專利名稱：氣體計(jì)測(cè)裝置和氣體計(jì)測(cè)裝置的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于波長(zhǎng)可調(diào)激光吸收光譜法和波長(zhǎng)調(diào)制光譜法的氣體計(jì)測(cè)裝置、以及氣體計(jì)測(cè)裝置中激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法。
背景技術(shù)：
以往已知有用于波長(zhǎng)可調(diào)激光吸收光譜法(Tunable LaserAbsorptionSpectroscopy (TLAS))的氣體計(jì)測(cè)裝置。用于TLAS的激光器振蕩波長(zhǎng)和強(qiáng)度與驅(qū)動(dòng)電流和溫度對(duì)應(yīng)的激光。通過(guò)使激光器振蕩的激光透過(guò)計(jì)測(cè)對(duì)象氣體、并檢測(cè)透過(guò)激光，來(lái)對(duì)氣體進(jìn)行計(jì)測(cè)。例如，對(duì)包含于氣體的測(cè)定對(duì)象成分的濃度進(jìn)行測(cè)定。
透過(guò)了計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的激光的強(qiáng)度與激光器振蕩的激光的強(qiáng)度的比值為透過(guò)率T,透過(guò)率T為T=exp (- ε cl)。這里，ε表示測(cè)定對(duì)象成分的摩爾吸收系數(shù),c表示測(cè)定對(duì)象成分的濃度，I表示光路長(zhǎng)。另外，已知摩爾吸收系數(shù)ε依存于計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的溫度，吸收線形依存于溫度、壓力、以及共存在氣體內(nèi)的各成分的分壓。如果已經(jīng)知道摩爾吸收系數(shù)ε和吸收線形如何依存于溫度、壓力、共存于氣體內(nèi)的各成分的分壓、以及光路長(zhǎng)1，則通過(guò)實(shí)測(cè)透過(guò)率T可以判定測(cè)定對(duì)象成分的濃度。
為了使用TLAS來(lái)計(jì)測(cè)氣體，有時(shí)使用波長(zhǎng)調(diào)制光譜法(WavelengthModulationSpectroscopy (WMS))。WMS中，使激光的驅(qū)動(dòng)電流或溫度變化，使波長(zhǎng)和強(qiáng)度被調(diào)制了的激光振蕩。使被調(diào)制后的激光透過(guò)計(jì)測(cè)對(duì)象氣體，檢測(cè)透過(guò)激光?；诒粰z測(cè)了的激光生成檢測(cè)信號(hào)。進(jìn)一步地，檢測(cè)信號(hào)中的特定成分被相位敏感檢波，用被檢波了的特定成分，對(duì)測(cè)定對(duì)象成分的濃度進(jìn)行測(cè)定(例如，參照專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)I專利第2703835號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2專利第4467674號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
使用麗S的情況下，波長(zhǎng)的調(diào)制程度可以由波長(zhǎng)調(diào)制幅度來(lái)顯示。氣體的計(jì)測(cè)中為了確保精度，需要確切地設(shè)定該波長(zhǎng)調(diào)制幅度。主要原因在于波長(zhǎng)調(diào)制幅度是決定裝置的分辨能力和信號(hào)雜音比(以 下、也稱為S/N比)的因素。
波長(zhǎng)調(diào)制幅度由包含于驅(qū)動(dòng)電流中的調(diào)制電流的強(qiáng)度決定的。因此，為了設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度，需要設(shè)定調(diào)制電流的強(qiáng)度。這里，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電流的波長(zhǎng)變化率，即激光波長(zhǎng)的變化相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電流強(qiáng)度的變化的比值具有對(duì)于每個(gè)激光元件都不同的特性。即，每個(gè)氣體計(jì)測(cè)裝置的最合適的調(diào)制電流的強(qiáng)度都不同，因此，需要對(duì)于每個(gè)裝置進(jìn)行調(diào)制電流的設(shè)定。另外，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電流的波長(zhǎng)變化率，一般通過(guò)使激光器運(yùn)轉(zhuǎn)而經(jīng)時(shí)變化。因此，各裝置中，為了確切地保持波長(zhǎng)調(diào)制幅度的值，需要對(duì)應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況來(lái)調(diào)節(jié)調(diào)制電流的強(qiáng)度。
作為設(shè)定調(diào)制電流的強(qiáng)度的單元，考慮采用波長(zhǎng)測(cè)定裝置和具有已知的吸收線的氣體。采用這些單元的情況下，通過(guò)測(cè)定激光的波長(zhǎng)來(lái)測(cè)定激光的波長(zhǎng)的變化與驅(qū)動(dòng)電流的變化的比例。然后，基于得到的比例，設(shè)定調(diào)制電流的強(qiáng)度用以得到所要的波長(zhǎng)調(diào)制幅度。但是，采用上述單元的情況下，存在如下問(wèn)題。(I)需要準(zhǔn)備波長(zhǎng)測(cè)定裝置或者適用于波長(zhǎng)測(cè)定的氣體。而且，在存在計(jì)測(cè)對(duì)象的氣體的現(xiàn)場(chǎng)，設(shè)置氣體計(jì)測(cè)裝置之后，需要配置氣體計(jì)測(cè)裝置和波長(zhǎng)測(cè)定裝置以可以進(jìn)行波長(zhǎng)的測(cè)定，需要進(jìn)行移動(dòng)裝置等作業(yè)。(2)由于需要測(cè)定激光的波長(zhǎng)，因此調(diào)制電流的設(shè)定的時(shí)間和勞力增加，且作業(yè)效率降低。這里公開(kāi)的技術(shù)是考慮以上的問(wèn)題點(diǎn)而研究出來(lái)的，其目的在于使氣體計(jì)測(cè)裝置中波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定簡(jiǎn)化。解決問(wèn)題的技術(shù)手段第I特征涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置是用于對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象氣體進(jìn)行計(jì)測(cè)的裝置，具有光源、檢測(cè)部、取得部、算出部、和設(shè)定部。光源一邊使具有與主電流對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)的激光的所述中心波長(zhǎng)變化一邊振蕩根據(jù)調(diào)制電流調(diào)制了的激光。檢測(cè)部根據(jù)透過(guò)了基準(zhǔn)試樣的激光的強(qiáng)度輸出檢測(cè)信號(hào)。取得部從檢測(cè)信號(hào)中取得以調(diào)制電流的頻率的正整數(shù)倍的頻率振動(dòng)的特定頻率成分。算出部計(jì)算出特定頻率成分的極小值的大小與極大值的大小的比值。設(shè)定部設(shè)定激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度，使得比值滿足規(guī)定條件。這里，主電流是經(jīng)過(guò)調(diào)制電流的I個(gè)周期的期間、強(qiáng)度大致保持為一定的電流。又，基準(zhǔn)試樣是得到期望的波長(zhǎng)調(diào)制幅度時(shí)預(yù)先知道特定的頻率成分的極小值的大小與極大值的大小的比值的試樣。

第I特征涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置中，設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度，使得特定的頻率成分的極小值的大小與極大值的大小的比值滿足規(guī)定的條件。因此，沒(méi)有必要采用用于查檢相對(duì)于調(diào)制電流的強(qiáng)度變化的激光波長(zhǎng)的變化的裝置或者試樣。規(guī)定條件也可以是與波長(zhǎng)調(diào)制幅度一一對(duì)應(yīng)的比值等于預(yù)先確定的目標(biāo)值。又，設(shè)定部也可以通過(guò)使調(diào)制電流的強(qiáng)度變化來(lái)設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度。目標(biāo)值也可以在使基準(zhǔn)試樣的壓力變化以后的情況下的、特定頻率成分的變動(dòng)率為基準(zhǔn)來(lái)確定。由此，可以高精度地測(cè)定目標(biāo)成分的濃度。氣體計(jì)測(cè)裝置也可以還具有:對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的計(jì)測(cè)持續(xù)的時(shí)間、即持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)部。又，設(shè)定部也可以在持續(xù)時(shí)間為規(guī)定時(shí)間以上時(shí)，設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度使得比值滿足規(guī)定條件。由此，即使使氣體計(jì)測(cè)裝置長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，也可以將波長(zhǎng)調(diào)制幅
