特許 7647519 測定装置及び測定方法

(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】

(24)【登録日】2025-03-10

(45)【発行日】2025-03-18

(54)【発明の名称】測定装置及び測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/39 20060101AFI20250311BHJP

   G01N 21/3504 20140101ALI20250311BHJP

【ＦＩ】

G01N21/39

G01N21/3504

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021196053

(22)【出願日】2021-12-02

(65)【公開番号】P2023082345

(43)【公開日】2023-06-14

【審査請求日】2024-04-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北川 雄真

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 雄太

(72)【発明者】

【氏名】猿谷 敏之

【審査官】小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１９２２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０７９９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１１７８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１１７８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３３９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０１４０９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１７０６３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１８５０３５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長変調幅を設定する設定部と、
前記設定部によって設定された波長変調幅を有するとともに変調周波数ｆで変調された変調光を対象物に照射し、前記対象物を透過した後の前記変調光の１ｆ成分及び２ｆ成分を測定する光源測定系と、
前記光源測定系によって測定された１ｆ成分及び２ｆ成分に基づいて、前記対象物の濃度を算出する算出部と、
を備え、
前記設定部は、与えられた濃度上限値以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅を設定する、
測定装置。

【請求項2】

前記設定部による前記設定は、前記対象物の吸収スペクトルの半値全幅の２．２倍よりも大きい波長変調幅を設定することを含む、
請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

濃度上限値と、その濃度上限値以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅とを対応付けて記述する対応表を記憶する記憶部をさらに備え、
前記設定部は、前記記憶部に記憶された前記対応表を参照することによって、前記波長変調幅を設定する、
請求項１又は２に記載の測定装置。

【請求項4】

前記対応表は、濃度上限値と、その濃度上限値以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する最小の波長変調幅とを対応付けて記述する、
請求項３に記載の測定装置。

【請求項5】

波長変調幅を設定することと、
設定した波長変調幅を有するとともに変調周波数ｆで変調された変調光を対象物に照射し、前記対象物を透過した後の前記変調光の１ｆ成分及び２ｆ成分を測定することと、
測定した１ｆ成分及び２ｆ成分に基づいて、前記対象物の濃度を算出することと、
を含み、
前記設定することでは、与えられた濃度上限値以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅を設定する、
測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定装置及び測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１は、レーザ光を用いたガス濃度測定において得られる信号強度を最大化するために、波長変調幅をガスの吸収スペクトルの半値全幅の２．２倍（変調電流振幅を半値半幅の２．２倍）に設定する手法を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第２８６６２３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

波長変調幅を半値全幅の２．２倍に設定するだけでは、ガスの濃度が高い場合にその濃度を適切に測定できないことがある。本発明は、高濃度測定を可能にする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一側面に係る測定装置は、波長変調幅を設定する設定部と、設定部によって設定された波長変調幅を有するとともに変調周波数ｆで変調された変調光を対象物に照射し、対象物を透過した後の変調光の１ｆ成分及び２ｆ成分を測定する光源測定系と、光源測定系によって測定された１ｆ成分及び２ｆ成分に基づいて、対象物の濃度を算出する算出部と、を備え、設定部は、与えられた濃度上限値以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅を設定する。

【0006】

一側面に係る測定方法は、波長変調幅を設定することと、設定した波長変調幅を有するとともに変調周波数ｆで変調された変調光を対象物に照射し、対象物を透過した後の変調光の１ｆ成分及び２ｆ成分を測定することと、測定した１ｆ成分及び２ｆ成分に基づいて、対象物の濃度を算出することと、を含み、設定することでは、与えられた濃度上限値以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅を設定する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、高濃度測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る測定装置１００の概略構成の例を示す図である。

【図2】実験結果の例を示す図である。

【図3】実験結果の例を示す図である。

【図4】実験結果の例を示す図である。

【図5】対応表４１の例を示す図である。

【図6】測定装置１００の製造方法の例を示すフローチャートである。

【図7】測定装置１００を用いた測定方法の例を示すフローチャートである。

【図8】変形例に係る測定装置１００の概略構成の例を示す図である。

【図9】別の変形例に係る測定装置１００の概略構成の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しつつ実施形態について説明する。同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

