JP3450938B2 - Gas concentration measuring method and apparatus - Google Patents

Gas concentration measuring method and apparatus

Info

Publication number
JP3450938B2
JP3450938B2 JP14480995A JP14480995A JP3450938B2 JP 3450938 B2 JP3450938 B2 JP 3450938B2 JP 14480995 A JP14480995 A JP 14480995A JP 14480995 A JP14480995 A JP 14480995A JP 3450938 B2 JP3450938 B2 JP 3450938B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
signal
detection
laser
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP14480995A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH08338805A (en
Inventor
立雄 佐々木
正明 栗原
晃之 中村
昌彦 内田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electric Power Co Inc
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Hitachi Cable Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electric Power Co Inc, Hitachi Cable Ltd filed Critical Tokyo Electric Power Co Inc
Priority to JP14480995A priority Critical patent/JP3450938B2/en
Publication of JPH08338805A publication Critical patent/JPH08338805A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3450938B2 publication Critical patent/JP3450938B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガス濃度測定方法及び
その装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas concentration measuring method and apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガス分子は、ある特定波長のレーザ光を
吸収する性質を持っている。この現象を利用してガスの
有無を検出できることが知られており、この原理を応用
したセンシング技術が工業計測、公害監視等で広く用い
られている。また、光ファイバを伝送路としてこのレー
ザ光を伝送させれば遠隔監視も可能となる。
2. Description of the Related Art Gas molecules have the property of absorbing laser light of a specific wavelength. It is known that the presence or absence of gas can be detected by utilizing this phenomenon, and the sensing technology applying this principle is widely used in industrial measurement, pollution monitoring, and the like. Further, if this laser light is transmitted using an optical fiber as a transmission line, remote monitoring becomes possible.

【0003】そこで、本発明者らは特願平2−7849
8号を応用して、光ファイバを伝送路とした新規の遠隔
ガス検出装置を開発した。この原理を利用した方法で
は、半導体レーザの駆動電流を所定の値の電流を中心と
して高周波で変調し、波長及び強度の変調されたレーザ
光を発振させる。さらに電流及び温度を制御して発振の
中心波長がガス吸収線の中心になるよう半導体レーザの
後方に出射するレーザ光をモニタ用として用いる。そう
して安定し前方に出射されたレーザ光を光ファイバを介
して未知濃度を含む測定用のガスセルに透過させてその
透過光を対向する別の光ファイバで受光部まで導き、レ
ーザ光の2倍波検波信号または、基本波検波信号よりガ
ス濃度を高いSN比で検出できる。
Therefore, the present inventors have filed Japanese Patent Application No. 2-7849.
By applying No.8, we have developed a new remote gas detector using an optical fiber as a transmission line. In the method utilizing this principle, the driving current of the semiconductor laser is modulated at a high frequency centering on a current having a predetermined value, and laser light having a modulated wavelength and intensity is oscillated. Further, a laser beam emitted to the rear of the semiconductor laser so that the central wavelength of oscillation is at the center of the gas absorption line by controlling the current and temperature is used for monitoring. Then, the laser beam stably emitted in the forward direction is transmitted through the optical fiber to the gas cell for measurement containing the unknown concentration, and the transmitted light is guided to the light receiving portion by another optical fiber facing the optical fiber. The gas concentration can be detected with a higher SN ratio than the overtone detection signal or the fundamental wave detection signal.

【0004】ところが、ガス吸収線の中の1つの孤立吸
収線に着目すると、ガス雰囲気の圧力により吸収線の形
状が変化し、それに伴いガスの定量測定に用いている2
倍波検波信号も圧力に依存した値をもつ。そのため、炭
坑やプラント等気圧変化の激しい箇所で本センサを用い
て濃度測定を行う場合、別に圧力センサを設けて圧力監
視を行うと共に圧力補正を行わないと、正確な濃度測定
ができない。
However, focusing on one isolated absorption line in the gas absorption line, the shape of the absorption line changes due to the pressure of the gas atmosphere, and is used for quantitative measurement of the gas.
The harmonic detection signal also has a pressure-dependent value. Therefore, when the concentration is measured using this sensor in a place where the atmospheric pressure changes drastically, such as in a coal mine or a plant, the pressure cannot be accurately measured unless a pressure sensor is separately provided for pressure monitoring and pressure correction.

【0005】そこで本発明者らは、駆動電流及び温度に
応じた波長及び強度のレーザ光を発振するレーザを用い
てこのレーザの駆動電流あるいは温度を変化させて波長
及び強度が変調されたレーザ光を発振させると共に、そ
のレーザ光の中心波長を掃引させ、そのレーザ光を測定
対象となるガス雰囲気に通した後の透過光の強度を検出
し、この検出信号中の特定成分を位相敏感検波し、この
検出信号から上述したガス雰囲気圧力下での特定ガス濃
度を測定する方法を提案した(特願平3−96825
号)。
Therefore, the present inventors have used a laser that oscillates a laser beam having a wavelength and intensity according to the drive current and temperature, and changing the drive current or temperature of this laser to modulate the wavelength and intensity of the laser beam. And the central wavelength of the laser light is swept, the intensity of the transmitted light after passing the laser light through the gas atmosphere to be measured is detected, and a specific component in this detection signal is detected by phase sensitive detection. , Proposed a method for measuring the specific gas concentration under the above-mentioned gas atmosphere pressure from this detection signal (Japanese Patent Application No. 3-96825).
issue).

【0006】ここで、レーザ光の波長と位相敏感検波し
て得られる2倍波位相敏感検波信号と基本波位相敏感検
波信号との比(以下ガス信号という)との関係を図26
に示す。
FIG. 26 shows the relationship between the wavelength of the laser light and the ratio of the second harmonic phase sensitive detection signal obtained by phase sensitive detection to the fundamental wave phase sensitive detection signal (hereinafter referred to as gas signal).
Shown in.

【0007】同図において、横軸はレーザ光の中心波長
を示し、縦軸はガス信号を示している。検出ガスとして
アセチレンガスを用い、ガスの吸収波長として1.53
2μmとしたときの出力信号である。この信号からガス
濃度を求めるためには、レーザ光の中心波長がガス吸収
線近傍のときに得られる波高値を求める。また、ガス吸
収線近傍の両側に表われる二つの極値の波長幅がガス吸
収線のスペクトル幅を示し、この値からガス雰囲気の圧
力に関する情報を得ることができる。
In the figure, the horizontal axis represents the central wavelength of the laser beam, and the vertical axis represents the gas signal. Acetylene gas is used as the detection gas, and the absorption wavelength of the gas is 1.53
This is an output signal when it is set to 2 μm. In order to obtain the gas concentration from this signal, the peak value obtained when the center wavelength of the laser light is near the gas absorption line is obtained. Further, the wavelength widths of the two extreme values appearing on both sides in the vicinity of the gas absorption line show the spectrum width of the gas absorption line, and from this value, information on the pressure of the gas atmosphere can be obtained.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、同様の変調
条件で低濃度ガスを検出した場合、検出すべきガス信号
の他に周期性、非周期性のノイズが重畳する(図27参
照)。これらのノイズは、光学面よりレーザ光が反射し
戻り光として干渉を起こして出力信号を変動させること
により発生する。このような信号が得られると出力信号
から波高値とスペクトル幅とを得ることは困難となり、
検出精度が低下してしまう。
By the way, when low-concentration gas is detected under the same modulation condition, periodic and aperiodic noises are superimposed on the gas signal to be detected (see FIG. 27). These noises are generated when the laser light is reflected from the optical surface and interferes as return light to change the output signal. When such a signal is obtained, it becomes difficult to obtain the peak value and the spectral width from the output signal,
The detection accuracy will decrease.

【0009】また、寿命により半導体レーザが劣化した
場合、検出される信号としては実際には高濃度のガスを
検出しているにもかかわらず、低濃度のガスとして検出
する恐れがある。
Further, when the semiconductor laser deteriorates due to the life, there is a possibility that the detected signal may be detected as a low-concentration gas although the high-concentration gas is actually detected.

【0010】これに対して、本発明者らは位相敏感検波
して得られるガス信号をFFT(高速フーリエ変換)を
用いて、周波数領域に分解し、BPF(低域フィルタ)
に特定の高調波成分を除去した後、逆FFTにより波形
再生(ノイズ低減化処理)したガス信号の波高値及びス
ペクトル幅からガス雰囲気圧力と圧力補正したガス濃度
とを求める方法及びその装置を提案した(特願平4−2
95866号)。
On the other hand, the present inventors decomposed the gas signal obtained by the phase sensitive detection into the frequency domain by using FFT (Fast Fourier Transform) to obtain the BPF (low pass filter).
A method and an apparatus for obtaining the gas atmosphere pressure and the pressure-corrected gas concentration from the crest value and the spectrum width of the gas signal whose waveform is reproduced (noise reduction processing) by inverse FFT after removing the specific harmonic component (Patent application 4-2
95866).

【0011】しかしながら、上述した波形再生(ノイズ
低減化処理)方法では、次の問題が生じる。この方法で
処理したレーザ光の波長に対するガス信号の関係を図2
8、図29に示す。尚、図28(a)、図29(a)は
信号処理前の波形を示し、図28(b)、図29(b)
は処理後の波形を示している。
However, the above-mentioned waveform reproduction (noise reduction processing) method has the following problems. FIG. 2 shows the relationship between the gas signal and the wavelength of the laser light processed by this method.
8, shown in FIG. 28 (a) and 29 (a) show waveforms before signal processing, and FIGS. 28 (b) and 29 (b).
Shows the waveform after processing.

【0012】(1) ノイズが周期的に重畳しているとFF
Tによりノイズを略除去することができるが、図27に
示すようにノイズの現れ方が周期的でないと、ノイズ成
分を完全に除去できない問題がある。
(1) If noise is periodically superimposed, FF
Although noise can be substantially removed by T, there is a problem that the noise component cannot be completely removed unless the appearance of noise is periodic as shown in FIG.

【0013】(2) 図28に示すように除去処理によりガ
ス信号波形のなまりが生じる。このなまり現象は、ガス
センサセル内の雰囲気圧力を下げて測定した場合に現れ
る。この原因は、ガス雰囲気圧力を下げると、ガス吸収
線のスペクトル幅(広がり)が狭くなり、FFT処理に
際し時間領域でみるとガス信号の周波数成分が高くなっ
たためである。低域フィルタを固定して処理を行うた
め、ガス信号の成分までもが除去されてしまう。
(2) As shown in FIG. 28, the removal processing causes the gas signal waveform to be rounded. This blunting phenomenon appears when measurement is performed with the atmospheric pressure inside the gas sensor cell lowered. This is because the spectrum width (spreading) of the gas absorption line becomes narrower when the gas atmosphere pressure is lowered, and the frequency component of the gas signal becomes higher in the time domain in the FFT processing. Since the processing is performed with the low-pass filter fixed, even gas signal components are removed.

【0014】このように、ガス雰囲気圧力が変化する中
で低域フィルタを固定して扱うことは困難である。
As described above, it is difficult to fix and handle the low-pass filter while the gas atmosphere pressure changes.

【0015】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、ガス信号を劣化させる信号が重畳されても、寿命に
よりレーザが劣化していても正確にガス濃度を測定でき
る方法及びその装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems and to provide a method and apparatus for accurately measuring gas concentration even if a signal that deteriorates a gas signal is superimposed or even if the laser deteriorates due to its life. To provide.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、駆動
電流及び温度に応じた波長及び強度のレーザ光を発振す
るレーザを用い、所定の電流値を中心として駆動電流を
周波数ωで変調することにより波長及び強度が変調され
たレーザ光を発振させ、そのレーザ光の中心波長を掃引
させ、そのレーザ光を測定対象とするガス雰囲気に通し
て得られる透過光の強度を検出し、この検出信号中の特
定成分を位相敏感検波して得られるガス信号よりガス濃
度を求めるガス濃度測定方法において、検出用ガスセル
にガス検出すべきガスを収容し、基準用ガスセルに、検
出用ガスセル内のガス検出すべきガス以外のガスで、か
つレーザ光を吸収しない、ノイズを除去するための基準
用ガスを収容し、これら両ガスセルを透過したレーザ光
を二つの光検出器でそれぞれ検出し、その検出用ガス信
号(ガス信号成分+ノイズ成分)と基準用ガス信号(ノ
イズ成分のみ)の両ガス信号を周波数ωに同期するロッ
クインアンプで位相敏感検波すると共に、検出用ガス信
号と基準用ガス信号の両ガス信号を周波数2ωに同期す
る他のロックインアンプで位相敏感検波した後、位相敏
感検波後の検出用ガス信号の周波数ωと2ωの出力比を
求め、位相敏感検波後の基準用ガス信号の周波数ωと2
ωの出力比を求め、これら両出力比を差分処理部で差分
して得られるガス信号からガス雰囲気圧力とガス濃度と
算出し、任意の圧力下でのガス濃度を測定する方法
ある。
According to a first aspect of the present invention, a laser that oscillates a laser beam having a wavelength and intensity according to a driving current and temperature is used, and the driving current is modulated at a frequency ω with a predetermined current value as a center. By oscillating a laser beam whose wavelength and intensity are modulated by sweeping, sweeping the central wavelength of the laser beam, detecting the intensity of the transmitted light obtained by passing the laser beam through the gas atmosphere to be measured, In a gas concentration measurement method that determines the gas concentration from the gas signal obtained by phase-sensitive detection of a specific component in the detection signal, the gas to be detected is housed in the detection gas cell and the gas is detected in the reference gas cell .
Gas in the output gas cell Other than the gas to be detected,
Criteria for removing noise that does not absorb laser light
Gas for use in gas detection, the laser light transmitted through both gas cells is detected by two photodetectors, and the detection gas signal is detected.
No. (gas signal component + noise component) and reference gas signal (no
With phase-sensitive detection by a lock-in amplifier synchronizing the two gases signal noise component only) to the frequency omega, detected gas signals
After phase-sensitive detection in other lock-in amplifier synchronizing the two gases signal No. and the reference gas signal to frequency 2 [omega, phase Satoshi
The output ratio of the detection gas signal frequency ω and 2ω after the detection
The frequency ω and 2 of the reference gas signal after phase sensitive detection
calculated output ratio of omega, these two output ratio calculated the atmosphere pressure and the gas concentration from the gas signal obtained by the difference in the difference processing unit, a method for measuring the gas concentration under any pressure.

