特許 6838487 濃度測定装置及び濃度測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6838487

(24)【登録日】2021年2月16日

(45)【発行日】2021年3月3日

(54)【発明の名称】濃度測定装置及び濃度測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3504 20140101AFI20210222BHJP

   G01N 21/61 20060101ALI20210222BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/3504

   G01N21/61

【請求項の数】4

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-94275(P2017-94275)

(22)【出願日】2017年5月10日

(65)【公開番号】特開2018-189589(P2018-189589A)

(43)【公開日】2018年11月29日

【審査請求日】2019年12月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】池戸 隆人

(72)【発明者】

【氏名】木崎 好美

(72)【発明者】

【氏名】馬場 直樹

(72)【発明者】

【氏名】植田 忠伸

【審査官】 嶋田 行志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０９８１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−００６５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２１５７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３８１０１０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８５６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１９７３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１８６４０７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／６１

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ｎａｔｕｒｅ．ｃｏｍ

ＳＣＩＥＮＣＥ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

赤外線を発光する光源と、
軸を中心として回転する円板状のチョッパー型ミラーであって、複数の光通過部の各々と、周方向に複数種類の長さを有する複数の光反射部の各々とが周方向に交互に設けられた前記チョッパー型ミラーと、
前記チョッパー型ミラーと共に、前記光源から入射された赤外線が周回するように閉光路を形成する光学系であって、第１の反射鏡、第２の反射鏡、及び第３の反射鏡を含む前記光学系と、
前記閉光路の光路中に配置され、内部に気体又は液体が供給されると共に前記閉光路の赤外線が前記内部を通過して前記閉光路に出射する容器と、
前記チョッパー型ミラーを所定の速度で回転させ、前記閉光路に前記光通過部が位置するときに、前記光源からの赤外線が前記閉光路に入射することを許可し、前記閉光路に前記光通過部の直後の光反射部が位置するときに、前記第３の反射鏡からの赤外線を前記光反射部で前記第１の反射鏡に向けて反射させ、前記閉光路に前記光反射部が位置する間、前記光反射部からの赤外線が前記閉光路を周回するように、前記第１の反射鏡、前記第２の反射鏡、前記第３の反射鏡、及び前記光反射部によって前記閉光路を形成し、前記閉光路に前記光反射部の直後の光通過部が位置するときに、前記閉光路から赤外線が出射することを許可するように、前記チョッパー型ミラーを回転させる制御器と、
赤外線を吸収しない気体又は液体が前記容器に供給された場合に、前記チョッパー型ミラーを介して前記閉光路から出射した赤外線の第１強度を検出し、濃度測定の対象とする気体又は液体が前記容器に供給された場合に、前記チョッパー型ミラーを介して前記閉光路から出射した赤外線の第２強度を検出する検出器と、
前記濃度測定の対象とする気体又は液体の想定される濃度が低いほど、周方向の長さが長い光反射部の直後の光通過部を選択し、前記選択された前記光通過部における前記第１強度と前記第２強度とから求まる吸光度と、予め定められた前記濃度測定の対象とする気体又は液体の濃度と吸光度との関係を示す検量線とを用いて、前記濃度測定の対象とする気体又は液体の濃度を測定する濃度測定部と、
を備えた濃度測定装置。

【請求項2】

前記濃度測定部は、前記濃度測定の対象とする気体又は液体について、最大長さの光反射部の直後の光通過部において、前記検出器により検出された赤外線の強度に基づいて、前記濃度測定の対象とする気体又は液体の濃度を想定し、前記光通過部を選択する請求項１に記載の濃度測定装置。

【請求項3】

前記容器は、少なくとも前記閉光路の赤外線が入射する入射部分及び前記内部を通過して前記閉光路に出射する出射部分が透明である請求項１又は２に記載の濃度測定装置。

【請求項4】

赤外線を発光する光源と、
軸を中心として回転する円板状のチョッパー型ミラーであって、複数の光通過部の各々と、周方向に複数種類の長さを有する複数の光反射部の各々とが周方向に交互に設けられた前記チョッパー型ミラーと、
前記チョッパー型ミラーと共に、前記光源から入射された赤外線が周回するように閉光路を形成する光学系であって、第１の反射鏡、第２の反射鏡、及び第３の反射鏡を含む前記光学系と、
前記閉光路の光路中に配置され、内部に気体又は液体が供給されると共に前記閉光路の赤外線が前記内部を通過して前記閉光路に出射する容器と、
前記チョッパー型ミラーを所定の速度で回転させ、前記閉光路に前記光通過部が位置するときに、前記光源からの赤外線が前記閉光路に入射することを許可し、前記閉光路に前記光通過部の直後の光反射部が位置するときに、前記第３の反射鏡からの赤外線を前記光反射部で前記第１の反射鏡に向けて反射させ、前記閉光路に前記光反射部が位置する間、前記光反射部からの赤外線が前記閉光路を周回するように、前記第１の反射鏡、前記第２の反射鏡、前記第３の反射鏡、及び前記光反射部によって前記閉光路を形成し、前記閉光路に前記光反射部の直後の光通過部が位置するときに、前記閉光路から赤外線が出射することを許可するように、前記チョッパー型ミラーを回転させる制御器と、
赤外線を吸収しない気体又は液体が前記容器に供給された場合に、前記チョッパー型ミラーを介して前記閉光路から出射した赤外線の第１強度を検出し、濃度測定の対象とする気体又は液体が前記容器に供給された場合に、前記チョッパー型ミラーを介して前記閉光路から出射した赤外線の第２強度を検出する検出器と、
を備えた濃度測定装置における濃度測定方法であって、
濃度測定部が、前記濃度測定の対象とする気体又は液体の想定される濃度が低いほど、周方向の長さが長い光反射部の直後の光通過部を選択し、前記選択された前記光通過部における前記第１強度と前記第２強度とから求まる吸光度と、予め定められた前記濃度測定の対象とする気体又は液体の濃度と吸光度との関係を示す検量線とを用いて、前記濃度測定の対象とする気体又は液体の濃度を測定する
濃度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気体又は液体の濃度測定装置及び濃度測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ガスセルの前段に捕集管を設け、測定対象のガス成分を捕集管に吸着させて捕集した後、ヒータによる加熱によってガス成分を脱着させる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、ガス成分の脱着によりガス成分を濃縮してガスセルに封入し、封入されたガスに干渉光を照射し、ガスセルから出射した光を検出器で検出し、検出された光の強度に基づいて、ガスの濃度を求めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０７−２７０３１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上記従来の装置では、ガスセルに封入されたガスの濃度が高い場合には、干渉光のほとんどがガスに吸収され、検出器が光を検出することができないことが生ずる。また、上記従来の装置では、ガスセルに封入されたガスの濃度が低い場合には、干渉光がガスに吸収されることが少なく、ガスの濃度を精度よく測定することができない。