【0010】

図１は、実施形態に係る測定装置１００の概略構成の例を示す図である。測定装置１００は、波長変調分光法（ＷＭＳ：Wavelength Modulation Spectroscopy）を用いて、対象物の濃度を測定する。「測定」は、「検出」、「検知」等を含む意味に解されてよい。例示される対象物は、ガスＧである。ガス濃度の例は、カラム濃度である。カラム濃度は、ガスＧを透過した光路長とガス濃度との積で与えられる値であり、単位はｐｐｍ・ｍである。以後、「濃度」は、矛盾の無い範囲において、「カラム濃度」に適宜読み替えられてよい。

【0011】

測定装置１００は、設定部１と、光源測定系２と、算出部３と、記憶部４とを含む。記憶部４に記憶される情報として、後述の対応表４１が例示される。

【0012】

設定部１は、波長変調幅ΔλＬを含むパラメータを設定する。詳細は後述する。

【0013】

光源測定系２は、光源系及び測定系の総称である。光源系は、設定部１によって設定されたパラメータによって特徴づけられる変調光ＭＬを生成し、ガスＧに照射する。測定系は、ガスＧを透過した後の変調光ＭＬを測定する。

【0014】

光源系の構成要素として、光源測定系２は、ＦＧ２１、レーザドライバ２２、レーザ２３及び投光光学系２４を含む。ＦＧ２１、レーザドライバ２２及びレーザ２３によって生成、出力された変調光ＭＬが、投光光学系２４を介してガスＧに照射される。

【0015】

ＦＧ２１は、ファンクションジェネレータであり、設定部１によって設定されたパラメータに応じた入力信号Ｓｉｎを生成する。レーザドライバ２２は、ＦＧ２１からの入力信号Ｓｉｎによって制御され、レーザ２３を駆動する。この例では、レーザドライバ２２は、レーザ２３を駆動するための駆動電流Ｉｄを生成する。レーザ２３は、レーザドライバ２２からの駆動電流Ｉｄに応じて（すなわち設定されたパラメータに応じて）動作し、変調光ＭＬを出力する。投光光学系２４は、レーザ２３からの変調光ＭＬを、ガスＧに導く。投光光学系１４は、例えばレンズ、ミラー等の光学素子を含んで構成される。

【0016】

パラメータについて説明する。パラメータは、レーザ２３の動作を規定する。レーザ２３が出力する変調光ＭＬは、パラメータによって特徴づけられる。パラメータの例は、変調光ＭＬの中心波長λｃ、変調周波数ｆ及び波長変調幅ΔλＬである。なお、温度、圧力等もパラメータとなり得るが、理解を容易にするためそれらは一定であるものとする。

【0017】

中心波長λｃは、レーザ１３の駆動電流Ｉｄの直流成分の値（ＤＣ値）によって与えられる。中心波長λｃは、ガスＧの吸収波長に設定される。ガスＧの吸収スペクトルがローレンツ型であると仮定した場合、例えば吸収スペクトルの中心波長が、中心波長λｃとして設定される。

【0018】

変調周波数ｆは、変調光ＭＬの変調周波数であり、レーザ２３の駆動電流Ｉｄの交流成分の周波数によって与えられる。変調光ＭＬは、変調周波数ｆの正弦波（一定の周波数と振幅）で波長変調された光であり、変調周波数ｆと同じ周波数の成分を含む。この成分の大きさを、「１ｆ成分」と称する。

【0019】

波長変調幅ΔλＬは、変調光ＭＬの波長変調幅であり、レーザ２３の駆動電流Ｉｄの交流成分によって与えられる。とくに説明がある場合を除き、波長変調幅ΔλＬは、半値全幅ΔλＧによって規格化された値（＝ΔλＬ／ΔλＧ）で表されるものとする。半値全幅ΔλＧは、ガスＧの吸収スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）である。

