CN103185704A - 气体计测装置和气体计测装置的波长调制幅度的设定方法 - Google Patents

气体计测装置和气体计测装置的波长调制幅度的设定方法 Download PDF

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Abstract

本发明的气体计测装置对波长调制幅度的设定进行简化。气体计测装置（1）是对计测对象气体（30）进行计测的装置。气体计测装置（1）具有光源（2）、第1受光装置（14）、第1相位敏感检波装置（18）、R算出部（42）、设定部（44）。光源（2）使中心波长变化地振荡具有与主电流对应的中心波长且与根据调制电流调制了的激光。第1受光装置(14)与根据透过了基准试样的激光的强度输出检测信号(I1)。第1相位敏感检波装置(18)从检测信号(I1)中取得以调制电流（ω1）的频率的2倍的谐波频率（ω2）振动的二次谐波成分。R算出部(42)计算峰谷比（R）。设定部(44)设定激光的波长调制幅度，使得峰谷比（R）满足规定条件。

Description

气体计测装置和气体计测装置的波长调制幅度的设定方法
技术领域
本发明涉及用于波长可调激光吸收光谱法和波长调制光谱法的气体计测装置、以及气体计测装置中激光的波长调制幅度的设定方法。
背景技术
以往已知有用于波长可调激光吸收光谱法(Tunable Laser AbsorptionSpectroscopy(TLAS))的气体计测装置。用于TLAS的激光器振荡波长和强度与驱动电流和温度对应的激光。通过使激光器振荡的激光透过计测对象气体、并检测透过激光，来对气体进行计测。例如，对包含于气体的测定对象成分的浓度进行测定。
透过了计测对象气体的激光的强度与激光器振荡的激光的强度的比值为透过率T，透过率T为T=exp(-εcl)。这里，ε表示测定对象成分的摩尔吸收系数，c表示测定对象成分的浓度，l表示光路长。另外，已知摩尔吸收系数ε依存于计测对象气体的温度，吸收线形依存于温度、压力、以及共存在气体内的各成分的分压。如果已经知道摩尔吸收系数ε和吸收线形如何依存于温度、压力、共存于气体内的各成分的分压、以及光路长l，则通过实测透过率T可以判定测定对象成分的浓度。
为了使用TLAS来计测气体，有时使用波长调制光谱法(Wavelength ModulationSpectroscopy(WMS))。WMS中，使激光的驱动电流或温度变化，使波长和强度被调制了的激光振荡。使被调制后的激光透过计测对象气体，检测透过激光。基于被检测了的激光生成检测信号。进一步地，检测信号中的特定成分被相位敏感检波，用被检波了的特定成分，对测定对象成分的浓度进行测定(例如，参照专利文献1和专利文献2)。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】专利第2703835号公报
【专利文献2】专利第4467674号公报
发明内容
【发明要解决的技术问题】
使用WMS的情况下，波长的调制程度可以由波长调制幅度来显示。气体的计测中为了确保精度，需要确切地设定该波长调制幅度。主要原因在于波长调制幅度是决定装置的分辨能力和信号杂音比(以下、也称为S/N比)的因素。
波长调制幅度由包含于驱动电流中的调制电流的强度决定的。因此，为了设定波长调制幅度，需要设定调制电流的强度。这里，相对于驱动电流的波长变化率，即激光波长的变化相对于驱动电流强度的变化的比值具有对于每个激光元件都不同的特性。即，每个气体计测装置的最合适的调制电流的强度都不同，因此，需要对于每个装置进行调制电流的设定。另外，相对于驱动电流的波长变化率，一般通过使激光器运转而经时变化。因此，各装置中，为了确切地保持波长调制幅度的值，需要对应运转状况来调节调制电流的强度。
作为设定调制电流的强度的单元，考虑采用波长测定装置和具有已知的吸收线的气体。采用这些单元的情况下，通过测定激光的波长来测定激光的波长的变化与驱动电流的变化的比例。然后，基于得到的比例，设定调制电流的强度用以得到所要的波长调制幅度。
但是，采用上述单元的情况下，存在如下问题。
(1)需要准备波长测定装置或者适用于波长测定的气体。而且，在存在计测对象的气体的现场，设置气体计测装置之后，需要配置气体计测装置和波长测定装置以可以进行波长的测定，需要进行移动装置等作业。
(2)由于需要测定激光的波长，因此调制电流的设定的时间和劳力增加，且作业效率降低。
这里公开的技术是考虑以上的问题点而研究出来的，其目的在于使气体计测装置中波长调制幅度的设定简化。
【解决问题的技术手段】
第1特征涉及的气体计测装置是用于对计测对象气体进行计测的装置，具有光源、检测部、取得部、算出部、和设定部。光源一边使具有与主电流对应的中心波长的激光的所述中心波长变化一边振荡根据调制电流调制了的激光。检测部根据透过了基准试样的激光的强度输出检测信号。取得部从检测信号中取得以调制电流的频率的正整数倍的频率振动的特定频率成分。算出部计算出特定频率成分的极小值的大小与极大值的大小的比值。设定部设定激光的波长调制幅度，使得比值满足规定条件。
这里，主电流是经过调制电流的1个周期的期间、强度大致保持为一定的电流。又，基准试样是得到期望的波长调制幅度时预先知道特定的频率成分的极小值的大小与极大值的大小的比值的试样。
第1特征涉及的气体计测装置中，设定波长调制幅度，使得特定的频率成分的极小值的大小与极大值的大小的比值满足规定的条件。因此，没有必要采用用于查检相对于调制电流的强度变化的激光波长的变化的装置或者试样。
规定条件也可以是与波长调制幅度一一对应的比值等于预先确定的目标值。又，设定部也可以通过使调制电流的强度变化来设定波长调制幅度。
目标值也可以在使基准试样的压力变化以后的情况下的、特定频率成分的变动率为基准来确定。由此，可以高精度地测定目标成分的浓度。
气体计测装置也可以还具有：对计测对象气体的计测持续的时间、即持续时间进行计数的计数部。又，设定部也可以在持续时间为规定时间以上时，设定波长调制幅度使得比值满足规定条件。由此，即使使气体计测装置长时间运转的情况下，也可以将波长调制幅度保持一定。
气体计测装置还可以具有判定部，该判定部基于规定计测对象气体的状态的状态量与比值的预先确定的关系，根据比值判定状态量。由此，能够省略用于测定压力的装置，因此，压力的测定被简化。其结果是可以削减成本。
气体计测装置还可以具有测定部，该测定部对规定计测对象气体的状态的一个或者多个能够测定的状态量进行测定。又，判定部也可以采用比值和测定了的一个或者多个能够测定的状态量来判定状态量。由此，在测定的状态量为多个的情况下，可以减少使用的测定器的个数。
状态量与比值的预先确定的关系也可以是将计测对象气体置换为基准试样时状态量与比值所满足的关系。由此，可以采用校正用气体作为基准试样。其结果是，不需要准备特别的试样，可以预先查检压力和峰谷比的关系。
状态量也可以是计测对象气体的温度。由此，可以减少使用的测定器的个数(尤其是省略温度计)。
状态量也可以是计测对象气体的压力。由此，可以减少使用的测定器的个数(尤其是省略压力计)。
状态量与比值的预先确定的关系也可以是含有一个或者多个能够测定的状态量和测定量、规定计测对象气体的状态的状态量组与比值所满足的关系。
状态量组也可以包含计测对象气体的温度和压力。
第2特征涉及的设定方法是气体计测装置中的波长调制幅度的设定方法，该气体计测装置具有光源和检测部，该光源振荡具有与主电流对应的中心波长、且根据调制电流调制了的激光，该检测部根据透过了计测对象气体的激光的强度输出信号。该方法具有一边使中心波长变化，一边从透过了基准试样的激光中取得检测信号的步骤。又，该方法具有从检测信号中取得以调制电流的频率的正整数倍的频率振动的特定频率成分的步骤。又，该方法具有计算出特定频率成分的极小值的大小与极大值的大小的比值的步骤。又，该方法包括设定激光的波长调制幅度，使得比值满足规定条件的步骤。
第2特征涉及的设定方法中，设定波长调制幅度，使得特定的频率成分的极小值的大小与极大值的大小的比值满足规定的条件。因此，没有必要采用查检相对于调制电流的强度变化的激光波长的变化的装置或者试样。
规定条件也可以是与波长调制幅度一一对应的比值等于预先确定的目标值。又，设定激光的波长调制幅度中，也可以通过使调制电流的强度变化来设定波长调制幅度。
目标值也可以使基准试样的压力变化时的，特定频率成分的变动率为基准来确定。由此，可以高精度地测定目标成分的浓度。