度保持一定。氣體計(jì)測(cè)裝置還可以具有判定部，該判定部基于規(guī)定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的狀態(tài)的狀態(tài)量與比值的預(yù)先確定的關(guān)系，根據(jù)比值判定狀態(tài)量。由此，能夠省略用于測(cè)定壓力的裝置，因此，壓力的測(cè)定被簡(jiǎn)化。其結(jié)果是可以削減成本。氣體計(jì)測(cè)裝置還可以具有測(cè)定部，該測(cè)定部對(duì)規(guī)定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的狀態(tài)的一個(gè)或者多個(gè)能夠測(cè)定的狀態(tài)量進(jìn)行測(cè)定。又，判定部也可以采用比值和測(cè)定了的一個(gè)或者多個(gè)能夠測(cè)定的狀態(tài)量來(lái)判定狀態(tài)量。由此，在測(cè)定的狀態(tài)量為多個(gè)的情況下，可以減少使用的測(cè)定器的個(gè)數(shù)。狀態(tài)量與比值的預(yù)先確定的關(guān)系也可以是將計(jì)測(cè)對(duì)象氣體置換為基準(zhǔn)試樣時(shí)狀態(tài)量與比值所滿足的關(guān)系。由此，可以采用校正用氣體作為基準(zhǔn)試樣。其結(jié)果是，不需要準(zhǔn)備特別的試樣，可以預(yù)先查檢壓力和峰谷比的關(guān)系。狀態(tài)量也可以是計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的溫度。由此，可以減少使用的測(cè)定器的個(gè)數(shù)(尤其是省略溫度計(jì))。狀態(tài)量也可以是計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的壓力。由此，可以減少使用的測(cè)定器的個(gè)數(shù)(尤其是省略壓力計(jì))。狀態(tài)量與比值的預(yù)先確定的關(guān)系也可以是含有一個(gè)或者多個(gè)能夠測(cè)定的狀態(tài)量和測(cè)定量、規(guī)定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的狀態(tài)的狀態(tài)量組與比值所滿足的關(guān)系。狀態(tài)量組也可以包含計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的溫度和壓力。第2特征涉及的設(shè)定方法是氣體計(jì)測(cè)裝置中的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法，該氣體計(jì)測(cè)裝置具有光源和檢測(cè)部，該光源振蕩具有與主電流對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)、且根據(jù)調(diào)制電流調(diào)制了的激光，該檢測(cè)部根據(jù)透過(guò)了計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的激光的強(qiáng)度輸出信號(hào)。該方法具有一邊使中心波長(zhǎng)變化，一邊從透過(guò)了基準(zhǔn)試樣的激光中取得檢測(cè)信號(hào)的步驟。又，該方法具有從檢測(cè)信號(hào)中取得以調(diào)制電流的頻率的正整數(shù)倍的頻率振動(dòng)的特定頻率成分的步驟。又，該方法具有計(jì)算出特定頻率成分的極小值的大小與極大值的大小的比值的步驟。又，該方法包括設(shè)定激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度，使得比值滿足規(guī)定條件的步驟。第2特征涉及的設(shè)定方法中，設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度，使得特定的頻率成分的極小值的大小與極大值的大小的比值滿足規(guī)定的條件。因此，沒(méi)有必要采用查檢相對(duì)于調(diào)制電流的強(qiáng)度變化的激光波長(zhǎng)的變化的裝置或者試樣。規(guī)定條件也可以是與波長(zhǎng)調(diào)制幅度一一對(duì)應(yīng)的比值等于預(yù)先確定的目標(biāo)值。又，設(shè)定激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度中，也可以通過(guò)使調(diào)制電流的強(qiáng)度變化來(lái)設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度。目標(biāo)值也可以使基準(zhǔn)試樣的壓力變化時(shí)的，特定頻率成分的變動(dòng)率為基準(zhǔn)來(lái)確定。由此，可以高精度地測(cè)定目標(biāo)成分的濃度。設(shè)定方法也可以進(jìn)一步包含對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的計(jì)測(cè)持續(xù)的時(shí)間、即持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的步驟。又，設(shè)定激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的過(guò)程中，也可以在持續(xù)時(shí)間為規(guī)定時(shí)間以上時(shí)，設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度使得比值滿足規(guī)定條件。由此，即使使氣體計(jì)測(cè)裝置長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，也可以將波長(zhǎng)調(diào)制幅度保持一定。設(shè)定方法還可以包括:基于規(guī)定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的狀態(tài)的狀態(tài)量與比值的預(yù)先確定的關(guān)系，根據(jù)比值判定狀態(tài)量的步驟。由此，能夠省略用于測(cè)定壓力的裝置，因此，壓力的測(cè)定被簡(jiǎn)化。其結(jié)果是可以削減成本。設(shè)定方法還可以包括:對(duì)規(guī)定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的狀態(tài)的一個(gè)或者多個(gè)能夠測(cè)定的狀態(tài)量進(jìn)行測(cè)定的步驟。又，判定狀態(tài)量中，也可以采用比值和測(cè)定了的一個(gè)或者多個(gè)能夠測(cè)定的狀態(tài)量來(lái)判定狀態(tài)量。由此，在測(cè)定的狀態(tài)量為多個(gè)的情況下，可以減少使用的測(cè)定器的個(gè)數(shù)。狀態(tài)量與比值的預(yù)先確定的關(guān)系也可以是將計(jì)測(cè)對(duì)象氣體置換為基準(zhǔn)試樣時(shí)狀態(tài)量與比值所滿足的關(guān)系。由此，可以采用校正用氣體作為基準(zhǔn)試樣。其結(jié)果是，不需要準(zhǔn)備特別的試樣，可以預(yù)先查檢壓力和峰谷比的關(guān)系。
狀態(tài)量也可以是計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的溫度。由此，可以減少使用的測(cè)定器的個(gè)數(shù)(尤其是省略溫度計(jì))。
狀態(tài)量也可以是計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的壓力。由此，可以減少使用的測(cè)定器的個(gè)數(shù)(尤其是省略壓力計(jì))。
狀態(tài)量與比值的預(yù)先確定的關(guān)系也可以是含有一個(gè)或者多個(gè)能夠測(cè)定的狀態(tài)量和測(cè)定量、規(guī)定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的狀態(tài)的狀態(tài)量組與比值所滿足的關(guān)系。
狀態(tài)量組也可以包含計(jì)測(cè)對(duì)象氣體的溫度和壓力。
第3特征涉及的程序使計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述設(shè)定方法。
第3特征涉及的程序中，設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度，使得特定的頻率成分的極小值的大小與極大值的大小的比值滿足規(guī)定的條件。因此，沒(méi)有必要采用查檢相對(duì)于調(diào)制電流的強(qiáng)度變化的激光波長(zhǎng)的變化的裝置或者試樣。
發(fā)明的效果
這樣，根據(jù)第I特征涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置、第2特征涉及的設(shè)定方法、以及第3特征涉及程序，可以使氣體計(jì)測(cè)裝置中波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定簡(jiǎn)化。


圖1是第I實(shí)施方式涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置I的構(gòu)成圖。
圖2是示出計(jì)算機(jī)40的功能部的圖。
圖3是示出第I實(shí)施方式中的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法的流程圖。
圖4的(A)是示出水的二次諧波成分的一例的圖(波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.09nm的情況)、圖4的(B)是示出水的二次諧波成分的一例的圖(波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.2Inm的情況)。
圖5是示出二次諧波成分的一例的圖。
圖6的(A)是示出氨中波長(zhǎng)調(diào)制幅度和峰谷比R的關(guān)系的圖、圖6的⑶是示出氨中波長(zhǎng)調(diào)制幅度和二次諧波成分的強(qiáng)度(P+N值)的關(guān)系的圖。
圖7的(A)是示出洛侖茲函數(shù)型的吸收線中波長(zhǎng)調(diào)制幅度和峰谷比R的關(guān)系的圖、圖7的(B)是示出洛侖茲函數(shù)型的吸收線中調(diào)制振幅和二次諧波成分的強(qiáng)度(P+N值)的關(guān)系的圖。
圖8的㈧是示出氨中壓力和二次諧波成分強(qiáng)度(比值)的關(guān)系的圖(波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.12nm的情況)、圖8的⑶是示出氨中壓力和二次諧波成分強(qiáng)度(比值)的關(guān)系的圖(波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.1Snm的情況)、圖8的(C)是示出氨中壓力和二次諧波成分強(qiáng)度(比值)的關(guān)系的圖(波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.2Inm的情況)。
圖9的(A)是示出濃度的測(cè)定方法的流程圖、(B)是示出透過(guò)激光的強(qiáng)度的圖。
圖10是第3實(shí)施方式涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置3的構(gòu)成圖。