【0020】

投光光学系２４からの変調光ＭＬは、ガスＧを透過（通過）し、散乱体Ｓに到達する。ガスＧを透過した後の変調光ＭＬを、透過光ＴＬと称し図示する。散乱体Ｓは、透過光ＴＬを受光光学系２５に向けて反射させる。散乱体Ｓの例は、壁、地面等である。反射鏡が用いられてもよい。散乱体Ｓで反射した透過光ＴＬは、再びガスＧを通過し、後述の受光光学系２５に到達する。なお、図１では、便宜上、透過光ＴＬの散乱体Ｓでの入射位置及び反射位置が異なるように描かれているが、入射位置及び反射位置は同じであってよい。

【0021】

透過光ＴＬは、変調周波数ｆの２倍の周波数の成分も含む。この成分の大きさを、「２ｆ成分」と称する。２ｆ成分は、ガスＧの濃度に比例する。

【0022】

測定系の構成要素として、光源測定系２は、受光光学系２５と、変換部２６と、ロックインアンプ２７とを含む。受光光学系２５を介して取り出された透過光ＴＬが、変換部２６によって電気信号に変換される。１ｆ成分及び２ｆ成分が、ロックインアンプ２７によって検出され、測定される。

【0023】

受光光学系２５は、透過光ＴＬを、変換部２６に導く。受光光学系２５は、例えばレンズ、ミラー等の光学素子を含んで構成される。

【0024】

変換部２６は、透過光ＴＬを、電気信号に変換する。例えば、変換部２６はフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）、周辺回路等を含んで構成される。透過光ＴＬは、フォトダイオードによって光電流に変換され、周辺回路によって電圧信号に変換される。この信号を、測定信号Ｓｍと称し図示する。

【0025】

ロックインアンプ２７は、１ｆ成分及び２ｆ成分を検出する。ロックインアンプ２７は、位相敏感検波器であり、ＦＧ２１からの参照信号Ｓｒｅｆと、変換部２６からの測定信号Ｓｍとに基づいて、１ｆ成分に対応する電気信号及び２ｆ成分に対応する電気信号を出力する。参照信号Ｓｒｅｆは、変調周波数ｆと同じ周波数の正弦波信号である。ロックインアンプ２７の動作原理は公知であるので、詳細な説明は省略する。１ｆ成分及び２ｆ成分の両方を検出する単一のロックインアンプが用いられてもよいし、１ｆ成分を検出するロックインアンプ及び２ｆ成分を検出するロックインアンプの２つのロックインアンプが用いられてもよい。

【0026】

算出部３は、ロックインアンプ２７によって検出された１ｆ成分及び２ｆ成分に基づいて、ガスＧの濃度を算出する。算出部３は、２ｆ成分を１ｆ成分で除算した値２ｆ／１ｆを算出する。

【0027】

２ｆ成分を１ｆ成分で除算するのは、透過光ＴＬの強度に依存することなくガスＧの濃度に比例する値を得るためである。２ｆ成分は、先に述べたようにガスＧの濃度に比例するものの、透過光ＴＬの強度に応じて変動もする。透過光ＴＬの強度は、投光光学系２４や受光光学系２５から散乱体Ｓまでの距離、散乱体Ｓの表面の状態等によってさまざまに変化する。１ｆ成分も、２ｆ成分と同様に、透過光ＴＬの強度に応じて変動する。２ｆ成分を１ｆ成分で除算することにより、透過光ＴＬの強度の影響が取り除かれる（キャンセルされる）。

【0028】

算出部３は、ガスＧの濃度に比例する値２ｆ／１ｆに基づいて、ガスＧの濃度を算出する。値２ｆ／１ｆを濃度に変換するためのアルゴリズム、テーブルデータ等が用いられてよい。

【0029】

例えば以上のようにして、ガスＧの濃度が測定される。なお、測定装置１００の上記の構成は一例に過ぎず、ＷＭＳによる濃度測定が可能なあらゆる構成が採用されてよい。

【0030】

波長変調幅ΔλＬの設定について述べる。波長変調幅ΔλＬを半値全幅ΔλＧの２．２倍に設定することで、信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）を最大化できることが知られている。従って、従来は、波長変調幅ΔλＬ＝２．２ΔλＧに設定していた。