设定方法也可以进一步包含对计测对象气体的计测持续的时间、即持续时间进行计数的步骤。又，设定激光的波长调制幅度的过程中，也可以在持续时间为规定时间以上时，设定波长调制幅度使得比值满足规定条件。由此，即使使气体计测装置长时间运转的情况下，也可以将波长调制幅度保持一定。
设定方法还可以包括：基于规定计测对象气体的状态的状态量与比值的预先确定的关系，根据比值判定状态量的步骤。由此，能够省略用于测定压力的装置，因此，压力的测定被简化。其结果是可以削减成本。
设定方法还可以包括：对规定计测对象气体的状态的一个或者多个能够测定的状态量进行测定的步骤。又，判定状态量中，也可以采用比值和测定了的一个或者多个能够测定的状态量来判定状态量。由此，在测定的状态量为多个的情况下，可以减少使用的测定器的个数。
状态量与比值的预先确定的关系也可以是将计测对象气体置换为基准试样时状态量与比值所满足的关系。由此，可以采用校正用气体作为基准试样。其结果是，不需要准备特别的试样，可以预先查检压力和峰谷比的关系。
状态量也可以是计测对象气体的温度。由此，可以减少使用的测定器的个数(尤其是省略温度计)。
状态量也可以是计测对象气体的压力。由此，可以减少使用的测定器的个数(尤其是省略压力计)。
状态量与比值的预先确定的关系也可以是含有一个或者多个能够测定的状态量和测定量、规定计测对象气体的状态的状态量组与比值所满足的关系。
状态量组也可以包含计测对象气体的温度和压力。
第3特征涉及的程序使计算机执行上述设定方法。
第3特征涉及的程序中，设定波长调制幅度，使得特定的频率成分的极小值的大小与极大值的大小的比值满足规定的条件。因此，没有必要采用查检相对于调制电流的强度变化的激光波长的变化的装置或者试样。
发明的效果
这样，根据第1特征涉及的气体计测装置、第2特征涉及的设定方法、以及第3特征涉及程序，可以使气体计测装置中波长调制幅度的设定简化。
附图说明
图1是第1实施方式涉及的气体计测装置1的构成图。
图2是示出计算机40的功能部的图。
图3是示出第1实施方式中的波长调制幅度的设定方法的流程图。
图4的(A)是示出水的二次谐波成分的一例的图(波长调制幅度为0.09nm的情况)、图4的(B)是示出水的二次谐波成分的一例的图(波长调制幅度为0.21nm的情况)。
图5是示出二次谐波成分的一例的图。
图6的(A)是示出氨中波长调制幅度和峰谷比R的关系的图、图6的(B)是示出氨中波长调制幅度和二次谐波成分的强度(P+N值)的关系的图。
图7的(A)是示出洛仑兹函数型的吸收线中波长调制幅度和峰谷比R的关系的图、图7的(B)是示出洛仑兹函数型的吸收线中调制振幅和二次谐波成分的强度(P+N值)的关系的图。
图8的(A)是示出氨中压力和二次谐波成分强度(比值)的关系的图(波长调制幅度为0.12nm的情况)、图8的(B)是示出氨中压力和二次谐波成分强度(比值)的关系的图(波长调制幅度为0.18nm的情况)、图8的(C)是示出氨中压力和二次谐波成分强度(比值)的关系的图(波长调制幅度为0.21nm的情况)。
图9的(A)是示出浓度的测定方法的流程图、(B)是示出透过激光的强度的图。
图10是第3实施方式涉及的气体计测装置3的构成图。
图11是示出第3实施方式中的波长调制幅度的设定方法的流程图。
图12是示出第4实施方式中的计算机40的功能部的图。
图13是第4实施方式中测定对象气体压力的判定的流程图。
图14的(A)是示出二次谐波成分的一例的图、图14的(B)是示出吸收线的一例的图。
图15的(A)是示出水中压力和峰谷比R的关系的图(波长调制幅度为0.15nm的情况)、图15的(B)是示出水中温度和峰谷比R的关系的图。
图16是示出温度、压力、以及峰谷比R之间的预定关系的图。
图17是示出水中压力和二次谐波成分的强度(比值)的关系的图(波长调制幅度为0.15nm的情况)。
符号说明
1   气体计测装置
2   光源
3   气体计测装置
4   恒定电流发生装置
5   分束器
6   第1波形发生器
7   标准气体
8   第2波形发生器
9   第2受光装置
10   倍频器
11   第2相位敏感检波装置
12   波形混合器
14   第1受光装置
16   信号处理装置
16a   低通滤波器
18   第1相位敏感检波装置
18a   锁相放大器
18b   低通滤波器
20   温度调整器
22   测定装置
24   波形发生部
30   计测对象气体
40   计算机
41   记录器
42  R算出部
43   比较部
44   设定部
45   温度判定部
46   浓度测定部
47   存储部
48   记录介质读取部
49   控制部
50   记录介质
51   第1判定部
60   显示装置
70   输入装置
80   计数器
具体实施方式
〔1：第1实施方式〕
<1.1：整体构成>
采用图1对第1实施方式涉及的气体计测装置1进行说明。图1是气体计测装置1的构成图。
气体计测装置1具有光源2、倍频器10、第1受光装置14、信号处理装置16、第1相位敏感检波装置18、温度调整器20、测定装置22、波形发生部24、计算机40。另外，波形发生部24具有恒定电流发生装置4、第1波形发生器6、第2波形发生器8、波形混合器12。
光源2是振荡波长和强度与驱动电流对应的激光的装置。光源2是典型的半导体激光器。
又，输入到光源2中的驱动电流包含有主电流和调制电流。调制电流是以调制频率ω1(调制电流的频率的一例)振动的电流。调制电流具有一定的振幅，调制电流的振幅的大小表现调制电流的强度。主电流是与调制电流相比以长的周期强度变化的电流。即，主电流是在调制电流振动的1个周期中，主电流的强度大致可视为恒定的电流。
这种情况下，主电流确定光源2振荡的激光的中心波长。然后，光源2振荡的激光的波长对应于调制电流被调制(波长调制)。由此，光源2可以一边使中心波长变化一边振荡进行以中心波长为中心的波长调制的激光。
又，主电流是例如通过重叠恒定电流和斜波电流而得到的。恒定电流是显示一定的电流值的电流。斜波电流是周期地重复倾斜状的增加和向基准水平的恢复的电流。
恒定电流发生装置4产生用于输入到光源2的恒定电流。第1波形发生器6产生用于输入到光源2的斜波电流。
第2波形发生器8产生用于输入到光源2的调制电流。又，第2波形发生器8输出以调制频率ω1振动的调制信号S1。又，调制频率ω1比斜波电流的频率大。进一步地，第2波形发生器8被输入控制信号S4。
倍频器10基于从第2波形发生器8输入的调制信号S1，生成以调制频率ω1的2倍的谐波频率ω2振动的信号S2。
波形混合器12混合恒定电流发生装置4输出的恒定电流、第1波形发生器6输出的斜波电流、第2波形发生器8输出的调制电流，生成驱动电流。
第1受光装置14(检测部的一例)接收光源2振荡的激光。又，第1受光装置14根据接收的激光的强度输出检测信号I1(检测信号的一例)。透过了计测对象气体30或者基准试样(后述)的激光入射到第1受光装置14。典型的情况下，第1受光装置14是光电二极管。
信号处理装置16是对第1受光装置14输出的检测信号I1施加处理的装置。信号处理装置16具有低通滤波器16a。低通滤波器16a抽出从第1受光装置14输入的检测信号I1的直流成分。然后，信号处理装置16输出显示低通滤波器16a抽出的直流成分的强度的信号I2。
第1相位敏感检波装置18(取得部的一例)是从第1受光装置14输出的检测信号I1中取得以谐波频率ω2振动的二次谐波成分(特定的频率成分的一例)的装置。第1相位敏感检波装置18具有：锁相放大器18a、低通滤波器18b。锁相放大器18a对二次谐波成分进行相位敏感检波。具体来说，第1相位敏感检波装置18从第1受光装置14输入的检测信号I1中检测以谐波频率ω2振动的成分，并生成与该成分成比例的直流信号。以谐波频率ω2振动的信号S2从倍频器10被输入到锁相放大器18a，使用信号S2进行相位敏感检波。低通滤波器18b从锁相放大器18a输出的信号中抽出直流成分。然后，第1相位敏感检波装置18输出表示低通滤波器18b抽出的直流成分的二次谐波信号I3。
温度调整器20调节光源2的温度。光源2振荡的激光的波长依存于半导体激光元件的温度，因此，可以由温度调整器20来控制激光的波长。
测定装置22测定计测对象气体30的状态量。计测对象气体30的状态量包含有温度、压力、和包含于计测对象气体30的各成分的分压。测定装置22生成表示被测定了的状态量的信号S3。本实施方式中，测定装置22测定计测对象气体30的温度，因此信号S3表示计测对象气体30的温度。
