知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024021533
(43)【公開日】2024-02-16
(54)【発明の名称】濃度測定装置及びその調整方法
(51)【国際特許分類】
G01N 21/33 20060101AFI20240208BHJP
【ＦＩ】
G01N21/33
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022124416
(22)【出願日】2022-08-03
(71)【出願人】
【識別番号】390033857
【氏名又は名称】株式会社フジキン
(74)【代理人】
【識別番号】100129540
【弁理士】
【氏名又は名称】谷田 龍一
(74)【代理人】
【識別番号】100137648
【弁理士】
【氏名又は名称】吉武 賢一
(72)【発明者】
【氏名】永瀬 正明
(72)【発明者】
【氏名】田中 一輝
(72)【発明者】
【氏名】滝本 昌彦
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA01
2G059BB01
2G059EE01
2G059EE11
2G059FF10
2G059GG01
2G059GG02
2G059GG03
2G059GG05
2G059HH03
2G059JJ22
2G059KK03
2G059MM01
2G059MM09
2G059MM10
2G059MM14
2G059NN05
(57)【要約】
【課題】 強度の異常な周期的変化を防ぎ、適切な濃度測定を可能にする濃度測定装置を提供する。
【解決手段】 其々が異なる波長の光を発する複数の光源２，３と、光源２，３が発する異なる複数の波長の前記光を合波する合波器５と、合波器５により合波された光が通過する被測定流体Ｇを入れるための測定セル６と、測定セル６を通過した透過光を検出するための透過光検出器７と、透過光検出器７が出力したアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路８と、受光回路８で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号９ｓに変換する信号変換器９と、デジタル信号９ｓの挙動を検知するように構成された信号検知部１５と、デジタル信号９ｓを周波数解析して求めた振幅スペクトルを用いて被測定流体Ｇの濃度を演算するように構成された濃度演算部１３と、を備える。
【選択図】 図２
【解決手段】 其々が異なる波長の光を発する複数の光源２，３と、光源２，３が発する異なる複数の波長の前記光を合波する合波器５と、合波器５により合波された光が通過する被測定流体Ｇを入れるための測定セル６と、測定セル６を通過した透過光を検出するための透過光検出器７と、透過光検出器７が出力したアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路８と、受光回路８で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号９ｓに変換する信号変換器９と、デジタル信号９ｓの挙動を検知するように構成された信号検知部１５と、デジタル信号９ｓを周波数解析して求めた振幅スペクトルを用いて被測定流体Ｇの濃度を演算するように構成された濃度演算部１３と、を備える。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
其々が異なる波長の光を発する複数の光源と、
前記複数の光源が発する異なる複数の波長の前記光を合波する合波器と、
前記合波器により合波された光が通過する被測定流体を入れるための測定セルと、
前記測定セルを通過した透過光を検出するための透過光検出器と、
前記透過光検出器が出力したアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路と、
前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換する信号変換器と、
前記信号変換部によりデジタル変換されたデジタル信号の挙動を検知するように構成された信号検知部と、
前記デジタル信号を周波数解析して求めた振幅スペクトルを用いて前記被測定流体の濃度を演算するように構成された濃度演算部と、
を備える濃度測定装置。
前記複数の光源が発する異なる複数の波長の前記光を合波する合波器と、
前記合波器により合波された光が通過する被測定流体を入れるための測定セルと、
前記測定セルを通過した透過光を検出するための透過光検出器と、
前記透過光検出器が出力したアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路と、