【0031】

上記のように２ｆ成分を１ｆ成分で除算するという手法は、１ｆ成分の濃度依存性が無いことを前提としている。しかしながら、実際には、ガスＧの濃度が高くなると、１ｆ成分が濃度に依存性し始める。ガスＧの濃度が高くなるにつれて、１ｆ成分の濃度依存性が顕在化する。これは、ガスＧの吸収スペクトルが、完全なローレンツ型ではなく、非対称であることに起因すると考えられる。１ｆ成分の濃度依存性が顕在化するにつれて、２ｆ／１ｆが濃度に比例しなくなり、ガスＧの濃度を適切に測定できなくなる。開示される技術は、適切な波長変調幅ΔλＬを設定することにより、その問題に対処する。

【0032】

先に述べたように、波長変調幅ΔλＬは、設定部１によって設定される。設定部１による波長変調幅ΔλＬの設定は、２．２ΔλＧよりも大きい波長変調幅ΔλＬを設定することを含む。波長変調幅ΔλＬを大きくすることで、この後で説明するように、１ｆ成分の濃度依存性が抑制され、高濃度測定が可能になる。広い濃度測定範囲、すなわち広ダイナミックレンジ（ＤＲ：Dynamic Range）が得られる。図２～図４を参照して説明する。

【0033】

図２～図４は、実験結果の例を示す図である。実験に用いたガスは、メタン（ＣＨ４）ガスである。濃度が５００ｐｐｍ・ｍ、２５００ｐｐｍ・ｍ、５０００ｐｐｍ・ｍ、１２５００ｐｐｍ・ｍ及び２５０００ｐｐｍ・ｍの５種類のガスセルを用いた。中心波長λｃは、１６５３．７３ｎｍに設定した。波長変調幅ΔλＬは、２．２ΔλＧ、３．３ΔλＧ、４．４ΔλＧ及び６．４ΔλＧの４通りに設定した。

【0034】

図２には、１ｆ成分の濃度依存性の例が示される。グラフの横軸は濃度を示し、グラフの縦軸は１ｆ成分を示す。グラフ中のプロットは１ｆ成分の測定値を示し、グラフ線は各プロットを結ぶ。

【0035】

低濃度では、いずれの波長変調幅ΔλＬにおいても、グラフ線はほぼフラットであり、１ｆ成分の濃度依存性が抑制される（濃度依存性がほとんど無い）。高濃度では、グラフ線がフラットでなくなる。例えば、波長変調幅ΔλＬ＝２．２ΔλＧの場合には、濃度＝１０^４ｐｐｍ・ｐ付近において極小値が現れ、濃度依存性が顕在化する。波長変調幅ΔλＬ＝３．３ΔλＧの場合には、もう少し高い濃度に極小値が存在すると考えられる。波長変調幅ΔλＬが小さくなる（２．２ΔλＧに近づく）につれて、極小値が低濃度側にシフトし、その影響により、１ｆ成分の濃度依存性が顕在化すると考えられる。反対に、波長変調幅ΔλＬを大きくすることで、極小値を高濃度側にシフトさせ、１ｆ成分の濃度依存性を抑制できることが分かる。

【0036】

図３には、２ｆ成分の濃度依存性の例が示される。グラフの横軸は濃度を示し、グラフの縦軸は２ｆ成分を示す。グラフ中のプロットは、２ｆ成分の測定値を示し、グラフ線は各プロットを結ぶ。これまでも説明したように、２ｆ成分は濃度に比例し、このことは、いずれの波長変調幅ΔλＬについても同様である。

【0037】

図４には、２ｆ／１ｆの濃度依存性の例が示される。グラフの横軸は濃度を示し、グラフの縦軸は２ｆ／１ｆを示す。グラフ中のプロットは、２ｆ／１ｆの算出値を示し、グラフ線は各プロットを結ぶ。１ｆ成分の濃度依存性が抑制されたところでは、２ｆ／１ｆは、２ｆ成分と同様に、濃度に比例する。１ｆ成分の濃度依存性が顕在化しているところでは、比例関係が失われる。理解されるように、波長変調幅ΔλＬが２．２ΔλＧに近づくにつれて、比例関係が失われ易くなる。反対に、波長変調幅ΔλＬを大きくすることで、比例関係を維持し易くなる。

