JPH08128956A - ガス濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な構成で、精度良く雰囲気中の特定のガ
ス種の濃度を測定することのできるガス濃度測定装置を
提供する。 【構成】 濃度測定対象のガス種で吸収のある波長（＝
λ₁ ，…）の成分と測定対象気体に含まれるガス種によ
っては実質的に吸収のない波長（＝λ₀ ）の成分とを含
む光が光源１００から出力され、測定対象気体が収納さ
れた収納器２００に入射される。収納器２００を介した
波長＝λ₀ の光の強度は光検出部３００で検出され、こ
の検出結果に基づいて帰還部４００から駆動部５００を
介して光源１００の出力光強度が一定に制御される。光
源１００の出力光強度が一定に制御された後、波長＝λ
₁ ，…の光の強度が光検出部５００で検出され、この測
定結果に基づいて特定ガス種の濃度が測定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、雰囲気中の特定のガス
成分の濃度を測定するガス濃度測定装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】プローブとして光を採用して雰囲気中の
気体の特定ガス種の濃度を測定するガス濃度測定装置
は、環境計測や公害ガス計測の分野で広く使用されてい
る。こうした、従来から使用されている特定のガス種の
濃度を測定するガス濃度測定装置では、使用する受光素
子の数が１つか２つかによって２つのタイプに分類され
る。

【０００３】図８は、受光素子を１つ使用する、従来の
第１のタイプのガス濃度測定装置（以後、従来例１の装
置と呼ぶ）の代表的な構成図である。図８に示すよう
に、従来例１の装置は、（ａ）濃度測定対象である特定
のガス種による吸収がある波長（λ₁ ）を含む波長範囲
の成分の周期的（周期＝Ｔ₁ ）なパルス光を発生するハ
ロゲンランプを備える光源９１０と、（ｂ）一定の圧力
下で測定対象の気体を収納するとともに、光源９１０か
ら出力された光を端面９２１から入力し、内部雰囲気を
介した後、端面９２２から出力するガスチャンバ９２０
と、（ｃ）端面９２２から出力された光を入力し、波長
＝λ₁ と略同一の波長の光を選択して透過するバンドパ
スフィルタ（ＢＰＦ）９３０と、（ｄ）ＢＰＦ９３０を
介した光を受光し、受光した光の強度を検出し、検出し
た光強度に応じた電気信号を出力する焦電素子９４０
と、（ｅ）焦電素子９４０から出力された電気信号を入
力し、増幅して出力する増幅器９５０と、（ｆ）増幅器
９５０から出力された信号を入力し、周期＝Ｔ₁ に同期
する信号を抽出して出力するロックインアンプ９６０
と、（ｇ）ロックインアンプ９６０から出力された信号
を入力し、平滑化して出力する平滑回路９７０と、
（ｈ）平滑回路９７０から出力された信号を入力し、増
幅して出力する増幅器９５５と、（ｉ）増幅器９５５か
ら出力された信号を入力し、ガスチャンバ９２０に収納
された気体中における特定ガス種の濃度を求める処理部
９８０と、を備える。

【０００４】従来例１の装置では、光源９１０から出力
されたパルス光が、測定対象の気体が収納されたガスチ
ャンバ９２０に端面９２１から入力し、測定対象気体中
を進行後に端面９２２から出力される。端面９２２から
出力された光は、ＢＰＦ９３０で波長＝λ₁ と略同一の
波長成分が選択されて、この波長成分の強度が焦電素子
９４０で検出される。焦電素子９４０の検出結果である
電気信号は、増幅器９５０で増幅された後、ロックイン
アンプ９６０でパルス光の周期＝Ｔ₁ と同期する成分が
抽出され、平滑回路９７０で平滑化される。平滑化され
た信号は増幅器９５５で増幅され、処理部９８０に入力
する。処理部９８０は、入力した信号の振幅値から特定
ガス種（例えば、ＣＯ₂ ）の濃度を求める。