【0017】請求項2の発明は、前記レーザの使用初期
に得られた検出信号と、現在のレーザにおける検出信号
とを比較することにより、前記ガス濃度、前記雰囲気ガ
ス圧力の補正を行うと共に、前記レーザの寿命時期を把
握する請求項1記載のガス濃度検出方法である
The invention of claim 2 comprises: a detection signal obtained at the initial use of the laser, by comparing the detection signal in the current laser, the gas concentration, together with the correction of the atmospheric gas pressure, The gas concentration detecting method according to claim 1 , wherein the life time of the laser is grasped.

【0018】請求項3の発明は、駆動電流及び温度に応
じた波長及び強度のレーザ光を発振するレーザと、該レ
ーザを周波数ωで変調する発振器と、該発振器の周波数
ωを2倍に逓倍する倍周器と、測定対象とする特定ガス
を収容すると共に、そのガスの温度を一定に保つ測定用
ガスセルと、前記レーザ光をこの測定用ガスセルに通し
て得られる透過光の強度を検出する検出器と、この検出
器からの信号中の特定成分を位相敏感検波して得られる
検波信号から前記特定ガスの濃度を測定する測定手段と
を有するガス濃度測定装置において、上記レーザ光を分
岐する光カプラと、分岐された一方のレーザ光が透過す
ると共に検出すべきガスを収容する検出用ガスセルと、
分岐された他方のレーザ光が透過すると共に、検出用ガ
スセル内のガス検出すべきガス以外のガスで、かつレー
ザ光を吸収しない、ノイズを除去するための基準用ガス
を収容する基準用ガスセルと、検出用ガスセルを透過し
たレーザ光を受光する光検出器と、基準用ガスセルを透
過したレーザ光を受光する光検出器と、周波数ωに同期
し、検出用ガス信号(ガス信号成分+ノイズ成分)と基
準用ガス信号(ノイズ成分のみ)の両ガス信号を位相敏
感検波するロックインアンプと、周波数2ωに同期し、
検出用ガス信号と基準用ガス信号の両ガス信号を位相敏
感検波する他のロックインアンプと、両ロックインアン
で抽出された位相敏感検波後の検出用ガス信号の周波
数ωと2ωの出力比と位相敏感検波後の基準用ガス信号
の周波数ωと2ωの出力比を記録、演算処理するアナ
ライジングレコーダと、該アナライジングレコーダで得
られた両出力比データを差分処理する差分信号処理部と
を備えたものである。
According to a third aspect of the present invention, a laser that oscillates a laser beam having a wavelength and intensity according to a driving current and temperature, an oscillator that modulates the laser with a frequency ω, and a frequency ω of the oscillator is doubled. And a measuring gas cell for accommodating a specific gas to be measured and keeping the temperature of the gas constant, and detecting the intensity of transmitted light obtained by passing the laser light through the measuring gas cell. In a gas concentration measuring device having a detector and a measuring means for measuring the concentration of the specific gas from a detection signal obtained by phase-sensitively detecting a specific component in the signal from the detector, the laser beam is branched. An optical coupler, and a detection gas cell that accommodates a gas to be detected while transmitting one of the branched laser beams,
The other branched laser beam is transmitted and the detection gas
Gas in the cell Other than the gas to be detected and the laser
The reference gas cell that does not absorb the light and that contains the reference gas for removing noise , the photodetector that receives the laser light that has passed through the detection gas cell, and the laser that has passed through the reference gas cell It is a photodetector that receives light and is synchronized with the frequency ω to detect the gas signal (gas signal component + noise component)
A lock-in amplifier for phase-sensitive detection of both gas signals of the quasi- purpose gas signal (only the noise component) and a frequency 2ω,
Another lock-in amplifier that performs phase-sensitive detection of both the detection gas signal and the reference gas signal, and the frequency of the detection gas signal after phase-sensitive detection extracted by both lock-in amplifiers.
Output ratio of several ω and 2ω and reference gas signal after phase sensitive detection
Of the output ratio of the frequency ω and 2ω recording, those having the analyzing recorder for processing, and the difference signal processing unit for differential processing both output ratio data obtained by the analyzing recorder.

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【作用】まず、以下に干渉ノイズがどのような原因で生
じているかについて説明する。
First, the cause of the interference noise will be described below.

【0021】光の干渉は、メインの光と、そのメインの
光と同一方向、かつ、多重反射して遅れた光との間に生
じる。今、図24に示したようにメインの光をP 0 、反
射により遅れて進む光をP 1 とすると、P 0 とP 1 との
間の位相差δは、数1で表される。
The light interference occurs between the main light and the light in the same direction as the main light and delayed by multiple reflection. Now, assuming that the main light is P 0 and the light that travels with a delay due to reflection is P 1 as shown in FIG. 24, the phase difference δ between P 0 and P 1 is expressed by Equation 1.

【0022】[0022]

【数1】δ=2π・2L/λ=4πL/λ 但し、Lは干渉長(μm)、λは光の波長(μm)とお
ける。
[Formula 1] δ = 2π · 2L / λ = 4πL / λ where L is the interference length (μm) and λ is the wavelength of light (μm).

【0023】今、波長λ 1 の光と波長λ 2 の光とで干渉
が生じたとする(図25参照)と、位相差変化Δδ及び
干渉長Lは数2、数3で表される。
Now, assuming that interference occurs between the light having the wavelength λ 1 and the light having the wavelength λ 2 (see FIG. 25), the phase difference change Δδ and the interference length L are expressed by equations 2 and 3.

【0024】[0024]

【数2】Δδ=4πL(1/λ 1 −1/λ 2 )=2π## EQU2 ## Δδ = 4πL (1 / λ 1 −1 / λ 2 ) = 2π

【0025】[0025]

【数3】 [Equation 3]

【0026】ここで、実際に得られた波形からλ=1.
65(μm)、Δλ=0.126(nm)とおくと、L
=10.7(cm)となる(現状のガスセルの光路長に
略等しい)。
Here, from the waveform actually obtained, λ = 1.
Assuming that 65 (μm) and Δλ = 0.126 (nm), L
= 10.7 (cm) (approximately equal to the optical path length of the current gas cell).

【0027】これより、干渉箇所は、ガスセル光学部の
光ファイバと光ファイバ、あるいはレンズとレンズとの
間で生じていることが考えられる。
From this, it is considered that the interference points are generated between the optical fibers of the gas cell optical section or between the lenses.

【0028】そこで、検出対象ガスを収容したガスセル
と基準ガスセルとの二つのガスセルで別々に信号を検出
し、得られた信号を差分することにより、ガス信号成分
のみを抽出することとしている。
Therefore, the signals are detected separately in the two gas cells, the gas cell containing the gas to be detected and the reference gas cell, and the obtained signals are differentiated to extract only the gas signal component.

【0029】検出対象ガスセルを検出箇所に設置した場
合、取り外してガス濃度0ppmのガス検出信号(ノイ
ズ成分のみ)を測定するのは困難となる。そこで、基準
ガスセルとして、検出対象ガスセルと同等のセルを設
け、いつでも窒素等のガス吸収のないガスを封入できる
状態にし、これより検出されるガス信号(ガス濃度0p
pm、ノイズ成分のみ)を基準信号とし、検出対象ガス
から得られるガス信号(ノイズ成分+ガス信号成分)と
の差をとることでガス信号成分のみを抽出することがで
きる。それによって干渉ノイズは除去されたこととな
り、このガス信号から寿命によるレーザの劣化にかかわ
らず、任意の圧力下においても正確なガス濃度を求める
ことができる。
When the gas cell to be detected is installed at the detection point, it becomes difficult to remove it and measure the gas detection signal (only the noise component) having a gas concentration of 0 ppm. Therefore, a cell equivalent to the gas cell to be detected is provided as a reference gas cell so that a gas that does not absorb gas such as nitrogen can be filled at any time, and a gas signal (gas concentration 0 p
Only the gas signal component can be extracted by using (pm, noise component only) as a reference signal and taking the difference from the gas signal (noise component + gas signal component) obtained from the gas to be detected. As a result, the interference noise is removed, and an accurate gas concentration can be obtained from this gas signal regardless of the deterioration of the laser due to the life even under an arbitrary pressure.

【0030】また、既知のガス濃度におけるレーザの中
心波長に対するノイズを含んだ特定成分のガス信号をF
FTを用いて周波数領域に分解した成分(実測パワース
ペクトル)と、検出対象ガスの物理特性値及びレーザの
基礎パラメータからシミュレーション計算化により求め
られるガス濃度に対応するガス信号をFFTを用いて周
波数領域に分解した成分(教師パワースペクトル)の対
応関係を予め学習させたニューラルネットを有する解析
部で、ノイズ除去を行いたいガス信号の周波数領域分解
成分を入力することで、ノイズが周期的でなくとも、ガ
ス雰囲気圧力が変化しても、正しいパワースペクトルが
得られ、それを逆FFTにより波形再生されるノイズの
除去されたガス信号から正確なガス濃度が得られる。
Further, the gas signal of a specific component including noise with respect to the center wavelength of the laser at a known gas concentration is F
A gas signal corresponding to the gas concentration obtained by simulation calculation from the component (measured power spectrum) decomposed in the frequency domain using FT, the physical characteristic value of the gas to be detected and the basic parameters of the laser is used in the frequency domain using FFT. By inputting the frequency domain decomposition component of the gas signal to be noise-removed by the analysis unit having the neural network in which the correspondence relationship of the component (teacher power spectrum) decomposed into is previously input, even if the noise is not periodic. Even if the gas atmosphere pressure changes, a correct power spectrum can be obtained, and an accurate gas concentration can be obtained from the noise-removed gas signal that is waveform-reproduced by the inverse FFT.

【0031】さらに、レーザの駆動電流を変化させたと
きに検出ガスの吸収線を含むときのレーザの温度と、検
出ガスの吸収線を含まないときの温度とについてそれぞ
れ安定固定化した検波信号を差分することにより、ノイ
ズ成分が除去されてガス信号のみ得られる。このガス信
号からガス濃度とガス雰囲気の圧力とが求まり、ガス濃
度信号を圧力補正することによりガスの濃度が得られ
る。
Further, the detection signals are stabilized and fixed for the temperature of the laser when the absorption line of the detection gas is included and the temperature when the absorption line of the detection gas is not included when the drive current of the laser is changed. By subtracting, the noise component is removed and only the gas signal is obtained. The gas concentration and the pressure of the gas atmosphere are obtained from this gas signal, and the gas concentration is obtained by correcting the pressure of the gas concentration signal.

【0032】[0032]

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。なお、ここでは半導体レーザを光源とし
て、メタンガスを測定する例について説明する。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Here, an example of measuring methane gas using a semiconductor laser as a light source will be described.

【0033】半導体レーザの駆動電流を変調してレーザ
光の発振周波数Ωを変調させると、発振周波数だけでな
く発振強度も変調を受ける。今、このように周波数およ
び強度が変調されたレーザ光をメタンガスを含む雰囲気
を透過させると、その透過光の検出信号Pは数4のよう
に表される。
When the driving current of the semiconductor laser is modulated to modulate the oscillation frequency Ω of the laser light, not only the oscillation frequency but also the oscillation intensity is modulated. Now, when the laser light whose frequency and intensity are thus modulated is transmitted through the atmosphere containing methane gas, the detection signal P of the transmitted light is expressed as in Equation 4.

【0034】[0034]

【数4】P=A[I 0 +ΔIcos(ωt+φ)]×
[C 0 +ΔΩ・T 01 cosωt+((ΔΩ)2 /4)T
02 cos2ωt] 但し、この数4は数5を満足する。
## EQU4 ## P = A [I 0 + ΔIcos (ωt + φ)] ×
[C 0 + ΔΩ · T 01 cosωt + ((ΔΩ) 2/4) T
02 cos2ωt] However, this equation 4 satisfies the equation 5.