【0038】

上記の知見に基づけば、波長変調幅ΔλＬを２．２ΔλＧよりも大きい値に設定することで、波長変調幅ΔλＬ＝２．２ΔλＧの場合よりも、高濃度における１ｆ成分の濃度依存性を抑制することができる。１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅ΔλＬを選択することで、高濃度測定が可能になる。

【0039】

一方で、波長変調幅ΔλＬを２．２ΔλＧよりも大きい値に設定すると、ＳＮＲが最適値からは外れる。波長変調幅ΔλＬが２．２ΔλＧから離れるにつれて、ＳＮＲが低下する。ＳＮＲの観点からは、波長変調幅ΔλＬは、なるべく小さい値に設定することが望ましい。

【0040】

本実施形態では、設定部１は、与えられた濃度上限値Ｃ_ＵＬに基づいて、波長変調幅ΔλＬを設定する。濃度上限値Ｃ_ＵＬは、測定対象のガスＧの濃度の上限値であり、例えばユーザ操作によって設定部１に入力される既知の値である。設定部１は、与えられた濃度上限値Ｃ_ＵＬ以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅ΔλＬを設定する。

【0041】

一実施形態において、設定部１は、記憶部４が記憶する対応表４１を参照して、波長変調幅ΔλＬを設定する。図５を参照して説明する。

【0042】

図５は、対応表４１の例を示す図である。対応表４１は、濃度上限値Ｃ_ＵＬと、波長変調幅ΔλＬとを対応付けて記述する。対応表４１中の波長変調幅ΔλＬは、その濃度上限値Ｃ_ＵＬ以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅ΔλＬである。対応表４１が記述する波長変調幅ΔλＬは、１ｆ成分の濃度依存性を抑制可能な最小の波長変調幅ΔλＬであってよい。「最小の波長変調幅ΔλＬ」は、事前実験や実際の測定において設定可能な有限の数の波長変調幅ΔλＬ（すなわち離散値）のうちの、最小の波長変調幅ΔλＬであってよい。

【0043】

図５に示される例では、５０００以下の濃度上限値Ｃ_ＵＬには、２．２ΔλＧの波長変調幅ΔλＬが対応付けられる。５００１以上９０００以下の濃度上限値Ｃ_ＵＬには、３．３ΔλＧの波長変調幅ΔλＬが対応付けられる。９００１以上１２０００以下の濃度上限値Ｃ_ＵＬには、４．４ΔλＧの波長変調幅ΔλＬが対応付けられる。１２００１～２００００以下の濃度上限値Ｃ_ＵＬには、６．４ΔλＧの波長変調幅ΔλＬが対応付けられる。

【0044】

対応表４１は、測定対象ごとに準備された複数の対応表４１であってもよい。例えば測定対象となり得るさまざまなガスＧの吸収スペクトルごとの対応表４１が準備され、記憶部４に記憶されてよい。

【0045】

設定部１は、記憶部４に記憶された対応表４１を参照することによって、波長変調幅ΔλＬを設定する。例えば、与えられた濃度上限値Ｃ_ＵＬが５０００以下の場合、設定部１は、波長変調幅ΔλＬを２．２ΔλＧに設定する。与えられた濃度上限値Ｃ_ＵＬが５００１以上９０００以下の場合、設定部１は、波長変調幅ΔλＬを３．３ΔλＧに設定する。与えられた濃度上限値Ｃ_ＵＬが９００１以上１２０００以下の場合、設定部１は、波長変調幅ΔλＬを４．４ΔλＧに設定する。与えられた濃度上限値Ｃ_ＵＬが１２００１以上２００００以下の場合、設定部１は、波長変調幅ΔλＬを６．４ΔλＧに設定する。当然のことながら、対応表４１が波長変調幅ΔλＬを細かく規定するほど、より細かな波長変調幅ΔλＬの設定が可能になる。