【０００５】図９は、受光素子を２つ使用する、従来の
第２のタイプのガス濃度測定装置（以後、従来例２の装
置と呼ぶ）の代表的な構成図である。図９に示すよう
に、従来例２の装置は、（ａ）濃度測定対象である特定
のガス種による吸収がある波長（λ₁ ）と測定対象の気
体中のガス種によっては実質的に吸収されない波長（λ
₂ ）を含む波長範囲の成分の周期的（周期＝Ｔ₁ ）なパ
ルス光を発生するハロゲンランプを備える光源９１０
と、（ｂ）一定の圧力下で測定対象の気体を収納すると
ともに、光源９１０から出力された光を端面９２６から
入力し、内部雰囲気を介した後、端面９２７から出力す
るガスチャンバ９２５と、（ｃ）端面９２７の領域９２
７₁ から出力された光を入力し、波長＝λ₁ と略同一の
波長の光を選択して透過するバンドパスフィルタ（ＢＰ
Ｆ）９３１、および、端面９２７の域９２７₂ から出力
された光を入力し、波長＝λ₂ と略同一の波長の光を選
択して透過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９３２
と、（ｄ）ＢＰＦ９３１を介した光を受光し、受光した
光の強度を検出し、検出した光強度に応じた電気信号を
出力する焦電素子９４１、およびＢＰＦ９３２を介した
光を受光し、受光した光の強度を検出し、検出した光強
度に応じた電気信号を出力する焦電素子９４２と、
（ｅ）焦電素子９４１から出力された電気信号を入力
し、増幅して出力する増幅器９５１、および焦電素子９
４２から出力された電気信号を入力し、増幅して出力す
る増幅器９５２と、（ｆ）増幅器９５１から出力された
信号を入力し、周期＝Ｔ₁ に同期する信号を抽出して出
力するロックインアンプ９６１、および増幅器９５１か
ら出力された信号を入力し、周期＝Ｔ₁ に同期する信号
を抽出して出力するロックインアンプ９６２と、（ｇ）
ロックインアンプ９６１から出力された信号を入力し、
平滑化して出力する平滑回路９７１、およびロックイン
アンプ９６２から出力された信号を入力し、平滑化して
出力する平滑回路９７２と、（ｈ）平滑回路９７１から
出力された信号と平滑回路９７２から出力された信号と
を入力し、平滑回路９７２から出力された信号の振幅値
に対する平滑回路９７１から出力された信号の振幅値の
比を演算し、演算結果の値に応じた振幅の信号を出力す
る割算器９９０と、（ｉ）割算器９９０から出力された
信号を入力し、増幅して出力する増幅器９５５と、
（ｊ）増幅器９５５から出力された信号を入力し、ガス
チャンバ９２０に収納された気体中における特定ガス種
の濃度を求める処理部９８５と、を備える。

【０００６】従来例２の装置では、光源９１０から出力
されたパルス光の波長＝λ₁ ，λ₂成分の光が、夫々個
別に従来例１と同様に、測定対象気体中を進行した後の
強度を検出し、平滑化される。平滑化された２つの信号
は割算器９９０に入力する。割算器９９０は、波長＝λ
₂ に関する信号の振幅値に対する波長＝λ₁ に関する信
号の振幅値の比を演算し、演算結果の値に応じた振幅の
信号を出力する。この演算結果の値は原理的には光源の
発生光量の変動に依存しない値であり、演算結果に応じ
た信号は、増幅器９５６により増幅された後に処理部９
８５に入力する。処理部９８５は、入力した信号の振幅
値から特定ガス種（例えば、ＣＯ₂ ）の濃度を求める。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のガス濃度測定装
置は上記のように構成されるので、次のような問題点が
あった。

【０００８】従来例１の装置では、光源の劣化等で光源
の発生光量が変化すれば、濃度測定対象のガス種の測定
対象気体中の濃度の値とは関係なく測定濃度に変化が生
じてしまうという問題点があった。

【０００９】また、従来例２の装置は、原理的には光源
の劣化等に伴う光源の発生光量の変化をキャンセル可能
な装置であるが、現状で入手可能な割算器は高価である
うえに温度安定度が悪いので、装置の設置環境温度が変
化する場合には正確な測定ができないという問題点があ
った。

【００１０】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、簡易な構成で、精度良く雰囲気中の特定のガス種の
濃度を測定することのできるガス濃度測定装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のガス濃度測定装
置は、（ａ）外部からの指示に応じた強度の所定の波長
範囲の成分を有する光を発生する光源と、（ｂ）一定の
圧力下で気体を収納するとともに、光源から出力された
光を第１の端面から内部に入力し、内部雰囲気を通過後
に第２の端面の第１の数の領域から夫々出力する収納器
と、（ｃ）収納器の第２の端面の第１の領域から出力さ
れた光を入力し、設定された第１の波長値と略同一の値
の波長の光の強度を検出する第１の光検出系を備える第
１の光検出部と、（ｄ）第１の光検出部から通知された
検出光強度と基準値との差の値に応じて光源に出力光の
強度を指示する帰還部と、（ｅ）収納器の第２の端面の
第１の領域を除く各領域ごとに配設された、夫々の領域
から出力された光から夫々の領域ごとに設定された波長
値と略同一の波長を有する光を選択し、選択された波長
の光の強度を検出する第１の数より１少ない数の光検出
系を備える第２の光検出部と、（ｆ）第２の光検出部か
ら通知された各波長ごとの光強度を収集し、収納器に収
納された気体の測定対象のガス種の濃度を求める処理部
と、を備えることを特徴とする。

【００１２】ここで、第１の波長値を有する光は収納器
に収納される気体中のガス種によって実質的に吸収され
ず、収納器の第２の端面の第１の領域を除く各領域ごと
設定された波長値を有する光は測定対象のガス種によっ
て吸収がある、ことを特徴としてもよい。

