JP2008232920A - Gas detection device, and calibration method and wavelength confirmation method using device - Google Patents

Gas detection device, and calibration method and wavelength confirmation method using device Download PDF

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JP2008232920A JP2007074922A JP2007074922A JP2008232920A JP 2008232920 A JP2008232920 A JP 2008232920A JP 2007074922 A JP2007074922 A JP 2007074922A JP 2007074922 A JP2007074922 A JP 2007074922A JP 2008232920 A JP2008232920 A JP 2008232920A
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Noriaki Yamazaki
教明 山崎
Takeshi Hara
毅 原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform self-calibration of wavelength deviation in a device based on a detection signal corresponding to reference light of an LD module. <P>SOLUTION: Laser light emitted from the LD module 11 is branched into measuring light and the reference light by a half mirror. The measuring light is used for ordinary gas detection, and the reference light is received by a photodetector 12c for wavelength processing after passing a gas cell. While sweeping a driving temperature value of the LD module 11 with a prescribed swing width, the maximum 2f value taking the maximum value is calculated from among 2f values based on an intensity change of a 2f signal detected from a detection signal received by the photodetector 12c for wavelength processing, and the calculated maximum 2f value is compared with a reference 2f value stored in a storage part 31. When the maximum 2f value is higher than a prescribed reference of the reference 2f value, a set temperature value of the LD module 11 is calculated from the maximum 2f value, and a set temperature value stored in the storage part 31 is changed, to thereby perform wavelength calibration of the LD module 11. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体レーザを光源とし、ガスの赤外線吸収特性を利用して光学的にガスを検知するガス検知装置に係り、簡易的な構成でガス検知始業前やガス検知時において装置内で最適な波長に自己校正することができるガス検知装置及び該装置を用いた校正方法並びに波長確認方法に関する。   The present invention relates to a gas detection device that uses a semiconductor laser as a light source and optically detects gas using the infrared absorption characteristics of gas, and has a simple configuration and is optimal in the device before starting gas detection or during gas detection. The present invention relates to a gas detection device capable of self-calibrating to a suitable wavelength, a calibration method using the device, and a wavelength confirmation method.

例えばメタン、二酸化炭素、アセチレン、アンモニア等の気体には、分子の回転や構成原子間の振動等に応じて特定波長の光を吸収する吸収帯があることが既に知られている。この吸収帯を利用したガス検知装置では、所定距離(この距離によって測定光路長が確定される)隔てて光源部と受光部とを配置し、光源部の半導体レーザにより周波数変調されたレーザ光を測定対象ガスを含む雰囲気中に通し、その透過光を受光部の光検出器で受光してガスを検知し、このときの出力信号から測定対象ガスのガス濃度を測定している。また、下記特許文献1に開示されるように、上述した光源部と受光部を共通の筐体に収容して携帯できるように構成したガス検知装置も知られている。なお、光源部と受光部は同じ位置に配置されていても測定光を反射光として受光できれば測定光路長は確保される。   For example, it is already known that gases such as methane, carbon dioxide, acetylene, and ammonia have an absorption band that absorbs light of a specific wavelength in accordance with molecular rotation, vibration between constituent atoms, and the like. In a gas detection device using this absorption band, a light source part and a light receiving part are arranged at a predetermined distance (the measurement optical path length is determined by this distance), and laser light frequency-modulated by a semiconductor laser of the light source part is used. It passes through the atmosphere containing the measurement target gas, and the transmitted light is received by the photodetector of the light receiving unit to detect the gas, and the gas concentration of the measurement target gas is measured from the output signal at this time. Further, as disclosed in Patent Document 1 below, there is also known a gas detection device configured such that the light source unit and the light receiving unit described above are accommodated in a common casing and can be carried. Even if the light source unit and the light receiving unit are arranged at the same position, the measurement optical path length is secured if the measurement light can be received as reflected light.

ここで、受光部の出力信号から検出される変調周波数の基本波位相敏感検波信号(以下、1f信号と略称する)には、強度変調に起因する大きなオフセットが生じる。このため、特に微小なガス濃度を高感度で測定するには、1f信号に比べてオフセットのかなり小さい2倍波位相敏感検波信号(以下、2f信号と略称する)が用いられる。   Here, a large offset due to intensity modulation occurs in a fundamental phase sensitive detection signal (hereinafter referred to as “1f signal”) having a modulation frequency detected from the output signal of the light receiving unit. For this reason, in order to measure a particularly minute gas concentration with high sensitivity, a second harmonic phase sensitive detection signal (hereinafter abbreviated as 2f signal) having a considerably smaller offset than the 1f signal is used.

実際にガス濃度を測定するにあたっては、測定ガス吸収線に合わせた波長の測定光が測定ガス雰囲気中を通ると、被測定ガスにより測定光が吸収され、ガス濃度光路長積に応じた強度で変調周波数の2倍の周波数の強度変化(2f信号成分:2f値)による2f信号が生成される。そして、この2f信号の強度変化と元の変調周波数である1f信号の強度変化(1f信号成分:1f値)の比率2f/1fの値は、ガス濃度光路長積に比例するので、この値に係数をかければガス濃度になる。なお、この種の従来のガス検知装置としては、下記特許文献1に開示されたガス濃度測定装置などが開示されている。   When actually measuring the gas concentration, when the measurement light with the wavelength matched to the measurement gas absorption line passes through the measurement gas atmosphere, the measurement light is absorbed by the gas to be measured, and the intensity according to the gas concentration optical path length product. A 2f signal is generated by a change in intensity at a frequency twice the modulation frequency (2f signal component: 2f value). The ratio 2f / 1f between the intensity change of the 2f signal and the intensity change of the 1f signal (1f signal component: 1f value), which is the original modulation frequency, is proportional to the gas concentration optical path length product. Multiply the coefficient to get the gas concentration. As this type of conventional gas detection device, a gas concentration measurement device disclosed in Patent Document 1 below is disclosed.

図11に示すように、特許文献1のガス濃度測定装置51は、全体が銃型形状をなし、一面に開口穴52を有する有底筒型形状の筐体53と、筐体53の後端側に位置して筐体53を把持する把持部54とを備えている。筐体53内には、半導体レーザユニット55が組み込まれるとともに、筐体53内の中心軸線上の奥部に受光器56が配置される。半導体レーザユニット55は、測定雰囲気のガスを検知するための測定光を出射する半導体レーザを含む半導体レーザモジュール57と、レーザポインタ58と、合波手段59とからなる。筐体53の開口穴52には、測定光の出射に伴う測定雰囲気からの反射測定光を受光器56に集光する集光レンズ60が固設される。レーザポインタ58は、逆V字状の支持部材61によって筐体53の集光レンズ60後方に固定され、測定光の出射位置を確認するための可視光をガイド光として出射している。合波手段59は、筐体53の集光レンズ60後方で受光器56の光軸L−L上に配置され、測定光とガイド光とを受光器56の光軸L−L上で合波して集光レンズ60の中央のガラス窓62から出射している。
特開2005−106521号公報
As shown in FIG. 11, the gas concentration measuring device 51 of Patent Document 1 has a bottomed cylindrical casing 53 having a gun shape as a whole and having an opening hole 52 on one surface, and a rear end of the casing 53. And a grip portion 54 that grips the housing 53. A semiconductor laser unit 55 is incorporated in the housing 53, and a light receiver 56 is disposed at the back of the housing 53 on the central axis. The semiconductor laser unit 55 includes a semiconductor laser module 57 including a semiconductor laser that emits measurement light for detecting a gas in a measurement atmosphere, a laser pointer 58, and a multiplexing means 59. A condensing lens 60 for condensing the reflected measurement light from the measurement atmosphere accompanying the emission of the measurement light onto the light receiver 56 is fixed in the opening hole 52 of the housing 53. The laser pointer 58 is fixed to the rear of the condenser lens 60 of the housing 53 by an inverted V-shaped support member 61, and emits visible light as guide light for confirming the emission position of the measurement light. The multiplexing means 59 is disposed on the optical axis LL of the light receiver 56 behind the condenser lens 60 of the housing 53, and combines the measurement light and the guide light on the optical axis LL of the light receiver 56. Then, the light is emitted from the central glass window 62 of the condenser lens 60.
JP-A-2005-106521

ところで、上記特許文献1のガス濃度検知装置を含むこの種のガス検知装置における測定対象ガスの漏れ検査(以下、リークテストともいう)の検知精度は、装置に実装された光源部である半導体レーザモジュールから出射される測定光の波長が安定しているか否かに依存するため、ガス検知装置には正確な波長安定化が要求される。   By the way, the detection accuracy of the measurement target gas leakage inspection (hereinafter also referred to as a leakage test) in this type of gas detection device including the gas concentration detection device of Patent Document 1 described above is a semiconductor laser that is a light source unit mounted on the device. Since it depends on whether or not the wavelength of the measurement light emitted from the module is stable, the gas detection device is required to accurately stabilize the wavelength.

そのため、現行のガス検知装置では波長安定化の確認方法として位相検波による波長安定化方法を用いて波長安定化を図っているが、この方法では波長安定化に伴う調整に時間が掛かるとともに、この方法を実現するための波長安定化回路等を構成する部品コストが嵩んでしまうという問題があった。   Therefore, in the current gas detection device, the wavelength stabilization is performed by using the wavelength stabilization method by phase detection as a confirmation method of the wavelength stabilization. There has been a problem that the cost of components constituting a wavelength stabilization circuit or the like for realizing the method increases.

また、ガス検知を行うユーザからは、ガス検知測定の始業前点検の時点で、実際に測定対象となるガスの検知が確実に測定できることを確認した上でガス検知測定を行いたいという要望がある。   In addition, there is a request from a user who performs gas detection to confirm gas detection measurement after confirming that the gas to be actually measured can be reliably measured at the time of inspection before starting gas detection measurement. .

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、安価で、且つ、簡易的な構成で、ガス検知始業前やガス検知時に波長の安定化の確認や最適な波長に自己校正して高精度なガス検知を行うことのできるガス検知装置及び該装置を用いた校正方法並びに波長確認方法を提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and is inexpensive and has a simple configuration, confirming wavelength stabilization before starting gas detection or during gas detection, and self-calibrating to an optimum wavelength. It is an object of the present invention to provide a gas detection device capable of performing highly accurate gas detection, a calibration method using the device, and a wavelength confirmation method.