【0046】

設定部１によって設定された波長変調幅ΔλＬを含むパラメータに応じた入力信号Ｓｉｎが、ＦＧ２１によって生成される。先に説明したように、パラメータによって特徴づけられた変調光ＭＬがガスＧに照射され、透過光ＴＬ中の１ｆ成分及び２ｆ成分に基づいて、ガスＧの濃度が測定される。波長変調幅ΔλＬが１ｆ成分の濃度依存性を抑制するように設定されているので、高濃度であっても、その濃度を適切に測定することができる。

【0047】

最小の波長変調幅ΔλＬが設定される場合には、ＳＮＲの低下が最小化される。高濃度ガス測定では２ｆ成分も大きくなることも踏まえれば、ＳＮＲの低下の影響は限定的である。なお、先に説明した図３に示されるように、波長変調幅ΔλＬを大きくした場合の２ｆ成分の減少量も限定的である。

【0048】

図６は、測定装置１００の準備（製造方法）の例を示すフローチャートである。以下では、各工程が測定装置１００のユーザによって行われる場合を例に挙げて説明する。

【0049】

ステップＳ１において、測定対象のガスＧの吸収スペクトルが調査される。例えばメタンガスの場合には、メタンガスの吸収スペクトルが調査される。

【0050】

ステップＳ２において、適切な吸収ピークが選定され、中心波長λｃが決定される。例えばメタンガスの場合には、中心波長λｃ＝１６５３．７３ｎｍに決定される。

【0051】

ステップＳ３において、対応表４１が準備され、記憶部４に格納される。先に説明したように、対応表４１は、濃度上限値Ｃ_ＵＬと、波長変調幅ΔλＬとを対応付けて記述する。例えばメタンガスの場合には、先に説明した図２及び図４に示されるような実験結果に基づいて、先に説明した図５に示されるような対応表４１が準備され、記憶部４に記憶される。

【0052】

例えば以上のようにして、対応表４１が記憶された記憶部４を備える測定装置１００が準備される（製造される）。

【0053】

図７は、測定装置を用いた測定方法の例を示すフローチャートである。これまでと重複する内容については、説明を適宜省略する。

【0054】

ステップＳ１１において、濃度上限値Ｃ_ＵＬが決定される。例えば測定装置１００のユーザが、濃度上限値Ｃ_ＵＬを決定し、濃度上限値Ｃ_ＵＬを入力する。濃度上限値Ｃ_ＵＬが、測定装置１００の設定部１に与えられる。中心波長λｃや変調周波数ｆ等の他のパラメータも与えられてよい。

【0055】

ステップＳ１２において、波長変調幅ΔλＬが設定される。測定装置１００の設定部１は、与えられた濃度上限値Ｃ_ＵＬと、記憶部４に記憶された対応表４１とに基づいて、波長変調幅ΔλＬを設定する。中心波長λｃや変調周波数ｆ等の他のパラメータも設定されてよい。

【0056】

ステップＳ１３において、変調光ＭＬが照射され、１ｆ成分及び２ｆ成分が測定される。測定装置１００の光源測定系２は、設定されたパラメータによって特徴づけられた変調光ＭＬを生成し、ガスＧに照射する。また、光源測定系２は、ガスＧを透過した変調光ＭＬ（すなわち透過光ＴＬ）の１ｆ成分及び２ｆ成分を測定する。

【0057】

ステップＳ１４において、濃度が算出される。測定装置１００の算出部３は、測定された１ｆ成分及び２ｆ成分に基づいて、ガスＧの濃度を算出する。

【0058】

例えば以上のようにして、ガスＧの濃度が測定される。

【0059】

開示される技術は、上記の実施形態に限定されない。いくつかの変形例について述べる。

【0060】

図８は、変形例に係る測定装置１００の概略構成の例を示す図である。この例では、測定装置１００の光源測定系２は、ＦＧ２１及びレーザドライバ２２（図１）に代えて、変調機能付レーザドライバ２８を含む。変調機能付レーザドライバ２８は、ＦＧ２１及びレーザドライバ２２の機能を兼ね備える。