【００１３】また、第１の数は２であり、測定対象の
ガス種はＣＯ₂ またはＨ₂ Ｏであること、または、第
１の数は３であり、測定対象のガス種はＣＯ₂ およびＨ
₂ Ｏであることを特徴としてもよい。

【００１４】また、光源から出力される光はパルス光で
あることを特徴としてもよい。

【００１５】また、光検出系は、収納器の第２の端面
の対応する領域から出力された光を入力し、設定された
波長値と略同一の波長を有する光を選択して透過する波
長フィルタと、波長フィルタを透過した光を受光し、
受光した光の強度を検出する光検出器と、を備えること
を特徴としてもよい。

【００１６】

【作用】収納器内に所定の圧力下で測定対象気体を収納
後、本発明のガス濃度測定装置による測定対象気体中の
濃度測定対象のガス種（Ｎ種類のガス種）の濃度測定を
開始する。

【００１７】まず、濃度測定対象のガス種で吸収のある
光の波長（＝λ₁ 、…、λ_N ；互いに異なる波長値）と
測定対象気体に含まれるガス種によっては実質的に吸収
のない光の第１の波長（＝λ₀ ）とを含む光を初期強度
で光源が発生する。本発明では、光源から出射される光
は連続光であってもよいし、パルス光であってもよい。
ただし、パルス光を採用すれば、連続光による不安定要
因を軽減することができる。光源から出力された光は第
１の端面から収納器内へ入射し、測定対象気体で満たさ
れた雰囲気中を進行後に第２の端面から出射される。第
２の端面は仮想的に（Ｎ＋１）個の領域に分割され、全
ての領域から光が出射される。

【００１８】第１番目の領域から出射された光は第１の
光検出部に入力し、第１の光検出系によって、波長＝λ
₀ と略同一の波長の光の強度が検出され、この光検出強
度に応じた検出結果が帰還部に通知される。第１の光検
出系は、収納器の第２の端面の第１番目の領域から出
力された光を入力し、波長＝λ₀ と略同一の波長を有す
る光を選択して透過する波長フィルタと、波長フィル
タを透過した光を受光し、受光した光の強度を検出する
光検出器とを備えて構成することができる。

【００１９】帰還部では第１の光検出部から通知された
検出光強度と基準値との差を検出し、検出光強度が基準
値よりも大きい場合には出力光の強度の低減量を、検出
光強度が基準値よりも小さい場合には出力光の強度の増
加量を光源に指示する。この結果、光源−第１の光検出
部−帰還部−光源というフィードバックループが形成さ
れ、光源から出力される光の強度が一定値に制御され
る。

【００２０】収納器の第２の端面の第２〜（Ｎ＋１）番
目の領域から出射された光は、第２の光検出部に入力す
る。第２の光検出部では、第ｉ（ｉ＝２〜（Ｎ＋１））
番目の領域から出射された光を入力して、波長＝λ_i-1
と略同一の波長の光の強度が第ｉの光検出系で検出さ
れ、Ｎ個の光検出強度に応じた検出結果が処理部に通知
される。上記のフィードバック動作で、光源の出力光強
度が一定値となった後の第２の光検出部での検出結果
は、光源の出力光強度で規格化された値となっている。

【００２１】処理部は、光源の出力光強度が一定値とな
った後、第２の検出部から出力された検出結果を収集
し、収集結果に基づいて濃度測定対象のガス種の測定対
象気体中における濃度を求める。

【００２２】なお、濃度測定対象のガス種が１種の場合
には、このガス種で吸収のある波長の光の強度に応じた
検出系を光源の出力光強度を一定値に制御するフィード
バックループの要素として採用し、処理部で波長＝λ₀
に関する検出結果を収集して濃度測定対象のガス種の測
定対象気体中における濃度を求めることもできる。

【００２３】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明のガス濃度
測定装置の実施例を説明する。なお、図面の説明にあた
って同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。

【００２４】（第１実施例）図１は、本発明のガス濃度
測定装置の第１実施例の構成図である。本実施例の装置
は、大気中のＣＯ₂ の濃度を測定する。図１に示すよう
に、この装置は、（ａ）外部からの指示に応じた強度
で、波長＝４．３μｍの光成分および波長＝３．９μｍ
の光成分を有するパルス光を発生するハロゲン光源１０
０と、（ｂ）大気圧下で大気を収納するとともに、光源
１００から出力された光を端面２１０から内部に入力
し、内部雰囲気を通過後に端面２２０の領域２２１およ
び領域２２２から夫々出力する収納器２００と、（ｃ）
収納器２００の端面２２０の領域２２１から出力された
光を入力し、波長＝３．９μｍと略同一の値の波長の光
の強度を検出する光検出系３１０を備える光検出部３０
０と、（ｄ）光検出部３００から通知された光検出結果
と基準値との差の値に応じて光源１００に出力光の強度
を指示する帰還部４００と、（ｅ）収納器２００の端面
２２０の領域２２２から出力された光を入力し、波長＝
４．３μｍと略同一の値の波長の光の強度を検出する光
検出系５１０を備える光検出部５００と、（ｆ）光検出
部５００から通知された光検出結果を収集し、収納器２
００に収納された大気中のＣＯ₂ の濃度を求める処理部
７１０とを備える。なお、波長＝３．９μｍの光は大気
中のガス種では実質的に吸収が無く、波長＝４．３μｍ
の光は大気中のガス種ではＣＯ₂でのみ吸収が有る。