计算机40对包含于气体计测装置1的各装置出力的信号进行处理。计算机40是气体计测装置1的控制装置的一例。计算机40被输入信号处理装置16输出的信号I2、第1相位敏感检波装置18输出的二次谐波信号I3、以及测定装置22输出的信号S3。另外，计算机40控制波形发生部24。具体来说，计算机40以能够收发信号的状态与恒定电流发生装置4、第1波形发生器6、第2波形发生器8、波形混合器12连接。于是，计算机40控制这些装置。
<1.2：计算机>
接着，使用图2进一步说明计算机40。图2示出计算机40的功能部。
计算机40具有：未图示的CPU(Central Processor Unit：中央处理器)、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存储器)。CPU通过执行记录于ROM的程序来执行与程序对应的运算处理。以下说明的功能部通过基于程序的运算处理来实现。
计算机40具有：记录器41、R算出部42、比较部43、设定部44、温度判定部45、浓度测定部46、存储部47。另外，计算机40具有通过硬件实现的记录介质读取部48。记录介质读取部48能够安装记录介质50，具有在记录介质50记录信息的功能和从记录介质50读取信息的功能。记录介质50能够从计算机40卸下，能够记录程序和数据。另外，计算机40与显示装置60和输入装置70连接。
记录器41记录二次谐波成分的值。记录器41被输入第1相位敏感检波装置18输出的二次谐波信号I3。记录器41基于二次谐波信号I3确定二次谐波成分的值。
另外，记录器41记录检测信号I1的直流成分的值。记录器41被输入信号处理装置16输出的信号I2。记录器41基于信号I2确定检测信号I1的直流成分的值。
R算出部42(算出部的一例)读出记录于记录器41的二次谐波成分的值，并计算出峰谷比R。关于峰谷比R将在后文叙述。
比较部43将由R算出部42计算出的峰谷比R与目标值进行比较。关于目标值将在后文叙述。
设定部44(设定部的一例)在峰谷比R与目标值不同的情况下，输出使调制电流的强度变化的控制信号S4(参照图1)。
温度判定部45基于从测定装置22输出的信号S3判定计测对象气体30的温度。
浓度测定部46基于从信号处理装置16输出的信号I2、从第1相位敏感检波装置18输出的二次谐波信号I3、以及由温度判定部45确定的计测对象气体30的温度，判定计测对象气体30中的目标成分的浓度。
存储部47保持有气体计测装置1的动作所必要的信息。存储部47中记录有在比较部43中与峰谷比R比较的目标值。另外，存储部47中预先记录有目标成分与吸收系数、压力、以及温度之间的关系。本实施方式中，存储部47由ROM来实现。
显示装置60将对于气体计测装置1的状态和气体计测装置1的操作必要的信息作为视觉信息进行显示。
输入装置70用于输入对于气体计测装置1的操作必要的信息。本实施方式中输入装置70是键盘，但只要是能够输入操作的装置即可，因此，也可以是触摸板等其他的装置。
<1.3：波长调制幅度的设定方法>
接着，采用图3对气体计测装置1中的波长调制幅度的设定方法进行说明。图3示出流程100。流程100包含步骤S101～S107。本实施方式中，波长调制幅度的设定作为气体计测装置1的初期调整来执行。
开始波长调制幅度的设定的时点，计测对象气体30被更换为基准试样。有关基准试样，预先得知得到期望的波长调制幅度时的峰谷比。然后，得到期望的波长调制幅度时的峰谷比作为目标值被预先存储于存储部47。又，本实施方式中，基准试样是被调整为规定的压力、规定的温度、以及规定的浓度的校正用气体。该校正用气体含有作为浓度测定的对象的气体成分(即、目标成分)，该气体成分的校正用气体的浓度是已知的。
步骤S101中，开始扫描。具体来说，从第1波形发生器6输出的斜波电流从最小值(即，基准水平的电流值)开始增加。由此，与调制电流的变化相比，主电流的强度缓慢变化。包含有主电流和调制电流的驱动电流被输入到光源2，光源2对应于驱动电流来振荡激光。从光源2出射的激光入射到基准试样。透过了基准试样的激光被入射到第1受光装置14。
步骤S102中，由第1受光装置14取得检测信号I1。然后，检测信号I1被输入到信号处理装置16和第1相位敏感检波装置18。信号处理装置16中取得表示检测信号I1的直流成分的信号I2。
步骤S103中，由第1相位敏感检波装置18从检测信号I1取得二次谐波信号I3。二次谐波信号I3被输入到计算机40的记录器41。然后，由记录器41记录二次谐波成分。
步骤S104中，判定斜波电流的扫描是否已经结束。扫描由经过斜波电流的1个周期而结束。在扫描的开始时点，斜波电流的大小最小，在扫描的结束时点，斜波电流的大小最大。扫描结束时流程进入到步骤S105。扫描仍在途中时流程返回到步骤S102。调制电流的调制频率ω1大于斜波电流的频率(一次扫描时间的倒数)，因此，在一次的扫描期间执行多次二次谐波成分的取得。即，通过扫描取得二次谐波成分的值的列。本实施方式中，取得二次谐波成分的时刻由计算机40来控制。
图4的(A)、图4的(B)示出二次谐波成分的坐标图。又，为了得到图4的(A)所记载的结果采用的波长调制幅度为0.12nm。为了得到图4的(B)所记载的结果采用的波长调制幅度为0.18nm。如这些图所示，依存于波长调制幅度的大小坐标图的形状发生变化。影响二次谐波成分的坐标图的形状的因素除了波长调制幅度，还有计测对象气体30的温度、压力、以及共存气体的分压。对于其他的高次谐波成分和基本频率成分也是一样。又，图4的(A)、图4的(B)中横轴是波长值。该波长值只要能够取得二次谐波成分的值的列即可，并不特定为得到各个二次谐波成分的值时的中心波长的值。
步骤S105中，由R算出部42计算出峰谷比R。峰谷比R是二次谐波成分的极小值的大小和极大值的大小的比值。图5示出二次谐波成分中极大和极小。二次谐波成分的极大值的大小是基准线与位于基准线的正侧的峰的距离P。又，二次谐波成分的极小值的大小是基准线与位于基准线的负侧的峰的距离N。然后，峰谷比R由P/N来计算。又，对于基本频率成分和三次以上的高次谐波成分，可以同样地确定极大值和极小值的大小。
步骤S106中，由比较部43将峰谷比R与目标值进行比较。具体来说，比较部43从存储部47读出目标值，与峰谷比R进行比较。峰谷比R与目标值一致时，即，二值的差没有超过规定的容许值的情况下，波长调制幅度的设定结束。这样，波长调制幅度的设定结束的条件是峰谷比R变得与预先确定了的目标值相等(规定条件的一例)。峰谷比R与目标值不一致的情况下，流程进入到步骤S107。
步骤S107中，调制电流的强度被变更。具体来说，设定部44输出用于使调制电流的强度变化的控制信号S4。控制信号S4被输入到第2波形发生器8。第2波形发生器8输出对应于控制信号S4强度被变更了的调制电流。这样，设定部44通过使调制电流的强度变化来设定波长调制幅度。
调制电流的强度被变更之后，在步骤S101再次开始扫描。直到峰谷比R与目标值一致为止反复执行步骤S101～S107。
<1.4：波长调制幅度与二次谐波成分的关系>
这里，对波长调制幅度与二次谐波成分的关系进行说明。
最初，对波长调制幅度与峰谷比R的关系进行说明。峰谷比R与波长调制幅度一一对应。峰谷比R是对二次谐波成分的动作附加特征的指标量的一例。又，由于可以使波长调制幅度与调制电流的强度一一对应，因此，进一步地，峰谷比R与调制电流的强度一一对应。
图6的(A)以实际实例示出波长调制幅度与峰谷比R的关系。具体来说，图6的(A)示出一边使波长调制幅度变化一边测定出的氨的二次谐波成分的峰谷比R的结果。
又，如图6的(B)所示，二次谐波成分的强度也依存于波长调制幅度。图6的(B)示出一边使波长调制幅度变化一边测定出氨的二次谐波成分的强度的结果。图6的(B)的纵轴示出P+N值，二次谐波成分的强度由P+N值来表示。这里，P+N值是位于基准线的正侧的二次谐波成分的极值与位于基准线的负侧的二次谐波成分的极值的差，即、距离P与距离N的和。又，为了得到图6的(A)和图6的(B)的测定中，在氨的压力、温度、以及浓度被保持为一定的状态下，仅使波长调制幅度变化。
峰谷比R与波长调制幅度的一一对应也可以根据理论模型被推导出来。基于理论，吸收线的形状依存于压力，并且在压力的影响处于支配地位时，吸收线的形状呈现洛仑兹函数型。另外，吸收线的形状依存于由气体粒子的速度产生的多普勒效应，并且在多普勒效应处于支配地位时，吸收线的形状呈现高斯函数型。