圖11是示出第3實(shí)施方式中的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法的流程圖。
圖12是示出第4實(shí)施方式中的計(jì)算機(jī)40的功能部的圖。
圖13是第4實(shí)施方式中測(cè)定對(duì)象氣體壓力的判定的流程圖。
圖14的(A)是示出二次諧波成分的一例的圖、圖14的(B)是示出吸收線的一例的圖。
圖15的(A)是示出水中壓力和峰谷比R的關(guān)系的圖(波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.15nm的情況)、圖15的(B)是示出水中溫度和峰谷比R的關(guān)系的圖。圖16是示出溫度、壓力、以及峰谷比R之間的預(yù)定關(guān)系的圖。圖17是示出水中壓力和二次諧波成分的強(qiáng)度(比值)的關(guān)系的圖(波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.15nm的情況)。符號(hào)說(shuō)明I 氣體計(jì)測(cè)裝置2 光源3 氣體計(jì)測(cè)裝置4 恒定電流發(fā)生裝置5 分束器6 第I波形發(fā)生器7 標(biāo)準(zhǔn)氣體8 第2波形發(fā)生器9 第2受光裝置10 倍頻器11 第2相位敏感檢波裝置12 波形混合器14 第I受光裝置16 信號(hào)處理裝置16a 低通濾波器18 第I相位敏感檢波裝置18a 鎖相放大器18b 低通濾波器20 溫度調(diào)整器22 測(cè)定裝置24 波形發(fā)生部30 計(jì)測(cè)對(duì)象氣體40 計(jì)算機(jī)41 記錄器42 R算出部43 比較部44 設(shè)定部45 溫度判定部46 濃度測(cè)定部47 存儲(chǔ)部48 記錄介質(zhì)讀取部49 控制部50 記錄介質(zhì)51 第I判定部
60 顯示裝置
70 輸入裝置
80 計(jì)數(shù)器具體實(shí)施方式
〔1:第I實(shí)施方式〕
〈1.1:整體構(gòu)成〉
采用圖1對(duì)第I實(shí)施方式涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置I進(jìn)行說(shuō)明。圖1是氣體計(jì)測(cè)裝置I的構(gòu)成圖。
氣體計(jì)測(cè)裝置I具有光源2、倍頻器10、第I受光裝置14、信號(hào)處理裝置16、第I相位敏感檢波裝置18、溫度調(diào)整器20、測(cè)定裝置22、波形發(fā)生部24、計(jì)算機(jī)40。另外，波形發(fā)生部24具有恒定電流發(fā)生裝置4、第I波形發(fā)生器6、第2波形發(fā)生器8、波形混合器12。
光源2是振蕩波長(zhǎng)和強(qiáng)度與驅(qū)動(dòng)電流對(duì)應(yīng)的激光的裝置。光源2是典型的半導(dǎo)體激光器。
又，輸入到光源2中的驅(qū)動(dòng)電流包含有主電流和調(diào)制電流。調(diào)制電流是以調(diào)制頻率ω I (調(diào)制電流的頻率的一例)振動(dòng)的電流。調(diào)制電流具有一定的振幅，調(diào)制電流的振幅的大小表現(xiàn)調(diào)制電流的強(qiáng)度。主電流是與調(diào)制電流相比以長(zhǎng)的周期強(qiáng)度變化的電流。即，主電流是在調(diào)制電流振動(dòng)的I個(gè)周期中，主電流的強(qiáng)度大致可視為恒定的電流。
這種情況下，主電流確定光源2振蕩的激光的中心波長(zhǎng)。然后，光源2振蕩的激光的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于調(diào)制電流被調(diào)制(波長(zhǎng)調(diào)制)。由此，光源2可以一邊使中心波長(zhǎng)變化一邊振蕩進(jìn)行以中心波長(zhǎng)為中心的波長(zhǎng)調(diào)制的激光。
又，主電流是例如通過(guò)重疊恒定電流和斜波電流而得到的。恒定電流是顯示一定的電流值的電流。斜波電流是周期地重復(fù)傾斜狀的增加和向基準(zhǔn)水平的恢復(fù)的電流。
恒定電流發(fā)生裝置4產(chǎn)生用于輸入到光源2的恒定電流。第I波形發(fā)生器6產(chǎn)生用于輸入到光源2的斜波電流。
第2波形發(fā)生器8產(chǎn)生用于輸入到光源2的調(diào)制電流。又，第2波形發(fā)生器8輸出以調(diào)制頻率ω I振動(dòng)的調(diào)制信號(hào)SI。又，調(diào)制頻率ω 比斜波電流的頻率大。進(jìn)一步地，第2波形發(fā)生器8被輸入控制信號(hào)S4。
倍頻器10基于從第2波形發(fā)生器8輸入的調(diào)制信號(hào)SI，生成以調(diào)制頻率ω I的2倍的諧波頻率ω 2振動(dòng)的信號(hào)S2。
波形混合器12混合恒定電流發(fā)生裝置4輸出的恒定電流、第I波形發(fā)生器6輸出的斜波電流、第2波形發(fā)生器8輸出的調(diào)制電流，生成驅(qū)動(dòng)電流。
第I受光裝置14(檢測(cè)部的一例)接收光源2振蕩的激光。又，第I受光裝置14根據(jù)接收的激光的強(qiáng)度輸出檢測(cè)信號(hào)Il (檢測(cè)信號(hào)的一例)。透過(guò)了計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30或者基準(zhǔn)試樣(后述)的激光入射到第I受光裝置14。典型的情況下，第I受光裝置14是光電二極管。
信號(hào)處理裝置16是對(duì)第I受光裝置14輸出的檢測(cè)信號(hào)Il施加處理的裝置。信號(hào)處理裝置16具有低通濾波器16a。低通濾波器16a抽出從第I受光裝置14輸入的檢測(cè)信號(hào)Il的直流成分。 然后，信號(hào)處理裝置16輸出顯示低通濾波器16a抽出的直流成分的強(qiáng)度的信號(hào)12。第I相位敏感檢波裝置18(取得部的一例)是從第I受光裝置14輸出的檢測(cè)信號(hào)Il中取得以諧波頻率ω2振動(dòng)的二次諧波成分(特定的頻率成分的一例)的裝置。第I相位敏感檢波裝置18具有:鎖相放大器18a、低通濾波器18b。鎖相放大器18a對(duì)二次諧波成分進(jìn)行相位敏感檢波。具體來(lái)說(shuō)，第I相位敏感檢波裝置18從第I受光裝置14輸入的檢測(cè)信號(hào)Il中檢測(cè)以諧波頻率ω 2振動(dòng)的成分，并生成與該成分成比例的直流信號(hào)。以諧波頻率ω 2振動(dòng)的信號(hào)S2從倍頻器10被輸入到鎖相放大器18a，使用信號(hào)S2進(jìn)行相位敏感檢波。低通濾波器18b從鎖相放大器18a輸出的信號(hào)中抽出直流成分。然后,第I相位敏感檢波裝置18輸出表示低通濾波器18b抽出的直流成分的二次諧波信號(hào)13。溫度調(diào)整器20調(diào)節(jié)光源2的溫度。光源2振蕩的激光的波長(zhǎng)依存于半導(dǎo)體激光元件的溫度，因此，可以由溫度調(diào)整器20來(lái)控制激光的波長(zhǎng)。測(cè)定裝置22測(cè)定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的狀態(tài)量。計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的狀態(tài)量包含有溫度、壓力、和包含于計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的各成分的分壓。測(cè)定裝置22生成表示被測(cè)定了的狀態(tài)量的信號(hào)S3。本實(shí)施方式中，測(cè)定裝置22測(cè)定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度，因此信號(hào)S3表示計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度。計(jì)算機(jī)40對(duì)包含于氣體計(jì)測(cè)裝置I的各裝置出力的信號(hào)進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)40是氣體計(jì)測(cè)裝置I的控制裝置的一例。計(jì)算機(jī)40被輸入信號(hào)處理裝置16輸出的信號(hào)12、第I相位敏感檢波裝置18輸出的二次諧波信號(hào)13、以及測(cè)定裝置22輸出的信號(hào)S3。另外，計(jì)算機(jī)40控制波形發(fā)生部24。具體來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)40以能夠收發(fā)信號(hào)的狀態(tài)與恒定電流發(fā)生裝置4、第I波形發(fā)生器6、第2波形發(fā)生器8、波形混合器12連接。于是，計(jì)算機(jī)40控制這些裝置?！?.2:計(jì)算機(jī)〉接著,使用圖2進(jìn)一步說(shuō)明計(jì)算機(jī)40。圖2示出計(jì)算機(jī)40的功能部。計(jì)算機(jī)40具有:未圖不的 CPU (Central Processor Unit:中央處理器)、R0M (ReadOnlyMemory:只讀存儲(chǔ)器)、RAM (Random Access Memory:隨機(jī)存儲(chǔ)器)。CPU通過(guò)執(zhí)行記錄于ROM的程序來(lái)執(zhí)行與程序?qū)?yīng)的運(yùn)算處理。以下說(shuō)明的功能部通過(guò)基于程序的運(yùn)算處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)40具有:記錄器41、R算出部42、比較部43、設(shè)定部44、溫度判定部45、濃度測(cè)定部46、存儲(chǔ)部47。另外，計(jì)算機(jī)40具有通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的記錄介質(zhì)讀取部48。記錄介質(zhì)讀取部48能夠安裝記錄介質(zhì)50,具有在記錄介質(zhì)50記錄信息的功能和從記錄介質(zhì)50讀取信息的功能。記錄介質(zhì)50能夠從計(jì)算機(jī)40卸下，能夠記錄程序和數(shù)據(jù)。另外，計(jì)算機(jī)40與顯示裝置60和輸入裝置70連接。記錄器41記錄二次諧波成分的值。記錄器41被輸入第I相位敏感檢波裝置18輸出的二次諧波信號(hào)13。記錄器41基于二次諧波信號(hào)13確定二次諧波成分的值。另外，記錄器41記錄檢測(cè)信號(hào)Il的直流成分的值。記錄器41被輸入信號(hào)處理裝置16輸出的信號(hào)12。記錄器41基于信號(hào)12確定檢測(cè)信號(hào)Il的直流成分的值。R算出部42 (算出部的一例)讀出記錄于記錄器41的二次諧波成分的值，并計(jì)算出峰谷比R。關(guān)于峰谷比R將在后文敘述。比較部43將由R算出部42計(jì)算出的峰谷比R與目標(biāo)值進(jìn)行比較。關(guān)于目標(biāo)值將在后文敘述。