【００２５】光検出部３００は、光検出系３１０と、
光検出系３１０から出力された光強度検出信号を入力
して、パルス周期に同期後平滑化して出力する信号処理
部３２０とを備える。そして、光検出系３１０は、領
域２２１から出力された光を入力し、波長＝３．９μｍ
と略同一の波長の光を選択して出力する波長フィルタ３
１１と、波長フィルタ３１１を介した光を受光し、受
光した光の強度を検出する焦電素子３１２と、焦電素
子３１２から出力された光強度信号を増幅する増幅器３
１３とを備える。また、信号処理部３２０は、光検出
系３１０から出力された信号を入力し、パルス光の周期
と同期する成分を抽出するロックインアンプ３２１と、
ロックインアンプ３２１から出力された信号を入力
し、平滑化して出力する平滑回路３２２と、平滑回路
３２２から出力された信号を増幅する増幅器３２３とを
備える。

【００２６】帰還部４００は、光検出部３００から出
力された信号と基準値を比較して、差に応じた値の信号
を出力する比較回路４１０と、比較回路４１０から出
力した信号を光源１００のパルス光駆動態様に変換する
駆動回路４２０とを備える。そして、駆動回路４２０
は、比較回路４１０から出力された信号の態様を変換
する変換回路４２１と、変換回路４２１の出力信号を
周期的なパルス状とする点滅制御回路４２２とを備え
る。また、比較回路４１０は、図２に示すように、演算
増幅器４１１の負入力端子に光検出部３００から出力さ
れた信号が入力し、正入力端子に基準電圧が入力される
演算増幅器４１１を備え、基準電圧値は可変抵抗器４１
２によって可変となっている。

【００２７】光検出部５００は、光検出系５１０と、
光検出系５１０から出力された光強度検出信号を入力
して、パルス周期に同期後平滑化して出力する信号処理
部３２０とを備える。そして、光検出系５１０は、領
域２２２から出力された光を入力し、波長＝４．３μｍ
と略同一の波長の光を選択して出力する波長フィルタ５
１１と、波長フィルタ５１１を介した光を受光し、受
光した光の強度を検出する焦電素子３１２と、焦電素
子３１２から出力された光強度信号を増幅する増幅器３
１３とを備える。

【００２８】本実施例の装置は、以下のようにして大気
中のＣＯ₂ 濃度の測定を行う。

【００２９】収納器２００内に所定の圧力下で測定対象
気体である大気を収納後、本実施例のガス濃度測定装置
による大気中の濃度測定対象のガス種であるＣＯ₂ の濃
度測定を開始する。

【００３０】まず、ＣＯ₂ 光の波長λ₁ （＝４．３μ
ｍ）と大気中に含まれるガス種（ＣＯ₂ を含めて、
Ｎ₂ ，Ｏ₂ 等）によっては実質的に吸収のない波長λ₀
（＝３．９μｍ）とを含むパルス光を初期強度で光源が
発生する。光源１００から出力された光は端面２１０か
ら収納器２００内へ入射し、大気で満たされた雰囲気中
を進行後に端面２２０から出射される。端面２２０は仮
想的に２個の領域２２１、２２２に分割され、双方の領
域から光が出射される。

【００３１】領域２２１から出射された光は光検出部３
００に入力し、光検出系３１０によって、波長＝λ₀ と
略同一の波長の光の強度が検出される。光検出系３１０
では、波長フィルタ３１１で波長＝λ₀ と略同一の波長
の光を選択して透過した後、焦電素子３１２で受光強度
を検出し、受光強度に応じた強度検出信号を光検出系３
１０の出力信号として出力する。光検出系３１０から出
力された信号は、信号処理部３２０に入力する。信号処
理部３２０では、ロックインアンプ３２１が入力信号か
ら光源１００から出射されたパルス光の周期と同期する
成分を抽出後、平滑回路３２２で波形が平滑化された略
直流信号として、光検出部３００の出力信号として帰還
部４００へ向けて出力する。

【００３２】帰還部４００では、まず、比較回路４１０
が、設定された基準値と、光検出部３００の光検出結果
である入力した略直流信号の直流値とを比較して、差に
応じた出力信号を出力する。すなわち、光検出結果が基
準値よりも大きい場合には比較回路４１０の出力値の低
減を、光検出結果が基準値よりも小さい場合には比較回
路４１０の出力値の増加をして出力値を変化させる。比
較回路４１０から出力された信号は、駆動回路４２０を
介して光源１００への出力強度の指定信号として出力さ
れる。なお、本実施例の装置では、駆動回路４２０でパ
ルスの発生を行い、光源１００は通知された出力強度指
示信号の波形の形態に従って光を発生する。この結果、
光源１００−光検出部３００−帰還部４００−光源１０
０というフィードバックループが形成され、光源１００
から出力される光の強度が一定値に制御される。