图7的(A)示出吸收线是洛仑兹函数型时的、波长调制幅度与峰谷比R的关系。又，图7的(B)示出吸收线是洛仑兹函数型时的、波长调制幅度与二次谐波成分的P+N值的关系。又，与图6的(A)和图6的(B)所示的情况相比，图7的(A)和图7的(B)示出以宽泛的范围使波长调制幅度变化的情况。又，图7的(A)和图7的(B)中横轴的值是波长调制幅度除以吸收线的线幅的值。这里，吸收线的线幅是将吸收线的半辐值二等分之后的值。
如图7的(A)所示，可以使峰谷比R与波长调制幅度一一对应。又，如图7的(B)所示，二次谐波成分的P+N值依存于波长调制幅度。二次谐波成分的P+N值越大，强度测定中的S/N比也越大，因此为了使二次谐波成分的P+N值变大，设定波长调制幅度即可。
另一方面，通过使压力变化，高次谐波成分的强度发生变化。因此，波长调制幅度可以基于使基准试样的压力变化时的高次谐波成分的变动率来确定。
图8的(A)～图8的(C)示出使压力变化时的、氨的二次谐波成分的强度的变化的测定结果。图8的(A)示出波长调制幅度设定为0.12nm时的结果。图8的(B)示出波长调制幅度设定为0.18nm时的结果。图8的(C)示出波长调制幅度设定为0.21nm时的结果。又，以压力为100kPa时的强度为1来显示二次谐波成分的强度。
如图8的(A)所示，波长调制幅度为0.12nm的情况下，压力从100kPa到112kPa的二次谐波成分的强度的变动率为2.5%。如图8的(B)所示，波长调制幅度为0.18nm的情况下，二次谐波成分的强度的变动率为0.8%。又，如图8的(C)所示，波长调制幅度为0.21nm的情况下，二次谐波成分的强度的变动率为1%。
根据图8的(A)～图8的(C)所示的结果，该例中，通过将波长调制幅度设定为0.18nm，二次谐波成分的变动率相对于压力变化变小。通过二次谐波成分受压力变化的影响变小，测定目标成分的浓度时，没有必要对应压力校正二次谐波成分的强度。这里，压力在±10%的范围变动了的情况下，二次谐波成分的峰强度的变动率优选在1%以下，更优选是在0.5%以下。作为基准的压力的代表例为大气压(101kPa)。更具体来说，压力在101±10kPa的范围变动了的情况下，二次谐波成分的峰强度的变动率优选在1%以下，更优选在0.5%以下。强度的变动率若在1%以下，即使不对应于压力值调整强度，也可以高精度地测定目标成分的浓度。
又，参照图6的(B)，波长调制幅度为0.18nm时的二次谐波成分的P+N值足够大。因此，该例中，通过将波长调制幅度设定为0.18nm，可以得到良好的S/N比。又，参照图6的(A)，波长调制幅度为0.18nm时的峰谷比(目标值的一例)为1.5。因此，通过设定调制电流的强度使得峰谷比R为1.5，可以使波长调制幅度为0.18nm。
<1.5：浓度的测定>
接着，采用图9的(A)，对计测对象气体30中的目标成分的浓度测定进行说明。图9的(A)示出流程200，流程200包含流程100和步骤S201～S203。
执行流程200之前，在激光的光路上配置计测对象气体30。接着，执行流程100，设定波长调制幅度。进一步地依次执行步骤S201～S203。
步骤S201中，通过第1受光装置14从透过了计测对象气体30的激光取得检测信号I1。然后，分别检测包含于检测信号I1的二次谐波成分的P+N值、以及检测信号I1的直流成分的峰强度。具体来说，执行斜波电流的扫描，通过记录器41取得二次谐波成分和检测信号I1的直流成分。进一步地，判定二次谐波成分的P+N值、以及检测信号I1的直流成分的峰强度。
步骤S202中，通过测定装置22测定计测对象气体30的温度。表示被测定出的温度信号S3从测定装置22被输出、并被输入到计算机40的温度判定部45。由温度判定部45基于信号S3判定计测对象气体30的温度。
步骤S203中，由浓度测定部46测定计测对象气体30中的目标成分的浓度。浓度测定部46采用二次谐波成分的P+N值和检测信号I1的直流成分的峰强度来判定浓度。一般来说，二次谐波成分的P+N值依存于计测对象气体30的温度和压力。因此，为了采用二次谐波成分的P+N值测定目标成分的浓度，对应于压力和温度校正P+N值即可。与目标成分相关地预先取得校正所需的信息，作为数据记录在存储部47中。浓度测定部46参照记录在存储部47中的数据，对应由温度判定部45确定了的温度校正二次谐波成分的P+N值。另一方面，本实施方式中，选择波长调制幅度使得相对于压力变化二次谐波成分的变动率变小。因此，在二次谐波成分的P+N值的校正中，来自作为基准的压力的压力变化被忽略。浓度测定部46基于校正后的二次谐波成分的P+N值判定目标成分的浓度。
<1.6：第1实施方式的作用效果>
第1实施方式可以如下这样表达。
(1)
第1实施方式所涉及的气体计测装置1是用于对计测对象气体30进行计测的装置，其具有光源2、第1受光装置14、第1相位敏感检波装置18、R算出部42、设定部44。光源2振荡具有与主电流对应的中心波长且对应于调制电流调制的激光，并使该激光的中心波长变化。第1受光装置14根据透过了基准试样的激光的强度输出检测信号I1。第1相位敏感检波装置18从检测信号I1中取得以调制频率ω1的2倍的谐波频率ω2振动二次谐波成分。R算出部42计算出二次谐波成分的峰谷比R。设定部44设定激光的波长调制幅度，以使峰谷比R满足规定条件。
这里，主电流是调制电流的1个周期所经过的期间内，强度大致保持一定的电流。基准试样是预先获知了得到期望的波长调制幅度时的峰谷比的试样。
气体计测装置1中，设定波长调制幅度，使得二次谐波成分的极小值的大小与极大值的大小的比值，即峰谷比R满足规定条件。因此，没有必要采用用于查检相对于调制电流的强度变化的激光的波长变化的装置或试样。由此，可以使波长调制幅度的设定所需的作业和处理简化。又，可以缩短波长调制幅度的设定所需的时间。
(2)
第1实施方式中，规定条件是与波长调制幅度一一对应的峰谷比R等于预先确定的目标值。又，设定部44通过使调制电流的强度变化来设定波长调制幅度。
峰谷比R与调制电流的强度一一对应，进一步地，调制电流的强度确定的话，波长调制幅度也被确定。因此，通过设定调制电流的强度使得峰谷比R等于预先确定的目标值时，可以将波长调制幅度设定为期望的大小。由此，与测定激光的波长的情况相比，可以降低波长调制幅度的设定所需要的工作量。
又，计算峰谷比R所必要的信息仅是两个二次谐波成分值。于是，若仅在二次谐波成分为极大或极小的波长附近得到精度好的数据，可以确保峰谷比R的精度。因此，可以以较少的处理量高精度地检测峰谷比R。其结果是可以降低波长调制幅度的设定所需要的处理量。
进一步地，峰谷比R包含有极小值和极大值的信息，因此，二次谐波成分的坐标图的整体形状被峰谷比R赋予特征。即，峰谷比R也是对二次谐波成分的坐标图的形状赋予特征的指标量的一例。峰谷比R是不依存于入射激光的强度的量，因此，可以说是对入射激光的强度的变动具有容差的指标量。在指标量依存于入射激光的强度的情况下，进行波长调制幅度的设定之前需要进行入射激光的强度的校正，作业量增加。因此，通过采用峰谷比R作为指标量，在波长调制幅度的设定中，可以省略入射激光的强度的校正。
(3)
又，目标值是基于使基准试样的压力变化时的二次谐波成分的变动率被确定的。由此，不校正来自作为基准的压力的压力变化的影响，即能够进行计测对象气体30的计测，可以使计测简化。
〔2：第2实施方式〕
上述第1实施方式中，计测对象气体30的温度被测定装置22测定。与之相对，在以下说明的第2实施方式中，计测对象气体30的温度不采用测定装置22判定。
第2实施方式涉及的气体计测装置1实际上与第1实施方式涉及的气体计测装置1具有相同的构成。只是，第2实施方式中的计算机40的温度判定部45的处理与第1实施方式的处理不同。
具体来说，第2实施方式中，计测对象气体30的温度是利用透过激光的强度来判定的。如图9的(B)所示，透过激光示出与吸收线对应的强度。图9的(B)所示的例中，在波长Λ1和Λ2的位置处出现峰。已知在出现第1峰强度的第1波长与出现第2峰的第2波长不同的情况下，透过激光的光谱中的第1峰强度与第2峰强度的比值依存于温度。如图9的(B)所示的例中，波长Λ1中的峰强度A1与波长Λ2中的峰强度A2的比A1/A2依存于温度。利用该特性，可以判定计测对象气体30的温度。这里，峰强度是基准线与峰的顶端之间的距离。