【0005】

以上に鑑みると、ガスセルに封入されたガスの濃度が高いと想定される場合と低いと想定される場合とで、ガスの濃度を精度よく測定するためには、検出器を変更する等、装置の構成を変更することが必要となる。

【0006】

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、想定される気体及び液体の濃度が高い場合でも低い場合でも装置の運転条件及び装置の構成を変更することなく、気体又は液体の濃度を広い濃度レンジで精度よく測定することができる濃度測定装置及び濃度測定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】

上記目的を達成するために、請求項１に記載の濃度測定装置は、赤外線を発光する光源と、軸を中心として回転する円板状のチョッパー型ミラーであって、複数の光通過部の各々と、周方向に複数種類の長さを有する複数の光反射部の各々とが周方向に交互に設けられた前記チョッパー型ミラーと、前記チョッパー型ミラーと共に、前記光源から入射された赤外線が周回するように閉光路を形成する光学系であって、第１の反射鏡、第２の反射鏡、及び第３の反射鏡を含む前記光学系と、前記閉光路の光路中に配置され、内部に気体又は液体が供給されると共に前記閉光路の赤外線が前記内部を通過して前記閉光路に出射する容器と、前記チョッパー型ミラーを所定の速度で回転させ、前記閉光路に前記光通過部が位置するときに、前記光源からの赤外線が前記閉光路に入射することを許可し、前記閉光路に前記光通過部の直後の光反射部が位置するときに、前記第３の反射鏡からの赤外線を前記光反射部で前記第１の反射鏡に向けて反射させ、前記閉光路に前記光反射部が位置する間、前記光反射部からの赤外線が前記閉光路を周回するように、前記第１の反射鏡、前記第２の反射鏡、前記第３の反射鏡、及び前記光反射部によって前記閉光路を形成し、前記閉光路に前記光反射部の直後の光通過部が位置するときに、前記閉光路から赤外線が出射することを許可するように、前記チョッパー型ミラーを回転させる制御器と、赤外線を吸収しない気体又は液体が前記容器に供給された場合に、前記チョッパー型ミラーを介して前記閉光路から出射した赤外線の第１強度を検出し、濃度測定の対象とする気体又は液体が前記容器に供給された場合に、前記チョッパー型ミラーを介して前記閉光路から出射した赤外線の第２強度を検出する検出器と、前記濃度測定の対象とする気体又は液体の想定される濃度が低いほど、周方向の長さが長い光反射部の直後の光通過部を選択し、前記選択された前記光通過部における前記第１強度と前記第２強度とから求まる吸光度と、予め定められた前記濃度測定の対象とする気体又は液体の濃度と吸光度との関係を示す検量線とを用いて、前記濃度測定の対象とする気体又は液体の濃度を測定する濃度測定部と、を備えたものである。

【0010】

また、請求項２に記載の濃度測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記濃度測定部が、前記濃度測定の対象とする気体又は液体について、最大長さの光反射部の直後の光通過部において、前記検出器により検出された赤外線の強度に基づいて、前記濃度測定の対象とする気体又は液体の濃度を想定し、前記光通過部を選択するものである。

【0012】

また、請求項３に記載の濃度測定装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記容器が、少なくとも前記閉光路の赤外線が入射する入射部分及び前記内部を通過して前記閉光路に出射する出射部分が透明とされたものである。

【0013】

一方、上記目的を達成するために、請求項４に記載の濃度測定方法は、赤外線を発光する光源と、軸を中心として回転する円板状のチョッパー型ミラーであって、複数の光通過部の各々と、周方向に複数種類の長さを有する複数の光反射部の各々とが周方向に交互に設けられた前記チョッパー型ミラーと、前記チョッパー型ミラーと共に、前記光源から入射された赤外線が周回するように閉光路を形成する光学系であって、第１の反射鏡、第２の反射鏡、及び第３の反射鏡を含む前記光学系と、前記閉光路の光路中に配置され、内部に気体又は液体が供給されると共に前記閉光路の赤外線が前記内部を通過して前記閉光路に出射する容器と、前記チョッパー型ミラーを所定の速度で回転させ、前記閉光路に前記光通過部が位置するときに、前記光源からの赤外線が前記閉光路に入射することを許可し、前記閉光路に前記光通過部の直後の光反射部が位置するときに、前記第３の反射鏡からの赤外線を前記光反射部で前記第１の反射鏡に向けて反射させ、前記閉光路に前記光反射部が位置する間、前記光反射部からの赤外線が前記閉光路を周回するように、前記第１の反射鏡、前記第２の反射鏡、前記第３の反射鏡、及び前記光反射部によって前記閉光路を形成し、前記閉光路に前記光反射部の直後の光通過部が位置するときに、前記閉光路から赤外線が出射することを許可するように、前記チョッパー型ミラーを回転させる制御器と、赤外線を吸収しない気体又は液体が前記容器に供給された場合に、前記チョッパー型ミラーを介して前記閉光路から出射した赤外線の第１強度を検出し、濃度測定の対象とする気体又は液体が前記容器に供給された場合に、前記チョッパー型ミラーを介して前記閉光路から出射した赤外線の第２強度を検出する検出器と、を備えた濃度測定装置における濃度測定方法であって、濃度測定部が、前記濃度測定の対象とする気体又は液体の想定される濃度が低いほど、周方向の長さが長い光反射部の直後の光通過部を選択し、前記選択された前記光通過部における前記第１強度と前記第２強度とから求まる吸光度と、予め定められた前記濃度測定の対象とする気体又は液体の濃度と吸光度との関係を示す検量線とを用いて、前記濃度測定の対象とする気体又は液体の濃度を測定するものである。

【発明の効果】

【0014】

以上説明したように、本発明によれば、想定される気体又は液体の濃度が高い場合でも低い場合でも装置の運転条件及び装置の構成を変更することなく、気体又は液体の濃度を広い濃度レンジで精度よく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施形態に係る濃度測定装置の構成の一例を示す図である。