前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換する信号変換器と、
前記信号変換部によりデジタル変換されたデジタル信号の挙動を検知するように構成された信号検知部と、
前記デジタル信号を周波数解析して求めた振幅スペクトルを用いて前記被測定流体の濃度を演算するように構成された濃度演算部と、
を備える濃度測定装置。
【請求項2】
前記合波器は、合波された合波光を２方向に出力し、一方の光が前記測定セルに入射され、他方の光が前記測定セルに入射しない非入射光とされ、
前記非入射光を、参照光として検出するための非入射光検出器を更に備え、
前記受光回路は、更に、前記非入射光検出器により検出された前記非入射光のアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整可能に構成され、
前記信号変換器は、更に、前記非入射光検出器により検出され前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換するように構成されている、
請求項１に記載の濃度測定装置。
前記非入射光を、参照光として検出するための非入射光検出器を更に備え、
前記受光回路は、更に、前記非入射光検出器により検出された前記非入射光のアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整可能に構成され、
前記信号変換器は、更に、前記非入射光検出器により検出され前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換するように構成されている、
請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項3】
前記合波器により合波された合波光を、前記測定セルを通過する透過光と前記測定セル内を通過しない非入射光とに分岐するための分岐器と、
前記非入射光を、参照光として検出するための非入射光検出器と、を更に備え、
前記受光回路は、更に、前記非入射光検出器により検出された検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整可能に構成され、
前記信号変換器は、更に、前記非入射光検出器により検出され前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換するように構成されている、
請求項１に記載の濃度測定装置。
前記非入射光を、参照光として検出するための非入射光検出器と、を更に備え、
前記受光回路は、更に、前記非入射光検出器により検出された検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整可能に構成され、
前記信号変換器は、更に、前記非入射光検出器により検出され前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換するように構成されている、
請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項4】
前記信号検知部は、前記デジタル信号の波形をモニターに表示する信号を出力するように構成されている、請求項１～３のいずれかに記載の濃度測定装置。
【請求項5】
前記信号検知部は、前記デジタル信号の振幅値が所定範囲内にあるか否かを判定し、前記振幅値が前記所定範囲から外れた場合に警告を発生させるための信号を出力するように構成されている、請求項１～３のいずれかに記載の濃度測定装置。
【請求項6】
濃度測定装置の調整方法であって、
前記濃度測定装置は、
其々が異なる波長の光を発する複数の光源と、
前記複数の光源が発する異なる複数の波長の前記光を合波し、合波した光を２方向に出力する合波器と、
前記合波器より出力された前記２方向の光の一方の光が通過する被測定流体を入れるための測定セルと、
前記測定セルを通過した透過光を検出するための透過光検出器と、
前記合波器より出力された前記２方向の光の他方の光を前記測定セルに入射しない参照光として検出するための非入射光検出器と、
前記透過光検出器及び前記非入射光検出器が出力したアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路と、
前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換する信号変換器と、
前記信号変換器によりデジタル変換されたデジタル信号の挙動を検知する信号検知部と、
前記デジタル信号を周波数解析して求めた振幅スペクトルを用いて前記被測定流体の濃度を演算するように構成された濃度演算部と、を含み、
前記調整方法は、
