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公開番号2024176082
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023094312
出願日2023-06-07
発明の名称レーザ式ガス分析計及びレーザ式ガス分析方法
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類G01N 21/39 20060101AFI20241212BHJP(測定;試験)
要約【課題】本開示は、レーザ発光波長制御のずれを抑制するレーザ式ガス分析計を提供する。
【解決手段】波長可変レーザ分光法及び波長変調光分光法により測定対象空間に存在する測定対象ガスのガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計であって、レーザ素子と、変調光生成部と、を有する発光部と、受光信号処理部を有する受光部と、を備え、受光信号処理部は、ロックイン検波の入力信号の位相を検出する機能と、前記入力信号と参照信号の位相差を所望の値に一定に調整する機能と、を有する位相調整部を備え、前記発光部は、前記受光信号処理部で入力信号と参照信号の位相差を調整したロックイン検波波形のX波、Y波又は前記X波及び前記Y波を組み合わせた波形から吸収ピーク位置を取得し、波長掃引の所定のタイミングに吸収ピーク波長が合うようにレーザ温度設定を行って、レーザ素子の発光波長制御を行うレーザ式ガス分析計。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
波長可変レーザ分光法及び波長変調光分光法により測定対象空間に存在する測定対象ガスのガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計であって、
前記測定対象ガスの吸収スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域のレーザ光を出射するレーザ素子と、
前記測定対象ガスの吸収スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域で波長が掃引され、かつ変調周波数により変調されるように駆動電流を前記レーザ素子に供給するレーザ素子駆動部及び前記レーザ素子の温度を制御するレーザ素子温調部からなる変調光生成部と、
を有する発光部と、
前記測定対象空間を通過した前記レーザ光を受光する受光素子と、
前記受光素子から出力された検出信号に対し、前記変調周波数又は前記変調周波数の逓倍の周波数の信号成分を取得する受光信号取得部及び取得した信号をロックイン検波して、得られたロックイン検波波形の振幅に基づいて測定対象ガスの分析を行う演算処理部からなる受光信号処理部と、
を有する受光部と、
を備え、
前記受光信号処理部は、ロックイン検波の入力信号の位相を検出する入力信号位相検出部と、前記入力信号と参照信号の位相差を所望の値に一定に調整する参照信号位相設定部と、を備え、
前記発光部は、前記受光信号処理部で入力信号と参照信号の位相差を調整したロックイン検波波形のＸ波、Ｙ波又は前記Ｘ波及び前記Ｙ波を組み合わせた波形から吸収ピーク位置を取得し、波長掃引の所定のタイミングに吸収ピーク波長が合うようにレーザ温度設定を行って、レーザ素子の発光波長制御を行う、
レーザ式ガス分析計。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
前記受光信号処理部は、ロックイン検波波形Ｘ波、Ｙ波の吸収ピークが同じ向き、かつ両方の波形の振幅がバランスするように一定に調整し、Ｘ波、Ｙ波を平均することでベースライン歪みを打ち消した平均波形の振幅に基づいて測定対象ガスの分析を行う、
請求項１に記載のレーザ式ガス分析計。
【請求項３】
波長可変レーザ分光法及び波長変調光分光法により測定対象空間に存在する測定対象ガスのガス濃度を測定するレーザ式ガス分析方法であって、
（ａ）レーザ素子から、前記測定対象ガスの吸収スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域を含み、前記測定対象ガスの吸収スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域で波長が掃引され、かつ変調周波数により変調されるように検出光を出射する工程と、
（ｂ）受光素子により、前記測定対象空間を通過した前記検出光を受光する工程と、
（ｃ）前記受光素子から出力された検出信号に対し、前記変調周波数又は前記変調周波数の逓倍の周波数の信号成分を取得し、取得した信号をロックイン検波して、得られたロックイン検波波形の振幅に基づいて測定対象ガスの分析を行う工程と、
を含み、
前記（ｃ）工程は、
ロックイン検波の入力信号の位相を検出する工程と、
前記入力信号と参照信号の位相差を所望の値に一定に調整する工程と、
を含み、
前記（ａ）工程は、
入力信号と参照信号の位相差を調整したロックイン検波波形のＸ波、Ｙ波又は前記Ｘ波及び前記Ｙ波を組み合わせた波形から吸収ピーク位置を取得する工程と、