【図2】（Ａ）実施形態に係るチョッパー型ミラーの正面図であり、（Ｂ）実施形態に係るチョッパー型ミラーの側面図である。

【図3】実施形態に係る赤外光源からの赤外線が閉光路に入射される場合の濃度測定装置の様子を示す図である。

【図4】実施形態に係る赤外光源からの赤外線が閉光路に入射される場合のチョッパー型ミラーの光通過部の位置を示す図である。

【図5】実施形態に係る閉光路に入射された赤外線が閉光路を何度も周回する様子を示す図である。

【図6】実施形態に係る閉光路に入射された赤外線が閉光路を何度も周回する場合のチョッパー型ミラーの光反射部の位置を示す図である。

【図7】実施形態に係る閉光路から出射した赤外線が光強度検出器に到達する様子を示す図である。

【図8】第１の実施形態に係る濃度測定処理プログラムの処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図9】（Ａ）実施形態に係るガスセルの内部に供給された赤外線非吸収ガスを通過した赤外線の光強度が光強度検出器により検出され、光強度検出器から出力される光強度信号の時系列データの一例を示す図であり、（Ｂ）実施形態に係るガスセルの内部に供給された測定対象ガスを通過した赤外線の光強度が光強度検出器により検出され、光強度検出器から出力される光強度信号の時系列データの一例を示す図である。

【図10】実施形態に係るガスセルに赤外線非吸収ガスを供給した場合の光強度及びガスセルに測定対象ガスを供給した場合の光強度の一例を示す図である。

【図11】実施形態に係る測定対象ガスの濃度と吸光度との関係の一例を示すグラフである。

【図12】第１の実施形態に係る濃度測定処理プログラムの処理の流れの別の例を示すフローチャートである。

【図13】図１２に示す濃度測定処理プログラムにおける低濃度用の濃度測定処理サブルーチンの処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図14】図１２に示す濃度測定処理プログラムにおける高濃度用の濃度測定処理サブルーチンの処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図15】実施形態に係るチョッパー型ミラーに許可区間及び禁止区間を設けた場合に、閉光路において、禁止区間が位置する時間を示す未検出期間及び許可区間が位置する時間を示す検出期間の一例を示す図である。

【図16】第２の実施形態に係る濃度測定装置の構成の一例を示す図である。

【図17】実施形態に係る赤外光源からの赤外線がチョッパー型ミラーを介してガスセルに到達する様子を示す図である。

【図18】実施形態に係るガスセルに到達した赤外線が、チョッパー型ミラーと反射鏡との間を、ガスセルの内部を介して、何度も往復する様子を示す図である。

【図19】実施形態に係るチョッパー型ミラーと反射鏡との間を、ガスセルの内部を介して、何度も往復した赤外線が、チョッパー型ミラーの光通過部を介して、ビームスプリッタを介して、光強度検出器に到達する様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の一例について詳細に説明する。

【0017】

[第１の実施形態]
図１は、第１の実施形態に係る濃度測定装置１０Ａの構成の一例を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る濃度測定装置１０Ａは、赤外線を発光する赤外光源１２と、赤外光源１２から照射された光が周回するように閉光路を形成する第１の反射鏡１４〜第３の反射鏡１８と、を備えている。赤外光源１２は、光源の一例であり、第１の反射鏡１４〜第３の反射鏡１８は、光学系の一例である。
以下、本実施形態では、濃度を測定する対象を気体（以下、ガス）として説明するが、測定対象は、ガスに限定されるものではなく、液体を測定対象としてもよい。

【0018】

濃度測定装置１０Ａは、第１の反射鏡１４〜第３の反射鏡１８により形成される閉光路の光路中に配置され、内部にガスが供給されると共に閉光路の光が内部を通過して閉光路に出射するガスセル２０を備えている。ガスセル２０は、容器の一例である。ガスセル２０は、閉光路の光が入射する入射部分及び内部を通過して閉光路に出射する出射部分が透明である。なお、ガスセル２０は全体が透明であってもよい。

【0019】

濃度測定装置１０Ａは、回転部材の一例であるチョッパー型ミラー２２を備えている。チョッパー型ミラー２２は、軸を中心に回転する円板状に形成されている。チョッパー型ミラー２２には、後述するように、複数の許可区間の各々と、複数種類の長さの禁止区間の各々とが周方向に交互に設けられている。許可区間は、閉光路に赤外光源１２からの光を入射することを許可すると共に閉光路から光が出射することを許可する区間とされる。一方、禁止区間は、閉光路への光の入射及び閉光路からの光の出射を禁止する区間とされる。濃度測定装置１０Ａは、チョッパー型ミラー２２の単位時間当たりの回転数（回転速度）を制御する回転数調整機構２４を備えている。

【0020】

濃度測定装置１０Ａは、チョッパー型ミラー２２を介して閉光路から出射した光の強度を検出する光強度検出器２６を備えている。光強度検出器２６は、検出器の一例である。

【0021】

濃度測定装置１０Ａは、赤外光源１２、回転数調整機構２４、及び光強度検出器２６に接続される制御器２８を備えている。なお、制御器２８は、図示しないＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ディスプレイ等を備えたコンピュータにより構成されている。ＲＯＭには、後述する濃度測定処理プログラムが記憶されている。濃度測定処理プログラムは、ＲＯＭから読み出され、ＲＡＭに展開され、ＣＰＵにより実行されて、濃度測定処理が実行される。

【0022】

上記の濃度測定処理プログラムは、例えば、制御器２８に予めインストールされていてもよい。また、濃度測定処理プログラムは、不揮発性の記憶媒体に記憶して、又はネットワークを介して配布し、制御器２８に適宜インストールすることで実現してもよい。なお、不揮発性の記憶媒体の例としては、ＣＤ-ＲＯＭ(Compact Disc Read Only Memory)、光磁気ディスク、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)、ＤＶＤ-ＲＯＭ(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、フラッシュメモリ、メモリカード等が想定される。

【0023】

なお、制御器２８には、ガスセル２０に対して赤外線非吸収ガスを供給する図示しない赤外線非吸収ガス供給部と、ガスセル２０に対して測定対象ガスを供給する図示しない測定対象ガス供給部とが更に接続される。制御器２８は、赤外線非吸収ガス供給部を制御して、ガスセル２０に赤外線非吸収ガスを供給し、測定対象ガス供給部を制御して、ガスセル２０に測定対象ガスを供給する。

【0024】

制御器２８は、回転数調整機構２４を制御して、所定の運転条件でチョッパー型ミラー２２を回転させる。制御器２８は、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度に応じて選択される許可区間において、光強度検出器２６により検出された光の強度に基づいて、ガスの濃度を測定する濃度測定部としての機能を有する。

【0025】

図２は、本実施形態に係るチョッパー型ミラー２２の構成の一例を示す図である。図２（Ａ）には、チョッパー型ミラー２２の正面図が示され、図２（Ｂ）には、チョッパー型ミラー２２の側面図が示されている。
図２に示すように、チョッパー型ミラー２２は、回転軸３０を中心に、矢印の向きに回転する。