設(shè)定部44(設(shè)定部的一例)在峰谷比R與目標(biāo)值不同的情況下，輸出使調(diào)制電流的強(qiáng)度變化的控制信號(hào)S4(參照?qǐng)D1)。
溫度判定部45基于從測(cè)定裝置22輸出的信號(hào)S3判定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度。
濃度測(cè)定部46基于從信號(hào)處理裝置16輸出的信號(hào)12、從第I相位敏感檢波裝置18輸出的二次諧波信號(hào)13、以及由溫度判定部45確定的計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度，判定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30中的目標(biāo)成分的濃度。
存儲(chǔ)部47保持有氣體計(jì)測(cè)裝置I的動(dòng)作所必要的信息。存儲(chǔ)部47中記錄有在比較部43中與峰谷比R比較的目標(biāo)值。另外，存儲(chǔ)部47中預(yù)先記錄有目標(biāo)成分與吸收系數(shù)、壓力、以及溫度之間的關(guān)系。本實(shí)施方式中，存儲(chǔ)部47由ROM來(lái)實(shí)現(xiàn)。
顯示裝置60將對(duì)于氣體計(jì)測(cè)裝置I的狀態(tài)和氣體計(jì)測(cè)裝置I的操作必要的信息作為視覺(jué)信息進(jìn)行顯示。
輸入裝置70用于輸入對(duì)于氣體計(jì)測(cè)裝置I的操作必要的信息。本實(shí)施方式中輸入裝置70是鍵盤，但只要是能夠輸入操作的裝置即可，因此，也可以是觸摸板等其他的裝置。
〈1.3:波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法>
接著，采用圖3對(duì)氣體計(jì)測(cè)裝置I中的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法進(jìn)行說(shuō)明。圖3示出流程100。流程100包含步驟SlOl S107。本實(shí)施方式中，波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定作為氣體計(jì)測(cè)裝置I的初期調(diào)整來(lái)執(zhí)行。
開(kāi)始波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定的時(shí)點(diǎn)，計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30被更換為基準(zhǔn)試樣。有關(guān)基準(zhǔn)試樣，預(yù)先得知得到期望的波長(zhǎng)調(diào)制幅度時(shí)的峰谷比。然后，得到期望的波長(zhǎng)調(diào)制幅度時(shí)的峰谷比作為目標(biāo)值被預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部47。又，本實(shí)施方式中，基準(zhǔn)試樣是被調(diào)整為規(guī)定的壓力、規(guī)定的溫度、以及規(guī)定的濃度的校正用氣體。該校正用氣體含有作為濃度測(cè)定的對(duì)象的氣體成分(即、目標(biāo)成分)，該氣體成分的校正用氣體的濃度是已知的。
步驟SlOl中，開(kāi)始掃描。具體來(lái)說(shuō)，從第I波形發(fā)生器6輸出的斜波電流從最小值(即，基準(zhǔn)水平的電流值)開(kāi)始增加。由此，與調(diào)制電流的變化相比，主電流的強(qiáng)度緩慢變化。包含有主電流和調(diào)制電流的驅(qū)動(dòng)電流被輸入到光源2，光源2對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)電流來(lái)振蕩激光。從光源2出射的激光入射到基準(zhǔn)試樣。透過(guò)了基準(zhǔn)試樣的激光被入射到第I受光裝置14。
步驟S102中，由第I受光裝置14取得檢測(cè)信號(hào)II。然后，檢測(cè)信號(hào)Il被輸入到信號(hào)處理裝置16和第I相位敏感檢波裝置18。信號(hào)處理裝置16中取得表示檢測(cè)信號(hào)Il的直流成分的信號(hào)12。
步驟S103中，由第I相位敏感檢波裝置18從檢測(cè)信號(hào)Il取得二次諧波信號(hào)13。二次諧波信號(hào)13被輸入到計(jì)算機(jī)40的記錄器41。然后，由記錄器41記錄二次諧波成分。
步驟S104中，判定斜波電流的掃描是否已經(jīng)結(jié)束。掃描由經(jīng)過(guò)斜波電流的I個(gè)周期而結(jié)束。在掃描的開(kāi)始時(shí)點(diǎn)，斜波電流的大小最小，在掃描的結(jié)束時(shí)點(diǎn)，斜波電流的大小最大。掃描結(jié)束時(shí)流程進(jìn)入到步驟S105。掃描仍在途中時(shí)流程返回到步驟S102。調(diào)制電流的調(diào)制頻率ω I大于斜波電流的頻率(一次掃描時(shí)間的倒數(shù))，因此，在一次的掃描期間執(zhí)行多次二次諧波成分的取得。即，通過(guò)掃描取得二次諧波成分的值的列。本實(shí)施方式中，取得二次諧波成分的時(shí)刻由計(jì)算機(jī)40來(lái)控制。
圖4的(A)、圖4的⑶示出二次諧波成分的坐標(biāo)圖。又，為了得到圖4的㈧所記載的結(jié)果采用的波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.12nm。為了得到圖4的(B)所記載的結(jié)果采用的波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.18nm。如這些圖所示，依存于波長(zhǎng)調(diào)制幅度的大小坐標(biāo)圖的形狀發(fā)生變化。影響二次諧波成分的坐標(biāo)圖的形狀的因素除了波長(zhǎng)調(diào)制幅度，還有計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度、壓力、以及共存氣體的分壓。對(duì)于其他的高次諧波成分和基本頻率成分也是一樣。又，圖4的(A)、圖4的(B)中橫軸是波長(zhǎng)值。該波長(zhǎng)值只要能夠取得二次諧波成分的值的列即可，并不特定為得到各個(gè)二次諧波成分的值時(shí)的中心波長(zhǎng)的值。步驟S105中，由R算出部42計(jì)算出峰谷比R。峰谷比R是二次諧波成分的極小值的大小和極大值的大小的比值。圖5示出二次諧波成分中極大和極小。二次諧波成分的極大值的大小是基準(zhǔn)線與位于基準(zhǔn)線的正側(cè)的峰的距離P。又，二次諧波成分的極小值的大小是基準(zhǔn)線與位于基準(zhǔn)線的負(fù)側(cè)的峰的距離N。然后，峰谷比R由P/N來(lái)計(jì)算。又，對(duì)于基本頻率成分和三次以上的高次諧波成分，可以同樣地確定極大值和極小值的大小。步驟S106中，由比較部43將峰谷比R與目標(biāo)值進(jìn)行比較。具體來(lái)說(shuō)，比較部43從存儲(chǔ)部47讀出目標(biāo)值，與峰谷比R進(jìn)行比較。峰谷比R與目標(biāo)值一致時(shí)，即，二值的差沒(méi)有超過(guò)規(guī)定的容許值的情況下，波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定結(jié)束。這樣，波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定結(jié)束的條件是峰谷比R變得與預(yù)先確定了的目標(biāo)值相等(規(guī)定條件的一例)。峰谷比R與目標(biāo)值不一致的情況下，流程進(jìn)入到步驟S107。步驟S107中，調(diào)制電流的強(qiáng)度被變更。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)定部44輸出用于使調(diào)制電流的強(qiáng)度變化的控制信號(hào)S4?？刂菩盘?hào)S4被輸入到第2波形發(fā)生器8。第2波形發(fā)生器8輸出對(duì)應(yīng)于控制信號(hào)S4強(qiáng)度被變更了的調(diào)制電流。這樣，設(shè)定部44通過(guò)使調(diào)制電流的強(qiáng)度變化來(lái)設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度。調(diào)制電流的強(qiáng)度被變更之后，在步驟SlOl再次開(kāi)始掃描。直到峰谷比R與目標(biāo)值一致為止反復(fù)執(zhí)行步驟SlOl S107?！?.4:波長(zhǎng)調(diào)制幅度與二次諧波`成分的關(guān)系>這里，對(duì)波長(zhǎng)調(diào)制幅度與二次諧波成分的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。最初，對(duì)波長(zhǎng)調(diào)制幅度與峰谷比R的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。峰谷比R與波長(zhǎng)調(diào)制幅度--
對(duì)應(yīng)。峰谷比R是對(duì)二次諧波成分的動(dòng)作附加特征的指標(biāo)量的一例。又，由于可以使波長(zhǎng)調(diào)制幅度與調(diào)制電流的強(qiáng)度一一對(duì)應(yīng)，因此，進(jìn)一步地，峰谷比R與調(diào)制電流的強(qiáng)度一一對(duì)應(yīng)。圖6的(A)以實(shí)際實(shí)例示出波長(zhǎng)調(diào)制幅度與峰谷比R的關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)，圖6的
(A)示出一邊使波長(zhǎng)調(diào)制幅度變化一邊測(cè)定出的氨的二次諧波成分的峰谷比R的結(jié)果。又，如圖6的(B)所示，二次諧波成分的強(qiáng)度也依存于波長(zhǎng)調(diào)制幅度。圖6的(B)示出一邊使波長(zhǎng)調(diào)制幅度變化一邊測(cè)定出氨的二次諧波成分的強(qiáng)度的結(jié)果。圖6的(B)的縱軸示出P+N值，二次諧波成分的強(qiáng)度由P+N值來(lái)表示。這里，P+N值是位于基準(zhǔn)線的正側(cè)的二次諧波成分的極值與位于基準(zhǔn)線的負(fù)側(cè)的二次諧波成分的極值的差，即、距離P與距離N的和。又，為了得到圖6的(A)和圖6的⑶的測(cè)定中，在氨的壓力、溫度、以及濃度被保持為一定的狀態(tài)下，僅使波長(zhǎng)調(diào)制幅度變化。峰谷比R與波長(zhǎng)調(diào)制幅度的一一對(duì)應(yīng)也可以根據(jù)理論模型被推導(dǎo)出來(lái)?；诶碚摚站€的形狀依存于壓力，并且在壓力的影響處于支配地位時(shí)，吸收線的形狀呈現(xiàn)洛侖茲函數(shù)型。另外，吸收線的形狀依存于由氣體粒子的速度產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)，并且在多普勒效應(yīng)處于支配地位時(shí)，吸收線的形狀呈現(xiàn)高斯函數(shù)型。