上記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載されたガス検知装置は、レーザ光を出射する半導体レーザを実装したLDモジュール11と、
該LDモジュールから出射されたレーザ光を測定光と参照光とに分岐するハーフミラー12aと、測定対象となるガスと同種のガスが封入されたガスセル12bと、該ガスセルを通過した前記参照光を受光し、この受光した前記参照光に応じた検知信号を出力する波長処理用受光器12cとを備えた波長処理機構部12と、
所定の発振周波数で前記半導体レーザを駆動するために予め設定される設定温度値と、波長校正時に基準値として用いられる基準2f値とを記憶している記憶部31と、
前記LDモジュールの駆動温度値を前記記憶部に記憶された前記設定温度値に温度安定化するための温度安定化制御部32と、
前記温度安定化制御部で制御された前記LDモジュールの駆動温度値を所定の振り幅で掃引させながら、前記波長処理機構部から出力された前記検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の2倍の検波信号である2倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく2f値を算出し、該算出された2f値の中から最大値となる最大2f値を算出して出力する波長校正用算出手段33Baと、前記波長校正用算出手段から出力された最大2f値と前記記憶部に記憶された前記基準2f値とを比較し、前記最大2f値が基準2f値の所定基準以上であった場合は、前記最大2f値から前記LDモジュールの設定温度値を算出し、この算出した前記設定温度値を前記記憶部に出力して変更を行う波長校正用判別手段33Bcとを有する波長処理制御部33と、
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a gas detector according to claim 1 of the present invention includes an LD module 11 mounted with a semiconductor laser that emits laser light,
A half mirror 12a that branches the laser light emitted from the LD module into measurement light and reference light, a gas cell 12b in which the same kind of gas as the measurement target gas is sealed, and the reference light that has passed through the gas cell. A wavelength processing mechanism unit 12 including a wavelength processing light receiver 12c that receives and outputs a detection signal corresponding to the received reference light;
A storage unit 31 storing a set temperature value set in advance for driving the semiconductor laser at a predetermined oscillation frequency and a reference 2f value used as a reference value at the time of wavelength calibration;
A temperature stabilization control unit 32 for stabilizing the driving temperature value of the LD module to the set temperature value stored in the storage unit;
The fundamental frequency sensitive detection of the modulation frequency detected from the detection signal output from the wavelength processing mechanism unit while sweeping the driving temperature value of the LD module controlled by the temperature stabilization control unit with a predetermined amplitude. A wavelength for calculating a 2f value based on a change in intensity of a double phase sensitive detection signal that is a detection signal that is twice the signal, and calculating and outputting a maximum 2f value that is the maximum value from the calculated 2f values The calibration calculation unit 33Ba compares the maximum 2f value output from the wavelength calibration calculation unit with the reference 2f value stored in the storage unit, and the maximum 2f value is equal to or greater than a predetermined reference of the reference 2f value. If there is, the wavelength processing unit includes a wavelength calibration determination unit 33Bc that calculates a set temperature value of the LD module from the maximum 2f value, outputs the calculated set temperature value to the storage unit, and changes the value. A control unit 33,
It is provided with.

請求項2記載のガス検知装置は、請求項1記載のガス検知装置において、
前記波長処理機構部12は、前記ガスセル12b近傍で検出した温度値を補正温度値として出力する温度センサ12dを備え、
前記波長処理制御部33は、前記波長校正用算出手段33Baで算出された2f値を必要に応じて前記補正温度値に基づき補正し、この補正した2f値を前記波長校正用算出手段に出力する波長校正用補正手段33Bbを備えたことを特徴とする。
The gas detection device according to claim 2 is the gas detection device according to claim 1,
The wavelength processing mechanism unit 12 includes a temperature sensor 12d that outputs a temperature value detected in the vicinity of the gas cell 12b as a correction temperature value,
The wavelength processing control unit 33 corrects the 2f value calculated by the wavelength calibration calculation unit 33Ba based on the correction temperature value as necessary, and outputs the corrected 2f value to the wavelength calibration calculation unit. A wavelength calibration correction unit 33Bb is provided.

請求項3記載のガス検知装置は、請求項1記載のガス検知装置において、
前記記憶部31は、波長確認時に基準値として用いられる基準2f/1f値をさらに記憶しており、
前記波長処理制御部33は、前記波形処理用受光器12cからの検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の強度変化に基づく1f値と、該1f値の2倍の検波信号である前記2倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく2f値とを算出し、両値の比率である2f/1f値を算出して出力する波長確認用算出手段33Aaと、
前記算出された2f/1f値と、前記記憶部に記憶された基準2f/1f値とを比較し、前記2f/1f値が前記基準2f/1f値の所定範囲内であった場合は、前記LDモジュール11の波長が安定化されていると判別する波長確認用判別手段33Acとを有する波長確認処理部33Aを備えたことを特徴とする。
The gas detection device according to claim 3 is the gas detection device according to claim 1,
The storage unit 31 further stores a reference 2f / 1f value used as a reference value when checking the wavelength,
The wavelength processing control unit 33 includes a 1f value based on the intensity change of the fundamental frequency sensitive detection signal of the modulation frequency detected from the detection signal from the waveform processing light receiver 12c, and a detection signal twice the 1f value. A wavelength checking calculation unit 33Aa that calculates a 2f value based on an intensity change of a certain second harmonic phase sensitive detection signal, calculates a 2f / 1f value that is a ratio of the two values, and outputs the calculated value;
The calculated 2f / 1f value is compared with the reference 2f / 1f value stored in the storage unit. When the 2f / 1f value is within a predetermined range of the reference 2f / 1f value, A wavelength confirmation processing unit 33A having wavelength confirmation determination means 33Ac for determining that the wavelength of the LD module 11 is stabilized is provided.

請求項4記載のガス検知装置は、請求項3記載のガス検知装置において、
前記波長処理機構部12は、前記ガスセル12b近傍で検出した温度値を補正温度値として出力する温度センサ12dを備え、
前記波長処理制御部33は、前記波長確認用算出手段で算出された2f/1f値を必要に応じて前記補正温度値に基づき補正し、この補正した2f値を波長確認用算出手段に出力する波長確認用補正手段33Abを備えたことを特徴とする。
The gas detection device according to claim 4 is the gas detection device according to claim 3,
The wavelength processing mechanism unit 12 includes a temperature sensor 12d that outputs a temperature value detected in the vicinity of the gas cell 12b as a correction temperature value,
The wavelength processing control unit 33 corrects the 2f / 1f value calculated by the wavelength check calculation unit based on the correction temperature value as necessary, and outputs the corrected 2f value to the wavelength check calculation unit. A wavelength confirmation correcting means 33Ab is provided.

本発明の請求項5に記載されたガス検知装置の校正方法は、請求項1記載のガス検知装置1を用いた校正方法であって、
前記温度安定化制御部32において前記LDモジュール11の温度安定化処理を行うステップと、
前記LDモジュールの駆動温度値を所定の振り幅で掃引させながら、前記波長処理機構部12から出力された前記検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の2倍の検波信号である2倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく2f値を算出するステップと、
該算出された2f値の中から最大値となる最大2f値を算出するステップと、
前記算出された最大2f値と、前記記憶部31に記憶された基準2f値とを比較するステップと、
前記最大2f値が基準2f値の所定基準以上であった場合は、前記最大2f値から前記LDモジュールの設定温度値を算出して前記記憶部に記憶された前記設定温度値の変更を行うステップと、
を含むことを特徴とする。
A calibration method for a gas detection device according to claim 5 of the present invention is a calibration method using the gas detection device 1 according to claim 1,
Performing temperature stabilization processing of the LD module 11 in the temperature stabilization control unit 32;
It is a detection signal that is twice the fundamental sensitive detection signal of the modulation frequency detected from the detection signal output from the wavelength processing mechanism unit 12 while sweeping the drive temperature value of the LD module with a predetermined amplitude. Calculating a 2f value based on an intensity change of the second harmonic phase sensitive detection signal;
Calculating a maximum 2f value that is a maximum value from the calculated 2f values;
Comparing the calculated maximum 2f value with a reference 2f value stored in the storage unit 31;
A step of calculating a set temperature value of the LD module from the maximum 2f value and changing the set temperature value stored in the storage unit when the maximum 2f value is equal to or greater than a predetermined reference value of a reference 2f value; When,
It is characterized by including.

請求項6記載のガス検知装置の波長確認方法は、請求項3に記載のガス検知装置1を用いた波長確認方法であって、
前記温度安定化制御部32において前記LDモジュール11の温度安定化処理を行うステップと、
前記波長処理機構部12から出力された前記検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の強度変化に基づく1f値と、該1f値の2倍の検波信号である前記2倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく2f値とを算出し、両値の比率である2f/1f値を算出するステップと、
前記2f/1f値と、前記記憶部に記憶された基準2f/1f値とを比較するステップと、
前記2f/1f値が基準2f/1f値の所定範囲内であった場合は、前記LDモジュールの波長が安定化されていると判別するステップと、
を含むことを特徴とする。
The wavelength confirmation method of the gas detection device according to claim 6 is a wavelength confirmation method using the gas detection device 1 according to claim 3,
Performing temperature stabilization processing of the LD module 11 in the temperature stabilization control unit 32;
The 1f value based on the intensity change of the fundamental sensitive detection signal of the modulation frequency detected from the detection signal output from the wavelength processing mechanism unit 12, and the second harmonic phase which is a detection signal twice the 1f value. Calculating a 2f value based on an intensity change of the sensitive detection signal, and calculating a 2f / 1f value that is a ratio of the two values;
Comparing the 2f / 1f value with a reference 2f / 1f value stored in the storage unit;
Determining that the wavelength of the LD module is stabilized when the 2f / 1f value is within a predetermined range of the reference 2f / 1f value;
It is characterized by including.

本発明によれば、従来のようなガスセル内に封入した検出対象ガスを常時検出することができるので、半導体レーザの劣化や使用環境の温度変化等よって目的とする波長が波長ずれした場合であっても、参照光の検知信号の変化により波長ずれしたことを確認し、装置内で波長ずれを自己校正することができる。   According to the present invention, since the detection target gas sealed in the gas cell as in the prior art can be detected at all times, the target wavelength is shifted due to the deterioration of the semiconductor laser or the temperature change of the use environment. However, it can be confirmed that the wavelength has shifted due to a change in the detection signal of the reference light, and the wavelength shift can be self-calibrated in the apparatus.