【0026】

チョッパー型ミラー２２の周囲には、不等間隔で光が通過可能な光通過部３４が形成されている。光通過部３４は、上述の複数の許可区間の各々に対応して形成され、閉光路の光が通過可能な位置に配置されている。複数の許可区間は、複数のスリットとされ、一例として５つのスリットとして示される。以下、本実施形態では、複数の許可区間を、許可区間Ｓ１〜Ｓ５として説明する。

【0027】

一方、チョッパー型ミラー２２の光通過部３４以外の部分には、光が反射可能な光反射部３２が形成されている。上記の光通過部３４は、光反射部３２における入射開始縁３４Ａと入射終了縁３４Ｂとの間において画定される。光反射部３２は、上述の複数種類の長さの禁止区間の各々に対応して形成され、閉光路の光が反射可能な位置に配置されている。以下、本実施形態では、複数種類の長さの禁止区間を、禁止区間Ｐ１〜Ｐ５として説明する。なお、許可区間の個数及び禁止区間の個数の各々は、５つずつに限定されるものではない。

【0028】

本実施形態では、複数の禁止区間の各々の周方向における長さが異なるため、チョッパー型ミラー２２が１回転する間に赤外線がガスセル２０を通過する回数が異なる複数の光の強度を検出することが可能となる。周方向における長さが異なる５つの禁止区間Ｐ１〜Ｐ５が設けられている場合には、チョッパー型ミラー２２が１回転する間に５つの異なる光の強度を検出することが可能となる。

【0029】

次に、図３〜図７を参照して、赤外光源１２からの赤外線が閉光路に入射され、入射された赤外線が閉光路を何度も周回し、その後、光強度検出器２６に到達する様子を説明する。

【0030】

図３は、本実施形態に係る赤外光源１２からの赤外線が閉光路に入射される場合の濃度測定装置１０Ａの様子を示す図である。
図４は、本実施形態に係る赤外光源１２からの赤外線が閉光路に入射される場合のチョッパー型ミラー２２の光通過部３４の位置を示す図である。
図５は、本実施形態に係る閉光路に入射された赤外線が閉光路を何度も周回する様子を示す図である。
図６は、本実施形態に係る閉光路に入射された赤外線が閉光路を何度も周回する場合のチョッパー型ミラー２２の光反射部３２の位置を示す図である。
図７は、本実施形態に係る閉光路から出射した赤外線が光強度検出器２６に到達する様子を示す図である。

【0031】

チョッパー型ミラー２２が回転して、閉光路に光通過部３４（許可区間）が位置し、赤外光源１２から赤外線が照射されると、図３に示すように、照射された赤外線は、光通過部３４を通過し、第１の反射鏡１４に向かう。閉光路に光通過部３４が位置する状態を図４に示す。そして、第１の反射鏡１４に向かった赤外線は、図５に示すように、第１の反射鏡１４で反射して、ガスセル２０に入射する。第１の反射鏡１４からガスセル２０に向かった赤外線は、ガスセル２０の透明な入射部分を介して、ガスセル２０の内部に侵入し、ガスセル２０の内部を通過し、ガスセル２０の透明な出射部分を介して閉光路に出射する。ガスセル２０の透明な出射部分を介して閉光路に出射した赤外線は、第２の反射鏡１６に到達し、第２の反射鏡１６で反射して、第３の反射鏡１８に到達し、第３の反射鏡１８で反射して、チョッパー型ミラー２２に向かう。そして、図６に示すように、閉光路に光反射部３２（禁止区間）が位置するようになると、第３の反射鏡１８で反射してチョッパー型ミラー２２に向かった赤外線は、光反射部３２で反射して、第１の反射鏡１４に到達する。これにより、閉光路が形成される。この状態では、赤外線は、禁止区間Ｐ１〜Ｐ５の各々の長さに応じて、閉光路を何度も周回、何度もガスセル２０の内部を通過する。ガスセル２０に、赤外線を吸収する測定対象ガスが供給されていれば、赤外線の一部は、ガスセル２０において測定対象ガスに吸収される。よって、閉光路を何度も周回すると、測定対象ガスに吸収されなかった赤外線も測定対象ガスに吸収されるようになる。

【0032】

その後、図７に示すように、閉光路に光通過部３４（許可区間）が位置するようになると、閉光路を何度も周回し測定対象ガスに吸収されなかった赤外線が、光通過部３４から出射して、光強度検出器２６に到達する。これにより、光強度検出器２６は、赤外線の光強度を検出し、光強度を示す光強度信号を制御器２８に出力する。

【0033】

本実施形態に係る制御器２８は、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度に応じて選択される許可区間において、光強度検出器２６により検出された光の強度に基づいて、ガスの濃度を測定する。

【0034】

閉光路に入射された光がガスセル２０の内部を通過する回数は、禁止区間が長いほど多くなる。制御器２８は、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が低いほど、長さの長い禁止区間の直後の許可区間を選択し、選択した許可区間において、光強度検出器２６により検出された光の強度に基づいて、ガスの濃度を測定する。この場合、例えば、禁止区間Ｐ１の直後の許可区間Ｓ２が選択される。これにより、ガスセル２０を光が通過する回数を多くできるため、Ｓ／Ｎ比を高くし、検出下限濃度を低くすることができる。一方、制御器２８は、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が高いほど、長さの短い禁止区間の直後の許可区間を選択し、選択した許可区間において、光強度検出器２６により検出された光の強度に基づいて、ガスの濃度を測定する。この場合、例えば、禁止区間Ｐ５の直後の許可区間Ｓ１が選択される。これにより、ガスセル２０を光が通過する回数を少なくできるため、光強度が低すぎて検出が困難となる事態を回避し、最適な検出上限濃度を得ることができる。

【0035】

なお、禁止区間Ｐ１〜Ｐ５の各々の長さは、チョッパー型ミラー２２を所定速度で回転させた場合に、光強度検出器２６で光が検出されない期間で表すことができる。この場合、制御器２８には、光強度検出器２６で光が検出されない期間（未検出期間）が禁止区間Ｐ１〜Ｐ５の各々に対応付けて記憶されている。具体的には、未検出期間の時間が長い順にＴ１１〜Ｔ１５とした場合に、未検出期間Ｔ１１〜Ｔ１５の各々が禁止区間Ｐ１〜Ｐ５の各々に対応付けて記憶される。これにより、チョッパー型ミラー２２を所定速度で回転させた状態で未検出期間Ｔ１１〜Ｔ１５を計測し、この計測結果に基づいて、各禁止区間Ｐ１〜Ｐ５を特定することができる。これにより、各禁止区間Ｐ１〜Ｐ５の直後の許可区間が選択可能とされる。