【００３３】図３は、光源１００の出力光強度が一定に
制御された後の本実施例の装置の動作状況を示すタイミ
ングチャートである。以後、光源１００の出力光強度が
一定に制御された後の本実施例の装置の動作を説明す
る。

【００３４】収納器２００の端面２２０の領域２２２か
ら出射された光は、光検出部５００に入力し、光検出系
５１０によって、波長＝λ₁ と略同一の波長の光の強度
が検出される。光検出系５１０では、波長フィルタ５１
１で波長＝λ₁ と略同一の波長の光を選択して透過した
後、焦電素子５１２で受光強度を検出し、受光強度に応
じた強度検出信号を光検出系５１０の出力信号として出
力する。光検出系５１０から出力された信号は、信号処
理部５２０に入力する。信号処理部５２０では、ロック
インアンプ５２１が入力信号から光源１００から出射さ
れたパルス光の周期と同期する成分を抽出後、平滑回路
５２２で波形が平滑化された略直流信号として、光検出
部５００の出力信号として処理部７１０へ向けて出力す
る。

【００３５】処理部７１０は、光源の出力光強度が一定
値となった後、検出部５００から出力された検出結果を
収集し、収集結果に基づいてＣＯ₂ の大気中における濃
度を求める。

【００３６】上記の測定では、フィードバック動作で、
光源の出力光強度が一定値となった後の光検出部５００
での検出結果は、光源１００の出力光強度で規格化され
た値となっている。したがって、光源１００の時間経過
に発光特性の劣化等に拘らず、所定の照射光量に対する
光検出結果を得ることができるので、割算なしで精度の
良い安定した濃度測定ができる。

【００３７】また、本実施例の装置は、構成が簡易であ
り小型化に適しているので、空調機に組込まれるＣＯ₂
濃度センサとして適している。

【００３８】（第２実施例）図４は、本発明のガス濃度
測定装置の第２実施例の構成図である。本実施例の装置
は第１実施例と同様に大気中のＣＯ₂ の濃度を測定する
が、光強度検出以降の処理をマイクロプロセッサを備え
る処理部８２０で行う点が異なる。すなわち、本実施例
の装置は、（ａ）外部からの指示に応じた強度で、波長
＝４．３μｍの光成分および波長＝３．９μｍの光成分
を有するパルス光を発生するハロゲン光源１００と、
（ｂ）大気圧下で大気を収納するとともに、光源１００
から出力された光を端面２１０から内部に入力し、内部
雰囲気を通過後に端面２２０の領域２２１および領域２
２２から夫々出力する収納器２００と、（ｃ）収納器２
００の端面２２０の領域２２２から出力された光を入力
し、波長＝３．９μｍと略同一の値の波長の光の強度を
検出する光検出系３１０と、（ｄ）収納器２００の端面
２２０の領域２２２から出力された光を入力し、波長＝
４．３μｍと略同一の値の波長の光の強度を検出する光
検出系５１０と、（ｅ）光検出系３１０から通知された
光強度検出結果を入力して内部設定された基準値と比較
し、光強度検出結果と基準値との差の値に応じて光源１
００に出力光の強度の変更を指示するとともに、光源１
００に出力光の強度が一定となった後に光検出系５１０
から通知された光強度検出結果に基づいてＣＯ₂ 濃度を
求める処理部８００と、を備える。

【００３９】処理部８００は、光検出系３１０から出
力された光強度検出結果とあらかじめ内部設定された基
準値とを比較し、光検出系３１０から出力された光強度
検出結果が基準値と同一となるように光源１００に出力
光強度の変更を指示する光量制御部８１０と、光検出
系５１０から出力された光強度検出結果を収集し、収集
結果に基づいてＣＯ₂ 濃度を求める濃度測定部８２０
と、を備える。そして、光量制御部８１０は、光検出
系３１０から出力された光強度検出信号を入力し、デジ
タルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ
Ｃ）８１１と、変換されたデジタルデータと内部設定
された基準値との比較を行い、光源１００に指示する出
力光強度を算出する比較部８１２と、比較部８１２か
ら通知された出力光強度を振幅値とする１Ｈｚのパルス
を生成するパルス生成部８１３と、パルス生成部８１
３から通知された信号を光源１００の駆動態様に変換す
る駆動回路８１４と、を備える。また、濃度測定部８２
０は、光検出系５１０から出力された光強度検出信号
を入力し、デジタルデータに変換するアナログ−デジタ
ル変換器（ＡＤＣ）８２１と、変換されたデジタルデ
ータに基づいてＣＯ₂濃度を求める濃度処理部８２２と
を備える。