さらに、ガス検知装置におけるガス漏洩テストが低コストで、且つ、調整が短時間で容易にできる。また、ガス検知始業前の点検の時点で測定対象となるガスの検知が確実に測定できることを確認することできる。   Furthermore, the gas leak test in the gas detector can be performed at low cost and can be easily adjusted in a short time. In addition, it can be confirmed that the detection of the gas to be measured can be reliably measured at the time of inspection before starting the gas detection.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。図1は本発明に係るガス検知装置の第1形態の構成を説明するための概略構成図であり、図2は本発明に係るガス検知装置に実装されるLDモジュールの構成を説明するための概略構成図であり、図3は本発明に係るガス検知装置における波長処理制御部の構成を説明するための概略ブロック図であり、図4は本発明に係るガス検知装置の波長確認処理を説明するためのフローチャート図であり、図5は本発明に係るガス検知装置の波長校正処理を説明するためのフローチャート図であり、図6は本発明に係るガス検知装置の第2形態を説明するための概略構成図であり、図7は本発明に係るガス検知装置の第3形態を説明するための概略構成図であり、図8は本発明に係るガス検知装置の第4形態を説明するための概略構成図であり、図9は本発明に係るガス検知装置の第5形態を説明するための概略構成図であり、図10は本発明に係るガス検知装置の第6形態を説明するための概略構成図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining a configuration of a first embodiment of a gas detection device according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration of an LD module mounted on the gas detection device according to the present invention. FIG. 3 is a schematic block diagram, FIG. 3 is a schematic block diagram for explaining the configuration of the wavelength processing control unit in the gas detection device according to the present invention, and FIG. 4 explains the wavelength confirmation processing of the gas detection device according to the present invention. FIG. 5 is a flowchart for explaining the wavelength calibration process of the gas detection device according to the present invention, and FIG. 6 is for explaining the second embodiment of the gas detection device according to the present invention. FIG. 7 is a schematic configuration diagram for explaining a third embodiment of the gas detection device according to the present invention, and FIG. 8 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the gas detection device according to the present invention. 9 is a schematic configuration diagram of FIG. Is a schematic diagram for explaining the fifth embodiment of the gas detecting device according to the present invention, FIG 10 is a schematic diagram for explaining the sixth embodiment of the gas detecting device according to the present invention.

図1に示すように、本例の第1形態のガス検知装置1は、測定雰囲気中に測定光を出射する出射部10と、出射部10から出射された測定光を受光する受光部20と、出射部10と受光部20との各種制御を行う制御器30とが装置本体に実装されている。   As shown in FIG. 1, the gas detector 1 according to the first embodiment of the present example includes an emission unit 10 that emits measurement light in a measurement atmosphere, and a light receiving unit 20 that receives measurement light emitted from the emission unit 10. A controller 30 that performs various controls of the emitting unit 10 and the light receiving unit 20 is mounted on the apparatus main body.

出射部10は、LDモジュール11、波長処理機構部12、レーザポインタ13とで構成し、各部品がガス検知装置1の所定箇所に配設されるヒートシンク14上に設けれている。   The emission unit 10 includes an LD module 11, a wavelength processing mechanism unit 12, and a laser pointer 13, and each component is provided on a heat sink 14 disposed at a predetermined location of the gas detection device 1.

LDモジュール11は、半導体の再結合発光を利用した半導体レーザを備えたモジュールで構成される。LDモジュール11は、測定ガス特有の吸収線に合致した波長のレーザ光を発生し、このレーザ光がレーザポインタ13から出射されるガイド光(可視光レーザ)と測定位置において略一致するように、所定位置から測定雰囲気中に向けて出射している。   The LD module 11 is configured by a module including a semiconductor laser using semiconductor recombination light emission. The LD module 11 generates laser light having a wavelength that matches the absorption line unique to the measurement gas, and the laser light substantially coincides with the guide light (visible light laser) emitted from the laser pointer 13 at the measurement position. The light is emitted from a predetermined position toward the measurement atmosphere.

ここで、図2を参照しながら、LDモジュール11の構成について説明する。図2に示すように、LDモジュール11は、半導体レーザ11aと、ペルチェ素子11b、第1温度検出手段11cと、第2温度検出手段11dとが密封容器11e内に密封収容されてモジュール構成されている。   Here, the configuration of the LD module 11 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the LD module 11 includes a semiconductor laser 11a, a Peltier element 11b, a first temperature detection unit 11c, and a second temperature detection unit 11d that are hermetically housed in a sealed container 11e. Yes.

半導体レーザ11aは、半導体の再結合発光を利用したレーザであり、本例ではペルチェ素子11b上に設けられている。半導体レーザ11aは、密封容器11e内に鍍金処理(例えばAu鍍金)された接続端子部11fと、ワイヤ(例えばAu線)11gを介して配線接続されており、所定の通電電流がワイヤ11gを介して通電されることで所定波長のレーザ光を出射している。   The semiconductor laser 11a is a laser using semiconductor recombination emission, and is provided on the Peltier element 11b in this example. The semiconductor laser 11a is connected to a connection terminal portion 11f plated (for example, Au plating) in a sealed container 11e via a wire (for example, Au wire) 11g, and a predetermined energization current is transmitted via the wire 11g. The laser beam of a predetermined wavelength is emitted by being energized.

ペルチェ素子11bは、異種の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するというペルチェ効果(Peltier effect)を利用した板状の半導体素子であり、密封容器11e内に実装されている。ペルチェ素子11bは、後述する温度安定化制御部32の制御により、通電された電流に応じた吸熱/発熱により半導体レーザ11aの温度を所定温度に温度調整している。   The Peltier element 11b is a plate-like semiconductor element that utilizes the Peltier effect in which heat is transferred from one metal to the other when a current is passed through a junction of different kinds of metals. Has been implemented. The Peltier element 11b adjusts the temperature of the semiconductor laser 11a to a predetermined temperature by heat absorption / heat generation according to the energized current under the control of a temperature stabilization control unit 32 described later.

第1温度検出手段11cは、例えばサーミスタや白金薄膜温度センサ等の温度が変化することにより抵抗値が変化することを利用した温度センサで構成され、密封容器11e内に収容された半導体レーザ11aの温度と同期するペルチェ素子11bの温度を測定するため、密封容器11e内における半導体レーザ11a近傍(本例ではペルチェ素子11b上に実装)に実装されている。すなわち、ペルチェ素子11bの温度を測定することで、半導体レーザ11aの温度を測定しているのと同等となる。第1温度検出手段11cは、ペルチェ素子11bの温度を検出し、この検出した温度を第1検出温度として温度安定化制御部32に出力している。   The first temperature detecting means 11c is constituted by a temperature sensor using a change in resistance value due to a change in temperature, such as a thermistor or a platinum thin film temperature sensor, and the semiconductor laser 11a accommodated in the sealed container 11e. In order to measure the temperature of the Peltier element 11b synchronized with the temperature, it is mounted in the vicinity of the semiconductor laser 11a (mounted on the Peltier element 11b in this example) in the sealed container 11e. That is, measuring the temperature of the Peltier element 11b is equivalent to measuring the temperature of the semiconductor laser 11a. The first temperature detection means 11c detects the temperature of the Peltier element 11b, and outputs the detected temperature to the temperature stabilization control unit 32 as the first detection temperature.

第2温度検出手段11dは、第1温度検出手段11cと同様にサーミスタ等の温度センサで構成され、密封容器11e内に収容された半導体レーザ11aと接続端子部11fとの間に結線されたワイヤ11gを含む接続端子部11fの温度を測定するため、密封容器11e内における半導体レーザ11aとワイヤ11g接続される接続端子部11f上に設けられている。第2温度検出手段11dは、接続端子部11fと半導体レーザ11aとの間に結線されたワイヤ11gの温度を検出し、この検出した温度を第2検出温度として温度安定化制御部32に出力している。   The second temperature detection means 11d is composed of a temperature sensor such as a thermistor similarly to the first temperature detection means 11c, and is a wire connected between the semiconductor laser 11a accommodated in the sealed container 11e and the connection terminal portion 11f. In order to measure the temperature of the connection terminal portion 11f including 11g, the temperature is provided on the connection terminal portion 11f connected to the semiconductor laser 11a and the wire 11g in the sealed container 11e. The second temperature detection unit 11d detects the temperature of the wire 11g connected between the connection terminal portion 11f and the semiconductor laser 11a, and outputs the detected temperature to the temperature stabilization control unit 32 as the second detection temperature. ing.

波長処理機構部12は、ハーフミラー12aと、ガスセル12bと、波長処理用受光器12cと、温度センサ12dを備えて構成される。波長処理機構部12は、後述する波長処理制御部33の制御により、ガス検知始業開始前や始業後における測定光の波長校正を行うための参照光を受光し、この受光した受光信号を波長処理制御部33に出力している。   The wavelength processing mechanism unit 12 includes a half mirror 12a, a gas cell 12b, a wavelength processing light receiver 12c, and a temperature sensor 12d. The wavelength processing mechanism unit 12 receives reference light for performing wavelength calibration of measurement light before and after the start of gas detection under the control of a wavelength processing control unit 33 described later, and wavelength-processes the received light reception signal. It is output to the control unit 33.

ハーフミラー12aは、透過方向表面に外光の乱反射を防止するためのARコートが施された、光束を二つに分割する(例えば1:1)光学ミラーであり、LDモジュール11から出射されたレーザ光を入射して分割し、一方の光をガスセル12bへ参照光として反射し、もう一方の光は測定光として測定雰囲気中へ透過している。   The half mirror 12a is an optical mirror that divides a light beam into two (for example, 1: 1), and has an AR coating for preventing irregular reflection of external light on the surface in the transmission direction, and is emitted from the LD module 11. The laser light is incident and divided, one light is reflected to the gas cell 12b as reference light, and the other light is transmitted as measurement light into the measurement atmosphere.

ガスセル12bは、封入ガスの吸収波長を減衰させないガラス等で形成された容器で構成され、この容器内に例えばメタン、二酸化炭素、アセチレン、アンモニア等の測定対象となるガスが気密封入されている。ハーフミラー12aで反射した参照光は、ガスセル12bを通過してた後、波長処理用受光器12cに入射している。   The gas cell 12b is composed of a container formed of glass or the like that does not attenuate the absorption wavelength of the sealed gas, and a gas to be measured such as methane, carbon dioxide, acetylene, and ammonia is sealed in the container. The reference light reflected by the half mirror 12a passes through the gas cell 12b and then enters the wavelength processing light receiver 12c.