【0036】

次に、本実施形態に係る濃度測定装置１０Ａの作用を説明する。なお、図８は、第１の実施形態に係る濃度測定処理プログラムの処理の流れの一例を示すフローチャートである。本例では、測定対象ガスの濃度が高濃度であるか低濃度であるかが予め想定されている場合について説明する。

【0037】

まず、図８のステップ１００では、制御器２８が、赤外線非吸収ガスをガスセル２０に供給する制御を行う。

【0038】

ステップ１０２では、制御器２８が、回転数調整機構２４を制御して、チョッパー型ミラー２２を所定速度Ｖ０で回転させる。

【0039】

ステップ１０４では、制御器２８が、赤外光源１２を制御して、赤外線を一定期間、閉光路に向けて入射させる。上記のようにチョッパー型ミラー２２が所定速度Ｖ０で回転しているため、複数の許可区間Ｓ１〜Ｓ５のうちいずれかの許可区間が閉光路に位置する状態が生ずる。ここでは、一例として、許可区間Ｓ１が閉光路に位置したときに赤外線の入射が開始されるように制御する。この制御により、図３に示すように、赤外光源１２からの赤外線は、許可区間Ｓ１を通過する。そして、許可区間Ｓ１と連続する禁止区間Ｐ１が閉光路に位置すると、図５に示すように、閉光路を赤外線が何度も周回する。その後、チョッパー型ミラー２２の次の許可区間Ｓ２が閉光路に位置すると、図７に示すように、閉光路形成中に赤外線非吸収ガスを通過した赤外線は、閉光路から許可区間Ｓ２を介して、光強度検出器２６に到達する。

【0040】

ステップ１０６では、制御器２８が、赤外線を入射した一定期間中に光強度検出器２６から出力された光強度信号の時系列データに基づいて、閉光路形成中に赤外線非吸収ガスを通過した赤外線の光の強度ＩＡを、次のように算出する。

【0041】

図９（Ａ）は、本実施形態に係るガスセル２０の内部に供給された赤外線非吸収ガスを通過した赤外線の光強度が光強度検出器２６により検出され、光強度検出器２６から出力される光強度信号の時系列データの一例を示す図である。
図９（Ｂ）は、本実施形態に係るガスセル２０の内部に供給された測定対象ガスを通過した赤外線の光強度が光強度検出器２６により検出され、光強度検出器２６から出力される光強度信号の時系列データの一例を示す図である。

【0042】

閉光路形成中に赤外線非吸収ガスを何度も通過した後、光通過部３４（許可区間）の入射開始縁３４Ａが閉光路にさしかかり（図９（Ａ）の時間０）、チョッパー型ミラー２２の回転が継続すると、時系列データは、図９（Ａ）に示すように徐々に大きくなる。その後、時系列データは、ピークに到達すると徐々に小さくなり、入射終了縁３４Ｂが閉光路にさしかかり（図９（Ａ）の時間Ｔ１）、チョッパー型ミラー２２の回転が継続すると、時系列データは、光反射部３２（禁止区間）を経て次の光通過部３４の入射開始縁３４Ａが閉光路にさしかかる時（図９（Ａ）の時間Ｔ２）まで、一定となる。

【0043】

ステップ１０６では、閉光路形成中に赤外線非吸収ガスを通過した赤外線の光の強度ＩＡを、次式（１）に示すように、時間０から時間Ｔ１までの時系列データの積分値から、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの積分値を差し引くことにより、求める。

【0044】

【数1】

・・・（１）

【0045】

なお、後述するステップ１２０での光強度ＩＢの算出も上記式（１）を用いて行われる。

【0046】

ステップ１０８では、制御器２８が、全許可区間（Ｎ個）について光強度ＩＡを算出したか否かを判定する。全許可区間（Ｎ個）について光強度ＩＡを算出したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ１１０に移行し、全許可区間（Ｎ個）については光強度ＩＡを算出していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ１０４に戻り処理を繰り返す。なお、本実施形態では、許可区間Ｓ１〜Ｓ５（Ｎ＝５）が設けられているため、許可区間Ｓ１〜Ｓ５の各々に対して光強度ＩＡが算出される。

【0047】

ステップ１１０では、制御器２８が、全許可区間（Ｎ個）の各々の光強度ＩＡを、各々の許可区間に対応付けて保存する。

【0048】

次に、ステップ１１２では、制御器２８が、測定対象ガスをガスセル２０に供給する制御を行う。

【0049】

ステップ１１４では、制御器２８が、想定される濃度に応じて許可区間を選択する。想定される濃度が低濃度の場合、例えば、禁止区間Ｐ１の直後の許可区間Ｓ２を選択し、想定される濃度が高濃度の場合、例えば、禁止区間Ｐ５の直後の許可区間Ｓ１を選択する。具体的には、制御器２８に、キーボード等の入力装置を介して、想定される濃度が高濃度であるか低濃度であるかを示すデータが入力される。制御器２８は、この入力データに基づいて、想定される濃度に応じた適切な禁止区間の直後の許可区間を選択する。

【0050】

ステップ１１６では、制御器２８が、回転数調整機構２４を制御して、チョッパー型ミラー２２を所定速度Ｖ０で回転させる。

【0051】

ステップ１１８では、制御器２８が、赤外光源１２を制御して、赤外線を一定期間、閉光路に向けて入射させる。上記のようにチョッパー型ミラー２２が所定速度Ｖ０で回転している。禁止区間Ｐ１の直後の許可区間Ｓ２が選択された場合、例えば、許可区間Ｓ１が閉光路に位置したときに赤外線の入射が開始されるように制御される。この制御により、赤外光源１２からの赤外線は、許可区間Ｓ１を通過する。そして、許可区間Ｓ１と連続する禁止区間Ｐ１が閉光路に位置すると、閉光路を赤外線が何度も周回する。その後、チョッパー型ミラー２２の次の許可区間Ｓ２が閉光路に位置すると、閉光路形成中に測定対象ガスを通過した赤外線は、閉光路から許可区間Ｓ２を介して、光強度検出器２６に到達する。一方、禁止区間Ｐ５の直後の許可区間Ｓ１が選択された場合も、上記と同様の制御が行われる。

【0052】

ステップ１２０では、制御器２８が、赤外線を入射した一定期間中に光強度検出器２６から出力された光強度信号の時系列データに基づいて、閉光路形成中に測定対象ガスを通過した赤外線の光の強度ＩＢを、上記式（１）を用いて算出する。なお、この場合の光強度検出器２６からの光強度信号の時系列データは、図９（Ｂ）に示す通りである。図９（Ｂ）に示す光信号強度の時系列データは、図９（Ａ）に示す光強度信号の時系列データと比べ、値は小さいが、変化の様子は同様である。

