傾向でガス濃度が（上側グラフ）が変動することからも明らかである。 （２）外乱による受光光量の変化
測定対象ガスにはダストや測定波長領域に吸収を持つ他のガス成分という外乱が含まれており、これら外乱により受光光量が変動する。 （３）オフセット吸収による受光光量の変化
先に説明した図１２に示すように、ＳＯ_２ガスは前述の温度測定に適した波長範囲において、所定の波長で観察される吸収ピーク以外にも、波長に明確に依存しないオフセット的な吸収（以下、オフセット吸収と表記）を有することが特徴である。そのため、ＭＣＴの受光光量信号は、煙道内のダスト濃度に加えて、測定対象ガス濃度によっても受光光量が変動する。 これらのように（１）〜（３）の要因により受光光量が変動する。前述した従来のレーザ式ガス分析計の光量補正方法を用いた場合、受光光量信号の変動には、煙道内のダスト等の外乱やレーザ光量変動のみによる受光光量の変動には対応できるが、オフセット吸収分とＭＣＴの感度変動分とによる受光光量の変動については考慮されていないため、前述した従来のレーザ式ガス分析計の光量補正方法を単純に適用することができず、正確な光量補正ができない、という問題があった。少なくともオフセット吸収分を、そして可能であるならばＭＣＴに特有のＭＣＴの感度変動分も除去したいという要請があった。 そこで、本発明はの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、オフセット吸収による受光光量の変動に対応するように正確な光量補正を行い、濃度をより正確に算出できるようにしたレーザ式ガス分析計を提供することにある。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明によれば、オフセット吸収による受光光量の変動に対応するように正確な光量補正を行い、濃度をより正確に算出できるようにしたレーザ式ガス分析計を提供することができる。