圖7的(A)示出吸收線是洛侖茲函數(shù)型時(shí)的、波長(zhǎng)調(diào)制幅度與峰谷比R的關(guān)系。又，圖7的(B)示出吸收線是洛侖茲函數(shù)型時(shí)的、波長(zhǎng)調(diào)制幅度與二次諧波成分的P+N值的關(guān)系。又，與圖6的(A)和圖6的⑶所示的情況相比，圖7的(A)和圖7的⑶示出以寬泛的范圍使波長(zhǎng)調(diào)制幅度變化的情況。又，圖7的(A)和圖7的(B)中橫軸的值是波長(zhǎng)調(diào)制幅度除以吸收線的線幅的值。這里，吸收線的線幅是將吸收線的半輻值二等分之后的值。
如圖7的㈧所示，可以使峰谷比R與波長(zhǎng)調(diào)制幅度一一對(duì)應(yīng)。又，如圖7的(B)所示，二次諧波成分的P+N值依存于波長(zhǎng)調(diào)制幅度。二次諧波成分的P+N值越大，強(qiáng)度測(cè)定中的S/N比也越大，因此為了使二次諧波成分的P+N值變大，設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度即可。
另一方面，通過(guò)使壓力變化，高次諧波成分的強(qiáng)度發(fā)生變化。因此，波長(zhǎng)調(diào)制幅度可以基于使基準(zhǔn)試樣的壓力變化時(shí)的高次諧波成分的變動(dòng)率來(lái)確定。
圖8的(A) 圖8的(C)示出使壓力變化時(shí)的、氨的二次諧波成分的強(qiáng)度的變化的測(cè)定結(jié)果。圖8的(A)示出波長(zhǎng)調(diào)制幅度設(shè)定為0.12nm時(shí)的結(jié)果。圖8的(B)示出波長(zhǎng)調(diào)制幅度設(shè)定為0.18nm時(shí)的結(jié)果。圖8的(C)示出波長(zhǎng)調(diào)制幅度設(shè)定為0.2Inm時(shí)的結(jié)果。又，以壓力為IOOkPa時(shí)的強(qiáng)度為I來(lái)顯示二次諧波成分的強(qiáng)度。
如圖8的⑷所示，波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.12nm的情況下，壓力從IOOkPa到112kPa的二次諧波成分的強(qiáng)度的變動(dòng)率為2.5%。如圖8的(B)所示，波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.18nm的情況下，二次諧波成分的強(qiáng)度的變動(dòng)率為0.8%。又，如圖8的(C)所示，波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.2Inm的情況下，二次諧波成分的強(qiáng)度的變動(dòng)率為1%。
根據(jù)圖8的(A) 圖8的(C)所示的結(jié)果，該例中，通過(guò)將波長(zhǎng)調(diào)制幅度設(shè)定為0.18nm，二次諧波成分的變動(dòng)率相對(duì)于壓力變化變小。通過(guò)二次諧波成分受壓力變化的影響變小，測(cè)定目標(biāo)成分的濃度時(shí)，沒(méi)有必要對(duì)應(yīng)壓力校正二次諧波成分的強(qiáng)度。這里，壓力在±10%的范圍變動(dòng)了的情況下，二次諧波成分的峰強(qiáng)度的變動(dòng)率優(yōu)選在1%以下，更優(yōu)選是在0.5%以下。作為基準(zhǔn)的壓力的代表例為大氣壓(IOlkPa)。更具體來(lái)說(shuō)，壓力在IOlilOkPa的范圍變動(dòng)了的情況下，二次諧波成分的峰強(qiáng)度的變動(dòng)率優(yōu)選在1%以下，更優(yōu)選在0.5%以下。強(qiáng)度的變動(dòng)率若在1%以下，即使不對(duì)應(yīng)于壓力值調(diào)整強(qiáng)度，也可以高精度地測(cè)定目標(biāo)成分的濃度。
又，參照?qǐng)D6的⑶，波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.18nm時(shí)的二次諧波成分的P+N值足夠大。因此，該例中，通過(guò)將波長(zhǎng)調(diào)制幅度設(shè)定為0.18nm，可以得到良好的S/N比。又，參照?qǐng)D6的(A)，波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.1Snm時(shí)的峰谷比(目標(biāo)值的一例)為1.5。因此，通過(guò)設(shè)定調(diào)制電流的強(qiáng)度使得峰谷比R為1.5，可以使波長(zhǎng)調(diào)制幅度為0.18nm。
〈1.5:濃度的測(cè)定〉
接著，采用圖9的(A)，對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30中的目標(biāo)成分的濃度測(cè)定進(jìn)行說(shuō)明。圖9的(A)示出流程200，流程200包含流程100和步驟S201 S203。
執(zhí)行流程200之前，在激光的光路上配置計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30。接著，執(zhí)行流程100，設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度。進(jìn)一步地依次執(zhí)行步驟S201 S203。
步驟S201中，通過(guò)第I受光裝置14從透過(guò)了計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的激光取得檢測(cè)信號(hào)II。然后，分別檢測(cè)包含于檢測(cè)信號(hào)Il的二次諧波成分的P+N值、以及檢測(cè)信號(hào)Il的直流成分的峰強(qiáng)度。具體來(lái)說(shuō)，執(zhí)行斜波電流的掃描，通過(guò)記錄器41取得二次諧波成分和檢測(cè)信號(hào)Il的直流成分。進(jìn)一步地，判定二次諧波成分的P+N值、以及檢測(cè)信號(hào)Il的直流成分的峰強(qiáng)度。步驟S202中，通過(guò)測(cè)定裝置22測(cè)定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度。表示被測(cè)定出的溫度信號(hào)S3從測(cè)定裝置22被輸出、并被輸入到計(jì)算機(jī)40的溫度判定部45。由溫度判定部45基于信號(hào)S3判定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度。步驟S203中，由濃度測(cè)定部46測(cè)定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30中的目標(biāo)成分的濃度。濃度測(cè)定部46采用二次諧波成分的P+N值和檢測(cè)信號(hào)Il的直流成分的峰強(qiáng)度來(lái)判定濃度。一般來(lái)說(shuō)，二次諧波成分的P+N值依存于計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度和壓力。因此，為了采用二次諧波成分的P+N值測(cè)定目標(biāo)成分的濃度，對(duì)應(yīng)于壓力和溫度校正P+N值即可。與目標(biāo)成分相關(guān)地預(yù)先取得校正所需的信息，作為數(shù)據(jù)記錄在存儲(chǔ)部47中。濃度測(cè)定部46參照記錄在存儲(chǔ)部47中的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)由溫度判定部45確定了的溫度校正二次諧波成分的P+N值。另一方面，本實(shí)施方式中，選擇波長(zhǎng)調(diào)制幅度使得相對(duì)于壓力變化二次諧波成分的變動(dòng)率變小。因此，在二次諧波成分的P+N值的校正中，來(lái)自作為基準(zhǔn)的壓力的壓力變化被忽略。濃度測(cè)定部46基于校正后的二次諧波成分的P+N值判定目標(biāo)成分的濃度?！?.6:第I實(shí)施方式的作用效果>第I實(shí)施方式可以如下這樣表達(dá)。(I)第I實(shí)施方式所涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置I是用于對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30進(jìn)行計(jì)測(cè)的裝置，其具有光源2、第I受光裝置14、第I相位敏感檢波裝置18、R算出部42、設(shè)定部44。光源2振蕩具有與主電流對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)且對(duì)應(yīng)于調(diào)制電流調(diào)制的激光，并使該激光的中心波長(zhǎng)變化。第I受光裝置14根據(jù)透過(guò)了基準(zhǔn)試樣的激光的強(qiáng)度輸出檢測(cè)信號(hào)II。第I相位敏感檢波裝置18從檢測(cè)信號(hào)Il中取得以調(diào)制頻率ω I的2倍的諧波頻率ω 2振動(dòng)二次諧波成分。R算出部42計(jì)算出二次諧波成分的峰谷比R。設(shè)定部44設(shè)定激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度，以使峰谷比R滿足規(guī)定條件。這里，主電流是調(diào)制電流的I個(gè)周期所經(jīng)過(guò)的期間內(nèi)，強(qiáng)度大致保持一定的電流。基準(zhǔn)試樣是預(yù)先獲知了得到期望的波長(zhǎng)調(diào)制幅度時(shí)的峰谷比的試樣。氣體計(jì)測(cè)裝置I中，設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度，使得二次諧波成分的極小值的大小與極大值的大小的比值，即峰谷比R滿足規(guī)定條件。因此，沒(méi)有必要采用用于查檢相對(duì)于調(diào)制電流的強(qiáng)度變化的激光的波長(zhǎng)變化的裝置或試樣。由此，可以使波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定所需的作業(yè)和處理簡(jiǎn)化。又，可以縮短波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定所需的時(shí)間。(2)第I實(shí)施方式中，規(guī)定條件是與波長(zhǎng)調(diào)制幅度--對(duì)應(yīng)的峰谷比R等于預(yù)先確定