【0061】

図９は、別の変形例に係る測定装置１００の概略構成の例を示す図である。この例では、測定装置１００は、オープンパス型の測定装置である。投光光学系２４及び受光光学系２５は、ガスＧを挟んで互いに反対側に配置される。他の構成要素は、投光光学系２４及び受光光学系２５の配置に合わせて適宜配置される。散乱体Ｓ（図１）が無くてもガスＧの濃度を測定することができる。

【0062】

上記実施形態では、ガスＧとしてメタンガスを例に挙げて説明した。ただし、ガスＧは、メタンガス以外のガスであってもよい。

【0063】

以上で説明した技術は、例えば次のように特定される。開示される技術の１つは、測定装置１００である。図１等を参照して説明したように、測定装置１００は、設定部１と、光源測定系２と、算出部３と、を備える。設定部１は、波長変調幅ΔλＬを設定する。光源測定系２は、設定部１によって設定された波長変調幅ΔλＬを有するとともに変調周波数ｆで変調された変調光ＭＬを対象物（例えばガスＧ）に照射し、対象物を透過した後の変調光ＭＬ（透過光ＴＬ）の１ｆ成分及び２ｆ成分を測定する。算出部３は、光源測定系２によって測定された１ｆ成分及び２ｆ成分に基づいて、対象物の濃度（例えばカラム濃度）を算出する。設定部１は、与えられた濃度上限値Ｃ_ＵＬ以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅ΔλＬを設定する。

【0064】

上記の測定装置１００によれば、与えられた濃度上限値Ｃ_ＵＬ以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅ΔλＬが設定される。１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅ΔλＬを用いることで、対象物の濃度が高濃度であっても、その濃度を適切に測定することができる。

【0065】

図１及び図５等を参照して説明したように、設定部１による設定は、対象物の吸収スペクトルの半値全幅ΔλＧの２．２倍よりも大きい波長変調幅ΔλＬを設定することを含んでよい。波長変調幅ΔλＬ＝２．２ΔλＧに設定する場合よりも、１ｆ成分の濃度依存性を抑制することができる。その分、高濃度測定が可能になる。

【0066】

図１及び図５等を参照して説明したように、測定装置１００は、濃度上限値Ｃ_ＵＬと、その濃度上限値Ｃ_ＵＬ以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅とを対応付けて記述する対応表４１を記憶する記憶部４をさらに備え、設定部１は、記憶部４に記憶された対応表４１を参照することによって、波長変調幅ΔλＬを設定してよい。例えばこのようにして、与えられた濃度上限値Ｃ_ＵＬ以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅ΔλＬを設定することができる。

【0067】

図５等を参照して説明したように、対応表４１は、濃度上限値Ｃ_ＵＬと、その濃度上限値Ｃ_ＵＬ以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する最小の波長変調幅ΔλＬとを対応付けて記述してよい。これにより、ＳＮＲの低下を最小化することができる。

【0068】

図７等を参照して説明した測定方法も、開示される技術の１つである。測定方法は、波長変調幅ΔλＬを設定すること（ステップＳ１２）と、設定した波長変調幅ΔλＬを有するとともに変調周波数ｆで変調された変調光ＭＬを対象物（例えばガスＧ）に照射し、対象物を透過した後の変調光ＭＬ（透過光ＴＬ）の１ｆ成分及び２ｆ成分を測定すること（ステップＳ１３）と、測定した１ｆ成分及び２ｆ成分に基づいて、対象物の濃度を算出すること（ステップＳ１４）と、を含み、設定することでは、与えられた濃度上限値Ｃ_ＵＬ以下の濃度において１ｆ成分の濃度依存性を抑制する波長変調幅ΔλＬを設定する（ステップＳ１２）。このような測定方法によっても、これまで説明したように、高濃度測定が可能になる。

【符号の説明】

【0069】

１ 設定部
２ 光源測定系
２１ ＦＧ
２２ レーザドライバ
２３ レーザ
２４ 投光光学系
２５ 受光光学系
２６ 変換部
２７ ロックインアンプ
２８ 変調機能付レーザドライバ
３ 算出部
４ 記憶部
４１ 対応表
１００ 測定装置
Ｇ ガス（対象物）
Ｓ 散乱体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】