波長処理用受光器12cは、例えばフォトダイオード等の光によって引き起こされる電気現象の光起電力効果を利用し、光エネルギーに比例した電気エネルギーに変換する半導体素子で構成される。波長処理用受光器12cは、ガスセル12b内を通過した参照光を受光し、この受光した参照光に応じた電気信号を検知信号として波長処理制御部33に出力している。   The wavelength processing photoreceiver 12c is configured by a semiconductor element that uses the photovoltaic effect of an electrical phenomenon caused by light such as a photodiode, for example, and converts it into electrical energy proportional to light energy. The wavelength processing light receiver 12c receives the reference light that has passed through the gas cell 12b, and outputs an electrical signal corresponding to the received reference light to the wavelength processing control unit 33 as a detection signal.

温度センサ12dは、例えばサーミスタや白金薄膜温度センサ等の温度が変化することにより抵抗値が変化することを利用したセンサである。温度センサ12dは、雰囲気温度による発振波長を補正するためガスセル12b近傍の温度を検出し、この検出した波長校正時の補正温度値として波長処理制御部33に出力している。   The temperature sensor 12d is a sensor that utilizes a change in resistance value due to a change in temperature, such as a thermistor or a platinum thin film temperature sensor. The temperature sensor 12d detects the temperature in the vicinity of the gas cell 12b in order to correct the oscillation wavelength due to the ambient temperature, and outputs the detected temperature to the wavelength processing control unit 33 as a corrected temperature value at the time of wavelength calibration.

レーザポインタ13は、LDモジュール11から出射された測定光が出射されている位置確認用のガイド光(可視光)を出射している。   The laser pointer 13 emits position confirmation guide light (visible light) from which the measurement light emitted from the LD module 11 is emitted.

受光部20は、受光レンズ21、検知用受光器22とを備えて構成され、LDモジュール11からの測定光の出射に伴い、測定雰囲気から反射した測定光を集光して受光している。   The light receiving unit 20 includes a light receiving lens 21 and a detection light receiver 22, and collects and receives the measurement light reflected from the measurement atmosphere as the measurement light is emitted from the LD module 11.

受光レンズ21は、例えばフルネルレンズで構成され、測定雰囲気を通過して反射物によって反射してくる光を集光する集光レンズで構成され、測定対象から反射した測定光を検知用受光器22に集光している。   The light receiving lens 21 is composed of, for example, a fullnel lens, and is composed of a condensing lens that condenses the light that passes through the measurement atmosphere and is reflected by the reflecting object, and detects the measurement light reflected from the measurement object. 22 is condensed.

検知用受光器22は、例えばフォトダイオード等の光によって引き起こされる電気現象の光起電力効果を利用し、光エネルギーに比例した電気エネルギーに変換する半導体素子で構成される。検知用受光器22は、受光レンズ21で集光された測定光を受光し、この受光した測定光に応じた電気信号を検知信号としてガス検知制御部に出力している。   The detection light receiver 22 is configured by a semiconductor element that uses the photovoltaic effect of an electrical phenomenon caused by light such as a photodiode, for example, and converts it into electrical energy proportional to light energy. The detection light receiver 22 receives the measurement light collected by the light receiving lens 21 and outputs an electrical signal corresponding to the received measurement light as a detection signal to the gas detection control unit.

制御器30は、記憶部31と、温度安定化制御部32と、波長処理制御部33と、ガス検知制御部34とを備えて構成され、出射部10や受光部20の各部から出力された信号に基づいて各種処理を行う。   The controller 30 includes a storage unit 31, a temperature stabilization control unit 32, a wavelength processing control unit 33, and a gas detection control unit 34, and is output from each unit of the emitting unit 10 and the light receiving unit 20. Various processes are performed based on the signal.

記憶部31は、例えばROM、RAMなどの半導体メモリやHDDからなる記憶媒体で構成される。記憶部31は、所定の発振周波数で半導体レーザ11aを駆動するために予め設定された設定温度値、波長確認用判別手段33Acで波長確認時に基準値として用いられる基準2f/1f値、波長校正用判別手段33Bcで波長校正時に基準値として用いられる基準2f値を記憶している他、ガス検知装置1の各部の駆動に関する各種処理制御情報や測定ガスのガス濃度等のガス検知に係る各種データ等を記憶している。   The storage unit 31 includes a storage medium such as a semiconductor memory such as a ROM or a RAM or an HDD. The storage unit 31 has a preset temperature value set in advance for driving the semiconductor laser 11a at a predetermined oscillation frequency, a reference 2f / 1f value used as a reference value at the time of wavelength confirmation by the wavelength confirmation determination means 33Ac, and wavelength calibration. In addition to storing a reference 2f value used as a reference value at the time of wavelength calibration by the discriminating means 33Bc, various processing control information relating to driving of each part of the gas detection device 1, various data relating to gas detection such as the gas concentration of the measurement gas, etc. Is remembered.

温度安定化制御部32は、半導体レーザ11aの温度を記憶部31に記憶された設定温度値(すなわち、所望の発振波長を出射するのに必要な半導体レーザ11aの駆動温度値を指す)に補正制御して、半導体レーザ11aの温度安定化を図っている。   The temperature stabilization control unit 32 corrects the temperature of the semiconductor laser 11a to the set temperature value stored in the storage unit 31 (that is, the drive temperature value of the semiconductor laser 11a necessary for emitting a desired oscillation wavelength). This is controlled to stabilize the temperature of the semiconductor laser 11a.

ここで、温度安定化制御部32が行う温度安定化処理について説明する。温度安定化処理としては、まず第2温度検出手段11dから補正温度値となる第2温度検出値を取得する。そして、第2温度検出手段11dから取得した第2温度検出値を用いて記憶部31に記憶された設定温度値を補正し、半導体レーザ11aの目標温度となるLD目標温度値を算出する。次に、第1温度検出手段11cから入力した第1温度検出値から前記算出したLD目標温度値を差し引いて、現在の半導体レーザ11aの温度と前記算出した目標温度との誤差値(温度差)を算出する。そして、この算出した誤差値に応じてペルチェ素子11bを駆動制御するためのペルチェ制御設定値を算出し、このペルチェ制御設定値に応じてペルチェ素子11bに通電する通電電流値を制御し、第1温度検出値とLD目標温度値との差が±0となる様に半導体レーザ11a、すなわちLDモジュール11の温度安定化を図っている。
また、温度安定化制御部32は、後述する波長確認判別手段から出力された温度調整信号に基づいて設定温度値を補正している。
Here, the temperature stabilization process performed by the temperature stabilization control unit 32 will be described. As the temperature stabilization process, first, a second temperature detection value serving as a correction temperature value is acquired from the second temperature detection means 11d. And the set temperature value memorize | stored in the memory | storage part 31 is correct | amended using the 2nd temperature detection value acquired from the 2nd temperature detection means 11d, and LD target temperature value used as the target temperature of the semiconductor laser 11a is calculated. Next, an error value (temperature difference) between the current temperature of the semiconductor laser 11a and the calculated target temperature is obtained by subtracting the calculated LD target temperature value from the first temperature detection value input from the first temperature detecting means 11c. Is calculated. Then, a Peltier control set value for controlling the drive of the Peltier element 11b is calculated according to the calculated error value, and an energization current value supplied to the Peltier element 11b is controlled according to the Peltier element set value. The temperature of the semiconductor laser 11a, that is, the LD module 11, is stabilized so that the difference between the detected temperature value and the LD target temperature value becomes ± 0.
Further, the temperature stabilization control unit 32 corrects the set temperature value based on a temperature adjustment signal output from a wavelength confirmation determination unit described later.

波長処理制御部33は、波長確認処理部33Aと、波長校正処理部33Bとで構成され、検知始業前や始業後におけるLDモジュール11の波長確認や波長校正に関する各種制御を行う。   The wavelength processing control unit 33 includes a wavelength confirmation processing unit 33A and a wavelength calibration processing unit 33B, and performs various controls related to wavelength confirmation and wavelength calibration of the LD module 11 before and after the start of detection.

波長確認処理部33Aは、波長確認用算出手段33Aaと、波長確認用補正手段33Abと、波長確認用判別手段33Acとを備えて構成される。   The wavelength confirmation processing unit 33A includes a wavelength confirmation calculation unit 33Aa, a wavelength confirmation correction unit 33Ab, and a wavelength confirmation determination unit 33Ac.

波長確認用算出手段33Aaは、波長処理用受光器12cからの検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号(以下、1f信号と略称する)の強度変化に基づく1f値と、この1f値の2倍の検波信号である2倍波位相敏感検波信号(以下、2f信号と略称する)の強度変化に基づく2f値を算出する。また、波長確認用算出手段33Aaは、この算出した1f値,2f値の比率である2f/1f値を算出し、この2f/1f値を波長確認用補正手段33Abに出力している。   The wavelength confirmation calculating means 33Aa has a 1f value based on a change in intensity of a fundamental sensitive detection signal (hereinafter abbreviated as 1f signal) of a modulation frequency detected from the detection signal from the wavelength processing photodetector 12c, and the 1f value. A 2f value is calculated based on a change in intensity of a second harmonic phase sensitive detection signal (hereinafter abbreviated as a 2f signal), which is a detection signal of twice the value. Further, the wavelength confirmation calculating unit 33Aa calculates a 2f / 1f value that is a ratio of the calculated 1f value and 2f value, and outputs the 2f / 1f value to the wavelength confirmation correcting unit 33Ab.

波長確認用補正手段33Abは、必要に応じて、温度センサ12dから出力された補正温度値に基づいて周囲温度により変動する2f/1f値を補正し、この補正した2f/1f値を波長確認用判別手段33Acに出力している。   The wavelength checking correction unit 33Ab corrects the 2f / 1f value, which fluctuates depending on the ambient temperature, based on the corrected temperature value output from the temperature sensor 12d as necessary, and uses the corrected 2f / 1f value for wavelength checking. This is output to the discriminating means 33Ac.