的目標(biāo)值。又，設(shè)定部44通過(guò)使調(diào)制電流的強(qiáng)度變化來(lái)設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度。峰谷比R與調(diào)制電流的強(qiáng)度一一對(duì)應(yīng)，進(jìn)一步地，調(diào)制電流的強(qiáng)度確定的話，波長(zhǎng)調(diào)制幅度也被確定。因此，通過(guò)設(shè)定調(diào)制電流的強(qiáng)度使得峰谷比R等于預(yù)先確定的目標(biāo)值時(shí)，可以將波長(zhǎng)調(diào)制幅度設(shè)定為期望的大小。由此，與測(cè)定激光的波長(zhǎng)的情況相比，可以降低波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定所 需要的工作量。又，計(jì)算峰谷比R所必要的信息僅是兩個(gè)二次諧波成分值。于是，若僅在二次諧波成分為極大或極小的波長(zhǎng)附近得到精度好的數(shù)據(jù)，可以確保峰谷比R的精度。因此，可以以較少的處理量高精度地檢測(cè)峰谷比R。其結(jié)果是可以降低波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定所需要的處理量。
進(jìn)一步地，峰谷比R包含有極小值和極大值的信息，因此，二次諧波成分的坐標(biāo)圖的整體形狀被峰谷比R賦予特征。即，峰谷比R也是對(duì)二次諧波成分的坐標(biāo)圖的形狀賦予特征的指標(biāo)量的一例。峰谷比R是不依存于入射激光的強(qiáng)度的量，因此，可以說(shuō)是對(duì)入射激光的強(qiáng)度的變動(dòng)具有容差的指標(biāo)量。在指標(biāo)量依存于入射激光的強(qiáng)度的情況下，進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定之前需要進(jìn)行入射激光的強(qiáng)度的校正，作業(yè)量增加。因此，通過(guò)采用峰谷比R作為指標(biāo)量，在波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定中，可以省略入射激光的強(qiáng)度的校正。
(3)
又，目標(biāo)值是基于使基準(zhǔn)試樣的壓力變化時(shí)的二次諧波成分的變動(dòng)率被確定的。由此，不校正來(lái)自作為基準(zhǔn)的壓力的壓力變化的影響，即能夠進(jìn)行計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的計(jì)測(cè)，可以使計(jì)測(cè)簡(jiǎn)化。
〔2:第2實(shí)施方式〕
上述第I實(shí)施方式中，計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度被測(cè)定裝置22測(cè)定。與之相對(duì)，在以下說(shuō)明的第2實(shí)施方式中，計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度不采用測(cè)定裝置22判定。
第2實(shí)施方式涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置I實(shí)際上與第I實(shí)施方式涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置I具有相同的構(gòu)成。只是，第2實(shí)施方式中的計(jì)算機(jī)40的溫度判定部45的處理與第I實(shí)施方式的處理不同。
具體來(lái)說(shuō)，第2實(shí)施方式中，計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度是利用透過(guò)激光的強(qiáng)度來(lái)判定的。如圖9的(B)所示，透過(guò)激光示出與吸收線對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度。圖9的(B)所示的例中，在波長(zhǎng)ΛI(xiàn)和Λ2的位置處出現(xiàn)峰。已知在出現(xiàn)第I峰強(qiáng)度的第I波長(zhǎng)與出現(xiàn)第2峰的第2波長(zhǎng)不同的情況下，透過(guò)激光的光譜中的第I峰強(qiáng)度與第2峰強(qiáng)度的比值依存于溫度。如圖9的(B)所示的例中，波長(zhǎng)Λ I中的峰強(qiáng)度Al與波長(zhǎng)Λ 2中的峰強(qiáng)度Α2的比Α1/Α2依存于溫度。利用該特性，可以判定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度。這里，峰強(qiáng)度是基準(zhǔn)線與峰的頂端之間的距離。
但是，已知第I峰強(qiáng)度與第2峰強(qiáng)度的比值是對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)調(diào)制幅度的變化而變化的。又，通過(guò)激光的運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)制電流與波長(zhǎng)調(diào)制幅度的關(guān)系逐漸變化，因此，即使調(diào)制電流保持一定，也會(huì)有波長(zhǎng)調(diào)制幅度變化的情況。這種情況下，利用透過(guò)激光的強(qiáng)度判定溫度時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)制電流將波長(zhǎng)調(diào)制幅度保持一定即可。
第2實(shí)施方式涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置I中，在步驟S202，由溫度判定部45基于激光的峰強(qiáng)度的比值判定氣體的溫度。另一方面，在執(zhí)行步驟S202之前執(zhí)行流程100，設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度。由此，波長(zhǎng)調(diào)制幅度保持一定。其結(jié)果是可以高精度地測(cè)定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度。
〔3:第3實(shí)施方式〕
上述實(shí)施方式中，波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定是在計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30被更換為基準(zhǔn)試樣的狀態(tài)下進(jìn)行的。以下說(shuō)明的第3實(shí)施方式中，可以不將計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30更換為基準(zhǔn)試樣，執(zhí)行波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定。又，以下，第3實(shí)施方式涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置3的構(gòu)成中，省略與第I實(shí)施方式涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置I實(shí)際相同構(gòu)成的詳細(xì)說(shuō)明，僅對(duì)不同的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。如圖10所示，第3實(shí)施方式涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置3具有:分束器5、標(biāo)準(zhǔn)氣體7、第2受光裝置9、第2相位敏感檢波裝置11、計(jì)數(shù)器80。又，氣體計(jì)測(cè)裝置3中，計(jì)算機(jī)40具有控制部49。又，圖10中，信號(hào)處理裝置16和測(cè)定裝置22的圖示被省略。又，氣體計(jì)測(cè)裝置3具有抽出第2受光裝置9輸出的檢測(cè)信號(hào)14的直流成分，并將表示直流成分的信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)40的裝置(圖未示)。分束器5將光源2振蕩的激光分為兩個(gè)光路。標(biāo)準(zhǔn)氣體7 (基準(zhǔn)試樣的一例)是得到期望的波長(zhǎng)調(diào)制幅度時(shí)的峰谷比已知的氣體。本實(shí)施方式中，標(biāo)準(zhǔn)氣體7也是校正用氣體。第2受光裝置9 (檢測(cè)部的一例)接收光源2振蕩的激光，對(duì)應(yīng)于受光的激光的強(qiáng)度輸出檢測(cè)信號(hào)14 (檢測(cè)信號(hào)的一例)。第2受光裝置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過(guò)計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30入射到第I受光裝置14。第2相位敏感檢波裝置11是從第2受光裝置9輸入的檢測(cè)信號(hào)14中取得以諧波頻率ω2振動(dòng)的二次諧波成分(特定的頻率成分的一例)的裝置。第2相位敏感檢波裝置11具有圖未示的鎖相放大器和低通濾波器。以諧波頻率ω 2振動(dòng)的信號(hào)S2從倍頻器10被輸入到第2相位敏感檢波裝置11中。第2相位敏感檢波裝置11具有與第I相位敏感檢波裝置18同樣的功能，輸出表示二次諧波成分的二次諧波信號(hào)15。二次諧波信號(hào)15被輸入到計(jì)算機(jī)40。計(jì)數(shù)器80 (計(jì)數(shù)部的一例)對(duì)氣體計(jì)測(cè)裝置3持續(xù)氣體的計(jì)測(cè)的時(shí)間(持續(xù)時(shí)間(持續(xù)時(shí)間的一例))進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器80能夠與計(jì)算機(jī)40之間收發(fā)信號(hào)。氣體計(jì)測(cè)裝置3中，與第I實(shí)施方式涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置I不同，采用標(biāo)準(zhǔn)氣體7、第2受光裝置9、以及第2相位敏感檢波裝置11執(zhí)行波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定。即，第2受光裝置9和第2相位敏感檢波裝置11分別與第I實(shí)施方式中的氣體計(jì)測(cè)裝置I的第I受光裝置14和第I相位敏感檢波裝置18同樣進(jìn)行動(dòng)作。