【0035】[0035]

【数5】C 0 =T+((ΔΩ)2 /4)・T 02 検出信号Pは直流成分の他、cosωt成分とcos2
ωt成分とを含む。ここで、Aは反射条件等に依存する
定数、I 0 はレーザ出力の中心強度、ΔIは強度振幅変
調、ωは駆動電流の変調周波数、φは変調周波数ωと発
振周波数Ωとの間の位相差、ΔΩは周波数変調振幅であ
る。また、T、T 01 、T 02 はそれぞれ透過率、その一次
微分dT/dΩ、二次微分d2 T/dΩ2 のΩ=Ω
0 (ここでω 0 はレーザの中心周波数)の値であり、そ
の形状を図2に示す。
Equation 5] C 0 = T + ((ΔΩ ) 2/4) · T 02 detection signal P is other DC components, cos .omega.t component and cos2
and the ωt component. Here, A is a constant that depends on the reflection condition, I 0 is the central intensity of the laser output, ΔI is the intensity amplitude modulation, ω is the modulation frequency of the drive current, and φ is the position between the modulation frequency ω and the oscillation frequency Ω. The phase difference, ΔΩ, is the frequency modulation amplitude. Further, T, T 01 , and T 02 are the transmittance, respectively, its first derivative dT / dΩ, and its second derivative d 2 T / dΩ 2 Ω = Ω
0 (where ω 0 is the center frequency of the laser) and its shape is shown in FIG.

【0036】また、図2は周波数に対する透過率Tと、
その一次微分T 01 、二次微分T 02 とを示す図である。各
波形において横軸は周波数であり、縦軸は透過率T(図
2(a))、一次微分T 01 (図2(b))、二次微分T
02 (図2(c))である。
Further, FIG. 2 shows the transmittance T with respect to frequency,
It is a figure showing the first derivative T 01 and the second derivative T 02 . In each waveform, the horizontal axis is frequency, and the vertical axis is transmittance T (FIG. 2 (a)), first derivative T 01 (FIG. 2 (b)), second derivative T.
02 (Fig. 2 (c)).

【0037】数1におけるcosωtの周波数、位相成
分φを位相敏感検波すると、数6が得られ、検波信号P
(2ω)がT 01 、T 02 に基づいて変化することがわか
る。
When the frequency of cos ωt and the phase component φ in the equation 1 are phase sensitively detected, the equation 6 is obtained, and the detected signal P
It can be seen that (2ω) changes based on T 01 and T 02 .

【0038】[0038]

【数6】P(2ω)=A[I0((ΔΩ)2 /4)T02
+ΔI・ΔΩcosφ・T01
[6] P (2ω) = A [I 0 ((ΔΩ) 2/4) T 02
+ ΔI ・ ΔΩcosφ ・ T 01 ]

【0039】ここで、位相敏感検波とは、特定の周波数
および位相敏感検波信号をもつ成分だけを抽出してその
振幅を測定することである。
Here, the term "phase-sensitive detection" means that only a component having a specific frequency and a phase-sensitive detection signal is extracted and its amplitude is measured.

【0040】検波信号P(2ω)によりメタンガスの吸
収を検知する場合には、レーザ光の中心周波数Ω 0 が、
メタンガスの吸収線の中心ω 0 に一致したときに最大感
度が得られることを利用する(図2参照)。また、この
ときには一次微分T 01 が「0」、二次微分T 02 が最大と
なるため、数6の第2項は消去されて第1項のみ残る。
即ち、Ω 0 =ω 0 のときの二次微分T 02 は数7となる。
When the absorption of methane gas is detected by the detection signal P (2ω), the center frequency Ω 0 of the laser light is
The fact that the maximum sensitivity is obtained when the center ω 0 of the absorption line of methane gas is matched is used (see FIG. 2). At this time, the first derivative T 01 is “0” and the second derivative T 02 is maximum, so that the second term of the equation 6 is erased and only the first term remains.
That is, the second-order derivative T 02 when Ω 0 = ω 0 is given by Equation 7.

【0041】[0041]

【数7】 T 02 (Ω 0 =ω 0 )=2・α(ω 0 )・c・L/γ2 そのため、この数7は数6の第1項に代入すると数8と
なる。
Equation 7] T 02 (Ω 0 = ω 0 ) = 2 · α (ω 0) · c · L / γ 2 Therefore, the number 7 is the number 8 is substituted into the first term of Equation 6.

【0042】[0042]

【数8】 P(2ω)=A・I 0 (ΔΩ)2 ・α(ω 0 )・c・L/2γ2 =K 1 α((ω 0 )/γ2 )・c・L ここで、K 1 は定数、α(ω 0 )はΩ 0 =ω 0 のときの
メタンガスの吸収係数、2γはガス吸収線の半値全幅、
光路長積c・Lはガス濃度cと光路長Lとの積である。
P (2ω) = A · I 0 (ΔΩ) 2 · α (ω 0 ) · c · L / 2γ 2 = K 1 α ((ω 0 ) / γ 2 ) · c · L where: K 1 is a constant, α (ω 0 ) is the absorption coefficient of methane gas when Ω 0 = ω 0 , 2γ is the full width at half maximum of the gas absorption line,
The optical path length product c · L is the product of the gas concentration c and the optical path length L.

【0043】このように、検波信号P(2ω)は光路長
積c・Lに比例し、これよりメタンガスの濃度cを極め
て高い感度で検出することができる。
As described above, the detected signal P (2ω) is proportional to the optical path length product c · L, and the methane gas concentration c can be detected with extremely high sensitivity.

【0044】ところで、数8中のα(ω 0 )およびγ2
は、図3に示したようにガス雰囲気の圧力により変化す
る。
By the way, α (ω 0 ) and γ 2 in the equation 8
Changes depending on the pressure of the gas atmosphere as shown in FIG.

【0045】ここで、図3はガスセル内の圧力に対する
吸収係数α(ω)と検波信号P(2ω)と後述する半値
全幅2γとの関係を示す図である。同図において、横軸
が圧力(torr)を示し、縦軸が吸収係数α(ω)、
検波信号P(2ω)及び半値全幅2γをそれぞれ示して
いる。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the absorption coefficient α (ω), the detection signal P (2ω), and the full width at half maximum 2γ, which will be described later, with respect to the pressure in the gas cell. In the figure, the horizontal axis represents pressure (torr), the vertical axis represents absorption coefficient α (ω),
The detection signal P (2ω) and the full width at half maximum 2γ are shown respectively.

【0046】前述した数8により正確にガス濃度を測定
するには、雰囲気圧力下でのα(ω 0 )およびγ2 の値
を求めなければならない。これらの正確な値は、レーザ
光の中心波長Ω 0 をメタンガス吸収線の前後で掃引した
ときの検波信号P(2ω)の出力波形から得ることがで
きる。
In order to accurately measure the gas concentration by the above-mentioned equation 8, the values of α (ω 0 ) and γ 2 under atmospheric pressure must be obtained. These accurate values can be obtained from the output waveform of the detection signal P (2ω) when the central wavelength Ω 0 of the laser light is swept before and after the methane gas absorption line.

【0047】今、レーザ光の中心周波数Ω 0 を変化させ
ると、数6の第1項は二次微分T 02 に、第2項は一次微
分T 01 にそれぞれある係数を積算した形の波形となる。
その係数は、I 0 、ΔΩ等であり、半導体レーザの発振
条件を設定しておけば、定数として取り扱っても支障が
ない。従って、検波信号P(2ω)の波形は、図2
(b)に示された波形と図2(c)に示された波形とを
それぞれある係数で積算して、これらを互いに加算した
形状となる(図4参照)。尚、図4は後述する図1に示
したガス濃度測定装置に用いられたX−Yレコーダによ
り得られた出力波形の一部を示す図である。
Now, the center frequency Ω of the laser beam 0 Change
Then, the first term of Equation 6 is the second derivative T 02 The second term is the primary
Minute T 01 It becomes the waveform of the form that the coefficient in each is integrated.
The coefficient is I 0 , ΔΩ, etc., and the oscillation of the semiconductor laser
If you set the conditions, it will not interfere even if you handle it as a constant.
Absent. Therefore, the waveform of the detection signal P (2ω) is as shown in FIG.
The waveform shown in FIG. 2B and the waveform shown in FIG.
They are added together with certain coefficients and these are added together.
It becomes a shape (see FIG. 4). 4 is shown in FIG. 1 which will be described later.
The XY recorder used in the gas concentration measuring device
It is a figure which shows a part of output waveform obtained.

【0048】しかし、実際には数6の第1項は第2項よ
りも優位であるため、図2(c)に示す低波長側の極小
値と高波長側の極小値との間の中心周波数Ω 0 の幅が、
ガス雰囲気圧力における半値全幅2γに相当する。こう
して半値全幅2γが求まれば、図3に基づいて圧力を得
ることができ、さらにその圧力下での吸収係数α
(ω 0 )を得ることができる。なお図3に示したP(2
ω)は、数8中のα(ω 0 )/γ2 の圧力による変化で
あり、全圧力100torr近傍で最大値を示してい
る。
However, in reality, the first term of the equation 6 is the second term.
Since it is superior to the minimum, the minimum on the low wavelength side shown in Fig. 2 (c)
Frequency Ω between the maximum value and the minimum value on the high wavelength side 0 The width of
This corresponds to a full width at half maximum 2γ at the gas atmosphere pressure. like this
Then, if the full width at half maximum 2γ is obtained, the pressure is obtained based on FIG.
And the absorption coefficient α under that pressure
0 ) Can be obtained. Note that P (2
ω) is α (ω in Equation 8 0 ) / Γ2Due to the change in pressure
Yes, the maximum value is shown near the total pressure of 100 torr
It

【0049】この図3から雰囲気圧力を求めるには、α
(ω 0 )あるいはγのいずれか一方が分かれば圧力がわ
かり、圧力補正をした濃度を検出することができる。
To obtain the atmospheric pressure from FIG. 3, α
If either (ω 0 ) or γ is known, the pressure can be known and the pressure-corrected concentration can be detected.

【0050】図1は本発明のガス濃度測定方法を適用し
たガス濃度測定装置の一実施例の概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a gas concentration measuring device to which the gas concentration measuring method of the present invention is applied.

【0051】同図に示すように、ガス濃度測定装置は、
LDモジュール部1と、LDモジュール部1を駆動する
レーザ駆動回路2と、LDモジュール部1からのレーザ
光を分岐する光カプラ3と、分岐された一方のレーザ光
が透過すると共に検出すべきガスを収容する検出用ガス
セル4と、分岐された他方のレーザ光が透過すると共に
基準用のガスを収容する基準用ガスセル5と、検出用ガ
スセル4を透過したレーザ光を受光する光検出器6と、
基準用ガスセル5を透過したレーザ光を受光する光検出
器7と、両光検出器6、7からの信号を処理する信号処
理部8とで構成されており、LDモジュール部1、光カ
プラ3、検出用ガスセル4、基準用ガスセル5および光
検出器6、7は光ファイバ9a〜9eで接続されてい
る。
As shown in the figure, the gas concentration measuring device is
LD module unit 1, laser drive circuit 2 for driving LD module unit 1, optical coupler 3 for branching laser light from LD module unit 1, and gas to be detected while one of the branched laser lights is transmitted A detection gas cell 4 for accommodating the reference gas, a reference gas cell 5 for accommodating the reference gas while transmitting the other branched laser beam, and a photodetector 6 for receiving the laser light transmitted through the detection gas cell 4. ,
It comprises a photodetector 7 for receiving the laser beam transmitted through the reference gas cell 5 and a signal processing section 8 for processing the signals from both photodetectors 6 and 7, and includes an LD module section 1 and an optical coupler 3. The detection gas cell 4, the reference gas cell 5, and the photodetectors 6 and 7 are connected by optical fibers 9a to 9e.

【0052】LDモジュール部1は、単一波長のレーザ
光を発振するレーザとしての分布帰還型半導体レーザ
(以下DFB−LDという)10と、DFB−LD10
を搭載してDFB−LD10を加熱または冷却するため
のペルチェ素子11と、ペルチェ素子11の発熱および
吸熱を制御することによりDFB−LD10の発信周波
数(発振波長)を制御するためのペルチェ素子用電源1
2とで構成されている。
The LD module unit 1 includes a distributed feedback semiconductor laser (hereinafter referred to as DFB-LD) 10 as a laser that oscillates a laser beam having a single wavelength, and a DFB-LD 10.
Peltier element 11 for heating or cooling the DFB-LD 10 and a Peltier element power supply for controlling the oscillation frequency (oscillation wavelength) of the DFB-LD 10 by controlling heat generation and heat absorption of the Peltier element 11. 1
It is composed of 2 and.

【0053】LDモジュール部1には、DFB−LD1
0からのレーザ光を光カプラ3にカップリングするため
のコネクタと、レーザ光を集光するための集光レンズ
と、集光レンズからの戻り光をカットするための光アイ
ソレータ(いずれも図示せず)とからなる光学系13が
設けられている。尚、光学系13の端面には更に無反射
コーティング処理が施されDFB−LD10への戻り光
が極力小さくなるようになっている。
The LD module unit 1 includes a DFB-LD1
A connector for coupling the laser light from 0 to the optical coupler 3, a condenser lens for condensing the laser light, and an optical isolator for cutting the return light from the condenser lens (both not shown). The optical system 13 is provided. The end surface of the optical system 13 is further subjected to antireflection coating so that the return light to the DFB-LD 10 is minimized.

【0054】検出用ガスセル4は、光ファイバ9bから
出射するレーザ光が透過するセルであり、未知濃度の種
々のガス検出すべきガス(例えばメタンガス、アセチレ
ンガス等)を収容するように形成され、測定(検出)対
象とする箇所に容易に取り付けることが可能となってい
る。また、検出用ガスセル4の片端には、検出用ガスセ
ル4を透過したレーザ光を伝搬する復路用の光ファイバ
9dが設けられている。
The detection gas cell 4 is a cell through which the laser light emitted from the optical fiber 9b is transmitted, and is formed so as to accommodate various gases of unknown concentration to be detected (for example, methane gas, acetylene gas, etc.), It can be easily attached to the place to be measured (detected). Further, at one end of the detection gas cell 4, there is provided an optical fiber 9d for the return path for propagating the laser light transmitted through the detection gas cell 4.