波長確認用判別手段33Acは、波長確認用補正手段33Abから出力された2f/1f値と、記憶部31に記憶された基準となる基準2f/1f値とを比較判別する。そして、出力された2f/1f値が基準2f/1f値の所定範囲内(例えば基準2f/1f値の±10%以内)であった場合は、LDモジュール11の波長が安定化されていること判別する。また、出力された2f/1f値が基準2f/1f値の所定範囲外であった場合は、波長安定化を図るべく、現在のLDモジュール11の駆動温度値を補正するための温度調整信号を温度安定化制御部32に出力している。
なお、2f/1f値が基準2f/1f値の所定範囲内であった場合は、それぞれ波長確認処理完了通知などを不図示の通知制御部などに出力し、オペレータに対して波長確認処理の処理状態を通知する構成とすることも可能である。
The wavelength confirmation determination unit 33Ac compares and determines the 2f / 1f value output from the wavelength confirmation correction unit 33Ab and the reference 2f / 1f value serving as the reference stored in the storage unit 31. When the output 2f / 1f value is within a predetermined range of the reference 2f / 1f value (for example, within ± 10% of the reference 2f / 1f value), the wavelength of the LD module 11 is stabilized. Determine. If the output 2f / 1f value is outside the predetermined range of the reference 2f / 1f value, a temperature adjustment signal for correcting the current drive temperature value of the LD module 11 is provided to stabilize the wavelength. This is output to the temperature stabilization control unit 32.
If the 2f / 1f value is within the predetermined range of the reference 2f / 1f value, a wavelength confirmation processing completion notification or the like is output to a notification control unit (not shown), and the wavelength confirmation processing is performed for the operator. It is also possible to adopt a configuration for notifying the state.

波長校正処理部33Bは、波長校正用算出手段33Baと、波長校正用補正手段33Bbと、波長校正用判別手段33Bcとを備えて構成される。   The wavelength calibration processing unit 33B includes a wavelength calibration calculating unit 33Ba, a wavelength calibration correcting unit 33Bb, and a wavelength calibration determining unit 33Bc.

波長校正用算出手段33Baは、LDモジュール11の安定化する温度、すなわち温度安定化制御部32で制御された現在の半導体レーザ11aの設定温度値を所定の振り幅で掃引(変化)させながら、波長処理用受光器12cからの検知信号から検出される変調周波数の2f信号に基づく2f値を算出し、一旦波長校正用補正手段33Bbに出力する。 そして、波長校正用算出手段33Baは、波長校正用補正手段33Bbから出力された2f値の中から最大値(この場合、温度を所定の振り幅で掃引しているので2f値が複数算出され、その算出された2f値の中の最大値を指す)となる最大2f値を算出し、この最大2f値を波長校正用判別手段33Bcに出力している。   The wavelength calibration calculating unit 33Ba sweeps (changes) the temperature at which the LD module 11 is stabilized, that is, the current set temperature value of the semiconductor laser 11a controlled by the temperature stabilization control unit 32, with a predetermined amplitude. A 2f value based on the 2f signal of the modulation frequency detected from the detection signal from the wavelength processing photoreceiver 12c is calculated and output once to the wavelength calibration correcting means 33Bb. Then, the wavelength calibration calculating unit 33Ba calculates a maximum value from the 2f values output from the wavelength calibration correcting unit 33Bb (in this case, a plurality of 2f values are calculated because the temperature is swept with a predetermined amplitude). The maximum 2f value (which indicates the maximum value among the calculated 2f values) is calculated, and this maximum 2f value is output to the wavelength calibration discriminating means 33Bc.

波長校正用補正手段33Bbは、必要に応じて、波長校正用算出手段33Baから出力された2f値を温度センサ12dから出力された補正温度値に基づき補正し、この補正した2f値を波長校正用算出手段33Baに出力している。   The wavelength calibration correcting unit 33Bb corrects the 2f value output from the wavelength calibration calculating unit 33Ba based on the corrected temperature value output from the temperature sensor 12d as necessary, and uses the corrected 2f value for wavelength calibration. This is output to the calculation means 33Ba.

波長校正用判別手段33Bcは、波長校正用算出手段33Baから出力された最大2f値と、記憶部31に記憶された基準となる基準2f値とを比較判別する。そして、出力された最大2f値が基準2f値の所定基準以上(例えば基準2f値の70%以上)であった場合は、この最大2f値からLDモジュール11の設定温度値を算出し、記憶部31に出力して設定温度値の変更を行う。これにより、LDモジュール11の発振波長が測定ガス吸収線に合せた波長に校正される。
また、出力された最大2f値が基準2f値の所定基準以下であった場合は、掃引する温度幅を変更(振り幅の拡大)して、再度2f値を算出するための2f値算出信号を波長校正用算出手段33Baに出力している。
The wavelength calibration discriminating means 33Bc compares and discriminates the maximum 2f value output from the wavelength calibration calculating means 33Ba and the reference 2f value serving as the reference stored in the storage unit 31. If the output maximum 2f value is not less than a predetermined reference value of the reference 2f value (for example, 70% or more of the reference 2f value), the set temperature value of the LD module 11 is calculated from the maximum 2f value, and the storage unit 31 to output the set temperature value. As a result, the oscillation wavelength of the LD module 11 is calibrated to a wavelength that matches the measurement gas absorption line.
In addition, when the output maximum 2f value is equal to or less than the predetermined reference value of the reference 2f value, the 2f value calculation signal for calculating the 2f value again is changed by changing the sweeping temperature range (increasing the swing range). This is output to the wavelength calibration calculation means 33Ba.

ガス検知制御部34は、測定光増幅手段34aと、受光信号検出手段34bと、演算手段34cとを備えて構成される。   The gas detection control unit 34 includes a measurement light amplification unit 34a, a light reception signal detection unit 34b, and a calculation unit 34c.

測定光増幅手段34aは、プリアンプで構成され、測定用受光器22から入力した測定光に応じた検知信号を、受光信号検出手段34bで検出する1f信号、2f信号が測定対象ガス濃度範囲で同等の検出レベルになるように、増幅度が1f信号、2f信号それぞれ最適な増幅度に増幅して受光信号検出手段34bに出力している。   The measurement light amplifying means 34a is composed of a preamplifier, and the 1f signal and 2f signal detected by the light reception signal detection means 34b for the detection signal corresponding to the measurement light input from the measurement light receiver 22 are equivalent in the measurement target gas concentration range. Thus, the amplification level is amplified to an optimum amplification level for each of the 1f signal and the 2f signal so as to be output to the received light signal detection means 34b.

受光信号検出手段34bは、測定光増幅手段34aで増幅された測定光信号を信号処理し、1f信号と2f信号を位相敏感検波している。   The received light signal detection unit 34b performs signal processing on the measurement light signal amplified by the measurement light amplification unit 34a, and phase-sensitively detects the 1f signal and the 2f signal.

演算手段34cは、受光信号検出手段34bからの1f信号、2f信号を入力とし、この2f信号の強度変化に基づく2f値と元の変調周波数である1f信号の強度変化に基づく1f値の比率2f/1fに基づいて測定対象ガスのガス濃度を演算している。   The calculating means 34c receives the 1f signal and 2f signal from the received light signal detecting means 34b, and the ratio 2f between the 2f value based on the intensity change of the 2f signal and the 1f value based on the intensity change of the 1f signal which is the original modulation frequency. The gas concentration of the measurement target gas is calculated based on / 1f.

次に、図4、5を参照しながら、上述したガス検知装置1の処理動作についてそれぞれ説明する。ここでは、図4に示す主にガス検知始業前の点検時に行うLDモジュール11の波長確認処理と、図5に示すLDモジュール11の駆動温度値に伴う発振波長のずれを正しい吸収線に校正するための波長校正処理について説明する。   Next, the processing operation of the gas detection device 1 described above will be described with reference to FIGS. Here, the wavelength confirmation processing of the LD module 11 mainly performed at the time of inspection before the start of gas detection shown in FIG. 4 and the oscillation wavelength shift accompanying the drive temperature value of the LD module 11 shown in FIG. 5 are calibrated to correct absorption lines. A wavelength calibration process for this will be described.

まず、図4を参照しながら、ガス検知始業前における波長確認処理について説明する。ガス検知装置1の駆動に伴い、LDモジュール11を所定の設定温度値に基づいて駆動させるため、上述した温度安定化処理を行う(ST1)。次に、LDモジュール11から出射されたレーザ光がハーフミラー12aで測定光と参照光とに分岐され、この分岐された参照光がガスセル12bを通過し、波長処理用受光器12cに受光される(ST2)。   First, the wavelength confirmation process before starting the gas detection will be described with reference to FIG. As the gas detector 1 is driven, the temperature stabilization process described above is performed in order to drive the LD module 11 based on a predetermined set temperature value (ST1). Next, the laser light emitted from the LD module 11 is branched into measurement light and reference light by the half mirror 12a, and the branched reference light passes through the gas cell 12b and is received by the wavelength processing light receiver 12c. (ST2).

そして、ST2において波長処理用受光器12cが受光した参照光に応じた検知信号を波長処理制御部33に出力し、この検知信号に応じて検出される1f信号に基づく1f値と、この1f値の2倍の検波信号である2f信号に基づく2f値を算出する(ST3)。また、この算出した1f値,2f値の比率である2f/1f値を算出する(ST4)。
なお、ST4において、ガスセル12b近傍の周囲温度により2f/1f値が変動している場合は、必要に応じて温度センサ12dから出力された補正温度値に基づき2f/1f値を補正する。
Then, a detection signal corresponding to the reference light received by the wavelength processing light receiver 12c in ST2 is output to the wavelength processing control unit 33, and the 1f value based on the 1f signal detected according to the detection signal, and the 1f value. The 2f value based on the 2f signal, which is a detection signal twice as large as (2), is calculated (ST3). Further, a 2f / 1f value that is a ratio of the calculated 1f value and 2f value is calculated (ST4).
In ST4, if the 2f / 1f value varies depending on the ambient temperature in the vicinity of the gas cell 12b, the 2f / 1f value is corrected based on the corrected temperature value output from the temperature sensor 12d as necessary.

次に、ST4において算出された2f/1f値(補正された場合は補正された2f/1f値を用いる)と、記憶部31に記憶された基準となる基準2f/1f値とを比較する(ST5)。そして、出力された2f/1f値が基準2f/1f値の所定範囲内(例えば基準2f/1f値の±10%以内)であった場合(ST6−Yes)は、LDモジュール11の波長が安定化されていることが確認される。   Next, the 2f / 1f value calculated in ST4 (if corrected, the corrected 2f / 1f value is used) and the reference 2f / 1f value serving as the reference stored in the storage unit 31 are compared ( ST5). When the output 2f / 1f value is within a predetermined range of the reference 2f / 1f value (for example, within ± 10% of the reference 2f / 1f value) (ST6-Yes), the wavelength of the LD module 11 is stable. It is confirmed that

一方、出力された2f/1f値が基準2f/1f値の所定範囲外であった場合(ST6−No)は、再度LDモジュール11の波長安定化を図るべく、ST7でLD目標温度値を変更(例えば−0.1℃)した後に、ST1へ戻り波長確認処理を行う。   On the other hand, if the output 2f / 1f value is outside the predetermined range of the reference 2f / 1f value (ST6-No), the LD target temperature value is changed in ST7 in order to stabilize the wavelength of the LD module 11 again. After (for example, −0.1 ° C.), the process returns to ST1 to perform wavelength confirmation processing.