接著，采用圖11對(duì)氣體計(jì)測(cè)裝置3的整體的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖11是示出氣體計(jì)測(cè)裝置3的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法的流程300。氣體計(jì)測(cè)裝置3繼續(xù)執(zhí)行計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的計(jì)測(cè)。又，繼續(xù)氣體的計(jì)測(cè)是指:1次氣體的計(jì)測(cè)結(jié)束之后不停止氣體計(jì)測(cè)裝置3即開(kāi)始下一次的計(jì)測(cè)，由此反復(fù)執(zhí)行計(jì)測(cè)的狀態(tài)。步驟S301中，通過(guò)計(jì)數(shù)器80計(jì)數(shù)持續(xù)時(shí)間。計(jì)數(shù)器80的計(jì)數(shù)結(jié)果被輸入到計(jì)算機(jī)40。步驟S302中，由計(jì)算機(jī)40的控制部49判定計(jì)數(shù)器80計(jì)數(shù)的時(shí)間，即持續(xù)時(shí)間是否在定期維護(hù)周期(規(guī)定的時(shí)間的一例)以上。定期維護(hù)周期被預(yù)先設(shè)定，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)40的存儲(chǔ)部47。步驟S302中滿足條件的情況下，進(jìn)入流程100，不滿足條件的情況下，返回到步驟S301。流程100中，與第I實(shí)施方式同樣地執(zhí)行波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定。本實(shí)施方式中，設(shè)定部44在持續(xù)時(shí)間達(dá)到規(guī)定時(shí)間以上的情況下，設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度使得峰谷比R等于預(yù)先確定的目標(biāo)值。步驟S303中，重置計(jì)數(shù)器80。計(jì)數(shù)器80被重置的話，流程返回到步驟S301。SP，計(jì)數(shù)器80在被重置的時(shí)點(diǎn)為零，重新開(kāi)始持續(xù)時(shí)間的計(jì)數(shù)。
如上，第3實(shí)施方式涉及的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法是氣體計(jì)測(cè)裝置3的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法，氣體計(jì)測(cè)裝置3包括:振蕩具有與主電流對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)且根據(jù)調(diào)制電流調(diào)制的激光的光源2，根據(jù)透過(guò)計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的激光的強(qiáng)度輸出信號(hào)的第I受光裝置14。該方法包括:對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30持續(xù)計(jì)測(cè)，和判斷計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30是否持續(xù)規(guī)定的時(shí)間地被計(jì)測(cè)。又，該方法還包括:計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30持續(xù)規(guī)定的時(shí)間被計(jì)測(cè)的情況下，一邊使中心波長(zhǎng)變化，一邊從透過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)氣體7的激光中取得檢測(cè)信號(hào)14。又，該方法中，從檢測(cè)信號(hào)14取得以調(diào)制頻率ω I的2倍的諧波頻率ω 2振動(dòng)的二次諧波成分，計(jì)算峰谷比R0然后，該方法還包括:設(shè)定波長(zhǎng)調(diào)制幅度使得峰谷比R滿足規(guī)定條件。
這樣，氣體計(jì)測(cè)裝置3在計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的計(jì)測(cè)持續(xù)規(guī)定的時(shí)間時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定。由此，即使氣體計(jì)測(cè)裝置3長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以將波長(zhǎng)調(diào)制幅度保持一定。
〔4:第4實(shí)施方式〕
上述第I實(shí)施方式中，計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度、壓力等狀態(tài)量由測(cè)定裝置22測(cè)定。又，第2實(shí)施方式中，根據(jù)透過(guò)激光的兩個(gè)峰的比值測(cè)定測(cè)定對(duì)象氣體的溫度。與之相對(duì)，以下說(shuō)明的第4實(shí)施方式中，計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度以外的狀態(tài)量也不采用測(cè)定裝置22即可進(jìn)行判定。
以下以實(shí)例說(shuō)明不采用測(cè)定裝置22判定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的壓力的方法。
第4實(shí)施方式涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置I與第I實(shí)施方式涉及的氣體計(jì)測(cè)裝置I具有實(shí)質(zhì)相同的構(gòu)成。只是，如圖12所示，第4實(shí)施方式中的計(jì)算機(jī)40還具有第I判定部51。這里，對(duì)與第I實(shí)施方式的氣體計(jì)測(cè)裝置I相同的構(gòu)成省略說(shuō)明。
第I判定部51 (判定部的一例)基于壓力和峰谷比R的預(yù)先確定的關(guān)系，根據(jù)峰谷比R判定壓力。更具體來(lái)說(shuō)，第I判定部51基于規(guī)定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的狀態(tài)的狀態(tài)量組與峰谷比R的預(yù)先確定的關(guān)系，判定計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的壓力。本實(shí)施方式中，狀態(tài)量組由溫度和壓力構(gòu)成。對(duì)第I判定部51的動(dòng)作進(jìn)行如下說(shuō)明。
〔4.1:壓力和濃度的測(cè)定方法〕
接著，采用圖13對(duì)氣體計(jì)測(cè)裝置I中的壓力(狀態(tài)量的一例)的測(cè)定方法進(jìn)行說(shuō)明。圖13示出計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的濃度的測(cè)定流程400，壓力判定的流程是步驟S401 S407。
步驟S401中開(kāi)始掃描。具體來(lái)說(shuō)，第I波形發(fā)生器6輸出的斜波電流從最小值(即、基準(zhǔn)水平的電流值)開(kāi)始增加。由此，與調(diào)制電流的變化相比，主電流的強(qiáng)度緩慢變化。包含主電流和調(diào)制電流的驅(qū)動(dòng)電流被輸入到光源2，光源2與驅(qū)動(dòng)電流對(duì)應(yīng)地振蕩激光。從光源2出射的激光入射到計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30。透過(guò)了計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的激光入射到第I受光裝置14。
步驟S402中，由第I受光裝置14取得檢測(cè)信號(hào)II。然后，檢測(cè)信號(hào)Il被輸入到信號(hào)處理裝置16和第I相位敏感檢波裝置18。信號(hào)處理裝置16取得表示檢測(cè)信號(hào)Il的直流成分的信號(hào)12。
步驟S403中，由第I相位敏感檢波裝置18從檢測(cè)信號(hào)Il中取得二次諧波信號(hào)13。二次諧波信號(hào)13被輸入到計(jì)算機(jī)40的記錄器41。然后，由記錄器41記錄二次諧波成分。
步驟S404中，判定斜波電流的掃描是否已經(jīng)結(jié)束。掃描通過(guò)經(jīng)過(guò)斜波電流的I個(gè)周期而結(jié)束。在掃描的開(kāi)始時(shí)點(diǎn)斜波電流的大小最小，在掃描的結(jié)束時(shí)點(diǎn)斜波電流的大小最大。掃描結(jié)束時(shí)，流程進(jìn)入到步驟S405。在掃描過(guò)程中，流程返回到步驟S402。這樣，在一次掃描期間執(zhí)行多次二次諧波成分的取得。即，通過(guò)掃描取得二次諧波成分的值的列。本實(shí)施方式中，取得二次諧波成分的時(shí)刻由計(jì)算機(jī)40控制。圖14的(A)示出二次諧波成分的一例。影響二次諧波成分的坐標(biāo)圖的形狀的因素有計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的溫度、壓力、共存氣體的分壓、以及激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度。對(duì)于其他的高次諧波成分和基本頻率成分也是同樣。這里，激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度依存于調(diào)制電流的強(qiáng)度，通過(guò)確定調(diào)制電流的強(qiáng)度，確定激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度。波長(zhǎng)調(diào)制幅度被調(diào)整為事前規(guī)定的值。二次諧波成分的坐標(biāo)圖的形狀反映計(jì)測(cè)對(duì)象氣體30的吸收線的形狀。圖14的
(B)示出吸收線的一例。已知壓力的影響處于支配地位時(shí)的吸收線的形狀顯示為洛侖茲函數(shù)型，氣體粒子的速度引起的多普勒效應(yīng)處于支配地位時(shí)的吸收線的形狀顯示為高斯函數(shù)型。然后，吸收線的形狀被半輻值2 Y賦予特征。半輻值2 Y依存于多普勒效應(yīng)引起的多普勒寬度和壓力的影響引起的壓力幅度。目標(biāo)成分的多普勒寬度aD由下式(I)所示。數(shù)式I
權(quán)利要求