【0055】この光ファイバ9dにはレーザ光の強度を
検出するpinフォトダイオード等からなる光検出器6
が接続されている。
The optical fiber 9d has a photodetector 6 including a pin photodiode for detecting the intensity of laser light.
Are connected.

【0056】一方、基準用ガスセル5は、光ファイバ9
cから出射するレーザ光が透過するセルであり、検出用
ガスセル4内のガス検出すべきガス以外のガスで、かつ
レーザ光を吸収しない、ノイズを除去するための基準用
ガス(例えば窒素ガス)を収容するように形成されてお
り、容易にガスの吸入、排出ができ、内部の圧力の調整
が容易にできるような構造となっている。また、基準用
ガスセル5の片端には、この基準用ガスセル5を透過し
たレーザ光を伝搬する復路用の光ファイバ9eが設けら
れている。
On the other hand, the reference gas cell 5 includes the optical fiber 9
a cell which the laser light emitted from c is transmitted, detection
Gas in the gas cell 4 other than the gas to be detected, and
For reference that does not absorb laser light and removes noise
It is formed so as to contain a gas (for example, nitrogen gas), and has a structure such that the gas can be easily sucked and discharged, and the internal pressure can be easily adjusted. Further, at one end of the reference gas cell 5, a return optical fiber 9e for propagating the laser light transmitted through the reference gas cell 5 is provided.

【0057】この光ファイバ9eにはレーザ光の強度を
検出するpinフォトダイオード等からなる光検出器7
が接続されている。尚、光ファイバ9c、9eの端面は
斜めカット無反射コーティング等により干渉系が生じな
いように処理されている。
The optical fiber 9e has a photodetector 7 including a pin photodiode or the like for detecting the intensity of laser light.
Are connected. The end faces of the optical fibers 9c and 9e are processed by an oblique cut non-reflective coating or the like so that an interference system does not occur.

【0058】他方、レーザ駆動回路2は、周波数ωの正
弦波信号を出力する発振器14と、この発振器14から
の正弦波信号を逓倍して周波数2ωの2倍波信号を発生
する倍周器15と、DFB−LD10にバイアス電流を
付加するためのバイアス電流源16と、バイアス電流源
16からの電流の掃引を行うための三角波掃引器17と
で構成されている。
On the other hand, the laser drive circuit 2 includes an oscillator 14 for outputting a sine wave signal of frequency ω and a frequency multiplier 15 for multiplying the sine wave signal from the oscillator 14 to generate a double wave signal of frequency 2ω. And a bias current source 16 for adding a bias current to the DFB-LD 10, and a triangular wave sweeper 17 for sweeping the current from the bias current source 16.

【0059】レーザ駆動回路2は、発振器14からの周
波数ωの正弦波信号に、バイアス電流源16からの出力
を重畳して得られた電流によりDFB−LD10を駆動
するようになっている。また、バイアス電流源16の出
力側には、発振器14の出力による影響を防止するため
のインダクタンスLが接続されており、発振器14の出
力側には直流分を除去するためのコンデンサCが接続さ
れている。
The laser drive circuit 2 drives the DFB-LD 10 by the current obtained by superimposing the output from the bias current source 16 on the sine wave signal of the frequency ω from the oscillator 14. Further, an inductance L for preventing the influence of the output of the oscillator 14 is connected to the output side of the bias current source 16, and a capacitor C for removing a DC component is connected to the output side of the oscillator 14. ing.

【0060】信号処理部8は、発振器14からの正弦波
信号の周波数ωに同期して光検出器6、7の出力の位相
敏感検波を行うロックインアンプ18と、倍周器15の
正弦波信号の周波数2ωに同期して光検出器6、7の出
力の位相敏感検波を行うロックインアンプ19と、両ロ
ックインアンプ18、19で抽出された位相敏感検波後
の検出用ガス信号(ガス信号成分+ノイズ成分)の周波
数ωと2ωの出力比と基準用ガス信号(ノイズ成分の
み)の周波数ωと2ωの出力比とを記録、演算処理する
アナライジングレコーダ20と、アナライジングレコー
ダ20で得られた両出力比データを差分処理する差分処
理装置21とで構成されている。
The signal processing unit 8 synchronizes with the frequency ω of the sine wave signal from the oscillator 14 and performs a phase-sensitive detection of the outputs of the photodetectors 6 and 7, and a sine wave of the frequency doubler 15. A lock-in amplifier 19 that performs phase-sensitive detection of the outputs of the photodetectors 6 and 7 in synchronization with the frequency 2ω of the signal, and after the phase-sensitive detection extracted by both lock-in amplifiers 18 and 19.
Frequency of the gas signal for detection (gas signal component + noise component)
The output ratio of several ω and 2ω and the reference gas signal (of the noise component
(2) frequency ω and 2ω output ratio are recorded and calculated, and an analyzing recorder 20 and a difference processing device 21 that performs difference processing on both output ratio data obtained by the analyzing recorder 20.

【0061】次に図1に示したガス濃度測定装置の動作
について説明する。
Next, the operation of the gas concentration measuring device shown in FIG. 1 will be described.

【0062】ペルチェ素子11の発熱、吸熱をペルチェ
素子用電源12によって制御してDFB−LD10を一
定の温度に固定すると共に、DFB−LD10のバイア
ス電流を三角波状にし、一方向に掃引させる。このとき
同時に発振器14により正弦波状の交流電流(変調電
流)をバイアス電流に重畳させる。光学系13にレーザ
光を入射して光カプラ3で分岐し、分岐された一方のレ
ーザ光を往路用光ファイバ9b内に伝送させ、検出用ガ
スセル4内のガス中を空間伝搬させ、再び復路用光ファ
イバ9dによってレーザ光を伝送し、光検出器6で信号
を検出する。
Heat generation and heat absorption of the Peltier element 11 are controlled by the Peltier element power source 12 to fix the DFB-LD 10 at a constant temperature, and the bias current of the DFB-LD 10 is made to have a triangular waveform and swept in one direction. At this time, at the same time, the oscillator 14 superimposes a sinusoidal alternating current (modulation current) on the bias current. A laser beam is incident on the optical system 13 and branched by the optical coupler 3, one of the branched laser beams is transmitted into the optical fiber 9b for the outward path, is spatially propagated in the gas in the gas cell 4 for detection, and is returned again. Laser light is transmitted by the optical fiber 9d for use, and the signal is detected by the photodetector 6.

【0063】一方、光カプラ3により分岐された他方の
レーザ光を往路用光ファイバ9c内に伝送させ、基準用
ガスセル5内のガス中を空間伝搬させ、再び復路用光フ
ァイバ9eによって伝送させ、伝送されたレーザ光を検
出器7で受光して検出信号を出力する。
On the other hand, the other laser beam split by the optical coupler 3 is transmitted into the forward optical fiber 9c, is spatially propagated in the gas inside the reference gas cell 5, and is transmitted again by the backward optical fiber 9e. The transmitted laser light is received by the detector 7 and a detection signal is output.

【0064】光検出器6、7で検出された信号の内、発
振器14からの正弦波信号の周波数ωに同期した検出用
ガス信号(ガス信号成分+ノイズ成分)ω1と基準用ガ
ス信号(ノイズ成分のみ)ω0の両ガス信号をロックイ
ンアンプ18で検出し、倍周器15の正弦波信号の周波
数2ωに同期した検出用ガス信号(ガス信号成分+ノイ
ズ成分)(2ω)1と基準用ガス信号(ノイズ成分の
み)(2ω)0の両ガス信号をロックインアンプ19に
よって検出する。
Of the signals detected by the photodetectors 6 and 7, for detection in synchronization with the frequency ω of the sine wave signal from the oscillator 14 .
Gas signal (gas signal component + noise component) ω1 and reference gas
Both gas signals (noise component only) ω0 are detected by the lock-in amplifier 18, and a detection gas signal (gas signal component + noise) synchronized with the frequency 2ω of the sine wave signal of the frequency doubler 15 is detected.
Component) (2ω) 1 and the reference gas signal (of the noise component)
(2) Both gas signals of (2ω) 0 are detected by the lock-in amplifier 19.

【0065】両ロックインアンプ18、19で抽出され
位相敏感検波後の検出用ガス信号ω1、(2ω)1の
周波数ωと2ωの出力比(2ω)1/ω1と、基準ガス
信号ω0、(2ω)0の周波数ωと2ωの出力比(2
ω)0/ω0とは、アナライジングレコーダ20に伝送
される。アナライジングレコーダ20から差分処理装置
21に両ガス信号として伝送された両出力比(2ω)1
/ω1、(2ω)0/ω0は、差分処理装置21で差分
され、ガス信号成分のみのガス信号が得られる。
The detection gas signals ω1 and (2ω) 1 after the phase sensitive detection extracted by the lock-in amplifiers 18 and 19 are detected.
Output ratio (2ω) 1 / ω1 of frequency ω and 2ω, and reference gas
The output ratio of the frequencies ω and 2ω of the signals ω0 and (2ω) 0 (2
ω) 0 / ω 0 is transmitted to the analyzing recorder 20. Both output ratios (2ω) 1 transmitted as two gas signals from the analyzing recorder 20 to the difference processing device 21.
/ Ω1, (2ω) 0 / ω0 is the difference calculated by the difference processing device 21.
Then , a gas signal of only the gas signal component is obtained.

【0066】この差分処理装置21で得られたガス信号
の波高値からガス濃度が求められ、また波高値の両側に
現われる極値あるいは半値幅から圧力を求めることがで
きる。このとき、ノイズ成分は除去されており、正確な
圧力、圧力補正した正確な濃度を求めることができる。
The gas concentration can be obtained from the peak value of the gas signal obtained by the difference processing device 21, and the pressure can be obtained from the extreme value or the half-value width appearing on both sides of the peak value. At this time, the noise component is removed, and the accurate pressure and the pressure-corrected accurate density can be obtained.

【0067】また、基準用ガス信号と検出用ガス信号
の両ガス信号を検出しているため、DFB−LD10が
寿命により劣化しつつある状態であっても、実際のガス
濃度を見誤ることはなく、任意の雰囲気ガス圧力下にお
いて正確なガス濃度を求めることができる。さらに、基
準用ガスセル5に既知濃度のガスを容易に封入すること
ができるため、DFB−LD10の使用初期の検出信号
をあらかじめ図示しない記録媒体(メモリ等)に記録し
ておき、既知濃度のガスのガス信号を検出してこれと比
較することにより、DFB−LD10の寿命時期(レー
ザ交換時期)を知ることができる。
Further, since both the reference gas signal and the detection gas signal are detected, even if the DFB-LD 10 is in the state of being deteriorated due to its life, it is possible to misunderstand the actual gas concentration. Instead, an accurate gas concentration can be obtained under an arbitrary atmospheric gas pressure. Further, since a gas having a known concentration can be easily enclosed in the reference gas cell 5, a detection signal at the initial stage of use of the DFB-LD 10 is recorded in advance in a recording medium (memory or the like) not shown, and the gas having a known concentration is used. It is possible to know the life time (laser replacement time) of the DFB-LD 10 by detecting the gas signal of No. 2 and comparing it with this.

【0068】以上要するに、検出用ガスセル4の他に基
準用ガスセル5を設け、両ガスセル4、5を透過したレ
ーザ光からの信号を用いてガス濃度を測定するため、ガ
ス濃度の変化、雰囲気ガス圧力の変化等に対応して基準
となるガス信号を常に把握することができるので、ガス
信号を劣化させる信号が重畳されても、寿命によりレー
ザが劣化していても正確にガス濃度を測定でき、ガス濃
度、雰囲気ガス圧力の校正が可能であり、しかもDFB
−LD10の寿命時期を知ることができる。
In summary, since the reference gas cell 5 is provided in addition to the detection gas cell 4 and the gas concentration is measured by using the signal from the laser beam that has passed through both gas cells 4 and 5, the change in gas concentration and the atmospheric gas Since the reference gas signal can always be grasped in response to pressure changes, etc., the gas concentration can be accurately measured even if a signal that deteriorates the gas signal is superimposed or even if the laser deteriorates due to the life. , Gas concentration and atmospheric gas pressure can be calibrated, and DFB
-It is possible to know the life time of the LD 10.

【0069】ここで、図5は50ppmのメタンガスの
ガス信号と0ppmのメタンガスのガス信号とを示す図
であり、横軸が波長に対応した電流を示し、縦軸がガス
信号を示している。
Here, FIG. 5 is a diagram showing a gas signal of methane gas of 50 ppm and a gas signal of methane gas of 0 ppm, the horizontal axis shows the current corresponding to the wavelength, and the vertical axis shows the gas signal.

【0070】同図に示すように、50ppmのメタンガ
スのガス信号と0ppmのメタンガスのガス信号とが略
重畳しており、50ppmのメタンガスのガス信号はほ
とんど不明である。
As shown in the figure, the gas signal of 50 ppm methane gas and the gas signal of 0 ppm methane gas are substantially superposed, and the gas signal of 50 ppm methane gas is almost unknown.