但是，已知第1峰强度与第2峰强度的比值是对应于波长调制幅度的变化而变化的。又，通过激光的运转，调制电流与波长调制幅度的关系逐渐变化，因此，即使调制电流保持一定，也会有波长调制幅度变化的情况。这种情况下，利用透过激光的强度判定温度时，通过调节调制电流将波长调制幅度保持一定即可。
第2实施方式涉及的气体计测装置1中，在步骤S202，由温度判定部45基于激光的峰强度的比值判定气体的温度。另一方面，在执行步骤S202之前执行流程100，设定波长调制幅度。由此，波长调制幅度保持一定。其结果是可以高精度地测定计测对象气体30的温度。
〔3：第3实施方式〕
上述实施方式中，波长调制幅度的设定是在计测对象气体30被更换为基准试样的状态下进行的。以下说明的第3实施方式中，可以不将计测对象气体30更换为基准试样，执行波长调制幅度的设定。又，以下，第3实施方式涉及的气体计测装置3的构成中，省略与第1实施方式涉及的气体计测装置1实际相同构成的详细说明，仅对不同的构成进行说明。
如图10所示，第3实施方式涉及的气体计测装置3具有：分束器5、标准气体7、第2受光装置9、第2相位敏感检波装置11、计数器80。又，气体计测装置3中，计算机40具有控制部49。又，图10中，信号处理装置16和测定装置22的图示被省略。又，气体计测装置3具有抽出第2受光装置9输出的检测信号I4的直流成分，并将表示直流成分的信号输入到计算机40的装置(图未示)。
分束器5将光源2振荡的激光分为两个光路。
标准气体7(基准试样的一例)是得到期望的波长调制幅度时的峰谷比已知的气体。本实施方式中，标准气体7也是校正用气体。
第2受光装置9(检测部的一例)接收光源2振荡的激光，对应于受光的激光的强度输出检测信号I4(检测信号的一例)。第2受光装置9受光的激光是被分束器5分束的一束激光。被分束器5分束的另一束激光透过计测对象气体30入射到第1受光装置14。
第2相位敏感检波装置11是从第2受光装置9输入的检测信号I4中取得以谐波频率ω2振动的二次谐波成分(特定的频率成分的一例)的装置。第2相位敏感检波装置11具有图未示的锁相放大器和低通滤波器。以谐波频率ω2振动的信号S2从倍频器10被输入到第2相位敏感检波装置11中。第2相位敏感检波装置11具有与第1相位敏感检波装置18同样的功能，输出表示二次谐波成分的二次谐波信号I5。二次谐波信号I5被输入到计算机40。
计数器80(计数部的一例)对气体计测装置3持续气体的计测的时间(持续时间(持续时间的一例))进行计数。计数器80能够与计算机40之间收发信号。
气体计测装置3中，与第1实施方式涉及的气体计测装置1不同，采用标准气体7、第2受光装置9、以及第2相位敏感检波装置11执行波长调制幅度的设定。即，第2受光装置9和第2相位敏感检波装置11分别与第1实施方式中的气体计测装置1的第1受光装置14和第1相位敏感检波装置18同样进行动作。
接着，采用图11对气体计测装置3的整体的动作进行说明。图11是示出气体计测装置3的波长调制幅度的设定方法的流程300。
气体计测装置3继续执行计测对象气体30的计测。又，继续气体的计测是指：1次气体的计测结束之后不停止气体计测装置3即开始下一次的计测，由此反复执行计测的状态。
步骤S301中，通过计数器80计数持续时间。计数器80的计数结果被输入到计算机40。
步骤S302中，由计算机40的控制部49判定计数器80计数的时间，即持续时间是否在定期维护周期(规定的时间的一例)以上。定期维护周期被预先设定，存储在计算机40的存储部47。步骤S302中满足条件的情况下，进入流程100，不满足条件的情况下，返回到步骤S301。
流程100中，与第1实施方式同样地执行波长调制幅度的设定。本实施方式中，设定部44在持续时间达到规定时间以上的情况下，设定波长调制幅度使得峰谷比R等于预先确定的目标值。
步骤S303中，重置计数器80。计数器80被重置的话，流程返回到步骤S301。即，计数器80在被重置的时点为零，重新开始持续时间的计数。
如上，第3实施方式涉及的波长调制幅度的设定方法是气体计测装置3的波长调制幅度的设定方法，气体计测装置3包括：振荡具有与主电流对应的中心波长且根据调制电流调制的激光的光源2，根据透过计测对象气体30的激光的强度输出信号的第1受光装置14。该方法包括：对计测对象气体30持续计测，和判断计测对象气体30是否持续规定的时间地被计测。又，该方法还包括：计测对象气体30持续规定的时间被计测的情况下，一边使中心波长变化，一边从透过了标准气体7的激光中取得检测信号I4。又，该方法中，从检测信号I4取得以调制频率ω1的2倍的谐波频率ω2振动的二次谐波成分，计算峰谷比R。然后，该方法还包括：设定波长调制幅度使得峰谷比R满足规定条件。
这样，气体计测装置3在计测对象气体30的计测持续规定的时间时，自动执行波长调制幅度的设定。由此，即使气体计测装置3长时间运转，也可以将波长调制幅度保持一定。
〔4：第4实施方式〕
上述第1实施方式中，计测对象气体30的温度、压力等状态量由测定装置22测定。又，第2实施方式中，根据透过激光的两个峰的比值测定测定对象气体的温度。与之相对，以下说明的第4实施方式中，计测对象气体30的温度以外的状态量也不采用测定装置22即可进行判定。
以下以实例说明不采用测定装置22判定计测对象气体30的压力的方法。
第4实施方式涉及的气体计测装置1与第1实施方式涉及的气体计测装置1具有实质相同的构成。只是，如图12所示，第4实施方式中的计算机40还具有第1判定部51。这里，对与第1实施方式的气体计测装置1相同的构成省略说明。
第1判定部51(判定部的一例)基于压力和峰谷比R的预先确定的关系，根据峰谷比R判定压力。更具体来说，第1判定部51基于规定计测对象气体30的状态的状态量组与峰谷比R的预先确定的关系，判定计测对象气体30的压力。本实施方式中，状态量组由温度和压力构成。对第1判定部51的动作进行如下说明。
〔4.1：压力和浓度的测定方法〕
接着，采用图13对气体计测装置1中的压力(状态量的一例)的测定方法进行说明。图13示出计测对象气体30的浓度的测定流程400，压力判定的流程是步骤S401～S407。
步骤S401中开始扫描。具体来说，第1波形发生器6输出的斜波电流从最小值(即、基准水平的电流值)开始增加。由此，与调制电流的变化相比，主电流的强度缓慢变化。包含主电流和调制电流的驱动电流被输入到光源2，光源2与驱动电流对应地振荡激光。从光源2出射的激光入射到计测对象气体30。透过了计测对象气体30的激光入射到第1受光装置14。
步骤S402中，由第1受光装置14取得检测信号I1。然后，检测信号I1被输入到信号处理装置16和第1相位敏感检波装置18。信号处理装置16取得表示检测信号I1的直流成分的信号I2。
步骤S403中，由第1相位敏感检波装置18从检测信号I1中取得二次谐波信号I3。二次谐波信号I3被输入到计算机40的记录器41。然后，由记录器41记录二次谐波成分。
步骤S404中，判定斜波电流的扫描是否已经结束。扫描通过经过斜波电流的1个周期而结束。在扫描的开始时点斜波电流的大小最小，在扫描的结束时点斜波电流的大小最大。扫描结束时，流程进入到步骤S405。在扫描过程中，流程返回到步骤S402。这样，在一次扫描期间执行多次二次谐波成分的取得。即，通过扫描取得二次谐波成分的值的列。本实施方式中，取得二次谐波成分的时刻由计算机40控制。
图14的(A)示出二次谐波成分的一例。影响二次谐波成分的坐标图的形状的因素有计测对象气体30的温度、压力、共存气体的分压、以及激光的波长调制幅度。对于其他的高次谐波成分和基本频率成分也是同样。这里，激光的波长调制幅度依存于调制电流的强度，通过确定调制电流的强度，确定激光的波长调制幅度。波长调制幅度被调整为事前规定的值。
二次谐波成分的坐标图的形状反映计测对象气体30的吸收线的形状。图14的(B)示出吸收线的一例。已知压力的影响处于支配地位时的吸收线的形状显示为洛仑兹函数型，气体粒子的速度引起的多普勒效应处于支配地位时的吸收线的形状显示为高斯函数型。然后，吸收线的形状被半辐值2γ赋予特征。
半辐值2γ依存于多普勒效应引起的多普勒宽度和压力的影响引起的压力幅度。目标成分的多普勒宽度αD由下式(1)所示。
【数式1】
&alpha; D = 7.16 &times; 10 - 7 &times; &nu; 0 T M - - - ( 1 )
这里，T为温度、M为目标成分的分子量、ν0表示吸收的中心波数。中心波数ν0是得到吸收线的峰的峰波长λ0的倒数。另一方面，目标成分的压力幅度αP由下式(2)表示。