1.一種氣體計(jì)測(cè)裝置(1，3)，其是用于對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象氣體(30)進(jìn)行計(jì)測(cè)的氣體計(jì)測(cè)裝置(1，3)，所述氣體計(jì)測(cè)裝置(1，3)的特征在于，具有: 光源(2)，所述光源(2) —邊使具有與主電流對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)的激光的所述中心波長(zhǎng)變化一邊振蕩根據(jù)調(diào)制電流調(diào)制了的激光； 檢測(cè)部(14)，所述檢測(cè)部(14)根據(jù)透過(guò)了基準(zhǔn)試樣的所述激光的強(qiáng)度輸出檢測(cè)信號(hào)(Il); 取得部(18)，所述取得部(18)從所述檢測(cè)信號(hào)(Il)中取得以所述調(diào)制電流的頻率的正整數(shù)倍的頻率振動(dòng)的特定頻率成分； 算出部(42)，所述算出部(42)計(jì)算出所述特定頻率成分的極小值的大小與極大值的大小的比值；和 設(shè)定部(44)，所述設(shè)定部(44)設(shè)定所述激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度，使得所述比值滿足規(guī)定條件。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體計(jì)測(cè)裝置(1，3)，其特征在于， 所述規(guī)定條件為與所述波長(zhǎng)調(diào)制幅度一一對(duì)應(yīng)的所述比值等于預(yù)先確定的目標(biāo)值， 所述設(shè)定部(44)通過(guò)使所述調(diào)制電流的強(qiáng)度變化來(lái)設(shè)定所述波長(zhǎng)調(diào)制幅度。
3.如權(quán)利要求2所述的氣體計(jì)測(cè)裝置(1，3)，其特征在于， 所述目標(biāo)值是以使所述基準(zhǔn)試樣的壓力變化時(shí)的、所述特定頻率成分的變動(dòng)率為基準(zhǔn)來(lái)確定的。
4.如權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的氣體計(jì)測(cè)裝置(3)，其特征在于， 所述氣體計(jì)測(cè)裝置(3)還具有計(jì)數(shù)部(80)，所述計(jì)數(shù)部(80)對(duì)所述計(jì)測(cè)對(duì)象氣體(30)的計(jì)測(cè)持續(xù)的時(shí)間、即持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)， 所述設(shè)定部(44)在所述持續(xù)時(shí)間達(dá)到規(guī)定時(shí)間以上時(shí)，設(shè)定所述波長(zhǎng)調(diào)制幅度使得所述比值滿足所述規(guī)定條件。
5.如權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的氣體計(jì)測(cè)裝置(1，3)，其特征在于， 所述氣體計(jì)測(cè)裝置(1，3)還具有判定部(51)，所述判定部(51)基于規(guī)定所述計(jì)測(cè)對(duì)象氣體(30)的狀態(tài)的狀態(tài)量與所述比值的預(yù)先確定的關(guān)系，根據(jù)所述比值判定所述狀態(tài)量。
6.如權(quán)利要求5所述的氣體計(jì)測(cè)裝置(1，3)，其特征在于， 所述氣體計(jì)測(cè)裝置(1，3)還具有測(cè)定部(22)，所述測(cè)定部(22)對(duì)規(guī)定所述計(jì)測(cè)對(duì)象氣體(30)的狀態(tài)的一個(gè)或者多個(gè)能夠測(cè)定的狀態(tài)量進(jìn)行測(cè)定， 所述判定部(51)采用所述比值和被測(cè)定到的所述一個(gè)或者多個(gè)能夠測(cè)定的狀態(tài)量來(lái)判定所述狀態(tài)量。
7.如權(quán)利要求5或6所述的氣體計(jì)測(cè)裝置(1，3)，其特征在于， 所述狀態(tài)量與所述比值的所述預(yù)先確定的關(guān)系是將所述計(jì)測(cè)對(duì)象氣體(30)置換為基準(zhǔn)試樣時(shí)所述狀態(tài)量與所述比值所滿足的關(guān)系。
8.一種波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法(100 400)，其是氣體計(jì)測(cè)裝置(1，3)中的所述激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法， 所述氣體計(jì)測(cè)裝置(1，3)具有光源(2)和檢測(cè)部(14)，所述光源(2)振蕩具有與主電流對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)、且根據(jù)調(diào)制電流調(diào)制了的激光，所述檢測(cè)部(14)根據(jù)透過(guò)了計(jì)測(cè)對(duì)象氣體(30)的所述激光的強(qiáng)度輸出信號(hào)；所述波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法(100 400)的特征在于，具有如下步驟: 一邊使所述中心波長(zhǎng)變化一邊從透過(guò)了基準(zhǔn)試樣的所述激光中取得檢測(cè)信號(hào)(S102)； 從所述檢測(cè)信號(hào)中取得以所述調(diào)制電流的頻率的正整數(shù)倍的頻率振動(dòng)的特定頻率成分(S103)； 計(jì)算出所述特定頻率成分的極小值的大小與極大值的大小的比值(S105)； 設(shè)定所述激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度，使得所述比值滿足規(guī)定條件(S106)。
9.如權(quán)利要求8所述的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法(100 400)，其特征在于， 所述規(guī)定條件為與所述波長(zhǎng)調(diào)制幅度一一對(duì)應(yīng)的所述比值等于預(yù)先確定的目標(biāo)值， 設(shè)定所述激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的步驟(S106)中，通過(guò)使所述調(diào)制電流的強(qiáng)度變化來(lái)設(shè)定所述波長(zhǎng)調(diào)制幅度。
10.如權(quán)利要求9所述的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法(100 400)，其特征在于， 所述目標(biāo)值是以使所述基準(zhǔn)試樣的壓力變化時(shí)的、所述特定頻率成分的變動(dòng)率為基準(zhǔn)來(lái)確定的。
11.如權(quán)利要求8至10中任意一項(xiàng)所述的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法(100 400)，其特征在于， 還包括:對(duì)所述計(jì)測(cè)對(duì)象 氣體(30)的計(jì)測(cè)持續(xù)的時(shí)間、即持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的步驟(S301)， 在所述持續(xù)時(shí)間達(dá)到規(guī)定時(shí)間以上時(shí)(S302)，設(shè)定所述波長(zhǎng)調(diào)制幅度使得所述比值滿足所述規(guī)定條件(100)。
12.如權(quán)利要求8至11中任意一項(xiàng)所述的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法(400)，其特征在于， 還包括:基于規(guī)定所述計(jì)測(cè)對(duì)象氣體(30)的狀態(tài)的狀態(tài)量與所述比值的預(yù)先確定的關(guān)系，根據(jù)所述比值判定所述狀態(tài)量的步驟(S407)。
13.如權(quán)利要求12所述的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法(400)，其特征在于， 還包括:對(duì)規(guī)定所述計(jì)測(cè)對(duì)象氣體(30)的狀態(tài)的一個(gè)或者多個(gè)能夠測(cè)定的狀態(tài)量進(jìn)行測(cè)定的步驟(S406)， 判定所述狀態(tài)量的步驟(S406)中，采用所述比值和被測(cè)定到的所述一個(gè)或者多個(gè)能夠測(cè)定的狀態(tài)量來(lái)判定所述狀態(tài)量(S407)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定方法(400)，其特征在于， 所述狀態(tài)量與所述比值的所述預(yù)先確定的關(guān)系是將所述計(jì)測(cè)對(duì)象氣體(30)置換為基準(zhǔn)試樣時(shí)所述狀態(tài)量與所述比值所滿足的關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明的氣體計(jì)測(cè)裝置對(duì)波長(zhǎng)調(diào)制幅度的設(shè)定進(jìn)行簡(jiǎn)化。氣體計(jì)測(cè)裝置(1)是對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象氣體(30)進(jìn)行計(jì)測(cè)的裝置。氣體計(jì)測(cè)裝置(1)具有光源(2)、第1受光裝置(14)、第1相位敏感檢波裝置(18)、R算出部(42)、設(shè)定部(44)。光源(2)使中心波長(zhǎng)變化地振蕩具有與主電流對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)且與根據(jù)調(diào)制電流調(diào)制了的激光。第1受光裝置(14)與根據(jù)透過(guò)了基準(zhǔn)試樣的激光的強(qiáng)度輸出檢測(cè)信號(hào)(I1)。第1相位敏感檢波裝置(18)從檢測(cè)信號(hào)(I1)中取得以調(diào)制電流(ω1)的頻率的2倍的諧波頻率(ω2)振動(dòng)的二次諧波成分。R算出部(42)計(jì)算峰谷比(R)。設(shè)定部(44)設(shè)定激光的波長(zhǎng)調(diào)制幅度，使得峰谷比(R)滿足規(guī)定條件。
文檔編號(hào)G01N21/39GK103185704SQ20121056764
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者森哲也, 井戶琢也 申請(qǐng)人:株式會(huì)社堀場(chǎng)制作所