【0071】図6は図5に示した両メタンガスのガス信
号を差分処理して得られた50ppmのガス信号であ
り、横軸が波長に対応した電流を示し、縦軸がガス信号
を示している。
FIG. 6 is a gas signal of 50 ppm obtained by performing a difference process on the gas signals of both methane gases shown in FIG. 5, the horizontal axis shows the current corresponding to the wavelength, and the vertical axis shows the gas signal. There is.

【0072】同図より50ppmのメタンガスのガス信
号が抽出されているのが判る。この抽出されたガス信号
の波高値からガス濃度が判り、波高値の両側の極値から
雰囲気ガスの圧力を求めることができる。
From the figure, it can be seen that the gas signal of methane gas of 50 ppm is extracted. The gas concentration can be known from the peak value of the extracted gas signal, and the pressure of the atmospheric gas can be obtained from the extreme values on both sides of the peak value.

【0073】このようなガス濃度測定装置は、例えば検
出用ガスセルをOF(Oil Filled=油入り)ケーブル接
続箇所に取り付け、ガス濃度の測定を行うことによりO
Fケーブルの劣化診断を行うことが可能である。
In such a gas concentration measuring device, for example, a gas cell for detection is attached to an OF (Oil Filled = oil filled) cable connection point, and the gas concentration is measured to measure O.
It is possible to diagnose deterioration of the F cable.

【0074】図7は本発明のガス濃度測定方法を適用し
たガス濃度測定装置の他の実施例の概略図である。尚、
説明を簡単にするため図1に示したガス濃度測定装置と
同様の部材には共通の符号を用いると共にその説明を省
略した。
FIG. 7 is a schematic view of another embodiment of the gas concentration measuring apparatus to which the gas concentration measuring method of the present invention is applied. still,
For simplification of description, the same reference numerals are used for the same members as those of the gas concentration measuring device shown in FIG. 1, and the description thereof is omitted.

【0075】図1に示した実施例との相違点は、レーザ
光の中心波長に対するノイズを含んだ特定成分のガス信
号をFFT(高速フーリエ変換)で周波数領域に分解し
た成分(実測パワースペクトル)と、測定対象とするガ
スの物理特性値およびレーザの基礎パラメータからシミ
ュレーション計算により求められるガス信号をFFTで
周波数領域に分解した成分(教師パワースペクトル)と
の対応関係を、予めニューラルネットを有する解析部で
学習させ、この解析部にノイズを含んだガス信号の周波
数領域成分を入力してノイズが除去されたパワースペク
トルを抽出し、このパワースペクトルに対して逆FFT
を施すことによりノイズの低減化されたガス信号を求め
る点である。
The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that a gas signal of a specific component containing noise with respect to the center wavelength of the laser light is decomposed into a frequency domain by FFT (fast Fourier transform) (measured power spectrum). And a component (teacher power spectrum) obtained by FFT decomposition of the gas signal obtained by simulation calculation from the physical characteristic value of the gas to be measured and the basic parameters of the laser, the analysis using a neural network in advance. The frequency domain component of the gas signal containing noise is input to this analysis unit to extract the noise-free power spectrum, and the inverse FFT is performed on this power spectrum.
This is a point for obtaining a gas signal with reduced noise by applying

【0076】図7に示すようにこのガス濃度測定装置
は、LDモジュール部1と、LDモジュール部1を駆動
するレーザ駆動回路2と、LDモジュール部1からのレ
ーザ光が透過すると共に検出用のガスを収容する検出用
ガスセル4と、検出用ガスセル4内を透過したレーザ光
を受光する光検出器6と、光検出器6からの信号を処理
する信号処理部30とで構成されており、LDモジュー
ル部1、検出用ガスセル4および光検出器6はそれぞれ
光ファイバ9b、9dで接続されている。
As shown in FIG. 7, this gas concentration measuring apparatus has an LD module section 1, a laser drive circuit 2 for driving the LD module section 1, and a laser beam from the LD module section 1 which is transmitted and detected. It is composed of a detection gas cell 4 containing a gas, a photodetector 6 for receiving the laser light transmitted through the detection gas cell 4, and a signal processing unit 30 for processing a signal from the photodetector 6. The LD module unit 1, the detection gas cell 4, and the photodetector 6 are connected by optical fibers 9b and 9d, respectively.

【0077】信号処理部30は、発振器14からの正弦
波信号の周波数ωに同期して光検出器6の出力の位相敏
感検波を行うロックインアンプ18と、倍周器15の正
弦波信号の周波数2ωに同期して光検出器6の出力の位
相敏感検波を行うロックインアンプ19と、両ロックイ
ンアンプ18、19の出力比(ガス信号)を記録、演算
処理するアナライジングレコーダ20と、アナライジン
グレコーダ20からのデータのニューラルネット処理を
行う解析処理装置31とで構成されている。
The signal processing unit 30 synchronizes the frequency ω of the sine wave signal from the oscillator 14 with the lock-in amplifier 18 which performs phase sensitive detection of the output of the photodetector 6, and the sine wave signal of the frequency doubler 15. A lock-in amplifier 19 that performs phase-sensitive detection of the output of the photodetector 6 in synchronization with the frequency 2ω, and an analyzing recorder 20 that records and arithmetically processes the output ratio (gas signal) of both lock-in amplifiers 18, 19. It is composed of an analysis processing device 31 which performs a neural net processing of data from the analyzing recorder 20.

【0078】次に図7に示したガス測定装置の動作につ
いて説明する。
Next, the operation of the gas measuring device shown in FIG. 7 will be described.

【0079】DFB−LD10を一定の温度に固定する
と共に、DFB−LD10のバイアス電流を三角波状に
し、一方向に掃引させる。このとき同時に発振器14に
より正弦波状の交流電流(変調電流)をバイアス電流に
重畳させる。光学系13にレーザ光を入射し、往路用光
ファイバ9b内を伝送させ、検出用ガスセル4内のガス
中を空間伝搬させ、再び復路用光ファイバ9dによって
レーザ光を伝送し、光検出器6でレーザ光を受光して検
出信号を出力する。
The DFB-LD 10 is fixed at a constant temperature, the bias current of the DFB-LD 10 is made into a triangular wave, and the DFB-LD 10 is swept in one direction. At this time, at the same time, the oscillator 14 superimposes a sinusoidal alternating current (modulation current) on the bias current. A laser beam is incident on the optical system 13 to be transmitted through the outward optical fiber 9b, spatially propagated in the gas inside the detection gas cell 4, and the laser beam is transmitted again through the backward optical fiber 9d. The laser light is received by and the detection signal is output.

【0080】光検出器6で検出された信号の内、発振器
14からの正弦波信号の周波数ωに同期した信号をロッ
クインアンプ18で検出し、倍周器15の正弦波信号の
周波数2ωに同期した信号をロックインアンプ19によ
って検出する。両ロックインアンプ18、19で抽出さ
れた信号の出力比をアナライジングレコーダ20に伝送
し、このアナライジングレコーダ20から解析処理装置
31にガス信号として伝送する。この解析処理装置31
において、ノイズ成分の重畳したガス信号から解析処理
装置31に内蔵されたニューラルネットによりノイズ成
分を除去し、純粋なガス信号が得られる。
Of the signals detected by the photodetector 6, a signal synchronized with the frequency ω of the sine wave signal from the oscillator 14 is detected by the lock-in amplifier 18, and the frequency 2ω of the sine wave signal of the frequency doubler 15 is detected. The synchronized signal is detected by the lock-in amplifier 19. The output ratio of the signals extracted by both the lock-in amplifiers 18 and 19 is transmitted to the analyzing recorder 20 and transmitted from the analyzing recorder 20 to the analysis processing device 31 as a gas signal. This analysis processing device 31
In, the noise component is removed from the gas signal on which the noise component is superimposed by the neural network built in the analysis processing device 31, and a pure gas signal is obtained.

【0081】このガス信号の波高値からガス濃度が求め
られ、波高値の両側に現われる極値あるいは半値幅から
圧力を求めることができる。このとき、ノイズ成分は除
去されており、正確な圧力と、圧力補正した正確なガス
濃度とを求めることができる。
The gas concentration can be obtained from the peak value of this gas signal, and the pressure can be obtained from the extreme value or half-value width appearing on both sides of the peak value. At this time, the noise component has been removed, so that it is possible to obtain an accurate pressure and an accurate pressure-corrected gas concentration.

【0082】ここで、解析処理装置31に内蔵されてい
るニューラルネットについて説明する。
Here, the neural network built in the analysis processing device 31 will be described.

【0083】まず、予め既知のガス濃度におけるレーザ
光の中心波長に対するノイズを含んだ特定成分のガス信
号をFFTを用いて周波数領域に分解した成分(実測パ
ワースペクトル)と、測定対象とする検出用ガスセル4
内のガスの物理特性値およびレーザの基礎パラメータか
らシミュレーション計算で求められるガス濃度に対応す
るガス信号をFFTを用いて周波数領域に分解した成分
(教師パワースペクトル)との対応関係を学習させてお
き、このニューラルネットを解析処理装置31に内蔵す
る。
First, a component (actually measured power spectrum) obtained by decomposing a gas signal of a specific component containing noise with respect to the central wavelength of laser light at a known gas concentration into a frequency domain using an FFT and a detection target to be measured. Gas cell 4
The correspondence relationship between the gas signal corresponding to the gas concentration obtained by the simulation calculation from the physical characteristic value of the gas in the inside and the basic parameter of the laser and the component (teacher power spectrum) decomposed into the frequency domain by using FFT is learned. The neural network is built in the analysis processing device 31.

【0084】このニューラルネットに対する学習は、例
えば図8に示す三層ニューラルネットモデルのように、
まず入力層32の各入力ユニットに入力データ、すなわ
ち所定の濃度で検出されたガス信号の周波数軸に対する
実測パワースペクトルP(0)〜P(30)…およびそ
れらに関する情報量等をアナログ信号として与える。こ
のデータ信号は、中間層33に伝わり、最後に出力層3
4から出力される。この出力値(アナログ信号)と、測
定対象とするガス(検出用ガスセル4内のガス)の物理
特性値およびDFB−LD10の基礎パラメータからシ
ミュレーション計算により求められる所定のガス濃度に
対応するガス信号をFFTを用いて周波数領域に分解し
た成分、すなわち教師パワースペクトル(望ましい出力
値)を比較し、その差を減らすように結合の強さu、v
を変化させ、その差が最小となったときに決定された
u、wを用いたニューラルネットが学習終了後のニュー
ラルネットであり、これが信号処理部30の解析処理装
置31に組み込まれる。尚、ニューラルネット学習は、
実際の検出する種々のガス濃度、種々の圧力下で行って
おくものとする。入力、出力をアナログ信号とすること
により、パワースペクトルの大きさ(ガス信号の大き
さ)、周波数成分としてのパワースペクトルパターンの
両方の学習が可能となっている。
Learning for this neural network is performed, for example, as in the three-layer neural network model shown in FIG.
First, input data, that is, actually measured power spectra P (0) to P (30) with respect to the frequency axis of the gas signal detected at a predetermined concentration, and the amount of information relating to them are given to each input unit of the input layer 32 as analog signals. . This data signal is transmitted to the intermediate layer 33, and finally the output layer 3
It is output from 4. A gas signal corresponding to a predetermined gas concentration obtained by simulation calculation from the output value (analog signal), the physical characteristic value of the gas to be measured (gas in the detection gas cell 4) and the basic parameter of the DFB-LD 10 is calculated. The components decomposed in the frequency domain using the FFT, that is, the teacher power spectra (desired output values) are compared, and the coupling strengths u and v are reduced so as to reduce the difference.
Is changed, and the neural network using u and w determined when the difference becomes minimum is the neural network after the learning is completed, and this is incorporated in the analysis processing device 31 of the signal processing unit 30. In addition, neural network learning,
It should be performed under various gas concentrations and various pressures that are actually detected. By making the input and output analog signals, it is possible to learn both the magnitude of the power spectrum (the magnitude of the gas signal) and the power spectrum pattern as the frequency component.

【0085】そして、このようにすることで、干渉ノイ
ズ等を含んだガス信号のパワースペクトルを、あるいは
それらに関する情報量等を学習のニューラルネットに入
力すると、出力としてノイズ成分を含まない周波数成分
毎のパワースペクトルが出力される。これを逆FFTす
ることで純粋なガス信号波形を得ることができる。
By doing so, when the power spectrum of the gas signal including interference noise or the like, or the amount of information related to them is input to the learning neural network, each frequency component that does not include a noise component is output. The power spectrum of is output. A pure gas signal waveform can be obtained by subjecting this to inverse FFT.

【0086】しかも、このニューラルネットは、膨大な
対応関係の学習が可能であり、与えられた入力に対して
ネットワークの内部構造を変更していき、この変更を正
しい出力を出すまで繰り返していくことにより、学習を
完成させることができる。
Moreover, this neural network is capable of learning a vast amount of correspondences, and changes the internal structure of the network for given inputs, and repeats this change until a correct output is output. Can complete learning.

【0087】従って新たなノイズ成分を含んだガス信号
のパワースペクトルを追加学習することも可能となり、
これによってニューラルネットの汎用性が向上すること
となる。さらに、追加学習は何度でも行うことができ、
その都度学習してニューラルネットとして解析処理装置
に容易に組み込むことができる。
Therefore, it becomes possible to additionally learn the power spectrum of the gas signal including a new noise component,
This improves the versatility of the neural network. In addition, additional learning can be done as often as
It can be learned each time and can be easily incorporated into the analysis processing device as a neural network.