【数式2】
&alpha; P = &Sigma; i ( &gamma; i &times; P i ) - - - ( 2 )
这里，γi是对共存气体Gi固有的常数，Pi表示共存气体Gi的分压。另外，目标成分也是共存气体的一种，αP上还被加上目标成分自身的贡献。这样，吸收线的形状依存于计测对象气体30的压力、温度、和共存气体的分压。
步骤S405中，由R算出部42计算出峰谷比R。峰谷比R是二次谐波成分的极小值的大小与极大值的大小的比值。图14的(A)中，示出二次谐波成分的极大和极小的。二次谐波成分的极大值的大小是基准线与位于基准线的正侧的峰的距离P。又，二次谐波成分的极小值的大小是基准线与位于基准线的负侧的峰的距离N。然后，通过P/N计算出峰谷比R。又，对于基本频率成分和三次以上的高次谐波成分也可以同样地确定极大值和极小值的大小。又，可以通过距离P和距离N的和、即P+N值来表示二次谐波成分的强度。
步骤S406中，通过测定装置22(测定部的一例)对计测对象气体30的温度(测定可能状态量的一例)进行测定。从测定装置22输出的信号S3被输入到计算机40的温度判定部46。温度判定部46基于信号S3判定计测对象气体30的温度。
步骤S407中，由第1判定部51对计测对象气体30的压力进行测定。第1判定部51基于峰谷比R与计测对象气体30的温度和压力的预先确定的关系，判定计测对象气体30的压力。
这里，采用图15的(A)～图16对峰谷比R与压力和温度之间的关系进行说明。
图15的(A)示出以水作为目标成分，在计测对象气体30的温度、共存气体的比率、和波长调制幅度保持为一定的条件下，一边使压力变化一边计测二次谐波成分的峰谷比R的结果。如图15的(A)所示，压力变化的话峰谷比R也变化。又，图示的压力范围中，压力与峰谷比R一一对应。因此，在计测对象气体30的温度、共存气体的比率、和波长调制幅度保持为一定的条件下，若计测峰谷比R，则可以采用图15的(A)所示的关系判定计测对象气体30的压力。
另一方面，图15的(B)示出以水为目标成分，在计测对象气体30的压力、共存气体的比率、和波长调制幅度保持为一定的条件下，一边使温度变化一边计测二次谐波成分的峰谷比R的结果。如图15的(B)所示，温度变化的话峰谷比R也变化。又，图示的温度范围中，温度与峰谷比R一一对应。因此，计测对象气体30的压力、共存气体的比率、和波长调制幅度保持为一定的条件下，若计测峰谷比R，则可以采用图15的(B)所示的关系判定计测对象气体30的温度。
图16是示出峰谷比R、温度、和压力之间预先确定的关系的图。图16中，Tk(k为下标，正整数)表示温度值，Ql(l为下标、正整数)表示压力值。又，Rkl表示峰谷比R的值。根据图16所示的关系，计测对象气体30的温度为Tk且压力为Ql的情况下，水(即，目标成分)的二次谐波成分的峰谷比为Rkl。例如，在由测定装置22的测定得到的温度为T3、根据二次谐波成分计算出的峰谷比R的值为R23的情况下，判定出计测对象气体30的压力为Q2。又，有由测定装置22的测定得到的温度与图16的Tk的任意一个都不完全一致的情况，和算出的峰谷比R与图16的Rkl的任意一个都不完全一致的情况。这种情况下，通过内插导出压力值。
图16所示的关系(预先确定的关系的一例)通过计测基准试样而预先取得，作为数据记录在存储部46中。基准试样是在组成中具有目标成分的试样。本实施方式中，基准试样是校正用气体，含有目标成分。波长调制幅度保持为一定，且一边使基准试样的压力和温度变化，一边计测二次谐波成分的峰谷比R。于是，被计测的峰谷比R以与计测时的温度和压力关联的状态被记录。因此，图16所示的关系是将计测对象气体30置换为基准试样时，压力和温度与峰谷比R满足的关系。这里，使对计测对象气体30的峰谷比R进行计测时的波长调制幅度与计测基准试样的峰谷比R时的波长调制幅度一致。
又，对照计测对象气体30的组成调整基准试样的组成。基准试样在认为是包含在计测对象气体30中的成分中，含有能够对目标成分的吸收线产生影响的成分。然后，调整基准试样中能够影响目标成分的吸收线的成分的比率，使其大致等于计测对象气体30中该成分的比率。由此，比较计测对象气体30和基准试样时，能够影响目标成分的吸收线的成分的比率即使稍许不同，基准试样中确定的峰谷比R、温度、压力的关系也可以适用于计测对象气体30。
图16所示的实例中，特定的共存气体(例如，氮气)占了计测对象气体30内的大部分，该特定的共存气体以外的共存气体对吸收线的影响，以能够测定本实施方式涉及的状态量的程度地尽可能地小。由此，温度和压力的测定能够几乎不依存于计测对象气体30中的水(即、目标成分)的浓度来实施。因此，即使水的浓度未知，采用图16所示的关系，也可以判定计测对象气体30的压力或温度。这里，某种共存气体成分的“对吸收线的影响以能够测定本实施方式涉及的状态量的程度地尽可能地小”是指该共存气体的影响度小。影响度的大小可以由各共存气体的分压、共存气体固有的常数(上述的γi)来评价。
总体来说，步骤S407中，由R算出部42算出的峰谷比R、和由测定装置22测定的温度被输入到第1判定部51。第1判定部51采用被输入的温度和峰谷比R，通过参照记录于存储部46的数据，基于温度和压力与峰谷比R的预先确定的关系，根据峰谷比R判定计测对象气体30的压力。
执行步骤S407之后，通过上述流程200对测定对象气体30的浓度进行测定。
二次谐波成分的强度，即P+N值，依存于计测对象气体30的压力和温度。图17示出以水为目标成分，在计测对象气体30的温度、共存气体的比率、和波长调制幅度保持为一定的条件下，一边使压力变化一边计测二次谐波成分的强度的结果。图17所示的结果与图15(A)所示的结果对应。图17中，二次谐波成分的强度表示为，在压力为105kPa的情况下其强度为1。如图17所示，水的二次谐波成分的强度随着压力增加而减少。由于压力的增加使吸收线的半辐值变宽，与之相对波长调制幅度为一定，这是强度减少的主要理由。这里，通过实例仅示出了二次谐波成分的强度依存于压力，但一般来说，高次谐波成分的强度不仅依存于压力也依存于温度。
因此，为了采用二次谐波成分的强度测定目标成分的浓度，也可以对应于压力和温度校正二次谐波成分的强度。与目标成分相关地预先取得校正所必要的信息，作为数据记录在存储部46。步骤S408中，浓度测定部45参照记录于存储部46的数据，对应于计测对象气体30的压力和温度校正二次谐波成分的P+N值。然后，浓度测定部45基于二次谐波信号的校正后的P+N值判定目标成分(本实施方式中为水)的浓度。
〔4.2：第4实施方式的作用效果〕
(1)
第4实施方式的气体计测装置1中，第1判定部51根据二次谐波成分的极小值的大小与极大值的大小的比值，即峰谷比R来判定压力。由此，与根据采用波长值的半辐值这样的值判定压力的情况相比，使提高压力测定的精度变得容易。于是，不采用专用的计测器，基于压力和峰谷比R的预先确定的关系来判定压力。由此，能够省略用于测定压力的装置，因此，压力的测定得以简化。其结果是能够削减成本。
(2)
气体计测装置1还包括对规定计测对象气体30的状态的温度进行测定的测定装置22。于是，第1判定部51采用峰谷比和测定的温度来判定压力。由此，根据气体计测装置1，测定的状态量为多个的情况下，可以减少使用的测定器的个数。
(3)
又，压力和峰谷比R的预先确定的关系是将计测对象气体30置换为基准试样时压力和峰谷比R所满足的关系，因此，校正用气体可用作为基准试样。由此，不需要准备特别的试样，即可以预先获知压力和峰谷比R的关系。
〔4：其他的实施方式〕
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离发明的要旨的范围内能够进行各种变更。尤其是本说明书记载的多个实施方式和变形例能够根据需要进行必要的组合。
(A)
上述实施方式中，作为基准试样使用的是被调整为规定的压力、规定的温度、和规定的浓度的气体。但是，只要可以确定得到期望的波长调制幅度时的峰谷比，不需限定基准试样的种类和形态。例如，基准试样可以是组成中具有包含于计测对象气体30的成分以外的成分的气体，或者是以具有吸收线的固体形成的过滤器。
又，虽然优选较好地控制基准试样的压力、温度、和含有的成分的浓度这些状态量，即使基准试样的状态量偏离期望的值，只要具有用于校正该偏离产生的影响的信息，即能够调整波长调制幅度。
(B)