【0053】

ステップ１２２では、制御器２８が、測定対象ガスを通過した光の強度ＩＢと、当該光の強度ＩＢと同一の許可区間における赤外線非吸収ガスを通過した光の強度ＩＡとから、吸光度を、吸光度＝−ｌｏｇ_１０（ＩＢ／ＩＡ）により計算する。

【0054】

図１０は、本実施形態に係るガスセル２０に赤外線非吸収ガスを供給した場合の光の強度５０２及びガスセル２０に測定対象ガスを供給した場合の光の強度５０４の一例を示す図である。
図１０に示すように、ガスセル２０に赤外線非吸収ガスを供給した場合の光の強度５０２のほうが、ガスセル２０に測定対象ガスを供給した場合の光の強度５０４より大きい。

【0055】

ステップ１２４では、制御器２８が、測定対象ガスの濃度と吸光度との関係（後述の図１１を参照）と、ステップ１２２で計算された吸光度とから、測定対象ガスの濃度を計算する。

【0056】

図１１は、本実施形態に係る測定対象ガスの濃度と吸光度との関係の一例を示すグラフである。
図１１に示すように、測定対象ガスの濃度と吸光度とは線形の関係を有する。

【0057】

ステップ１２６では、制御器２８が、ステップ１２４で計算された濃度を、ディスプレイに表示し、上記濃度測定処理プログラムによる一連の処理を終了する。

【0058】

図１２は、第１の実施形態に係る濃度測定処理プログラムの処理の流れの別の例を示すフローチャートである。本例では、測定対象ガスの濃度が高濃度であるか低濃度であるかが予め想定されていない場合について説明する。

【0059】

ステップ２００〜ステップ２１０までの処理は、図８に示すステップ１００〜ステップ１１０までの処理と同様であるため、ここでの繰り返しの説明は省略する。

【0060】

図１２のステップ２１２では、制御器２８が、測定対象ガスをガスセル２０に供給する制御を行う。

【0061】

ステップ２１４では、制御器２８が、回転数調整機構２４を制御して、チョッパー型ミラー２２を所定速度Ｖ０で回転させる。

【0062】

ステップ２１６では、制御器２８が、赤外光源１２を制御して、赤外線を一定期間、閉光路に向けて入射させる。上記のようにチョッパー型ミラー２２が所定速度Ｖ０で回転している。ここでは、一例として、許可区間Ｓ１が閉光路に位置したときに赤外線の入射が開始されるように制御する。この制御により、赤外光源１２からの赤外線は、許可区間Ｓ１を通過し、許可区間Ｓ１と連続する禁止区間Ｐ１が閉光路に位置すると、閉光路を赤外線が何度も周回する。その後、チョッパー型ミラー２２の次の許可区間Ｓ２が閉光路に位置すると、閉光路形成中に測定対象ガスを通過した赤外線は、閉光路から許可区間Ｓ２を介して、光強度検出器２６に到達する。

【0063】

ステップ２１８では、制御器２８が、赤外線を入射した一定期間中に光強度検出器２６から出力された光強度信号の時系列データに基づいて、閉光路形成中に測定対象ガスを通過した赤外線の光の強度ＩＣを、上記式（１）を用いて算出する。

【0064】

ステップ２２０では、制御器２８が、全許可区間（Ｎ個）について光強度ＩＣを算出したか否かを判定する。全許可区間（Ｎ個）について光強度ＩＣを算出したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ２２２に移行し、全許可区間（Ｎ個）については光強度ＩＣを算出していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ２１６に戻り処理を繰り返す。本実施形態では、許可区間Ｓ１〜Ｓ５（Ｎ＝５）が設けられているため、許可区間Ｓ１〜Ｓ５の各々に対して光強度ＩＣが算出される。

【0065】

ステップ２２２では、制御器２８が、全許可区間（Ｎ個）の各々の光強度ＩＣを、各々の許可区間に対応付けて保存する。

【0066】

ステップ２２４では、制御器２８が、最大長さの禁止区間の直後の許可区間における、赤外線非吸収ガスを通過した光の強度ＩＡから、測定対象ガスを通過した光の強度ＩＣを差し引いて、両者の差ΔＩを算出する（ΔＩ←ＩＡ−ＩＣ）。本実施形態の場合、最大長さの禁止区間は、禁止区間Ｐ１とされ、禁止区間Ｐ１の直後の許可区間は、許可区間Ｓ２とされる。

【0067】

ステップ２２６では、制御器２８が、ΔＩ≦Ｉｔｈ１（閾値）であるか否かを判定する。ΔＩ≦Ｉｔｈ１であると判定した場合、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が低いと想定されるため、ステップ２２８に移行する。ΔＩ＞Ｉｔｈ２（閾値）であると判定した場合、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が高いと想定されるため、ステップ２３０に移行する。また、Ｉｔｈ１＜ΔＩ≦Ｉｔｈ２であると判定した場合、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が中くらいと想定されるため、ステップ２３２に移行する。

【0068】

ここで、上記の閾値Ｉｔｈについて説明する。
ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が低い場合、赤外線はそれほど吸収されないため、赤外線非吸収ガスを通過した光の強度ＩＡと測定対象ガスを通過した光の強度ＩＣとの差ΔＩが非常に小さい場合がある。しかし、最大長さの禁止区間Ｐ１では、上述したように、ガスセル２０を赤外線が通過する回数が最も多くなるため、他の禁止区間Ｐ２〜Ｐ５と比べて、赤外線の吸収が多くなり、最大長さの禁止区間Ｐ１の直後の許可区間における光の強度ＩＣを、光の強度ＩＡとの差ΔＩを算出可能な程度に大きくできる。一方、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が高い場合、多くの赤外線が吸収され、光の強度ＩＡと光の強度ＩＣとの差ΔＩは大きくなる。そして、最大長さの禁止区間Ｐ１では、ガスセル２０を赤外線が通過する回数が最も多くなるため、他の禁止区間Ｐ２〜Ｐ５と比べて、赤外線の吸収が多くなり過ぎて、光の強度ＩＡと光の強度ＩＣとの差ΔＩが大きくなり過ぎてしまう。このため、最大長さの禁止区間Ｐ１において算出される差ΔＩに関して、適切な２つの閾値Ｉｔｈ１、閾値Ｉｔｈ２を設定することで、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が高いか低いか中くらいかを精度良く判定することができる。

【0069】

ステップ２２８では、制御器２８が、低濃度用の濃度測定処理を行い、本濃度測定処理プログラムによる一連の処理を終了する。

【0070】

次に、図１３を参照して、ステップ２２８の低濃度用の測定対象ガスの濃度測定処理を説明する。なお、図１３は、図１２に示す濃度測定処理プログラムにおける低濃度用の濃度測定処理サブルーチンの処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0071】