なお、ST6−Noにおいて、LDモジュール11の波長安定化を図るべくST1へ戻るが、所定回数繰り返してもLDモジュール11の波長安定化が図れない場合は、装置自体の故障等によるものとしてエラーを出力する構成としてもよい。   In ST6-No, the process returns to ST1 in order to stabilize the wavelength of the LD module 11. However, if the wavelength of the LD module 11 cannot be stabilized even after repeating a predetermined number of times, an error is assumed as a failure of the apparatus itself. It is good also as a structure to output.

次に、図5を参照しながら、LDモジュール11の駆動温度値に伴う発振波長のずれを正しい吸収線に校正するための波長校正処理について説明する。まず、LDモジュール11を所定の設定温度値に基づいて駆動させるため、上述した温度安定化処理を行う(ST11)。次に、LDモジュール11から出射されたレーザ光がハーフミラー12aで測定光と参照光に分岐され、この分岐された参照光がガスセル12bを通過し、波長処理用受光器12cに受光される(ST12)。   Next, a wavelength calibration process for calibrating the oscillation wavelength shift accompanying the drive temperature value of the LD module 11 to a correct absorption line will be described with reference to FIG. First, in order to drive the LD module 11 based on a predetermined set temperature value, the above-described temperature stabilization process is performed (ST11). Next, the laser light emitted from the LD module 11 is branched into measurement light and reference light by the half mirror 12a, and the branched reference light passes through the gas cell 12b and is received by the wavelength processing light receiver 12c ( ST12).

そして、ST12において波長処理用受光器12cが受光した参照光に応じた検知信号を波長処理制御部33に出力し、現在のLDモジュール11の駆動温度値を所定の振り幅で掃引(変化)させながら、波長処理用受光器12cからの検知信号から検出される変調周波数の2f信号に基づく2f値を算出する(ST13)。次に、算出された2f値の中から最大となる最大2f値を算出する(ST14)。
なお、ST13において、ガスセル12b近傍の周囲温度により2f値に変動がある場合は、必要に応じて温度センサ12dから出力された補正温度値に基づき補正する。
In ST12, a detection signal corresponding to the reference light received by the wavelength processing light receiver 12c is output to the wavelength processing control unit 33, and the current drive temperature value of the LD module 11 is swept (changed) with a predetermined amplitude. However, the 2f value based on the 2f signal of the modulation frequency detected from the detection signal from the wavelength processing light receiver 12c is calculated (ST13). Next, a maximum 2f value is calculated from the calculated 2f values (ST14).
In ST13, if the 2f value varies depending on the ambient temperature in the vicinity of the gas cell 12b, the correction is made based on the corrected temperature value output from the temperature sensor 12d as necessary.

次に、算出された最大2f値と、記憶部31に記憶された基準となる基準2f値とを比較する(ST15)。そして、出力された最大2f値が基準2f値の所定基準以上(例えば基準2f値の70%以上)であった場合(ST16−Yes)は、この最大2f値からLDモジュール11の設定温度値を算出し、記憶部31に出力して設定温度値の変更を行う(ST17)。これにより、LDモジュール11の発振波長が測定ガス吸収線に合せた波長に校正される。
一方、出力された最大2f値が基準2f値の所定基準以下であった場合(ST16−No)は、掃引する温度幅を変更(振り幅の拡大)して(ST18)、再度2f値を算出するためのST13へ戻る。
Next, the calculated maximum 2f value is compared with a reference 2f value serving as a reference stored in the storage unit 31 (ST15). When the output maximum 2f value is equal to or greater than a predetermined reference value of the reference 2f value (eg, 70% or more of the reference 2f value) (ST16-Yes), the set temperature value of the LD module 11 is calculated from the maximum 2f value. The calculated temperature is output to the storage unit 31 and the set temperature value is changed (ST17). As a result, the oscillation wavelength of the LD module 11 is calibrated to a wavelength that matches the measurement gas absorption line.
On the other hand, if the output maximum 2f value is less than or equal to the predetermined reference value of the reference 2f value (ST16-No), the temperature range to be swept is changed (enlarged swing width) (ST18), and the 2f value is calculated again. Return to ST13 for

このように、上述したガス検知装置1では、LDモジュール11から出射されたレーザ光をハーフミラーで測定光と参照光とに分岐する。測定光は通常のガス検知に用いられ、参照光はガスセルを通過させた後に波長処理用受光器12cで受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づき、波長処理制御部33においてLDモジュール11の波長確認処理や波長校正処理を行っている。
これにより、従来のようなガスセル内に封入した検出対象ガスを常時検出することができるので、半導体レーザ11aの劣化や使用環境の温度変化等よって半導体レーザ11aの波長がずれた場合であっても、参照光の検知信号の変化により波長ずれしたことを確認し、装置内で波長ずれを自己校正することができる。また、低コストで波長確認に伴う調整が短時間で容易にでき、且つ、ガス検知測定の始業前点検の時点で測定対象となるガスの検知が確実に測定できることを確認することできる。
As described above, in the gas detection device 1 described above, the laser light emitted from the LD module 11 is branched into measurement light and reference light by the half mirror. The measurement light is used for normal gas detection, and the reference light is passed through the gas cell and then received by the wavelength processing light receiver 12c. Based on the detection signal corresponding to the received reference light, the wavelength processing control unit 33 performs LD processing. Wavelength confirmation processing and wavelength calibration processing of the module 11 are performed.
As a result, the detection target gas sealed in the conventional gas cell can be detected at all times. Therefore, even when the wavelength of the semiconductor laser 11a is deviated due to deterioration of the semiconductor laser 11a or temperature change in the use environment. It is possible to confirm that the wavelength has shifted due to the change in the detection signal of the reference light, and to self-calibrate the wavelength shift in the apparatus. Further, it can be confirmed that the adjustment accompanying the wavelength confirmation can be easily performed in a short time at a low cost, and the detection of the gas to be measured can be reliably measured at the time of the inspection before the start of the gas detection measurement.

ところで、上述した形態では、LDモジュール11から出力されたレーザ光をハーフミラー12aで一部を参照光として反射させ、この反射させた参照光をガスセル12bに通過させた後に波長処理用受光器12cで受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づいてLDモジュール11の波長確認処理や波長校正処理を行っているが、これに限定されることはなく、以下に示すような第2形態〜第6形態(図6〜図10)であっても上述した波長確認処理や波長校正処理と同様な効果を奏することができる。   By the way, in the above-described embodiment, a part of the laser light output from the LD module 11 is reflected by the half mirror 12a as reference light, and the reflected reference light is passed through the gas cell 12b, and then the wavelength processing photodetector 12c. The wavelength confirmation process and the wavelength calibration process of the LD module 11 are performed based on the detection signal corresponding to the received reference light. However, the present invention is not limited to this. Even if it is a form-a 6th form (FIGS. 6-10), there can exist an effect similar to the wavelength confirmation process and wavelength calibration process which were mentioned above.

図6に示すように、第2形態のガス検知装置1は、LDモジュール11の密封容器内に測定対象ガスを充填して気密封止した構造である。また、第2形態のガス検知装置1では、半導体レーザ11aは前後両面から発光するため、第2形態のガス検知装置1では、前方の面から出射されるレーザ光を測定光とし、後方の面から出射されるレーザ光を校正用の参照光とし、参照光を半導体レーザ11aの後方に設けられた波長処理用受光器12cで受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づいて波長確認処理や波長校正処理を行うことで、上述した最良の形態と同様の処理が可能となる。
なお、この第2形態では、LDモジュール11内に測定対象ガスが充填されているため、LDモジュール11から出射された測定光は、LDモジュール11内に充填された測定対象ガスによって光が吸収された状態で出射される。そのため、測定雰囲気から反射した測定光を受光レンズ21で集光して検知用受光器22で受光した際に、LDモジュール11内に充填された測定対象ガスのガス濃度を差し引く(オフセット)ことで、測定雰囲気のガス濃度を正確に検知することができる。
As shown in FIG. 6, the gas detector 1 of the second embodiment has a structure in which a gas to be measured is filled in a sealed container of the LD module 11 and hermetically sealed. Further, in the gas detector 1 of the second form, the semiconductor laser 11a emits light from both the front and rear surfaces. Therefore, in the gas detector 1 of the second form, the laser light emitted from the front surface is used as measurement light, and the rear surface. The laser beam emitted from the laser beam is used as a reference beam for calibration, the reference beam is received by a wavelength processing light receiver 12c provided behind the semiconductor laser 11a, and the wavelength is determined based on a detection signal corresponding to the received reference beam. By performing confirmation processing and wavelength calibration processing, processing similar to the above-described best mode is possible.
In the second embodiment, since the measurement target gas is filled in the LD module 11, the measurement light emitted from the LD module 11 is absorbed by the measurement target gas filled in the LD module 11. It is emitted in the state. Therefore, when the measurement light reflected from the measurement atmosphere is collected by the light receiving lens 21 and received by the detection light receiver 22, the gas concentration of the measurement target gas filled in the LD module 11 is subtracted (offset). The gas concentration in the measurement atmosphere can be accurately detected.