上述实施方式中，由WMS取得二次谐波成分，从检测信号I1取得的频率成分也可以是以调制频率ω1振动的基本频率成分(特定的频率成分的一例)或者三次以上的高次谐波成分(特定的频率成分的一例)。频率成分的次数不是二次时，得到的光谱中的极小值和极大值的个数与二次的情况不同。这种情况下，从这些多个极值中选出任意的2个以上，通过采用它们之间的比值作为指标量，可以进行调制电流的设定。
又，上述实施方式中，二次谐波成分的两个极小值中，采用一个极小值计算出峰谷比R。但是，峰谷比R的算出中，也可以采用两个极小值的平均值。
(C)
上述实施方式中，采用峰谷比R作为与波长调制幅度对应，且对二次谐波成分的动作赋予特征的指标量。但是，对二次谐波成分的动作赋予特征的指标量也可以是峰谷比R以外的量。又，波长调制幅度的设定中也可以不使用指标量。
例如，以下说明的实施方式可以通过装置、方法、或者程序来实现。
这里说明的实施方式中，记录器41将激光的中心波长的值和二次谐波成分的值以相互关联的状态记录下来。记录器41被输入作为波形混合器12输出的信号的，表示主电流的主电流信号，和第1相位敏感检波装置18输出的二次谐波信号I3。记录器41基于主电流信号确定激光的中心波长的值，基于二次谐波信号I3确定二次谐波成分的值。然后，记录器41记录中心波长和二次谐波成分的值分别作为X值和Y值。
又，记录器41将激光的中心波长的值和检测信号I1的直流成分的值以相互关联的状态记录。
本项实施方式中，上述步骤S101中，从波形混合器12输出的主电流信号被输入到计算机40的记录器41。主电流信号被记录器41变换中心波长并记录。
又，上述步骤S103中，通过记录器41以与中心波长相关联的状态记录二次谐波成分。
又，通过步骤S101～S104的扫描，能够制作中心波长为X值、二次谐波成分为Y值的坐标图。图4的(A)和图4的(B)示出X值为中心波长、Y值为水的二次谐波成分时的坐标图。这些二次谐波成分坐标图表示中心波长和二次谐波成分的关系。
本项的实施方式中，对二次谐波成分的动作赋予特征的量，用于波长调制幅度的设定的指标量也可以不是峰谷比R。例如，指标量也可以是由中心波长为X值、高次谐波成分为Y值的X-Y坐标图上的面积确定的量。具体来说，可以采用X-Y坐标图上、高次谐波成分和基准线之间的区域的面积。更具体来说，高次谐波成分与基准线之间的区域中含有极小值的区域面积为AN、含有极大值的区域为AP时，指标量也可以是比AP/AN(参照图5)。
又，也可以判定作为基准的X-Y坐标图与设定波长调制幅度时得到的X-Y坐标图的一致度。例如，也可以采用期望的波长调制幅度中得到的X-Y坐标图作为基准，将其X-Y坐标图以X值和Y值的组的方式预先记录于存储部47中，与设定波长调制幅度时得到的X值和Y值进行比较。这种情况下，X-Y坐标图的一致度高于预先确定的阈值(规定条件的一例)是波长调制幅度的调整结束的条件。计算一致度时，X值和Y值的组存在多组，因此可以采用利用了多变量分析的比较。
又，本项的实施方式的说明中，中心波长从主电流信号被导出。但是，如上所述，被输入到光源2的驱动电流与被振荡的激光的波长的关系依存于半导体激光元件的特性。于是，在本项说明了实施方式中被导出的中心波长是基于主电流信号计算出的估算值。即、二次谐波成分为Y值的X-Y坐标图中，没有必要正确地确定中心波长的值，又，X值也可以不是中心波长的值。X-Y坐标图的X值可以是表示被输入到光源2的主输入的大小的值。
这里，主输入是被输入到光源2的信号，是在经过调制信号的1个周期的期间、强度大致保持的信号。作为主输入的一例，列举有上述的主电流信号。因此，X-Y坐标图的X值可以采用主电流的大小。
又，斜波电流强度相对于时间的增加比例已知的话，可以根据从扫描开始经过的时间来估计主电流的大小。即，知道第1相位敏感检波装置18取得到二次谐波成分的时刻的话，不采用主电流信号，就可以估计主电流的大小。由此，X-Y坐标图的X值也能够采用时间。例如，也可以控制第1相位敏感检波装置18和记录器41，从而以一定的时间间隔来执行第1相位敏感检波装置18的二次谐波成分的取得。由此，X-Y坐标图中的X值为时间。这种情况下，X值虽然为时间，但与作为主输入的主电流信号对应。
由此，本项中记载的实施方式涉及的气体计测装置可以以如下方式表达。气体计测装置是用于对计测对象气体进行计测的装置，具有光源、检测部、取得部、设定部。光源一边使具有与主电流对应的中心波长的激光的中心波长变化一边振荡根据调制电流调制了的激光。检测部根据透过了基准试样的激光的强度输出检测信号。取得部从检测信号中取得以调制信号的频率的正整数倍的频率振动的特定频率成分，并得到主输入与特定频率成分的关系。设定部设定激光的波长调制幅度，使得主输入与特定频率成分的关系满足规定条件。
这里，调制电流是上述表达中的“调制信号”的一例。又，二次谐波成分的X-Y坐标图是上述表达中的“主输入与特定频率成分的关系”的一例。又，上述表达中的“满足主输入与特定频率成分的关系的规定条件”是指在上述实施方式中峰谷比R等于目标值。又，如本项实施方式所示，该“规定条件”的一例是比AP/AN等于预先规定的值。又，“规定条件”的另外一例为上述那样的X-Y坐标图的形状一致度高于预先确定的阈值。
(D)
上述第1实施方式中，气体计测装置1自动地变更了调制电流的强度，使得峰谷比R等于目标值。但是，也能够以手动操作进行调制电流的调整。例如，使显示装置60显示表示峰谷比R与目标值的偏差的数值。然后，操作人员确认显示于显示装置60的数值，并通过输入装置70变更调制电流使显示的数值变为零。
又，上述第3实施方式中，通过由计算机40判断持续气体的计测的时间是否在规定时间以上，自动地开始波长调制幅度的设定。即，波长调制幅度被自动校正。但是，也可以不自动地开始波长调制幅度的设定。例如，也可以由操作人员判断是否有必要进行调制电流的调整。这种情况下，操作人员通过输入装置70向气体计测装置3发出指示。一旦被输入操作人员的指示，气体计测装置3即执行调制电流的设定。
(E)
上述第1实施方式中，波长调制幅度的设定作为气体计测装置1的初期调整来执行。但是，波长调制幅度的设定并不限于作为初期调整来执行的情况，也可以中断计测对象气体30的计测，并在将计测对象气体30更换为基准试样之后执行。
又，上述第3实施方式中，计测的持续时间与定期维护的周期进行比较，但计测的持续时间的比较基准可以任意确定。即，只要可以将波长调制幅度维持为确切的值，持续期间的比较基准也可以采用任意期间。
(F)
上述实施方式中，目标成分的浓度测定中，执行了斜波电流的扫描，也能够不进行斜波电流的扫描执行WMS。
(G)
上述实施方式中，波长调制幅度是考虑二次谐波成分相对于压力变化的变动率、和S/N比确定的。但是，也可以考虑这两个以外的因素来确定波长调制幅度。例如，也可以以气体计测装置1的分辨能力为基准来确定波长调制幅度。波长调制幅度大的情况下，恐怕目标成分以外的成分对激光的吸收会产生测定误差。因此，为了防止分辨能力的下降，也可以限制波长调制幅度的大小。
这样，波长调制幅度可以考虑二次谐波成分相对于压力变化的变动率、S/N比、和分辨能力来确定。但是，也可以不考虑这些因素的全部，可以仅考虑某一或某两个因素确定波长调制幅度。
因此，也可以不考虑二次谐波成分相对于压力变化的变动率即确定作为目标的波长调制幅度。这种情况下，也可以测定计测对象气体30的压力，并以压力校正二次谐波成分的强度。
(H)
上述的波长调制幅度的设定和浓度测定可以在存在计测对象气体30的现场执行，也可以通过采样计测对象气体30，在与现场不同的场所执行。根据这里公开的波长调制幅度的设定方法，波长测定装置不是必要的，因此，即使是在难以持入的波长测定装置的现场也可以进行波长调制幅度的设定。
(I)
上述第4实施方式中，由测定装置22测定温度、由第1判定部51测定压力。但是，也可以由测定装置22测定温度以外的状态量，又，由第1判定部51测定压力以外的状态量。
例如，也可由测定装置22测定压力(测定可能状态量的一例)、由第1判定部51测定温度(状态量的一例)。这种情况下，由R算出部42计算出的峰谷比R、和由测定装置22测定的压力被输入到第1判定部51。第1判定部51基于温度与峰谷比R的预先确定的关系，根据峰谷比R判定温度。更详细来说，第1判定部51采用被输入的压力和峰谷比R，通过参照记录于存储部46的数据，基于峰谷比R与温度和压力的预先确定的关系，判定计测对象气体30的温度。与上述的实施方式同样，图6所示的数据记录于存储部46，用作为预先确定的关系。