【００４０】本実施例の装置は、以下のようにして大気
中のＣＯ₂ 濃度の測定を行う。

【００４１】処理部８００の比較部８１２の基準値を設
定し、収納器２００内に所定の圧力下で測定対象気体で
ある大気を収納後、本実施例のガス濃度測定装置による
大気中の濃度測定対象のガス種であるＣＯ₂ の濃度測定
を開始する。

【００４２】まず、ＣＯ₂ 光の波長λ₁ （＝４．３μ
ｍ）と大気中に含まれるガス種（ＣＯ₂ を含めて、
Ｎ₂ ，Ｏ₂ 等）によっては実質的に吸収のない波長λ₀
（＝３．９μｍ）とを含むパルス光を初期強度で光源が
発生する。光源１００から出力された光は端面２１０か
ら収納器２００内へ入射し、大気で満たされた雰囲気中
を進行後に端面２２０から出射される。端面２２０は仮
想的に２個の領域２２１、２２２に分割され、双方の領
域から光が出射される。

【００４３】領域２２１から出射された光は、光検出系
３１０によって、波長＝λ₀ と略同一の波長の光の強度
が検出される。光検出系３１０では、波長フィルタ３１
１で波長＝λ₀ と略同一の波長の光を選択して透過した
後、焦電素子３１２で受光強度を検出し、受光強度に応
じた強度検出信号を光検出系３１０の出力信号として出
力する。光検出系３１０から出力された信号は、処理部
８００の光量制御部８１０に入力する。光量制御部８１
０では、まず、ＡＤＣ８１１が光検出系３１０からの出
力信号を入力してデジタルデータ化する。デジタルデー
タは比較部８１２で平滑化が施された後、設定済みの基
準値と比較し、比較結果から光源１００が出力すべき光
強度を算出する。この算出結果は、パルス生成部８１３
に通知され、算出結果を反映した振幅の１Ｈｚのパルス
が生成される。パルス生成部８１３から出力されたパル
ス信号は、駆動回路８１４を介して光源１００に通知さ
れる。この結果、光源１００−光検出系３１０−光量制
御８１０−光源１００というフィードバックループが形
成され、光源１００から出力される光の強度が一定値に
制御される。

【００４４】収納器２００の端面２２０の領域２２２か
ら出射された光は、光検出系５１０によって、波長＝λ
₁ と略同一の波長の光の強度が検出される。光検出系５
１０では、波長フィルタ５１１で波長＝λ₁ と略同一の
波長の光を選択して透過した後、焦電素子５１２で受光
強度を検出し、受光強度に応じた強度検出信号を光検出
系５１０の出力信号として出力する。光検出系５１０か
ら出力された信号は、処理部８００の濃度測定部８２０
に入力する。光源１００の出力光強度が一定となった
後、濃度測定部８２０では、光検出系５１０から出力さ
れた信号をＡＤＣ８２１でデジタルデータに変換後、濃
度処理部８２２でデジタルデータを平滑化し、平滑後の
値からＣＯ₂ 濃度を算出する。

【００４５】上記の測定では、フィードバック動作で、
光源の出力光強度が一定値となった後の光検出系５１０
での光強度検出結果は、光源１００の出力光強度で規格
化された値となっている。したがって、第１実施例と同
様に、光源１００の時間経過に発光特性の劣化等に拘ら
ず、所定の照射光量に対する光検出結果を得ることがで
きるので、精度の良い安定した濃度測定ができる。

【００４６】また、本実施例の装置は、第１実施例より
も構成が簡易であり、更に小型化に適しているので、空
調機に組込まれるＣＯ₂ 濃度センサとして好適である。

【００４７】（第３実施例）図５は、本発明のガス濃度
測定装置の第３実施例の構成図である。本実施例の装置
は、第１実施例の大気中のＣＯ₂ の濃度に加えて大気中
のＨ₂ Ｏの濃度を測定する。図５に示すように、本実施
例の装置は、第１実施例の装置において収納器２００の
端面２２０を仮想的に３個の領域（２２１〜２２３）に
分割し、領域２２３から出力された光から大気のガス成
分中Ｈ₂ Ｏでのみ吸収がある波長λ₂（＝５．５μｍ）
と略同一の波長の光強度を検出する光検出部６００を更
に備える。また、光源として、波長＝λ₀ ，λ₁ ，λ₂
の３種の成分を含む光を発生する光源１００を採用する
とともに、ＣＯ₂ 濃度に加えてＨ₂ Ｏ濃度を求める処理
部７３０を採用する。

【００４８】光検出部６００は、光検出系６１０と、
光検出系６１０から出力された光強度検出信号を入力
して、パルス周期に同期後平滑化して出力する信号処理
部３２０とを備える。そして、光検出系６１０は、領
域２２３から出力された光を入力し、波長＝５．５μｍ
と略同一の波長の光を選択して出力する波長フィルタ６
１１と、波長フィルタ６１１を介した光を受光し、受
光した光の強度を検出する焦電素子３１２と、焦電素
子３１２から出力された光強度信号を増幅する増幅器３
１３とを備える。