波長掃引の所定のタイミングに吸収ピーク波長が合うようにレーザ温度設定を行って、前記レーザ素子の発光波長制御を行う工程と、
を含む、
レーザ式ガス分析方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ式ガス分析計及びレーザ式ガス分析方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、波長可変レーザ分光法及び波長変調光分光法により、測定対象空間に存在する測定対象ガスのガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－１０６７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ式ガス分析計により測定を行っている環境において、例えば、周囲温度が変化するとロックイン検波波形が変形する場合がある。ロックイン検波波形が変形すると、レーザ発光波長制御がずれる場合がある。
【０００５】
本開示は、レーザ発光波長制御のずれを抑制するレーザ式ガス分析計を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一の態様によれば、波長可変レーザ分光法及び波長変調光分光法により測定対象空間に存在する測定対象ガスのガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計であって、前記測定対象ガスの吸収スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域のレーザ光を出射するレーザ素子と、前記測定対象ガスの吸収スペクトルの光吸収波長を含む波長帯域で波長が掃引され、かつ変調周波数により変調されるように駆動電流を前記レーザ素子に供給するレーザ素子駆動部及び前記レーザ素子の温度を制御するレーザ素子温調部からなる変調光生成部と、を有する発光部と、前記測定対象空間を通過した前記レーザ光を受光する受光素子と、前記受光素子から出力された検出信号に対し、前記変調周波数又は前記変調周波数の逓倍の周波数の信号成分を取得する受光信号取得部及び取得した信号をロックイン検波して、得られたロックイン検波波形の振幅に基づいて測定対象ガスの分析を行う演算処理部からなる受光信号処理部と、を有する受光部と、を備え、前記受光信号処理部は、ロックイン検波の入力信号の位相を検出する入力信号位相検出部と、前記入力信号と参照信号の位相差を所望の値に一定に調整する参照信号位相設定部と、を備え、前記発光部は、前記受光信号処理部で入力信号と参照信号の位相差を調整したロックイン検波波形のＸ波、Ｙ波又は前記Ｘ波及び前記Ｙ波を組み合わせた波形から吸収ピーク位置を取得し、波長掃引の所定のタイミングに吸収ピーク波長が合うようにレーザ温度設定を行って、レーザ素子の発光波長制御を行うレーザ式ガス分析計を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示のレーザ式ガス分析計によれば、レーザ発光波長制御のずれを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、本実施形態に係るレーザ式ガス分析計の構成を示す図である。
図２は、本実施形態に係るレーザ式ガス分析計における変調光生成部及び受光信号処理部の概略構成を示す図である。
図３は、本実施形態に係るレーザ式ガス分析計におけるロックイン検波部の概略構成を示す図である。
図４は、本実施形態に係るレーザ式ガス分析計における信号波形及び同期信号のタイムチャートを示す図である。
図５は、本実施形態に係るレーザ式ガス分析計における入力信号から位相検出する方法の一例を示す図である。
図６は、レーザ式ガス分析計におけるガスの吸収による乗算波形の位相シフトの一例を示す図である。
図７は、レーザ式ガス分析計における２位相ロックイン検波における出力信号と位相の関係を示す図である。
図８は、レーザ式ガス分析計における入力信号と参照信号の位相差による検波波形の変化の一例を示す図である。
図９は、レーザ式ガス分析計における波形の位相シフトにより吸収ピークの検出位置がずれる一例を示す図である。
図１０は、本実施形態に係るレーザ式ガス分析計における位相調整したロックイン検波波形の一例を示す図である。
図１１は、本実施形態に係るレーザ式ガス分析計におけるＸＹ平均波形により吸収ピーク取得位置の誤差を低減する一例を示す図である。
図１２は、本実施形態に係るレーザ式ガス分析計におけるＸＹ平均波形によりベースライン歪みを打ち消す一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１０】
なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の又は対応する機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する場合がある。また、理解を容易にするために、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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