図１３のステップ３００では、制御器２８が、最大長さの禁止区間の直後の許可区間における、赤外線非吸収ガスを通過した光の強度ＩＡと測定対象ガスを通過した光の強度ＩＣとから、吸光度を、吸光度＝−ｌｏｇ_１０（ＩＣ／ＩＡ）により計算する。

【0072】

ステップ３０２では、制御器２８が、測定対象ガスの濃度と吸光度との関係（図１１参照）と、ステップ３００で計算された吸光度とから、測定対象ガスの濃度を計算する。

【0073】

ステップ３０４では、制御器２８が、ステップ３０２で計算された濃度を、ディスプレイに表示し、本サブルーチンによる処理を終了する。

【0074】

一方、図１２に戻り、ステップ２３０では、制御器２８が、高濃度用の濃度測定処理を行い、本濃度測定処理プログラムによる一連の処理を終了する。

【0075】

次に、図１４を参照して、ステップ２３０の高濃度用の測定対象ガスの濃度測定処理を説明する。なお、図１４は、図１２に示す濃度測定処理プログラムにおける高濃度用の濃度測定処理サブルーチンの処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0076】

図１４のステップ４００では、制御器２８が、最小長さの禁止区間の直後の許可区間における、赤外線非吸収ガスを通過した光の強度ＩＡと測定対象ガスを通過した光の強度ＩＣとから、吸光度を、吸光度＝−ｌｏｇ_１０（ＩＣ／ＩＡ）により計算する。

【0077】

ステップ４０２では、制御器２８が、測定対象ガスの濃度と吸光度との関係（図１１参照）と、ステップ４００で計算された吸光度とから、測定対象ガスの濃度を計算する。

【0078】

ステップ４０４では、制御器２８が、ステップ４０２で計算された濃度を、ディスプレイに表示し、本サブルーチンによる処理を終了する。

【0079】

なお、図１２のステップ２３２における中濃度用の濃度測定処理サブルーチンについての図示は省略するが、基本的な処理の流れは、図１３及び図１４に示す濃度測定処理サブルーチンと同様である。但し、中濃度の場合、例えば、中間の長さの禁止区間（例えば、禁止区間Ｐ３）の直後の許可区間（例えば、許可区間Ｓ４）における、赤外線非吸収ガスを通過した光の強度ＩＡと測定対象ガスを通過した光の強度ＩＣとから、吸光度を計算すればよい。

【0080】

図１５は、本実施形態に係るチョッパー型ミラー２２に許可区間Ｓ１〜Ｓ５及び禁止区間Ｐ１〜Ｐ５を設けた場合に、閉光路において、禁止区間Ｐ１〜Ｐ５が位置する時間を示す未検出期間（反射状態）及び許可区間Ｓ１〜Ｓ５が位置する時間を示す検出期間（入射状態、出射状態）の一例を示す図である。

【0081】

図１５から、チョッパー型ミラー２２の禁止区間が長いと、閉光路が形成される時間が長くなるのに対し、チョッパー型ミラー２２の禁止区間が短いと、閉光路が形成される時間が短くなることが理解される。

【0082】

このため、チョッパー型ミラー２２の禁止区間を長くして、閉光路が形成される時間を長くすると、赤外線がガスセル２０を通過する回数を多くすることができる。逆に、チョッパー型ミラー２２の禁止区間を短くして、閉光路が形成される時間を短くすると、赤外線がガスセル２０を通過する回数を少なくすることができる。

【0083】

ところで、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度とは無関係にチョッパー型ミラー２２に複数の同一長さの禁止区間を設けた場合、測定対象ガスの濃度が高いと、赤外線のほとんどが測定対象ガスに吸収され、ガスセル２０から赤外線が出射されずに、光強度検出器２６が光強度を検出することができない可能性がある。一方、測定対象ガスの濃度が低いと、赤外線のほとんどが測定対象ガスに吸収されず、測定対象ガスでの光強度と赤外線非吸収ガスでの光強度との差がほとんどない可能性がある。よって、このような場合に、測定対象ガスの濃度を測定しても、ガスの濃度を精度よく測定することができない可能性がある。

【0084】

これに対して、本実施形態では、チョッパー型ミラー２２に複数種類の長さの禁止区間を設けることにより、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が高いと想定される場合と低いと想定される場合とで、赤外線がガスセル２０を通過する回数を調整することができる。具体的には、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が低い場合には、長さの長い禁止区間の直後の許可区間において、光強度を検出して、ガスセル２０に供給された測定対象ガスを通過する赤外線の回数を多くしている。すなわち、固定された長さの閉光路を周回する赤外線の光路長をより長くし、赤外線が測定対象ガスに吸収され易くしている。これにより、測定対象ガスでの光強度と赤外線非吸収ガスでの光強度との差をより大きくさせ、検出できる濃度の下限値を低くさせて、ガスの濃度を精度よく測定することができるようにしている。

【0085】

一方、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が高い場合には、長さの短い禁止区間の直後の許可区間において、光強度を検出することで、ガスセル２０に供給された測定対象ガスを通過する赤外線の回数をより少なくし、赤外線が測定対象ガスに吸収され難くしている。これにより、ガスセル２０から出射される赤外線が減少し、光強度検出器２６が光強度を検出することが困難になることを防止して、ガスの濃度を精度よく測定することができるようにしている。

【0086】

以上説明したように、本実施形態によれば、想定されるガスの濃度が高い場合でも低い場合でも装置の運転条件及び装置の構成を変更することなく、ガスの濃度を広い濃度レンジで精度よく測定することができる。

【0087】

また、本実施形態では、測定対象ガスの濃度を想定し、想定された濃度が低い場合には高い場合より、ガスセル２０に供給された測定対象ガスを通過する赤外線の回数を多くしている。よって、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が変化しても、ガスの濃度を精度よく測定することができる。

【0088】

[第２の実施形態]
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態の構成は、第１の実施形態の構成と同様な部分を含み、同様な部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

【0089】

図１６は、第２の実施形態に係る濃度測定装置１０Ｂの構成の一例を示す図である。
図１６に示すように、本実施形態に係る濃度測定装置１０Ｂは、赤外光源１２とチョッパー型ミラー２２との間にビームスプリッタ４２が配置されている。ビームスプリッタ４２は、２つの三角プリズムを、底面同士が接するように、組合せて構成されている。なお、ビームスプリッタ４２は、２つの三角プリズムを組合せて構成することに限定されず、例えば、偏光ビームスプリッタを採用してもよい。