【００４９】本実施例の装置は、以下のようにして大気
中のＣＯ₂ 濃度およびＨ₂ Ｏ濃度の測定を行う。図６
は、光源１００の出力光強度が一定に制御された後の本
実施例の装置の動作状況を示すタイミングチャートであ
る。

【００５０】本実施例の装置では、第１実施例と同様に
して、光源１００の発生強度を一定に制御する。そし
て、ＣＯ₂ 濃度については第１実施例と同様にして測定
を行う。このＣＯ₂ 濃度の測定と並行して、次のように
して収納器２００に収納された大気中のＨ₂ Ｏ濃度を測
定する。

【００５１】収納器２００の端面２２０の領域２２３か
ら出射された光は、光検出部６００に入力し、光検出系
６１０によって、波長＝λ₂ と略同一の波長の光の強度
が検出される。光検出系６１０では、波長フィルタ６１
１で波長＝λ₂ と略同一の波長の光を選択して透過した
後、焦電素子３１２で受光強度を検出し、受光強度に応
じた強度検出信号を光検出系６１０の出力信号として出
力する。光検出系６１０から出力された信号は、信号処
理部３２０に入力する。信号処理部３２０では、ロック
インアンプ３２１が入力信号から光源１００から出射さ
れたパルス光の周期と同期する成分を抽出後、平滑回路
３２２で波形が平滑化された略直流信号として、光検出
部６００の出力信号として処理部７３０へ向けて出力す
る。

【００５２】処理部７３０は、光源の出力光強度が一定
値となった後、検出部６００から出力された検出結果を
収集し、収集結果に基づいてＨ₂ Ｏの大気中における濃
度を求める。

【００５３】本実施例の装置での測定でも第１実施例と
同様に、フィードバック動作で、光源の出力光強度が一
定値となった後の光検出部５００および光検出部６００
での検出結果は、光源１００の出力光強度で規格化され
た値となっている。したがって、光源１００の時間経過
に発光特性の劣化等に拘らず、所定の照射光量に対する
光検出結果を得ることができるので、割算なしで精度の
良い安定した濃度測定ができる。

【００５４】（第４実施例）図７は、本発明のガス濃度
測定装置の第３実施例の構成図である。本実施例の装置
は、第２実施例の大気中のＣＯ₂ の濃度に加えて大気中
のＨ₂ Ｏの濃度を測定する。図７に示すように、本実施
例の装置は、第３実施例の装置において収納器２００の
端面２２０を仮想的に３個の領域（２２１〜２２３）に
分割し、領域２２３から出力された光から大気のガス成
分中Ｈ₂ Ｏでのみ吸収がある波長λ₂（＝５．５μｍ）
と略同一の波長の光強度を検出する光検出系６１０を更
に備える。また、光源として、波長＝λ₀ ，λ₁ ，λ₂
の３種の成分を含む光を発生する光源１００を採用する
とともに、ＣＯ₂ 濃度に加えてＨ₂ Ｏ濃度を求める濃度
処理部８３０を備える処理部８５０を採用する。

【００５５】濃度処理部８３０は、光検出系６１０か
ら出力された光強度検出信号を入力し、デジタルデータ
に変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）８３１
と、変換されたデジタルデータに基づいてＨ₂ Ｏ濃度
を求める濃度処理部８３２とを備える。

【００５６】本実施例の装置は、以下のようにして大気
中のＣＯ₂ 濃度およびＨ₂ Ｏ濃度の測定を行う。

【００５７】本実施例の装置では、第１実施例と同様に
して、光源１００の発生強度を一定に制御する。そし
て、ＣＯ₂ 濃度については第１実施例と同様にして測定
を行う。このＣＯ₂ 濃度の測定と並行して、次のように
して収納器２００に収納された大気中のＨ₂ Ｏ濃度を測
定する。

【００５８】収納器２００の端面２２０の領域２２３か
ら出射された光は、光検出系６１０によって、波長＝λ
₂ と略同一の波長の光の強度が検出される。光検出系６
１０では、波長フィルタ６１１で波長＝λ₂ と略同一の
波長の光を選択して透過した後、焦電素子３１２で受光
強度を検出し、受光強度に応じた強度検出信号を光検出
系６１０の出力信号として出力する。光検出系６１０か
ら出力された信号は、濃度測定部８３０に入力する。光
源１００の出力光強度が一定となった後、濃度測定部８
３０では、光検出系６１０から出力された信号をＡＤＣ
８３１でデジタルデータに変換後、濃度処理部８３２で
デジタルデータを平滑化し、平滑後の値からＨ₂ Ｏ濃度
を算出する。

【００５９】上記の測定では、フィードバック動作で、
光源の出力光強度が一定値となった後の光検出系５１０
および光検出系６１０での光強度検出結果は、光源１０
０の出力光強度で規格化された値となっている。したが
って、第１実施例と同様に、光源１００の時間経過に発
光特性の劣化等に拘らず、所定の照射光量に対する光検
出結果を得ることができるので、精度の良い安定した濃
度測定ができる。