前記デジタル信号のデジタル値の変化を検知し、前記デジタル値の変化が所定の範囲内であることを判定するステップと、
前記デジタル値が所定の範囲から外れている場合、前記透過光検出器および前記非入射光検出器のアナログ検出信号の増幅率及び／又はオフセット電圧を変更するステップと、
を含む、前記濃度測定装置の調整方法。
前記濃度測定装置は、
其々が異なる波長の光を発する複数の光源と、
前記複数の光源が発する異なる複数の波長の前記光を合波し、合波した光を２方向に出力する合波器と、
前記合波器より出力された前記２方向の光の一方の光が通過する被測定流体を入れるための測定セルと、
前記測定セルを通過した透過光を検出するための透過光検出器と、
前記合波器より出力された前記２方向の光の他方の光を前記測定セルに入射しない参照光として検出するための非入射光検出器と、
前記透過光検出器及び前記非入射光検出器が出力したアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路と、
前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換する信号変換器と、
前記信号変換器によりデジタル変換されたデジタル信号の挙動を検知する信号検知部と、
前記デジタル信号を周波数解析して求めた振幅スペクトルを用いて前記被測定流体の濃度を演算するように構成された濃度演算部と、を含み、
前記調整方法は、
前記デジタル信号のデジタル値の変化を検知し、前記デジタル値の変化が所定の範囲内であることを判定するステップと、
前記デジタル値が所定の範囲から外れている場合、前記透過光検出器および前記非入射光検出器のアナログ検出信号の増幅率及び／又はオフセット電圧を変更するステップと、
を含む、前記濃度測定装置の調整方法。
【請求項7】
濃度測定装置の調整方法であって、
前記濃度測定装置は、
其々が異なる波長の光を発する複数の光源と、
前記複数の光源が発する異なる複数の波長の前記光を合波する合波器と、
前記合波器により合波された光が通過する被測定流体を入れるための測定セルと、
前記測定セルを通過した透過光を検出するための透過光検出器と、
前記合波器により合波された合波光を、前記測定セルを通過する透過光と前記測定セル内を通過しない非入射光とに分岐するための分岐器と、
前記非入射光を、参照光として検出するための非入射光検出器と、
前記透過光検出器及び前記非入射光検出器が出力したアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路と、
前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換する信号変換器と、
前記信号変換器によりデジタル変換されたデジタル信号の挙動を検知するように構成された信号検知部と、
前記デジタル信号を周波数解析して求めた振幅スペクトルを用いて濃度を演算するように構成された濃度演算部と、を含み、
前記調整方法は、
前記デジタル信号のデジタル値の変化を検知し、前記デジタル値の変化が所定の範囲内であることを判定するステップと、
前記デジタル値が所定の範囲から外れている場合、前記透過光検出器および前記非入射光検出器のアナログ検出信号の増幅率及び／又はオフセット電圧を変更するステップと、
を含む、前記濃度測定装置の調整方法。
前記濃度測定装置は、
其々が異なる波長の光を発する複数の光源と、
前記複数の光源が発する異なる複数の波長の前記光を合波する合波器と、
前記合波器により合波された光が通過する被測定流体を入れるための測定セルと、
前記測定セルを通過した透過光を検出するための透過光検出器と、
前記合波器により合波された合波光を、前記測定セルを通過する透過光と前記測定セル内を通過しない非入射光とに分岐するための分岐器と、
前記非入射光を、参照光として検出するための非入射光検出器と、
前記透過光検出器及び前記非入射光検出器が出力したアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路と、
前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換する信号変換器と、
前記信号変換器によりデジタル変換されたデジタル信号の挙動を検知するように構成された信号検知部と、
前記デジタル信号を周波数解析して求めた振幅スペクトルを用いて濃度を演算するように構成された濃度演算部と、を含み、
前記調整方法は、
前記デジタル信号のデジタル値の変化を検知し、前記デジタル値の変化が所定の範囲内であることを判定するステップと、
前記デジタル値が所定の範囲から外れている場合、前記透過光検出器および前記非入射光検出器のアナログ検出信号の増幅率及び／又はオフセット電圧を変更するステップと、