図7に示すように、第3形態のガス検知装置1は、LDモジュール11の前方にガスセル12bが設けられた構造である。そして、第3形態のガス検知装置1では、LDモジュール11から出射された測定光と参照光を兼ねたレーザ光がガスセル12bを通過後に測定雰囲気中に出射され、測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ21で集光し、検知用受光器22で受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づいて波長確認処理や波長校正処理を行うことで、上述した最良の形態と同様の処理が可能となる。
なお、この第3形態では、LDモジュール11の前方に測定対象ガスが充填されているガスセル12bを設けているため、ガス検知時の測定光として出射されたレーザ光は、ガスセル12b内に充填された測定対象ガスによって光が吸収された状態で出射される。そのため、ガス検知時では測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ21で集光して検知用受光器22で受光した際に、ガスセル12b内に充填された測定対象ガスのガス濃度を差し引く(オフセット)ことで、測定雰囲気のガス濃度を正確に検知することができる。
As shown in FIG. 7, the gas detector 1 of the third form has a structure in which a gas cell 12 b is provided in front of the LD module 11. And in the gas detector 1 of 3rd form, the laser beam which served as the measurement light and the reference light emitted from the LD module 11 is emitted into the measurement atmosphere after passing through the gas cell 12b, and the laser light reflected from the measurement atmosphere is reflected. The light is collected by the light receiving lens 21, received by the detection light receiver 22, and subjected to wavelength confirmation processing and wavelength calibration processing based on the detection signal corresponding to the received reference light. Processing is possible.
In the third embodiment, since the gas cell 12b filled with the measurement target gas is provided in front of the LD module 11, the laser light emitted as measurement light at the time of gas detection is filled in the gas cell 12b. The light is emitted while being absorbed by the measured gas. Therefore, at the time of gas detection, when the laser beam reflected from the measurement atmosphere is collected by the light receiving lens 21 and received by the detection light receiver 22, the gas concentration of the measurement target gas filled in the gas cell 12b is subtracted (offset). Thus, the gas concentration in the measurement atmosphere can be accurately detected.

図8に示すように、第4形態のガス検知装置1は、LDモジュール11の前方にガスセル12bが設けられ、さらにガスセル12bの前方に一方が所定角度に揺動可能に軸支された反射板23が設けられた構造である。そして、第4形態のガス検知装置1において、ガス検知時では反射板23が図中の破線の位置にあり、LDモジュール11から出射された測定光が測定雰囲気中に出射され、測定雰囲気から反射した測定光を受光レンズ21で集光し、検知用受光器22で受光してガス検知を行う。また、波長確認時や波長校正時では、反射板23が図中の実線の位置に揺動され、LDモジュール11からガスセル12bを通過した参照光が、反射板23で検知用受光器22に向けて反射され、この反射された参照光を検知用受光器22で受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づいて波長確認処理や波長校正処理を行うことで、上述した最良の形態と同様の処理が可能となる。
なお、この第4形態では、LDモジュール11の前方に測定対象ガスが充填されているガスセル12bを設けているため、ガス検知時の測定光として出射されたレーザ光は、ガスセル12b内に充填された測定対象ガスによって光が吸収された状態で出射される。そのため、ガス検知時では測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ21で集光して検知用受光器22で受光した際に、ガスセル12b内に充填された測定対象ガスのガス濃度を差し引く(オフセット)ことで、測定雰囲気のガス濃度を正確に検知することができる。
As shown in FIG. 8, in the gas detector 1 of the fourth embodiment, a gas cell 12b is provided in front of the LD module 11, and one of the reflectors is pivotally supported in front of the gas cell 12b so as to be swingable at a predetermined angle. 23 is provided. And in the gas detector 1 of the 4th form, at the time of gas detection, the reflecting plate 23 exists in the position of the broken line in a figure, and the measurement light radiate | emitted from the LD module 11 is radiate | emitted in measurement atmosphere, and is reflected from measurement atmosphere The measured light is condensed by the light receiving lens 21 and received by the detection light receiver 22 to perform gas detection. Further, at the time of wavelength confirmation or wavelength calibration, the reflecting plate 23 is swung to the position of the solid line in the figure, and the reference light that has passed through the gas cell 12b from the LD module 11 is directed to the detection light receiver 22 by the reflecting plate 23. The reflected reference light is received by the detection light receiver 22, and the wavelength confirmation process and the wavelength calibration process are performed based on the detection signal corresponding to the received reference light. It is possible to perform the same processing as.
In the fourth embodiment, since the gas cell 12b filled with the measurement target gas is provided in front of the LD module 11, the laser light emitted as measurement light at the time of gas detection is filled in the gas cell 12b. The light is emitted while being absorbed by the measured gas. Therefore, at the time of gas detection, when the laser beam reflected from the measurement atmosphere is condensed by the light receiving lens 21 and received by the detection light receiver 22, the gas concentration of the measurement target gas filled in the gas cell 12b is subtracted (offset). Thus, the gas concentration in the measurement atmosphere can be accurately detected.

図9に示すように、第5形態のガス検知装置1は、検知用受光器22の前方にガスセル12bが設けられた構造である。そして、第5形態のガス検知装置1では、LDモジュール11から出射された測定光と参照光を兼ねたレーザ光がガスセル12bを通過後に測定雰囲気中に出射され、測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ21で集光し、検知用受光器22で受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づいて波長確認処理や波長校正処理を行うことで、上述した最良の形態と同様の処理が可能となる。
なお、この第5形態では、LDモジュール11の前方に測定対象ガスが充填されているガスセル12bを設けているため、ガス検知時の測定光として出射されたレーザ光は、ガスセル12b内に充填された測定対象ガスによって光が吸収された状態で出射される。そのため、ガス検知時では測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ21で集光して検知用受光器22で受光した際に、ガスセル12b内に充填された測定対象ガスのガス濃度を差し引く(オフセット)ことで、測定雰囲気のガス濃度を正確に検知することができる。
As shown in FIG. 9, the gas detector 1 of the fifth embodiment has a structure in which a gas cell 12 b is provided in front of the detection light receiver 22. And in the gas detector 1 of 5th form, the laser beam which served as the measurement light and the reference light emitted from the LD module 11 is emitted into the measurement atmosphere after passing through the gas cell 12b, and the laser light reflected from the measurement atmosphere is reflected. The light is collected by the light receiving lens 21, received by the detection light receiver 22, and subjected to wavelength confirmation processing and wavelength calibration processing based on the detection signal corresponding to the received reference light. Processing is possible.
In the fifth embodiment, since the gas cell 12b filled with the measurement target gas is provided in front of the LD module 11, the laser light emitted as the measurement light at the time of gas detection is filled in the gas cell 12b. The light is emitted while being absorbed by the measured gas. Therefore, at the time of gas detection, when the laser beam reflected from the measurement atmosphere is collected by the light receiving lens 21 and received by the detection light receiver 22, the gas concentration of the measurement target gas filled in the gas cell 12b is subtracted (offset). Thus, the gas concentration in the measurement atmosphere can be accurately detected.

図10に示すように、第6形態のガス検知装置1は、受光レンズ21の前方にガスセル12bが設けられた構造である。そして、第5形態のガス検知装置1では、LDモジュール11から出射された測定光と参照光を兼ねたレーザ光がガスセル12bを通過後に測定雰囲気中に出射され、測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ21で集光し、検知用受光器22で受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づいて波長確認処理や波長校正処理を行うことで、上述した最良の形態と同様の処理が可能となる。
なお、この第6形態では、LDモジュール11の前方に測定対象ガスが充填されているガスセル12bを設けているため、ガス検知時の測定光として出射されたレーザ光は、ガスセル12b内に充填された測定対象ガスによって光が吸収された状態で出射される。そのため、ガス検知時では測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ21で集光して検知用受光器22で受光した際に、ガスセル12b内に充填された測定対象ガスのガス濃度を差し引く(オフセット)ことで、測定雰囲気のガス濃度を正確に検知することができる。
As shown in FIG. 10, the gas detector 1 of the sixth embodiment has a structure in which a gas cell 12 b is provided in front of the light receiving lens 21. And in the gas detector 1 of 5th form, the laser beam which served as the measurement light and the reference light emitted from the LD module 11 is emitted into the measurement atmosphere after passing through the gas cell 12b, and the laser light reflected from the measurement atmosphere is reflected. The light is collected by the light receiving lens 21, received by the detection light receiver 22, and subjected to wavelength confirmation processing and wavelength calibration processing based on the detection signal corresponding to the received reference light. Processing is possible.
In the sixth embodiment, since the gas cell 12b filled with the measurement target gas is provided in front of the LD module 11, the laser light emitted as the measurement light at the time of gas detection is filled in the gas cell 12b. The light is emitted while being absorbed by the measured gas. Therefore, at the time of gas detection, when the laser beam reflected from the measurement atmosphere is collected by the light receiving lens 21 and received by the detection light receiver 22, the gas concentration of the measurement target gas filled in the gas cell 12b is subtracted (offset). Thus, the gas concentration in the measurement atmosphere can be accurately detected.

以上、本願発明における最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。   As mentioned above, although the best form in this invention was demonstrated, this invention is not limited with the description and drawing by this form. That is, it is a matter of course that all other forms, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on this form are included in the scope of the present invention.

本発明に係るガス検知装置の第1形態の構成を説明するための概略構成図である。It is a schematic block diagram for demonstrating the structure of the 1st form of the gas detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るガス検知装置に実装されるLDモジュールの構成を説明するための概略構成図である。It is a schematic block diagram for demonstrating the structure of LD module mounted in the gas detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るガス検知装置における波長処理制御部の構成を説明するための概略ブロック図である。It is a schematic block diagram for demonstrating the structure of the wavelength processing control part in the gas detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るガス検知装置の波長確認処理を説明するためのフローチャート図である。It is a flowchart figure for demonstrating the wavelength confirmation process of the gas detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るガス検知装置の波長校正処理を説明するためのフローチャート図である。It is a flowchart figure for demonstrating the wavelength calibration process of the gas detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るガス検知装置の第2形態を説明するための概略構成図である。It is a schematic block diagram for demonstrating the 2nd form of the gas detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るガス検知装置の第3形態を説明するための概略構成図である。It is a schematic block diagram for demonstrating the 3rd form of the gas detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るガス検知装置の第4形態を説明するための概略構成図である。It is a schematic block diagram for demonstrating the 4th form of the gas detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るガス検知装置の第5形態を説明するための概略構成図である。It is a schematic block diagram for demonstrating the 5th form of the gas detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るガス検知装置の第6形態を説明するための概略構成図である。It is a schematic block diagram for demonstrating the 6th form of the gas detection apparatus which concerns on this invention. 従来のガス検知装置の構成を説明するための概略構成図である。It is a schematic block diagram for demonstrating the structure of the conventional gas detection apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガス検知装置
10 出射部
11 LDモジュール
12 波長処理機構部
12a ハーフミラー
12b ガスセル
12c 波長処理用受光器
12d 温度センサ
13 レーザポインター
20 受光部
21 受光レンズ
22 測定用受光器
30 制御器
31 記憶部
32 温度安定化制御部
33 波長処理制御部
33A 波長確認処理部
33Aa 波長確認用算出手段
33Ab 波長確認用補正手段
33Ac 波長確認用判別手段
33B 波長校正処理部
33Ba 波長校正用算出手段
33Bb 波長校正用補正手段
33Bc 波長校正用判別手段
34 ガス検知制御部
34a 測定光増幅手段
34b 受光信号検出手段
34c 演算手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas detection apparatus 10 Output part 11 LD module 12 Wavelength processing mechanism part 12a Half mirror 12b Gas cell 12c Wavelength processing light receiver 12d Temperature sensor 13 Laser pointer 20 Light receiving part 21 Light receiving lens 22 Measurement light receiver 30 Controller 31 Storage part 32 Temperature stabilization control unit 33 Wavelength processing control unit 33A Wavelength confirmation processing unit 33Aa Wavelength confirmation calculation means 33Ab Wavelength confirmation correction means 33Ac Wavelength confirmation determination means 33B Wavelength calibration processing section 33Ba Wavelength calibration calculation means 33Bb Wavelength calibration correction means 33Bc Wavelength calibration discriminating means 34 Gas detection control unit 34a Measurement light amplification means 34b Light reception signal detection means 34c Calculation means