【0088】以上において本実施例によれば、予め既知
のガス濃度におけるレーザの中心波長に対するノイズを
含んだ特定成分のガス信号をFFTを用いて周波数領域
に分解した成分(実測パワースペクトル)と、測定対象
とするガスの物理特性値およびレーザの基礎パラメータ
からシミュレーション計算により求められるガス濃度に
対応するガス信号をFFTを用いて周波数領域に分解し
た成分(教師パワースペクトル)の対応関係を学習させ
ておき、このニューラルネットを解析処理装置に内蔵す
ることによって、例えば干渉ノイズ成分を含んだガス信
号波形から正確な圧力、ガス濃度を求めたい場合、ノイ
ズが周期的でなくとも、また、ガス雰囲気圧力が変化し
てもガス信号の周波数成分毎のパワースペクトルを入力
することで、ノイズを含まないパワースペクトルを得る
ことができ、これを逆FFTすることによってノイズの
低減化された純粋なガス信号を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, a component (measured power spectrum) obtained by decomposing a gas signal of a specific component containing noise with respect to the center wavelength of a laser at a known gas concentration in the frequency domain using FFT, Learn the correspondence relationship of the component (teacher power spectrum) that decomposes the gas signal corresponding to the gas concentration obtained by simulation calculation from the physical property value of the gas to be measured and the basic parameter of the laser into the frequency domain using FFT. By incorporating this neural network in an analysis processing device, for example, when it is desired to obtain an accurate pressure and gas concentration from a gas signal waveform containing an interference noise component, even if the noise is not periodic, the gas atmosphere pressure Even if changes, the power spectrum for each frequency component of the gas signal is input, Can be obtained a power spectrum that does not contain, it is possible to obtain a pure gas signal reduction of noise by inverse FFT of this.

【0089】したがってガス信号の波高値から正確なガ
ス濃度が、波高値の両側の極値或いは半値幅から正確な
圧力を求めることができる。
Therefore, an accurate gas concentration can be obtained from the peak value of the gas signal, and an accurate pressure can be obtained from the extreme value or half width on both sides of the peak value.

【0090】尚、雰囲気ガス圧力1atm、ガス濃度5
0、100、500、1000ppm、変調電圧0.5
〜3V(変調電流3.1〜18.6mA)におけるレー
ザの中心光波長(バイアス電流)に対するノイズを含ん
だ特定成分のガス信号をFFTを用いて周波数領域に分
解した成分(実測パワースペクトル)と、別途メタンガ
スの物理特性値およびレーザの基礎パラメータからシミ
ュレーション計算により求めた各ガス濃度に対応するガ
ス信号をFFTを用いて周波数領域に分解した成分(教
師パワースペクトル)の対応関係を学習させたニューラ
ルネットを用いて、学習していないガス信号のノイズの
低減化を試みた結果であるノイズを低減化したガス信号
の一例(ガス濃度50ppm、変調電流2V(電流1
2.4mA))を以下の図に示す。なお、ここではニュ
ーラルネットへの入力個数は、周波数成分31個とし
た。
Atmospheric gas pressure 1 atm, gas concentration 5
0, 100, 500, 1000ppm, modulation voltage 0.5
A component (measured power spectrum) obtained by decomposing the gas signal of a specific component containing noise with respect to the central light wavelength (bias current) of the laser at ˜3 V (modulation current 3.1 to 18.6 mA) into a frequency domain using FFT (measured power spectrum). , Neural learning the correspondence of the component (teacher power spectrum) that decomposes the gas signal corresponding to each gas concentration obtained by simulation calculation from the physical property value of methane gas and the basic parameter of the laser into the frequency domain using FFT. An example of a noise-reduced gas signal (gas concentration 50 ppm, modulation current 2 V (current 1
2.4 mA)) is shown in the figure below. Here, the number of inputs to the neural network is 31 frequency components.

【0091】なお、本実施例ではFFTの処理数を31
個とし、ニューラルネットの入力ニューロン数は31個
であるが、FFT対象とする波長領域の幅、FFT処理
の処理点数および雰囲気ガス圧力の変化に伴うガス信号
の波形が変化すれば当然ニューロン数も変わる。
In this embodiment, the number of FFT processes is 31.
The number of input neurons of the neural network is 31, but if the width of the wavelength region targeted for FFT, the number of FFT processing points, and the waveform of the gas signal due to changes in the atmospheric gas pressure change, the number of neurons will naturally change. change.

【0092】この値の設定方法としては、予め測定対象
となる波長領域の始点と終点とを決め、高い濃度におけ
るFFT処理によるパワースペクトル分布から個数を求
める。
As a method of setting this value, the start point and the end point of the wavelength region to be measured are determined in advance, and the number is obtained from the power spectrum distribution by the FFT process at high concentration.

【0093】図9はニューラルネットに入力する前のバ
イアス電流に対するガス信号の関係を示し、図10は図
9を周波数軸に変換したパワースペクトルの分布を示し
ている。また、図11はシミュレーション化により求め
られるバイアス電流に対するガス信号の関係を示し、図
12は図11を周波数軸に変換したパワースペクトルの
分布を示している。図13は図9に対してニューラルネ
ット処理を施した後のバイアス電流に対するガス信号の
関係を示し、図14はニューラルネット処理を施した後
のパワースペクトル分布を示している。図9〜図14か
らニューラルネット処理を施したことにより、完全にガ
ス信号成分のみ抽出され、波形も波高値の大きさもシミ
ュレーション結果と略一致し、良好な結果が得られた。
FIG. 9 shows the relationship of the gas signal with respect to the bias current before being input to the neural network, and FIG. 10 shows the power spectrum distribution obtained by converting FIG. 9 into the frequency axis. Further, FIG. 11 shows the relationship of the gas signal with respect to the bias current obtained by simulation, and FIG. 12 shows the power spectrum distribution obtained by converting FIG. 11 into the frequency axis. FIG. 13 shows the relationship of the gas signal with respect to the bias current after the neural network processing is applied to FIG. 9, and FIG. 14 shows the power spectrum distribution after the neural network processing. By performing the neural network processing from FIGS. 9 to 14, only the gas signal component was completely extracted, and the waveform and the magnitude of the peak value were substantially the same as the simulation results, and good results were obtained.

【0094】このガス濃度測定装置は、図1に示したガ
ス濃度測定装置と同様にOFケーブルの劣化診断が可能
である。また、解析処理装置に内蔵されるニューラルネ
ットは、ガス信号のノイズ成分の低減化だけでなく、他
の波形処理、信号処理技術に応用可能である。
This gas concentration measuring device can diagnose deterioration of the OF cable, like the gas concentration measuring device shown in FIG. Further, the neural network built in the analysis processing device can be applied not only to reducing the noise component of the gas signal but also to other waveform processing and signal processing techniques.

【0095】以上において本実施例によれば、干渉ノイ
ズ成分を含んだガス信号波形から正確な圧力、ガス濃度
を求めたい場合、ノイズが周期的でなくても、また、ガ
ス雰囲気圧力が変化してもガス信号の周波数成分毎のパ
ワースペクトルを、学習後のニューラルネットに入力す
ることで、ノイズを含まないパワースペクトルを得るこ
とができ、これを逆FFTすることにより、ノイズの低
減化された純粋なガス信号を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, when it is desired to obtain an accurate pressure and gas concentration from a gas signal waveform containing an interference noise component, the gas atmosphere pressure changes even if the noise is not periodic. Even by inputting the power spectrum for each frequency component of the gas signal to the neural network after learning, a power spectrum without noise can be obtained, and the noise is reduced by inverse FFT. A pure gas signal can be obtained.

【0096】これにより、このノイズを低減化したガス
信号の波高値から正確なガス濃度が、波高値の両側の極
値あるいは半値幅から正確な圧力を求めることができ
る。
As a result, it is possible to obtain an accurate gas concentration from the peak value of the gas signal in which this noise is reduced, and an accurate pressure from the extreme values or half widths on both sides of the peak value.

【0097】図15は本発明のガス濃度測定方法を適用
したガス濃度測定装置のさらに他の実施例の概略図であ
る。尚、説明を簡単にするため図1に示したガス濃度測
定装置と同様の部材には共通の符号を用いると共にその
説明を省略した。
FIG. 15 is a schematic view of still another embodiment of the gas concentration measuring apparatus to which the gas concentration measuring method of the present invention is applied. For simplification of explanation, the same members as those of the gas concentration measuring apparatus shown in FIG.

【0098】図1に示した実施例との相違点は、駆動電
流を変化させたときに検出ガスの吸収線を含むときのレ
ーザの温度と、検出ガスの吸収線を含まないときのレー
ザの温度とについてそれぞれ安定化させ、得られた検波
信号から各信号の差分を求めてこれをガス信号とし、こ
のガス信号からガス雰囲気の圧力とガス濃度信号とを測
定し、このガス濃度信号を圧力補正してガスの濃度を測
定する点である。
The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that the temperature of the laser when the absorption line of the detection gas is included and the laser temperature when the absorption line of the detection gas is not included when the drive current is changed. Stabilize each with respect to temperature, obtain the difference of each signal from the obtained detection signal and use this as a gas signal, measure the gas atmosphere pressure and gas concentration signal from this gas signal, and measure this gas concentration signal This is the point where the gas concentration is corrected and measured.

【0099】図15に示すようにこのガス濃度測定装置
は、LDモジュール部40と、LDモジュール部40を
駆動するレーザ駆動回路41と、LDモジュール部40
からのレーザ光が透過すると共に検出用のガスを収容す
る検出用ガスセル4と、検出用ガスセル4内を透過した
レーザ光を受光する光検出器6と、光検出器6からの信
号に基づいてガス濃度を測定するための測定手段42
と、二つの信号の差分が可能な信号処理装置43とで構
成されており、LDモジュール部40、検出用ガスセル
4および光検出器6は光ファイバ9b、9dでそれぞれ
接続されている。
As shown in FIG. 15, this gas concentration measuring apparatus has an LD module section 40, a laser drive circuit 41 for driving the LD module section 40, and an LD module section 40.
Based on the signal from the detection gas cell 4 which transmits the laser light from the sensor and stores the gas for detection, the photodetector 6 which receives the laser light transmitted through the detection gas cell 4, and the signal from the photodetector 6. Measuring means 42 for measuring gas concentration
And a signal processing device 43 capable of difference between the two signals. The LD module unit 40, the detection gas cell 4 and the photodetector 6 are connected by optical fibers 9b and 9d, respectively.

【0100】LDモジュール部40のペルチェ素子11
には、駆動電流を変化させたときに検出ガスの吸収線を
含むときのDFB−LD10の温度と、検出ガスの吸収
線を含まないときのDFB−LD10の温度とについて
それぞれ安定化させるための温度安定化電源44が接続
されている。
Peltier element 11 of LD module section 40
For stabilizing the temperature of the DFB-LD 10 when the absorption line of the detection gas is included and the temperature of the DFB-LD 10 when the absorption line of the detection gas is not included when the drive current is changed. A temperature stabilizing power source 44 is connected.

【0101】測定手段42は、ロックインアンプ18、
19と、両ロックインアンプ18、19の出力比を求め
る割算器45と、変調周波数成分を除去するローパスフ
ィルタ46と、所定の基準電圧を発生する基準電源47
と、DFB−LD10の順方向電圧の直流分の変化を得
るべく、ローパスフィルタ46の出力電圧の値と基準電
圧の値との差を求める減算器48と、減算器48からの
出力を増幅するアンプ49と、アンプ49の出力をX軸
に、割算器45の出力をY軸にそれぞれ入力して記録す
るX−Yレコーダ50とで構成されている。
The measuring means 42 is a lock-in amplifier 18,
19, a divider 45 for obtaining the output ratio of both lock-in amplifiers 18, 19, a low-pass filter 46 for removing the modulation frequency component, and a reference power supply 47 for generating a predetermined reference voltage.
And a subtractor 48 for obtaining the difference between the value of the output voltage of the low-pass filter 46 and the value of the reference voltage in order to obtain a change in the direct current component of the forward voltage of the DFB-LD 10, and the output from the subtractor 48 is amplified. It is composed of an amplifier 49 and an XY recorder 50 for recording the output of the amplifier 49 on the X axis and the output of the divider 45 on the Y axis.

【0102】次に図15に示したガス濃度測定装置の動
作について説明する。
Next, the operation of the gas concentration measuring device shown in FIG. 15 will be described.

【0103】温度安定化電源44によりDFB−LD1
0の温度をある温度Taに安定固定する。次にDFB−
LD10にバイアス電流として一方向(増加あるいは減
少)に一様に変化する掃引電流を供給する。繰り返し測
定を可能にするため、鋸歯電流をDFB−LD10に印
加し、レーザ光の中心周波数を変化させていく。鋸状に
変化する電流の中央部で吸収線に一致するようにTaを
設定する。このバイアス電流に発振器14により変調周
波数ωの正弦波電流を重畳し、レーザ光の周波数及び強
度を変調する。このときレーザ光の中心波長のモニタが
バイアス用の基準電源47の電圧と減算器48の出力と
を増幅したアンプ49の出力値によりなされる。すなわ
ち、個々のDFB−LD10の発振周波数と順方向抵抗
成分の変化量は再現性のある関係にある。そのため、中
心波長のモニタとしてアンプ49の出力をX−Yレコー
ダ50のX軸に入力する。
The DFB-LD1 is controlled by the temperature stabilizing power source 44.
The temperature of 0 is stably fixed at a certain temperature Ta. Then DFB-
A sweep current that uniformly changes in one direction (increase or decrease) is supplied to the LD 10 as a bias current. To enable repeated measurement, a sawtooth current is applied to the DFB-LD 10 to change the center frequency of laser light. Ta is set so as to coincide with the absorption line at the central portion of the current that changes in a saw shape. An oscillator 14 superimposes a sine wave current having a modulation frequency ω on the bias current to modulate the frequency and intensity of the laser light. At this time, the center wavelength of the laser light is monitored by the output value of the amplifier 49 that amplifies the voltage of the reference power source 47 for bias and the output of the subtractor 48. That is, the oscillation frequency of each DFB-LD 10 and the amount of change in the forward resistance component have a reproducible relationship. Therefore, the output of the amplifier 49 is input to the X axis of the XY recorder 50 as a monitor of the center wavelength.