を含む、前記濃度測定装置の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、吸光度を利用してガス濃度を測定するための濃度測定装置及びその調整方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体製造装置に有機金属（ＭＯ）ガス等の原料ガスを供給するガス供給ラインに組み込まれ、ガス供給ラインを流れるガスの濃度を測定する濃度測定装置が知られている（特許文献１等）。
【0003】
この種の濃度測定装置は、光源からの所定波長の光を測定セルに入射し、測定セル内を通過する際にガスによる吸収を受けた光を透過光検出器で検出することにより吸光度を測定し、吸光度から濃度を求めている。
【0004】
半導体製造装置等では複数種のプロセスガスが供給されるが、ガス種によって光の波長に対する吸収の割合が異なる。そのため、複数の異なる波長の光（紫外光）を用いて吸光度が測定され得る。複数の異なる波長の光は、合波器で合波されてから測定セルに入射される。測定セルに入射した合波光は、測定セル内のガスによる吸収を受けた後、一つの透過光検出器で受光される。透過光検出器から出力されるアナログ検出信号は、Ａ／Ｄ変換され、増幅されてから、高速フーリエ変換により周波数解析されて各周波数成分の振幅スペクトルに変換され、振幅スペクトルの振幅値が透過光の強度として出力される。吸収がある波長の振幅スペクトルの振幅は減少する。
【0005】
振幅スペクトルの振幅の変化から、ランベルト・ベールの法則に基づき、吸光度Ａλを求める下記式（１）により、濃度Ｃが算出される。
【0006】
Ａλ＝ｌｏｇ１０（Ｉ０／Ｉ）＝αＬＣ ・・・・（１）
ここで、Ｉ０は測定セルに入射する前記入射光の初期強度、Ｉは測定セルを通過した透過光の強度、αはモル吸光係数（ｍ２／ｍｏｌ）、Ｌは測定セルの光路長（ｍ）、Ｃは濃度（ｍｏｌ／ｍ３）である。モル吸光係数αは物質によって決まる係数である。
ここで、Ｉ０は測定セルに入射する前記入射光の初期強度、Ｉは測定セルを通過した透過光の強度、αはモル吸光係数（ｍ２／ｍｏｌ）、Ｌは測定セルの光路長（ｍ）、Ｃは濃度（ｍｏｌ／ｍ３）である。モル吸光係数αは物質によって決まる係数である。
【0007】
図１は、従来の濃度測定装置を示す機能ブロック図である。この濃度測定装置１Ａは、複数の光源２、３と、光源２、３の其々に異なる波長の光を発光させるための発光回路４と、光源２、３の其々で発光した光を合波する合波器５と、合波器５で合波された光が入射される測定セル６と、測定セル６内を通過した光を検出する透過光検出器７と、透過光検出器７で検出した透過光の検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路８と、受光回路８で増幅率及びオフセット電圧を調整されたアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換器９と、信号変換器９によりデジタル変換されたデジタル信号を収集し、メモリ等の記憶装置に記録されたプログラムに従って、被測定ガスの濃度を演算するように構成された処理装置１０Ａと、を備えている。図示例の光源は２つであるが、必要に応じて３つ以上の光源が設けられる。
【0008】
光源２、３は、発光ダイオード等の発光素子で構成され、発光回路４は、複数の光源２，３の其々に異なる周波数の駆動電流を流すため、処理装置１０Ａからの指令信号に基づいて、駆動電流の電流値４ａ、周波数４ｂ、電流オフセット４ｃを其々調節し、制御する機能を有する。
【0009】
測定セル６は、被測定ガスが流入出するガス入口６ａ及びガス出口６ｂ、光入射窓６ｃ、光出射窓６ｄを備えている。
【0010】
合波器５は、例えば特許文献１の図６と同様にハーフミラーを含み、２方向から入射する光を合波し、合波された光を２方向に出力する。合波器５から出力される２方向の光のうち一方の光は測定セル６に入射し、他方の光は測定セル６に入射せずに非入射光検出器１１により検出される。合波された光を参照光として分岐する分岐器を合波器とは別体として設けることもある（特許文献１の図１）。
【0011】
非入射光検出器１１の検出信号は、参照光として、透過光検出器７の検出信号の補正に用いられる（特許文献１）。前記補正は、下記式（２）に基づく演算処理により、なされ得る。
【0012】
Ｉｃｏｒ＝Ｉｃｅｌｌ×（Ｉｒｅｆ，０／Ｉｒｅｆ） ・・・（２）
上式（２）において、Ｉｃｏｒは補正後の透過光の光強度、Ｉｃｅｌｌは透過光検出器で検出された透過光の濃度測定時の強度、Ｉｒｅｆ，０は非入射光検出器で検出された非入射光の初期強度、Ｉｒｅｆは非入射光検出器で検出された非入射光の濃度測定時の強度である。