【００６０】また、本実施例の装置は、同様の機能を果
たす第３実施例よりも構成が簡易であり、更に小型化に
適しているので、空調機に組込まれるＣＯ₂ 濃度および
Ｈ₂Ｏ濃度センサとして好適である。

【００６１】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく変形が可能である。例えば、上記実施例は、大
気中の特定ガス種（ＣＯ₂ ，Ｈ₂ Ｏ）の濃度測定例につ
いて示したが、測定対象気体は大気以外でも本発明の適
用は可能であるし、濃度測定対象ガスは、ＣＯなどであ
ってもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明のガ
ス濃度測定装置によれば、測定対象気体に含まれるガス
種によっては実質的に吸収されない波長の光の測定気体
通過後の光強度を検出し、光源にフィードバックするこ
とにより光源が発生する光強度を一定に制御する。そし
て、光源の出力光強度が一定となった後、濃度測定対象
ガス種によって吸収のある波長の光の測定対象気体を通
過後の強度を測定して、濃度測定対象ガス種の濃度を測
定するので、光源の出力光強度の変化に拘らず、小型化
に適した簡易な構成で精度の良い濃度測定をすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のガス測定装置の構成図で
ある。

【図２】第１実施例のガス測定装置の比較回路の要部の
構成図である。

【図３】第１実施例のガス測定装置の動作のタイミング
チャートである。

【図４】本発明の第２実施例のガス測定装置の構成図で
ある。

【図５】本発明の第３実施例のガス測定装置の構成図で
ある。

【図６】第３実施例のガス測定装置の動作のタイミング
チャートである。

【図７】本発明の第４実施例のガス測定装置の構成図で
ある。

【図８】従来のガス測定装置の構成図である。

【図９】従来のガス測定装置の構成図である。

【符号の説明】

１００…光源、２００…収納器、３００，５００，６０
０…光検出部、３１０，５１０，６１０…光検出系、３
１１，５１１，６１１…波長フィルタ、３１２…焦電素
子、３２０…信号処理部、３２１…ロックインアンプ、
３２２…平滑回路、４００…帰還部、４１０…比較回
路、４２０…駆動回路、７１０，７３０…処理部、８０
０，８５０…処理部、８１０…光量制御部、８２０，８
３０…濃度測定部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部からの指示に応じた強度の所定の波
   長範囲の成分を有する光を発生する光源と、 一定の圧力下で気体を収納するとともに、前記光源から
   出力された光を第１の端面から内部に入力し、内部雰囲
   気を通過後に第２の端面の複数である第１の数の領域か
   ら出力する収納器と、 前記収納器の前記第２の端面の第１の領域から出力され
   た光を入力し、設定された第１の波長値と略同一の値の
   波長の光の強度を検出する第１の光検出系を備える第１
   の光検出部と、 前記第１の光検出部から通知された検出光強度値と基準
   値とを比較し、前記第１の検出部から通知された検出光
   強度値と基準値とが同一となるように前記光源に出力光
   の強度を指示する帰還部と、 前記収納器の前記第２の端面の前記第１の領域を除く各
   領域ごとに配設された、夫々の領域から出力された光か
   ら前記夫々の領域ごとに設定された波長値と略同一の波
   長を有する光を選択し、選択された波長の光の強度を検
   出する第１の数より１少ない数の光検出系を備える第２
   の光検出部と、 前記第２の光検出部から通知された各波長ごとの光強度
   値を収集し、前記収納器に収納された気体の測定対象の
   ガス種の濃度を求める処理部と、 を備えることを特徴とするガス濃度測定装置。
2. 【請求項２】 前記第１の波長値を有する光は前記収納
   器に収納される気体中のガス種によって実質的に吸収さ
   れず、前記収納器の前記第２の端面の前記第１の領域を
   除く各領域ごと設定された波長値を有する光は測定対象
   のガス種によって吸収がある、ことを特徴とする請求項
   １記載のガス濃度測定装置。
3. 【請求項３】 前記第１の数は２であり、測定対象のガ
   ス種はＣＯ₂ またはＨ₂ Ｏである、ことを特徴とする請
   求項１記載のガス濃度測定装置。
4. 【請求項４】 前記第１の数は３であり、測定対象のガ
   ス種はＣＯ₂ およびＨ₂ Ｏである、ことを特徴とする請
   求項１記載のガス濃度測定装置。
5. 【請求項５】 前記光源から出力される光はパルス光で
   ある、ことを特徴とする請求項１記載のガス濃度測定装
   置。
6. 【請求項６】 前記光検出系は、 前記収納器の第２の端面の対応する領域から出力された
   光を入力し、設定された波長値と略同一の波長を有する
   光を選択して透過する波長フィルタと、 前記波長フィルタを透過した光を受光し、受光した光の
   強度を検出する光検出器と、 を備えることを特徴とする請求項１記載のガス濃度測定
   装置。