【0104】一方、DFB−LD10から発振されたレ
ーザ光は、光学系13を透過した後、光ファイバ9bを
介して検出用ガスセル4内のメタンガス雰囲気を透過
し、光ファイバ9dを介して光検出器6に導かれ、そこ
で強度検出される。検出用ガスセル4からの検出信号は
ロックインアンプ18、19により位相敏感検波され
て、基本波信号Ps(ω)および2倍波検波信号Ps
(2ω)が得られる。両信号Ps(ω)、Ps(2ω)
は割算器45に入力されて、Ps(2ω)/Ps(ω)
がX−Yレコーダ50のY軸に入力される。
On the other hand, the laser light oscillated from the DFB-LD 10 passes through the optical system 13 and then the methane gas atmosphere in the detection gas cell 4 through the optical fiber 9b and the optical detection through the optical fiber 9d. It is guided to the vessel 6 and the intensity is detected there. The detection signal from the detection gas cell 4 is phase-sensitive detected by the lock-in amplifiers 18 and 19, and the fundamental wave signal Ps (ω) and the second-harmonic detection signal Ps are detected.
(2ω) is obtained. Both signals Ps (ω), Ps (2ω)
Is input to the divider 45, and Ps (2ω) / Ps (ω)
Is input to the Y-axis of the XY recorder 50.

【0105】図15に示したガス濃度測定装置は、高濃
度ガスについては従来と同様の波形が得られる。ガス濃
度信号はガス吸収線近傍での波高値から求まる。波高値
の両側に現われる極値の幅から圧力が求まる。測定手段
42では、これらの2点間の電圧差と圧力との関係を予
めメモリ等(図示せず)に記憶しておくことで圧力を求
め、ガス濃度信号を圧力について補正することができ
る。
The gas concentration measuring apparatus shown in FIG. 15 can obtain the same waveform as the conventional one for high concentration gas. The gas concentration signal is obtained from the peak value near the gas absorption line. The pressure is obtained from the width of the extreme value that appears on both sides of the peak value. In the measuring means 42, the pressure can be obtained by previously storing the relationship between the voltage difference between these two points and the pressure in a memory or the like (not shown), and the gas concentration signal can be corrected for the pressure.

【0106】他方、低濃度ガスについても従来と同様の
出力信号波形が得られる。しかしこのままでは、出力信
号から波高値と極値とを求めることができない。
On the other hand, the output signal waveform similar to the conventional one can be obtained for the low concentration gas. However, as it is, the peak value and the extreme value cannot be obtained from the output signal.

【0107】そこで、次に先程と同じバイアス電流にし
て設定温度をTbとし、同じようにレーザ光の中心波長
を変化させていく。但しこの設定温度Tbにおいては、
駆動電流を変化させたときの中心波長がガスの吸収線に
一致する部分がないとする。図16および図17はそれ
ぞれ温度Ta、Tbで測定したときのガス信号である。
図16はノイズ波形とガス信号とを二つ含んでいる。図
17はノイズ波形だけを含んでいる。従って二つの信号
の差分を行うとノイズが除去されて図18に示すような
ガス信号のみの波形となる。
Therefore, next, the same bias current as that described above is used, the set temperature is set to Tb, and the central wavelength of the laser light is similarly changed. However, at this set temperature Tb,
It is assumed that there is no portion where the center wavelength when the drive current is changed matches the absorption line of gas. 16 and 17 are gas signals when measured at temperatures Ta and Tb, respectively.
FIG. 16 includes two noise waveforms and a gas signal. FIG. 17 contains only the noise waveform. Therefore, when the difference between the two signals is performed, noise is removed and a waveform of only the gas signal as shown in FIG. 18 is obtained.

【0108】以上において本実施例によれば、駆動電流
を変化させたときに検出ガスの吸収線を含むときのレー
ザの温度と、検出ガスの吸収線を含まないときのDFB
−LDの温度とについてそれぞれ安定化させ、得られた
検波信号から各信号の差分を求めてこれをガス信号と
し、このガス信号からガス雰囲気の圧力とガス濃度信号
とを測定し、このガス濃度信号を圧力補正してガスの濃
度を測定するので、ガス信号を劣化させるようなノイズ
が重畳しても正確なガス濃度を測定することができる。
また、低濃度ガス測定におけるSN比が向上する。
As described above, according to the present embodiment, the temperature of the laser when the absorption line of the detection gas is included and the DFB when the absorption line of the detection gas is not included when the drive current is changed.
-The temperature of the LD is stabilized and the difference between the respective signals is obtained from the obtained detection signal, and this is used as a gas signal. From this gas signal, the pressure of the gas atmosphere and the gas concentration signal are measured, and this gas concentration is measured. Since the signal is pressure-corrected to measure the gas concentration, the accurate gas concentration can be measured even if noise that deteriorates the gas signal is superimposed.
Further, the SN ratio in the measurement of low concentration gas is improved.

【0109】ところで、上述したガス濃度測定装置にお
いて、測定感度を向上させる場合にはガスにより光の吸
収を受ける部分である検出用ガスセル4の光路長の部分
を長くしなければならない。このような検出方法をとる
検出用ガスセル4は、光路長を長くすると検出用ガスセ
ル4の形状が大型化してしまう。検出用ガスセルの設置
箇所の空間スペースが制約を受けるところでは、小さな
検出用ガスセルを設けることになり、高い検出感度をも
つシステム構成ができなくなる。
By the way, in the above-mentioned gas concentration measuring apparatus, in order to improve the measurement sensitivity, it is necessary to lengthen the optical path length portion of the detection gas cell 4 which is a portion where the light is absorbed by the gas. In the detection gas cell 4 adopting such a detection method, the shape of the detection gas cell 4 becomes large when the optical path length is increased. Where the space for installation of the detection gas cell is restricted, a small detection gas cell will be provided, making it impossible to construct a system with high detection sensitivity.

【0110】そこで、以下検出用ガスセルを大型化させ
ることなく高感度化したガス濃度測定装置について説明
する。
Therefore, a gas concentration measuring device having high sensitivity without increasing the size of the detection gas cell will be described below.

【0111】図19は本発明のガス濃度測定装置の他の
実施例の概略図である。
FIG. 19 is a schematic view of another embodiment of the gas concentration measuring device of the present invention.

【0112】図1に示した実施例との相違点は、ガスセ
ルに反射機構を取り入れてガスセル内を透過する光が同
一の光路を往復して進むようにした点である。
The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that a reflection mechanism is incorporated in the gas cell so that the light passing through the gas cell travels back and forth along the same optical path.

【0113】同図に示すように、ガス濃度測定装置は、
半導体レーザ、温度制御回路および駆動回路からなる光
源60と、光源60からのレーザ光を透過させると共に
戻り光を遮断するアイソレータ61と、アイソレータ6
1からのレーザ光を分岐する光ファイバカプラ62と、
光ファイバカプラ62からの出射光を伝送する光ファイ
バ63と、光ファイバ63の出射端に接続されレーザ光
を平行光にするコリメートレンズ64と、測定すべきガ
スを収容すると共に、コリメートレンズ64から出射さ
れたレーザ光が透過する検出用ガスセル65と、検出用
ガスセル65内に設けられ光ファイバ63からのレーザ
光を反射してこの光ファイバ63に戻す反射鏡66と、
光ファイバカプラ62の出射側に接続され検出用ガスセ
ル65内を透過したレーザ光を受光する光検出部67
と、光源60を制御すると共に、光検出部67からの信
号を処理する制御部68とで構成されている。
As shown in the figure, the gas concentration measuring device is
A light source 60 including a semiconductor laser, a temperature control circuit, and a drive circuit, an isolator 61 that transmits laser light from the light source 60 and blocks return light, and an isolator 6.
An optical fiber coupler 62 for branching the laser light from 1;
An optical fiber 63 that transmits the light emitted from the optical fiber coupler 62, a collimator lens 64 that is connected to the emission end of the optical fiber 63 and that collimates the laser light, a gas to be measured, and a collimator lens 64. A detection gas cell 65 through which the emitted laser light is transmitted, a reflecting mirror 66 provided in the detection gas cell 65, which reflects the laser light from the optical fiber 63 and returns it to the optical fiber 63.
A photodetector 67 which is connected to the emission side of the optical fiber coupler 62 and receives the laser light transmitted through the detection gas cell 65.
And a control unit 68 that controls the light source 60 and processes the signal from the light detection unit 67.

【0114】光源60の半導体レーザは図1に示したD
FB−LD10と同様に駆動電流および温度に応じた波
長および強度のレーザ光を発振するものであり、駆動回
路は、半導体レーザの駆動電流を変化させてレーザ光の
波長および強度を制御するものである。
The semiconductor laser of the light source 60 is D shown in FIG.
Like the FB-LD 10, it oscillates a laser beam having a wavelength and intensity according to a drive current and temperature, and the drive circuit changes the drive current of the semiconductor laser to control the wavelength and intensity of the laser beam. is there.

【0115】ここで本実施例のガス濃度測定装置の制限
事項について述べる。
Here, the restrictions of the gas concentration measuring apparatus of this embodiment will be described.

【0116】まず、光源として駆動電流および温度に応
じた波長のレーザ光を発振するレーザを用いる。この光
源を用いた検出方法として次の2方法のいずれかを用い
た場合とする。
First, as the light source, a laser that oscillates a laser beam having a wavelength according to the driving current and the temperature is used. It is assumed that one of the following two methods is used as the detection method using this light source.

【0117】(1) 方法1 検出ガスに対して、ある大きさの波長と光強度とをもっ
たレーザ光を照射し、その波長をガスの吸収線に対して
徐々に掃引させる。そのため半導体レーザの温度を固定
し、半導体レーザの駆動電流を徐々に変化させるか、或
いは、半導体レーザの駆動電流を固定し、半導体レーザ
の温度を徐々に変化させて検出ガスを透過した光の強度
変化をモニタする方法。
(1) Method 1 The detection gas is irradiated with laser light having a certain wavelength and light intensity, and the wavelength is gradually swept with respect to the absorption line of the gas. Therefore, the temperature of the semiconductor laser is fixed and the driving current of the semiconductor laser is gradually changed, or the driving current of the semiconductor laser is fixed and the temperature of the semiconductor laser is gradually changed and the intensity of light transmitted through the detection gas is increased. How to monitor changes.

【0118】(2) 方法2 レーザ光をある周波数で変調し、変調されたレーザ光を
ガス雰囲気中に透過させ、透過した光の基本波成分およ
び2倍波成分を位相検波してガス検出するものであり、
半導体レーザの駆動電流にある変調電流を重畳し、方法
1と同様に変調されたレーザ光の中心波長をガス吸収線
上に掃引するために半導体レーザの温度を固定し、半導
体レーザの駆動電流のバイアス値を徐々に変化させる
か、または、半導体レーザの駆動電流を固定し、半導体
レーザの温度を徐々に変化させる方法。この方法2は方
法1より高感度でガス検出することができる。
(2) Method 2 A laser beam is modulated at a certain frequency, the modulated laser beam is transmitted through a gas atmosphere, and the fundamental wave component and the second harmonic component of the transmitted light are phase-detected to detect the gas. Is something
By superimposing a modulation current on the driving current of the semiconductor laser and fixing the temperature of the semiconductor laser in order to sweep the central wavelength of the modulated laser light onto the gas absorption line in the same manner as in Method 1, bias the driving current of the semiconductor laser. A method of gradually changing the value or fixing the drive current of the semiconductor laser and gradually changing the temperature of the semiconductor laser. This method 2 can detect gas with higher sensitivity than the method 1.

【0119】次にこのガス濃度測定装置の動作について
説明する。
Next, the operation of this gas concentration measuring device will be described.

【0120】検出方法としては方法2を用いている。Method 2 is used as the detection method.

【0121】半導体レーザの駆動電流を固定し、半導体
レーザの温度を変化させ、発振するレーザ光の波長をガ
ス吸収線上に掃引する。このように制御されたレーザ光
は、アイソレータを透過した後、光ファイバカプラを透
過して検出用ガスセルへ進む。
The driving current of the semiconductor laser is fixed, the temperature of the semiconductor laser is changed, and the wavelength of the oscillating laser light is swept onto the gas absorption line. The laser light controlled in this way passes through the isolator, then the optical fiber coupler, and proceeds to the detection gas cell.

【0122】検出用ガスセル65へ進んだレーザ光は、
光路長Lをもつ検出用ガスセル65内を一往復するので
結局2Lの空間光路長を伝搬したことになる。
The laser light that has proceeded to the detection gas cell 65 is
Since one round trip is made in the detection gas cell 65 having the optical path length L, the spatial optical path length of 2L is eventually propagated.