上式（２）において、Ｉｃｏｒは補正後の透過光の光強度、Ｉｃｅｌｌは透過光検出器で検出された透過光の濃度測定時の強度、Ｉｒｅｆ，０は非入射光検出器で検出された非入射光の初期強度、Ｉｒｅｆは非入射光検出器で検出された非入射光の濃度測定時の強度である。
【0013】
受光回路８は、固定増幅部８ａ、オフセット調整部８ｂ、及び可変増幅部８ｃを含む。それらは、透過光及び参照光のアナログ検出信号のそれぞれを、固定増幅し、オフセット電圧を調整し、且つ可変増幅する。透過光及び参照光の検出信号が微小であるため、固定増幅部８ａにより検出信号を大きく固定増幅させておいて、固定増幅後の検出信号を可変増幅部８ｃにより微調整することにより、検出信号の増幅率が調整される。オフセット調整部８ｂによるオフセット調整量（即ちオフセット電圧）、及び可変増幅部８ｃの増幅率は、処理装置１０Ａからの指令信号に基づいて決定される。
【0014】
信号変換器９は、受光回路８で調整された透過光及び参照光のアナログ検知信号を、デジタル信号に変換する。
【0015】
処理装置１０Ａは、信号変換器９からのデジタル信号を収集するデータ収集機能１０ａ、高速フーリエ変換による周波数解析する解析機能１０ｂ、及び、周波数解析により得られた振幅スペクトルの振幅値を強度出力１２として出力する強度出力機能１０ｃを備えている。処理装置１０Ａは更に濃度演算部１３を備え、濃度演算部１３は、内部メモリ等の記憶装置に記憶されたプログラムに従って、強度出力機能１０ｃから出力された強度出力１２を用いて、上記したランベルト・ベールの式に基づいて、被測定流体である被測定ガスＧの濃度を演算する。処理装置１０Ａは、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）が用いられている。図中、符号１４はクロック発生回路を示す。
【0016】
上記濃度測定装置においては、測定感度を高めるため、振幅スペクトルの出力、即ち強度出力ができるだけ大きくなるように、強度出力の目標値が設定される。そして、受光回路８では、強度出力が設定された目標値になるように、強度出力を確認しながら、受光回路８に入力されたアナログ信号の増幅及びオフセットのためのパラメータ（増幅率、オフセット電圧）が調整されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0017】
【特許文献1】国際公開第ＷＯ２０１７／０２９７９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0018】
しかしながら、上記従来の濃度測定装置において、所定周波数の振幅値から求められる上記強度出力に異常な周期的変化が生じ、濃度を適切に測れないという事象が生じることがあった。
【0019】
本発明は、吸光度測定に用いる強度出力に生じる異常な周期的変化を防止し、濃度を適切に測定することができる濃度測定装置及びその調整方法を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0020】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る濃度測定装置は、其々が異なる波長の光を発する複数の光源と、前記複数の光源が発する異なる複数の波長の前記光を合波する合波器と、前記合波器により合波された光が通過する被測定流体を入れるための測定セルと、前記測定セルを通過した透過光を検出するための透過光検出器と、前記透過光検出器が出力したアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路と、前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換する信号変換器と、前記信号変換部によりデジタル変換されたデジタル信号の挙動を検知するように構成された信号検知部と、前記デジタル信号を周波数解析して求めた振幅スペクトルを用いて前記被測定流体の濃度を演算するように構成された濃度演算部と、を備える。
【0021】
また、前記合波器は、合波された合波光を２方向に出力し、一方の光が前記測定セルに入射され、他方の光が前記測定セルに入射しない非入射光とされ、前記非入射光を、参照光として検出するための非入射光検出器を更に備え、前記受光回路は、更に、前記非入射光検出器により検出された前記非入射光のアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整可能に構成され、前記信号変換器は、更に、前記非入射光検出器により検出され前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換するように構成され得る。
【0022】