又，也可以通过第1判定部51测定包含于计测对象气体30的共存气体的分压(状态量的一例)。这种情况下，除了分压测定对象的成分分压之外的全部的状态量(能够测定的状态量的一例)通过测定装置22或除此之外的单元测定。又，事先准备基准试样，并一边使基准试样的压力、温度、和共存气体的分压变化，一边计测峰谷比R。试样这里，包含于基准试样的共存气体的种类需要与包含于计测对象气体30且有可能影响目标成分的吸收线的共存气体的种类一致。事先计测的峰谷比R的信息以与计测时的温度、压力、和共存气体的分压(状态量组的一例)相关联的状态记录于存储部46。测定共存气体的分压时，第1判定部51采用测定装置22或除此之外的单元测定的状态量、以及由R算出部42算出的峰谷比R，并参照存储部46的数据，判定特定的共存气体的分压。
这样，采用这里公开的方法，可以测定有可能影响目标成分的吸收线的共存气体的分压。进一步地，即使是在以上说明过的压力、温度、和共存气体的分压以外，有可能影响目标成分的吸收线的状态量也可以采用这里公开的方法进行测定。
(J)
上述第4实施方式中，压力和温度与峰谷比R的关系以数值数据来表示，但其关系也可以以数式来表示。例如，也可以预先准备以峰谷比R和温度为两个变量，以压力为输出的函数式(预先确定的关系的一例)。这种情况下，第1判定部51通过将测定装置22测定的温度和R算出部42算出的峰谷比R输入到函数来计算出压力。
(K)
上述第4实施方式中，取得用于计测对象气体30的状态量的判定的二次谐波成分时(即，图13的步骤S401～S404的步骤)使用的波长调制幅度，与取得用于浓度的测定的二次谐波成分时使用的波长调制幅度也可以不同。即，也可以对状态量的判定和浓度的测定分别采用最合适的波长调制幅度取得各自的二次谐波成分。由此，可以高精度地测定计测对象气体30的状态量和浓度。
(L)
上述第4实施方式中，计算机40包括：将由R算出部42算出的峰谷比R与目标值比较的比较部43、和在峰谷比R与目标值不同时，输出使调制电流的强度变化的控制信号S4的设定部44。又，第4实施方式中，图13所示的测定对象气体压力判定的流程图中，浓度测定流程200中包含有波长调制幅度调整流程100。但并不限定于此。计算机40也可以不包含比较部43和设定部44。又，测定对象气体压力的判定流程图中也可以省略波长调制幅度调整流程100。其可以适用于测定对象气体浓度测定预先了解最合适的波长调制幅度的情况等，尤其可以适用于不需要进行波长调制幅度的调整的情况。由此，可以缩短测定对象气体的状态量和浓度的测定时间。
(M)
上述实施方式的各处理可以通过硬件实现，也可以通过软件(包含与OS(OperatingSystem：操作***)、中间件、或者规定的程序库一起实现的情况。)实现。进一步地，上述实施方式的各处理也可以通过软件和硬件的混合处理来实现。
又，上述实施方式的处理方法的执行顺序并不一定限制为上述实施方式的记载，在不脱离发明主旨的范围内，也可以更换执行顺序。
又，用于执行上述实施方式的各处理的程序也能够记录于存储部47，也能够记录于能拆下的记录介质50。
工业上的可利用性
这里公开的波长调制幅度的设定方法可以实现波长调制幅度的设定中的作业简化，因此，在气体计测装置的领域中是有用的。

Claims (14)

1.一种气体计测装置(1，3)，其是用于对计测对象气体(30)进行计测的气体计测装置(1，3)，所述气体计测装置(1，3)的特征在于，具有：
光源(2)，所述光源(2)一边使具有与主电流对应的中心波长的激光的所述中心波长变化一边振荡根据调制电流调制了的激光；
检测部(14)，所述检测部(14)根据透过了基准试样的所述激光的强度输出检测信号(I1)；
取得部(18)，所述取得部(18)从所述检测信号(I1)中取得以所述调制电流的频率的正整数倍的频率振动的特定频率成分；
算出部(42)，所述算出部(42)计算出所述特定频率成分的极小值的大小与极大值的大小的比值；和
设定部(44)，所述设定部(44)设定所述激光的波长调制幅度，使得所述比值满足规定条件。
2.如权利要求1所述的气体计测装置(1，3)，其特征在于，
所述规定条件为与所述波长调制幅度一一对应的所述比值等于预先确定的目标值，
所述设定部(44)通过使所述调制电流的强度变化来设定所述波长调制幅度。
3.如权利要求2所述的气体计测装置(1，3)，其特征在于，
所述目标值是以使所述基准试样的压力变化时的、所述特定频率成分的变动率为基准来确定的。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的气体计测装置(3)，其特征在于，
所述气体计测装置(3)还具有计数部(80)，所述计数部(80)对所述计测对象气体(30)的计测持续的时间、即持续时间进行计数，
所述设定部(44)在所述持续时间达到规定时间以上时，设定所述波长调制幅度使得所述比值满足所述规定条件。
5.如权利要求1至4中的任意一项所述的气体计测装置(1，3)，其特征在于，
所述气体计测装置(1，3)还具有判定部(51)，所述判定部(51)基于规定所述计测对象气体(30)的状态的状态量与所述比值的预先确定的关系，根据所述比值判定所述状态量。
6.如权利要求5所述的气体计测装置(1，3)，其特征在于，
所述气体计测装置(1，3)还具有测定部(22)，所述测定部(22)对规定所述计测对象气体(30)的状态的一个或者多个能够测定的状态量进行测定，
所述判定部(51)采用所述比值和被测定到的所述一个或者多个能够测定的状态量来判定所述状态量。
7.如权利要求5或6所述的气体计测装置(1，3)，其特征在于，
所述状态量与所述比值的所述预先确定的关系是将所述计测对象气体(30)置换为基准试样时所述状态量与所述比值所满足的关系。
8.一种波长调制幅度的设定方法(100～400)，其是气体计测装置(1，3)中的所述激光的波长调制幅度的设定方法，
所述气体计测装置(1，3)具有光源(2)和检测部(14)，所述光源(2)振荡具有与主电流对应的中心波长、且根据调制电流调制了的激光，所述检测部(14)根据透过了计测对象气体(30)的所述激光的强度输出信号；
所述波长调制幅度的设定方法(100～400)的特征在于，具有如下步骤：
一边使所述中心波长变化一边从透过了基准试样的所述激光中取得检测信号(S102)；
从所述检测信号中取得以所述调制电流的频率的正整数倍的频率振动的特定频率成分(S103)；
计算出所述特定频率成分的极小值的大小与极大值的大小的比值(S105)；
设定所述激光的波长调制幅度，使得所述比值满足规定条件(S106)。
9.如权利要求8所述的波长调制幅度的设定方法(100～400)，其特征在于，
所述规定条件为与所述波长调制幅度一一对应的所述比值等于预先确定的目标值，
设定所述激光的波长调制幅度的步骤(S106)中，通过使所述调制电流的强度变化来设定所述波长调制幅度。
10.如权利要求9所述的波长调制幅度的设定方法(100～400)，其特征在于，
所述目标值是以使所述基准试样的压力变化时的、所述特定频率成分的变动率为基准来确定的。
11.如权利要求8至10中任意一项所述的波长调制幅度的设定方法(100～400)，其特征在于，
还包括：对所述计测对象气体(30)的计测持续的时间、即持续时间进行计数的步骤(S301)，
在所述持续时间达到规定时间以上时(S302)，设定所述波长调制幅度使得所述比值满足所述规定条件(100)。
12.如权利要求8至11中任意一项所述的波长调制幅度的设定方法(400)，其特征在于，
还包括：基于规定所述计测对象气体(30)的状态的状态量与所述比值的预先确定的关系，根据所述比值判定所述状态量的步骤(S407)。
13.如权利要求12所述的波长调制幅度的设定方法(400)，其特征在于，
还包括：对规定所述计测对象气体(30)的状态的一个或者多个能够测定的状态量进行测定的步骤(S406)，
判定所述状态量的步骤(S406)中，采用所述比值和被测定到的所述一个或者多个能够测定的状态量来判定所述状态量(S407)。
14.如权利要求12或13所述的波长调制幅度的设定方法(400)，其特征在于，
所述状态量与所述比值的所述预先确定的关系是将所述计测对象气体(30)置换为基准试样时所述状态量与所述比值所满足的关系。
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