Claims (6)

レーザ光を出射する半導体レーザを実装したLDモジュール(11)と、
該LDモジュールから出射されたレーザ光を測定光と参照光とに分岐するハーフミラー(12a)と、測定対象となるガスと同種のガスが封入されたガスセル(12b)と、該ガスセルを通過した前記参照光を受光し、この受光した前記参照光に応じた検知信号を出力する波長処理用受光器(12c)とを備えた波長処理機構部(12)と、
所定の発振周波数で前記半導体レーザを駆動するために予め設定される設定温度値と、波長校正時に基準値として用いられる基準2f値とを記憶している記憶部(31)と、
前記LDモジュールの駆動温度値を前記記憶部に記憶された前記設定温度値に温度安定化するための温度安定化制御部(32)と、
前記温度安定化制御部で制御された前記LDモジュールの駆動温度値を所定の振り幅で掃引させながら、前記波長処理機構部から出力された前記検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の2倍の検波信号である2倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく2f値を算出し、該算出された2f値の中から最大値となる最大2f値を算出して出力する波長校正用算出手段(33Ba)と、前記波長校正用算出手段から出力された最大2f値と前記記憶部に記憶された前記基準2f値とを比較し、前記最大2f値が基準2f値の所定基準以上であった場合は、前記最大2f値から前記LDモジュールの設定温度値を算出し、この算出した前記設定温度値を前記記憶部に出力して変更を行う波長校正用判別手段(33Bc)とを有する波長処理制御部(33)と、
を備えたことを特徴とするガス検知装置。
An LD module (11) mounted with a semiconductor laser for emitting laser light;
A half mirror (12a) that branches the laser light emitted from the LD module into measurement light and reference light, a gas cell (12b) in which the same kind of gas as the measurement target gas is sealed, and the gas cell passed A wavelength processing mechanism (12) including a wavelength processing light receiver (12c) that receives the reference light and outputs a detection signal corresponding to the received reference light;
A storage unit (31) for storing a preset temperature value set in advance for driving the semiconductor laser at a predetermined oscillation frequency and a reference 2f value used as a reference value during wavelength calibration;
A temperature stabilization controller (32) for stabilizing the driving temperature value of the LD module to the set temperature value stored in the storage unit;
The fundamental frequency sensitive detection of the modulation frequency detected from the detection signal output from the wavelength processing mechanism unit while sweeping the driving temperature value of the LD module controlled by the temperature stabilization control unit with a predetermined amplitude. A wavelength for calculating a 2f value based on a change in the intensity of a second harmonic phase sensitive detection signal that is a detection signal that is twice the signal, and calculating and outputting a maximum 2f value that is the maximum value from the calculated 2f values The calibration calculation means (33Ba) compares the maximum 2f value output from the wavelength calibration calculation means with the reference 2f value stored in the storage unit, and the maximum 2f value is a predetermined reference of the reference 2f value. If it is the above, wavelength calibration determination means (33Bc) that calculates the set temperature value of the LD module from the maximum 2f value, outputs the calculated set temperature value to the storage unit, and changes it. Have Wavelength processing control unit (33),
A gas detection device comprising:
前記波長処理機構部(12)は、前記ガスセル(12b)近傍で検出した温度値を補正温度値として出力する温度センサ(12d)を備え、
前記波長処理制御部(33)は、前記波長校正用算出手段(33Ba)で算出された2f値を必要に応じて前記補正温度値に基づき補正し、この補正した2f値を前記波長校正用算出手段に出力する波長校正用補正手段(33Bb)を備えたことを特徴とする請求項1記載のガス検知装置。
The wavelength processing mechanism (12) includes a temperature sensor (12d) that outputs a temperature value detected in the vicinity of the gas cell (12b) as a correction temperature value.
The wavelength processing control unit (33) corrects the 2f value calculated by the wavelength calibration calculation unit (33Ba) based on the correction temperature value as necessary, and calculates the corrected 2f value for the wavelength calibration calculation. The gas detection apparatus according to claim 1, further comprising a wavelength calibration correcting means (33Bb) for outputting to the means.
前記記憶部(31)は、波長確認時に基準値として用いられる基準2f/1f値をさらに記憶しており、
前記波長処理制御部(33)は、前記波形処理用受光器(12c)からの検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の強度変化に基づく1f値と、該1f値の2倍の検波信号である前記2倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく2f値とを算出し、両値の比率である2f/1f値を算出して出力する波長確認用算出手段(33Aa)と、
前記算出された2f/1f値と、前記記憶部に記憶された基準2f/1f値とを比較し、前記2f/1f値が前記基準2f/1f値の所定範囲内であった場合は、前記LDモジュール11の波長が安定化されていると判別する波長確認用判別手段(33Ac)とを有する波長確認処理部(33A)を備えたことを特徴とする請求項1記載のガス検知装置。
The storage unit (31) further stores a reference 2f / 1f value used as a reference value when checking the wavelength,
The wavelength processing control unit (33) includes a 1f value based on a change in intensity of a fundamental sensitive detection signal having a modulation frequency detected from a detection signal from the waveform processing light receiver (12c), and twice the 1f value. A wavelength checking calculation means (33Aa) for calculating a 2f value based on a change in intensity of the second harmonic phase sensitive detection signal, which is a detection signal of, and calculating and outputting a 2f / 1f value which is a ratio of the two values; ,
The calculated 2f / 1f value is compared with the reference 2f / 1f value stored in the storage unit. When the 2f / 1f value is within a predetermined range of the reference 2f / 1f value, The gas detection apparatus according to claim 1, further comprising a wavelength confirmation processing unit (33A) having a wavelength confirmation determination unit (33Ac) for determining that the wavelength of the LD module 11 is stabilized.
前記波長処理機構部(12)は、前記ガスセル(12b)近傍で検出した温度値を補正温度値として出力する温度センサ(12d)を備え、
前記波長処理制御部(33)は、前記波長確認用算出手段で算出された2f/1f値を必要に応じて前記補正温度値に基づき補正し、この補正した2f値を波長確認用算出手段に出力する波長確認用補正手段(33Ab)を備えたことを特徴とする請求項3記載のガス検知装置。
The wavelength processing mechanism (12) includes a temperature sensor (12d) that outputs a temperature value detected in the vicinity of the gas cell (12b) as a correction temperature value.
The wavelength processing control unit (33) corrects the 2f / 1f value calculated by the wavelength check calculation unit based on the correction temperature value as necessary, and uses the corrected 2f value as the wavelength check calculation unit. 4. The gas detection device according to claim 3, further comprising a wavelength checking correction means (33Ab) for outputting.
請求項1記載のガス検知装置(1)を用いた校正方法であって、
前記温度安定化制御部(32)において前記LDモジュール(11)の温度安定化処理を行うステップと、
前記LDモジュールの駆動温度値を所定の振り幅で掃引させながら、前記波長処理機構部(12)から出力された前記検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の2倍の検波信号である2倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく2f値を算出するステップと、
該算出された2f値の中から最大値となる最大2f値を算出するステップと、
前記算出された最大2f値と、前記記憶部(31)に記憶された基準2f値とを比較するステップと、
前記最大2f値が基準2f値の所定基準以上であった場合は、前記最大2f値から前記LDモジュールの設定温度値を算出して前記記憶部に記憶された前記設定温度値の変更を行うステップと、
を含むことを特徴とするガス検知装置の校正方法。
A calibration method using the gas detection device (1) according to claim 1,
Performing temperature stabilization processing of the LD module (11) in the temperature stabilization control unit (32);
While detecting the drive temperature value of the LD module with a predetermined amplitude, the detection signal is twice the fundamental sensitive detection signal of the modulation frequency detected from the detection signal output from the wavelength processing mechanism (12). Calculating a 2f value based on an intensity change of the second harmonic phase sensitive detection signal,
Calculating a maximum 2f value that is a maximum value from the calculated 2f values;
Comparing the calculated maximum 2f value with a reference 2f value stored in the storage unit (31);
A step of calculating a set temperature value of the LD module from the maximum 2f value and changing the set temperature value stored in the storage unit when the maximum 2f value is equal to or greater than a predetermined reference value of a reference 2f value; When,
A gas detection device calibration method comprising:
請求項3に記載のガス検知装置(1)を用いた波長確認方法であって、
前記温度安定化制御部(32)において前記LDモジュール(11)の温度安定化処理を行うステップと、
前記波長処理機構部(12)から出力された前記検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の強度変化に基づく1f値と、該1f値の2倍の検波信号である前記2倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく2f値とを算出し、両値の比率である2f/1f値を算出するステップと、
前記2f/1f値と、前記記憶部に記憶された基準2f/1f値とを比較するステップと、
前記2f/1f値が基準2f/1f値の所定範囲内であった場合は、前記LDモジュールの波長が安定化されていると判別するステップと、
を含むことを特徴とするガス検知装置の波長確認方法。
A wavelength confirmation method using the gas detector (1) according to claim 3,
Performing temperature stabilization processing of the LD module (11) in the temperature stabilization control unit (32);
The 1f value based on the intensity change of the fundamental frequency sensitive detection signal of the modulation frequency detected from the detection signal output from the wavelength processing mechanism section (12), and the 2 × detection signal that is twice the 1f value. Calculating a 2f value based on an intensity change of the wave phase sensitive detection signal, and calculating a 2f / 1f value that is a ratio of both values;
Comparing the 2f / 1f value with a reference 2f / 1f value stored in the storage unit;
Determining that the wavelength of the LD module is stabilized when the 2f / 1f value is within a predetermined range of the reference 2f / 1f value;
A method for confirming the wavelength of a gas detector, comprising:
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