また、前記合波器により合波された合波光を、前記測定セルを通過する透過光と前記測定セル内を通過しない非入射光とに分岐するための分岐器と、前記非入射光を、参照光として検出するための非入射光検出器と、を更に備え、前記受光回路は、更に、前記非入射光検出器により検出された検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整可能に構成され、前記信号変換器は、更に、前記非入射光検出器により検出され前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換するように構成され得る。
【0023】
前記信号検知部は、前記デジタル信号の波形をモニターに表示する信号を出力するように構成され得る。
【0024】
前記信号検知部は、前記デジタル信号の振幅値が所定範囲内にあるか否かを判定し、前記振幅値が前記所定範囲から外れた場合に警告を発生させるための信号を出力するように構成され得る。
【0025】
また、本発明の一態様に係る濃度測定装置の調整方法は、前記濃度測定装置が、其々が異なる波長の光を発する複数の光源と、前記複数の光源が発する異なる複数の波長の前記光を合波し、合波した光を２方向に出力する合波器と、前記合波器より出力された前記２方向の光の一方の光が通過する被測定流体を入れるための測定セルと、前記測定セルを通過した透過光を検出するための透過光検出器と、前記合波器より出力された前記２方向の光の他方の光を前記測定セルに入射しない参照光として検出するための非入射光検出器と、前記透過光検出器及び前記非入射光検出器が出力したアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路と、前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換する信号変換器と、前記信号変換器によりデジタル変換されたデジタル信号の挙動を検知する信号検知部と、前記デジタル信号を周波数解析して求めた振幅スペクトルを用いて前記被測定流体の濃度を演算するように構成された濃度演算部と、を含み、前記調整方法が、前記デジタル信号のデジタル値の変化を検知し、前記デジタル値の変化が所定の範囲内であることを判定するステップと、前記デジタル値が所定の範囲から外れている場合、前記透過光検出器および前記非入射光検出器のアナログ検出信号の増幅率及び／又はオフセット電圧を変更するステップと、を含む。
【0026】
また、本発明の他の一態様に係る濃度測定装置の調整方法は、前記濃度測定装置が、其々が異なる波長の光を発する複数の光源と、前記複数の光源が発する異なる複数の波長の前記光を合波する合波器と、前記合波器により合波された光が通過する被測定流体を入れるための測定セルと、前記測定セルを通過した透過光を検出するための透過光検出器と、前記合波器により合波された合波光を、前記測定セルを通過する透過光と前記測定セル内を通過しない非入射光とに分岐するための分岐器と、前記非入射光を、参照光として検出するための非入射光検出器と、前記透過光検出器及び前記非入射光検出器が出力したアナログ検出信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路と、前記受光回路で調整されたアナログ検出信号をデジタル信号に変換する信号変換器と、前記信号変換器によりデジタル変換されたデジタル信号の挙動を検知するように構成された信号検知部と、前記デジタル信号を周波数解析して求めた振幅スペクトルを用いて濃度を演算するように構成された濃度演算部と、を含み、前記調整方法が、前記デジタル信号のデジタル値の変化を検知し、前記デジタル値の変化が所定の範囲内であることを判定するステップと、前記デジタル値が所定の範囲から外れている場合、前記透過光検出器および前記被入射光検出器のアナログ検出信号の増幅率及び／又はオフセット電圧を変更するステップと、を含む。
【発明の効果】
【0027】
本発明によれば、信号変換器によりデジタル変換された合波光のデジタル信号の挙動を検知することにより、異常な周期的変動が生じないように調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】従来の濃度測定装置を示す機能ブロック図である。
【図2】本発明に係る濃度測定装置の第１実施形態を示す機能ブロック図である。
【図5】本発明に係る濃度測定装置の第２実施形態を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
【0030】