【0090】

また、第２の実施形態では、第１の実施形態の第１の反射鏡１４〜第３の反射鏡１８に代えて、チョッパー型ミラー２２に対し、ガスセル２０を挟んで、１つの反射鏡４４を備えている。チョッパー型ミラー２２の光反射部３２がガスセル２０の真下に位置すると、光が往復する閉光路が形成される。

【0091】

図１７は、本実施形態に係る赤外光源１２からの赤外線がチョッパー型ミラー２２を介してガスセル２０に到達する様子を示す図である。
図１８は、本実施形態に係るガスセル２０に到達した赤外線が、チョッパー型ミラー２２と反射鏡４４との間を、ガスセル２０の内部を介して、何度も往復する様子を示す図である。
図１９は、本実施形態に係るチョッパー型ミラー２２と反射鏡４４との間を、ガスセル２０の内部を介して、何度も往復した赤外線が、チョッパー型ミラー２２の光通過部３４を介して、ビームスプリッタ４２を介して、光強度検出器２６に到達する様子を示す図である。

【0092】

図１７に示すように、ビームスプリッタ４２の２つの三角プリズムの一方の斜面から入射した赤外線の一部は、一方の三角プリズムの底面を通過して他方の三角プリズムの底面を介して、他方の三角プリズムに入射する。その後、他方の三角プリズムの斜面を介して出射してチョッパー型ミラー２２に到達する。チョッパー型ミラー２２に到達する際、チョッパー型ミラー２２の光通過部３４が閉光路に位置すると、他方の三角プリズムを出射した光は、ガスセル２０を通過して、反射鏡４４に到達し反射鏡で反射して、ガスセル２０を通過して、チョッパー型ミラー２２に到達する。図１８に示すように、チョッパー型ミラー２２に到達する際、チョッパー型ミラー２２の光反射部３２が閉光路に位置すると、赤外線は、チョッパー型ミラー２２と反射鏡４４との間を、ガスセル２０の内部を介して、何度も往復する。そして、図１９に示すように、チョッパー型ミラー２２と反射鏡４４との間を、ガスセル２０の内部を介して、何度も往復した赤外線の一部は、チョッパー型ミラー２２の光通過部３４、ビームスプリッタ４２の他方の三角プリズムの底面で反射して、他方の三角プリズムの斜面を介して、光強度検出器２６に到達する。

【0093】

第２の実施形態でも、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が高いと想定される場合と低いと想定される場合とで、赤外線がガスセル２０を通過する回数を調整している。具体的には、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が低い場合には、高い場合より、ガスセル２０に供給されたガスを通過する赤外線の回数を多くしている。すなわち、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が低い場合には、高い場合より、固定された長さの閉光路を往復する赤外線の光路長をより長くしている。

【0094】

よって、第２の実施形態でも、想定されるガスの濃度が高い場合でも低い場合でも装置の運転条件及び装置の構成を変更することなく、ガスの濃度を広い濃度レンジで精度よく測定することができる。また、第２の実施形態でも、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が変化しても、ガスの濃度を精度よく測定することができる。

【0095】

更に、第２の実施形態では、第１の実施形態の第１の反射鏡１４〜第３の反射鏡１８に代えて、チョッパー型ミラー２２に対し、ガスセル２０を挟んで、１つの反射鏡４４を備えて、閉光路を構成している。よって、第２の実施形態では、第１の実施形態の構成より、部品点数をより少なくすることができる。

【0096】

また、上記各実施形態では、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が高い場合と低い場合との２段階、又は、高い場合と低い場合と中くらいの場合との３段階で、濃度に応じてガスセル２０に供給されたガスを通過する赤外線の回数を調整している。実施形態はこれに限定されない。例えば、４以上の複数の段階に応じてガスセル２０に供給されたガスを通過する赤外線の回数を調整してもよい。例えば、上記各実施形態の場合には、長さが異なる５つの禁止区間Ｐ１〜Ｐ５を設けているため、５段階で、ガスセル２０に供給されたガスを通過する赤外線の回数を調整することが可能となる。

【0097】

また、上述した長さの異なる５つの禁止区間Ｐ１〜Ｐ５を１セットとして、１つのチョッパー型ミラー２２に複数セットの禁止区間Ｐ１〜Ｐ５を設けるようにしてもよい。これにより、チョッパー型ミラー２２を１回転させる間に複数セット分の吸光度を得ることができる。例えば、２セットであれば、禁止区間Ｐ１〜Ｐ５の各々の禁止区間について、吸光度を２つずつ得ることができる。この場合、禁止区間Ｐ１〜Ｐ５の各々の禁止区間での吸光度の平均値を求め、ガスの濃度の計算に利用してもよい。

【0098】

また、長さの異なる５つの禁止区間Ｐ１〜Ｐ５が設けられたチョッパー型ミラー２２を複数回回転させてもよい。この場合、回転ごとに、禁止区間Ｐ１〜Ｐ５の各々の禁止区間での吸光度を得ることができる。チョッパー型ミラー２２を複数回回転させた場合、禁止区間Ｐ１〜Ｐ５の各々の禁止区間での吸光度の平均値を求め、ガスの濃度の計算に利用してもよい。

【0099】

以上、実施形態として濃度測定装置を例示して説明した。実施形態は、コンピュータを、濃度測定装置が備える制御器として機能させるためのプログラムの形態としてもよい。実施形態は、このプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体の形態としてもよい。

【0100】

その他、上記実施形態で説明した濃度測定装置の構成は、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更してもよい。

【0101】

また、上記実施形態で説明したプログラムの処理の流れも、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。
例えば、ガスの濃度が予め想定されている場合には、想定されているガス濃度に応じた禁止区間の直後の許可区間において検出された光強度を用いて、ガス濃度を測定すればよい。

【0102】

また、上記実施形態では、プログラムを実行することにより、実施形態に係る処理がコンピュータを利用してソフトウェア構成により実現される場合について説明したが、これに限らない。実施形態は、例えば、ハードウェア構成や、ハードウェア構成とソフトウェア構成との組み合わせによって実現してもよい。

【符号の説明】

【0103】

１０Ａ、１０Ｂ 濃度測定装置
１２ 赤外光源
１４ 第１の反射鏡
１６ 第２の反射鏡
１８ 第３の反射鏡
２０ ガスセル
２２ チョッパー型ミラー
２４ 回転数調整機構
２６ 光強度検出器
２８ 制御器
３０ 回転軸
３２ 光反射部
３４ 光通過部
３４Ａ 入射開始縁
３４Ｂ 入射終了縁
４２ ビームスプリッタ
４４ 反射鏡

【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17】

【図18】

【図19】