図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る濃度測定装置１は、其々が異なる波長の光を発する複数の光源２，３と、複数の光源２，３が発する異なる複数の波長の光を合波する合波器５と、合波器５により合波された光が通過する被測定ガスＧを入れるための測定セル６と、測定セル６を通過した透過光を検出するための透過光検出器７と、透過光検出器７で検出した透過光の透過光信号の増幅率及びオフセット電圧を調整するための受光回路８と、受光回路８で調整されたアナログ信号８ｓをデジタル信号９ｓに変換する信号変換器９と、信号変換器９によりデジタル変換されたデジタル信号９ｓの挙動を検知するように構成された信号検知部１５と、デジタル信号９ｓを周波数解析して求めた振幅スペクトルを用いて被測定ガスＧの濃度を演算するように構成された濃度演算部１３と、を備える。
【0031】
光源２，３は、図示例では発光ダイオードが用いられるが、レーザーダイオード等の他の発光素子を用いることもできる。光源２，３の波長は、図示例では紫外領域の波長が利用されるが、紫外領域以外の波長領域の光も利用可能である。
【0032】
合波器５は、ハーフミラー５ａを含み、２方向から入射する光を合波し、合波された光を２方向に出力する。合波器５から出力される２方向の光のうち一方の光は測定セル６に入射し、他方の光は測定セル６に入射せずに非入射光検出器１１により検出される。
【0033】
透過光検出器７及び非入射光検出器１１は、図示例ではフォトダイオードが利用されているが、フォトトランジスター等の他の光センサーを用いることもできる。
【0034】
発光回路４及び受光回路８におけるオフセット調整は、オペアンプのオフセット電圧の調整により行うことができる。受光回路８における可変増幅部８ｃは、オペアンプに設けた可変抵抗を調整することにより増幅率の調整をすることができる。
【0035】
処理装置１０は、信号変換器９からのデジタル信号のデータを収集するデータ収集機能１０ａ、高速フーリエ変換による周波数解析する解析機能１０ｂ、周波数解析により得られた振幅スペクトルの振幅値を強度出力１２として出力する強度出力機能１０ｃ、濃度演算部１３、及び、信号検知部１５を備える。濃度演算部１３における濃度演算及び参照光を用いた濃度補正演算は、上記特許文献１等により公知であるので、詳細な説明を省略する。
【0036】
処理装置１０は、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）により構成されている。データ収集機能１０ａは、バッファメモリ等の記憶装置により構成され、信号変換器９からサンプリングされた合波光のデジタルデータを記録し得る。処理装置１０は、内蔵された記憶装置に記録されたプログラムに従い、信号変換器９から収集したデジタル信号を、高速フーリエ変換し、振幅値の強度を出力して、濃度を演算する。前記プログラムを記録した記録装置は処理装置１０に外部接続されていてもよい。処理装置１０は、ＭＰＵに限らず、マイクロコンピュータ、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）等の他のコンピュータシステムとしてもよい。
【0037】
信号検知部１５は、信号変換器９でデジタル変換された合波光のデジタル波形信号（以下、「デジタル合波」とも言う。）のデジタル値をモニター１６に出力する表示機能を備えることにより、合波光のデジタル信号の挙動を検知することができる。このような表示機能は、例えば、処理装置１０に収集されたデジタルデータを用いてモニターに表示するプログラムを構築することにより行うことができる。
【0038】
前記表示機能を実行するためのプログラムは、処理装置１０に内蔵されたメモリ等の記憶装置に記憶され得る。処理装置１０は、記録されたプロブラムに従い、デジタル合波のデジタル値をモニター１６に表示させる信号を出力する。前記プログラムを記録する記憶装置は処理装置１０に外部接続されていてもよい。
【0039】
信号検知部１５は、透過光検出器７によって検出された合波光のデジタル波形信号をモニターに表示する信号を出力する。信号検知部１５は、非入射光検出器１１によって検出された合波光のデジタル波形をモニターに表示する信号を出力するように構成することもできる。
【0040】
図３は、信号変換器９に入力されるアナログデータをオシロスコープに表示させた画像と、合波器５から出力されたデジタル合波をモニターに表示させた画像とを並べた一例を示している。デジタル合波のモニター画像は、データ収集機能１０ａを構成する記憶装置から時系列で取り出したデジタル波形データのグラフである。なお、図３の画像は、透過光検出器７で検出された検出信号の波形である。
【0041】
図３の例では、信号変換器９が、入力定格０～３．３Ｖ、分解能１６ビットのＡ／Ｄ変換器であり、このＡ／Ｄ変換器に３．３Ｖが入力された場合に出力される１６ｂｉｔの最大値（量子化数）が、６５５３５ ｄｉｇｉｔｓであり、正常に出力される上限である。
【0042】
図３の例は、信号変換器９を構成するＡ／Ｄ変換器へのアナログ入力信号が定格内に収まっており、そのアナログ入力信号をデジタル変換したデジタル合波のデジタル値も、正常にサンプリングされ、１６ビット値が出力されて、Ａ／Ｄ変換後の出力値（サンプリング値）の最大値（６５５３５ｄｉｇｉｔｓ）以下の範囲内に収まっている。
【0043】
Ａ／Ｄ変換器から出力されたデジタル合波のデジタル値が、Ａ／Ｄ変換器の入力定格に対応する出力値の最大値以下に収まっている場合（図３の場合）、高速フーリエ変換により周波数解析しても、強度出力１２に異常な周期的変化は生じておらず、ほぼ一定の強度出力が得られていた。
【0044】
図４は、信号変換器９を構成するＡ／Ｄ変換器へのアナログ入力信号がＡ／Ｄ変換器の定格（０～３．３Ｖ）から外れ、そのアナログ入力信号をＡ／Ｄ変換したデジタル合波のデジタル値が上限に達し、飽和している状態が示されている。このような状態で、高速フーリエ変換により周波数解析すると、強度出力１２に、異常な周期的変化が生じ、適切な濃度の演算が行えていなかった。
【0045】
そこで、信号変換器９を構成するＡ／Ｄ変換器に定格電圧が入力された場合に出力されるＡ／Ｄ変換器の分解能の最大値を、上限の基準値に設定することができる。図３の例では、基準値は６２２５９ digits に設定される。なお、この基準値は、光源２，３の長期使用による強度変動を考慮して、数パーセント小さい値にする等の変更が可能である。
【0046】
合波光のデジタル値が基準値を超えた場合、或いは、所定範囲（０～基準値）から外れた場合は、合波光のデジタル値が基準値以下或いは前記所定範囲内に収まるように、受光回路８におけるオフセット調整部８ｂによるオフセット電圧及び／又は可変増幅部８ｃによる増幅率を再調整する。
【0047】
受光回路８におけるオフセット電圧及び増幅率の再調整は、非入射光検出器１１のアナログ検出信号および透過光検出器７のアナログ検出信号の双方について、同じパラメータ、即ち、同じオフセット電圧及び同じ増幅率によって再調整される。また、強度出力が設定された目標値になるように、強度出力を確認しながら、受光回路８におけるオフセット電圧及び増幅率の再調整がなされる。
【0048】
他の実施形態において、信号検知部１５は、検知された合波のデジタル信号のデジタル値が所定範囲（０～基準値）内にあるか否かを判定し、デジタル値が前記所定範囲から外れた場合に警告を発生させるための信号を出力する。その警告は、例えば、モニター１６へのアラーム表示であってもよいし、スピーカー（図示せず。）からのアラーム音の発生であってもよい。このような警告発信機能は、例えば、処理装置１０のデータ収集機能１０ａに収集され記憶された合波光のデジタルデータを用いて、合波光の振幅値が所定範囲内にあるか否かを判定し、所定範囲内から外れた場合に所定の信号を発生させるプログラムを構築することにより行うことができる。
【0049】
前記警告発信機能を実行するためのプログラムは、処理装置１０に内蔵されたメモリ等の記憶装置に記憶され得る。処理装置１０は、記録されたプロブラムに従い、デジタル合波のデジタル値（振幅値）が所定範囲にあるか否かを判定し、所定範囲から外れた場合に前記警告を発生させるための信号を出力する。前記警告発信機能を実行するためのプログラムを記録する記憶装置は処理装置１０に外部接続されていてもよい。
【0050】
図５は、本発明の第２実施形態に係る濃度測定装置の機能ブロック図を示している。第２実施形態の濃度測定装置１は、合波された光を参照光として分岐する分岐器１７を合波器５とは別体として備えている点が上記第１実施形態と相違し、その他の構成は上記第１実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【0051】
本発明は、上記実施形態に限定解釈されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、２つの光源を備えているが、３以上の光源を備え、其々の光源が異なる波長の光は発する構成とすることもできる。また、参照光による補正処理を行わない構成とすることもできる。
【符号の説明】
【0052】
１ 濃度測定装置
２、３ 光源
４ 発光回路
５ 合波器
６ 測定セル
７ 透過光検出器
８ 受光回路
９ 信号変換器
１０ 処理装置
１１ 非入射光検出器
１３ 濃度演算部
１５ 信号検知部
２、３ 光源
４ 発光回路
５ 合波器
６ 測定セル
７ 透過光検出器
８ 受光回路
９ 信号変換器
１０ 処理装置
１１ 非入射光検出器
１３ 濃度演算部
１５ 信号検知部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