【0123】反射鏡66で反射され光ファイバ63に入
射したレーザ光は、光ファイバカプラ62で分岐され、
分岐された一方のレーザ光が光検出部67に進む。光フ
ァイバカプラ62で分岐された他方のレーザ光は光源6
0の方向に戻るがアイソレータ61で遮断されるので半
導体レーザまで到達しない。
The laser light reflected by the reflecting mirror 66 and incident on the optical fiber 63 is branched by the optical fiber coupler 62,
One of the branched laser beams proceeds to the photodetector 67. The other laser light branched by the optical fiber coupler 62 is the light source 6
Although it returns to the direction of 0, it is cut off by the isolator 61 and does not reach the semiconductor laser.

【0124】本実施例で用いられる半導体レーザは、反
射光に対するノイズが大きいが、アイソレータ61によ
り低減化が可能である。
The semiconductor laser used in this embodiment has a large noise with respect to the reflected light, but the isolator 61 can reduce the noise.

【0125】次に、得られた信号からガス濃度を算出す
る方法について説明する。
Next, a method of calculating the gas concentration from the obtained signal will be described.

【0126】図20は図19に示した光源に用いられる
半導体レーザの温度を変化させてガス雰囲気を透過した
レーザ光の強度をモニタした結果を示す図であり、横軸
が温度を示し、縦軸が光出力を示している。得られた波
形が右下がりなのは、半導体レーザの温度上昇と共に光
強度が減少するためである。半導体レーザの駆動電流が
一定であれば、光出力と温度とは略線形とみなしてよ
い。検出用ガスセル65にガスが依存しないと仮定した
ときに得られるベースラインは、実際に得られた波形の
吸収線に一致しないところでの接線を引けば得られる。
FIG. 20 is a diagram showing the results of monitoring the intensity of the laser light transmitted through the gas atmosphere by changing the temperature of the semiconductor laser used for the light source shown in FIG. 19, where the horizontal axis represents temperature and the vertical axis represents temperature. The axis shows the light output. The obtained waveform is sloping down to the right because the light intensity decreases as the temperature of the semiconductor laser rises. If the drive current of the semiconductor laser is constant, the light output and the temperature may be considered to be substantially linear. The baseline obtained when it is assumed that the gas does not depend on the detection gas cell 65 can be obtained by drawing a tangent line where the absorption line of the actually obtained waveform does not match.

【0127】次に、得られた波形から透過率Tを求め
る。入射光強度をP 1 、ガスを透過した光の強度をP 2
とすると、ガスの光吸収についてのランベルトベールの
法則から数9で表される関係が得られる。
Next, the transmittance T is obtained from the obtained waveform. The incident light intensity is P 1 , and the intensity of the light transmitted through the gas is P 2
Then, from the Lambert Beer's law for the light absorption of gas, the relation expressed by the equation 9 is obtained.

【0128】[0128]

【数9】T=P 2 /P 1 =exp(−α・c・L) 但し、Tは透過率、αはガスの吸収係数、cは濃度、L
は光路長である。
[Equation 9] T = P 2 / P 1 = exp (-α · c · L) where T is the transmittance, α is the absorption coefficient of gas, c is the concentration, and L is L.
Is the optical path length.

【0129】実験で得られたデータではP 1 がベースラ
イン強度から得られ、P 2 が透過光強度から得られる。
従って各温度における透過率が得られる。
In the data obtained in the experiment, P 1 is obtained from the baseline intensity and P 2 is obtained from the transmitted light intensity.
Therefore, the transmittance at each temperature can be obtained.

【0130】また、半導体レーザの駆動電流が一定であ
るときの温度と光周波数とは一定の関係があるので、図
20に示した横軸は、光周波数に換算することができ
る。予め半導体レーザの電流を固定し、半導体レーザの
温度と光周波数との関係を求めてから換算した。その結
果を図21に示す。
Since the temperature and the optical frequency have a constant relationship when the driving current of the semiconductor laser is constant, the horizontal axis shown in FIG. 20 can be converted into the optical frequency. The current of the semiconductor laser was fixed in advance, and the relationship between the temperature of the semiconductor laser and the optical frequency was obtained and then converted. The result is shown in FIG.

【0131】図21は光振動数と透過率との関係を示す
図であり、横軸が光振動数を示し、縦軸が透過率を示し
ている。
FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the optical frequency and the transmittance, wherein the horizontal axis represents the optical frequency and the vertical axis represents the transmittance.

【0132】同図に示したピークにおける値から数9を
用いてガスの吸収係数等を予め調べておけば未知濃度の
検出用ガスセル65内のガス濃度が測定可能となる。
The gas concentration in the detection gas cell 65 of unknown concentration can be measured by previously investigating the gas absorption coefficient and the like from the value at the peak shown in FIG.

【0133】以上において本実施例によれば、検出用ガ
スセルに反射機構を設け、検出用ガスセル内を透過する
光が同一の光路を往復して進むようにしたので、光路長
が2倍となり検出感度が向上する。
As described above, according to this embodiment, the detection gas cell is provided with the reflection mechanism so that the light passing through the detection gas cell travels back and forth along the same optical path, so that the optical path length is doubled. The sensitivity is improved.

【0134】図22は図19に示した実施例の他の実施
例を示す図である。
FIG. 22 shows another embodiment of the embodiment shown in FIG.

【0135】ガスの吸収線の形状は検出用ガスセル65
内部のガス雰囲気の圧力の影響で変化する。また用いら
れる光源60の半導体レーザも長期間使用すると、特性
が劣化し、吸収線の位置も変化する。そこで半導体レー
ザが発振するレーザ光の光波長をモニタする光波長モニ
タ部69を本装置に組み込むとそれらの補正等も行うこ
とができる。光波長モニタ部69は、検出ガスを含んだ
ガスセルと片側の光伝送路からの光が一定の光路長だけ
伝搬した後受光する受光器とから構成され、ガスセル内
の圧力は一定状態に保たれるようになっている。前述し
た光検出部67での処理方法と同様の方法で信号処理を
行い、光波長モニタ部69の信号と、ガスセルで得られ
た信号との二つの波形を比較し、ガスセルの信号で得ら
れた吸収線の大きさやその吸収線の線幅が、波長モニタ
部の何倍かを求めることで圧力補正を行うようになって
いる。光波長モニタ部69で得られる吸収線の位置の変
化からレーザの経時変化を推定することができる。
The shape of the absorption line of the gas is the detection gas cell 65.
It changes under the influence of the pressure of the gas atmosphere inside. Also, if the semiconductor laser of the light source 60 used is used for a long period of time, the characteristics deteriorate and the position of the absorption line also changes. Therefore, if the optical wavelength monitor unit 69 for monitoring the optical wavelength of the laser light oscillated by the semiconductor laser is incorporated in the present apparatus, it is possible to correct them. The light wavelength monitor unit 69 is composed of a gas cell containing a detection gas and a light receiver that receives light after the light from one side of the light transmission path has propagated for a certain optical path length, and the pressure inside the gas cell is kept constant. It is supposed to be. Signal processing is performed by a method similar to the processing method in the photodetection unit 67 described above, and the two waveforms of the signal of the optical wavelength monitor unit 69 and the signal obtained in the gas cell are compared to obtain the signal of the gas cell. The pressure is corrected by obtaining the size of the absorption line and the line width of the absorption line which are several times as large as those of the wavelength monitor. The change with time of the laser can be estimated from the change in the position of the absorption line obtained by the optical wavelength monitor 69.

【0136】図23は図19に示した実施例の他の実施
例を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing another embodiment of the embodiment shown in FIG.

【0137】光ファイバ63の片端から出射するレーザ
光をコリメートレンズ64で平行光化し、空間伝搬した
後対向する他の光ファイバ70で受光し、受光した光フ
ァイバ70の反対側の端面に反射処理を行い、レーザ光
を反射鏡の代わりに反射面付きのファイバ端面70aで
行うようにしてもよい。
The laser light emitted from one end of the optical fiber 63 is collimated by the collimator lens 64, propagated in space, and then received by the other optical fiber 70 which is opposed, and reflected on the opposite end face of the received optical fiber 70. The laser light may be emitted from the fiber end face 70a with a reflecting surface instead of the reflecting mirror.

【0138】一般に、光ファイバから出射した光は、そ
の空間光路長が長いとビーム径が徐々に拡大する。この
拡大現象はある距離までは小さいが、距離が大きくなる
とフラウン・ホーファー回折が生じ、結合効率が低くな
ってしまう。
In general, the light emitted from the optical fiber has a beam diameter that gradually expands when the spatial optical path length is long. This expansion phenomenon is small up to a certain distance, but as the distance increases, Fraunhofer diffraction occurs and the coupling efficiency becomes low.

【0139】反射鏡による反射では空間光路長は2Lと
みなす。一方、光ファイバによる反射では空間光路長は
L+Lとみなす。よって2Lがフラウン・ホーファー領
域にあってもLがフラウン・ホーファー領域にない場合
にはこのタイプの光結合系で損失を小さくすることがで
きる。
In the reflection by the reflecting mirror, the spatial optical path length is considered to be 2L. On the other hand, in the reflection by the optical fiber, the spatial optical path length is regarded as L + L. Therefore, if 2L is in the Fraun-Hofer region but L is not in the Fraun-Hofer region, the loss can be reduced by this type of optical coupling system.

【0140】[0140]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【0141】ガス信号を劣化させる信号が重畳されて
も、寿命によりレーザが劣化していても正確にガス濃度
を測定できる。
Even if a signal that deteriorates the gas signal is superposed or the laser deteriorates due to the life, the gas concentration can be accurately measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のガス濃度測定方法を適用したガス濃度
測定装置の一実施例の概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a gas concentration measuring device to which the gas concentration measuring method of the present invention is applied.

【図2】周波数に対する透過率Tと、その一次微分
01 、二次微分T 02 とを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing transmittance T with respect to frequency, and its first derivative T 01 and second derivative T 02 .

【図3】ガスセル内の圧力に対する吸収係数α(ω)と
検波信号P(2ω)と半値全幅2γとの関係を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the absorption coefficient α (ω), the detection signal P (2ω), and the full width at half maximum 2γ with respect to the pressure in the gas cell.

【図4】図1に示したガス濃度測定装置に用いられたX
−Yレコーダにより得られた出力波形の一部を示す図で
ある。
4 is an X used in the gas concentration measuring device shown in FIG.
It is a figure which shows a part of output waveform obtained by the -Y recorder.

【図5】50ppmのメタンガスのガス信号と0ppm
のメタンガスのガス信号とを示す図である。
FIG. 5: Gas signal of methane gas of 50 ppm and 0 ppm
It is a figure which shows the gas signal of the methane gas of FIG.

【図6】図5に示した両メタンガスのガス信号を差分処
理して得られた50ppmのガス信号である。
6 is a gas signal of 50 ppm obtained by subjecting the gas signals of both methane gases shown in FIG. 5 to differential processing.

【図7】本発明のガス濃度測定方法を適用したガス濃度
測定装置の他の実施例の概略図である。
FIG. 7 is a schematic view of another embodiment of the gas concentration measuring device to which the gas concentration measuring method of the present invention is applied.

【図8】図7に示した解析処理装置に内蔵された三層ニ
ューラルネットモデルを示す図である。
8 is a diagram showing a three-layer neural network model built in the analysis processing device shown in FIG.

【図9】ニューラルネットに入力する前のバイアス電流
に対するガス信号の関係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship of a gas signal with respect to a bias current before being input to a neural network.

【図10】図9を周波数軸に変換したパワースペクトル
の分布を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a power spectrum distribution obtained by converting FIG. 9 into a frequency axis.

【図11】シミュレーション化により求められるバイア
ス電流に対するガス信号の関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship of a gas signal with respect to a bias current obtained by simulation.

【図12】図11を周波数軸に変換したパワースペクト
ルの分布を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a power spectrum distribution obtained by converting FIG. 11 into a frequency axis.

【図13】図9に対してニューラルネット処理を施した
後のバイアス電流に対するガス信号の関係を示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship of a gas signal with respect to a bias current after performing a neural net process on FIG. 9.

【図14】ニューラルネット処理を施した後のパワース
ペクトル分布を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a power spectrum distribution after being subjected to neural network processing.

【図15】本発明のガス濃度測定方法を適用したガス濃
度測定装置のさらに他の実施例の概略図である。
FIG. 15 is a schematic view of still another embodiment of the gas concentration measuring device to which the gas concentration measuring method of the present invention is applied.

【図16】温度Taで測定したときのガス信号を示す図
である。
FIG. 16 is a diagram showing a gas signal when measured at a temperature Ta.

【図17】温度Taで測定したときのガス信号を示す図
である。
FIG. 17 is a diagram showing a gas signal when measured at a temperature Ta.

【図18】ノイズが除去されたガス信号の波形を示す図
である。
FIG. 18 is a diagram showing a waveform of a gas signal from which noise is removed.

【図19】本発明のガス濃度測定装置の他の実施例の概
略図である。
FIG. 19 is a schematic view of another embodiment of the gas concentration measuring device of the present invention.

【図20】図19に示した光源に用いられる半導体レー
ザの温度を変化させてガス雰囲気を透過したレーザ光の
強度をモニタした結果を示す図である。
20 is a diagram showing the results of monitoring the intensity of laser light transmitted through a gas atmosphere by changing the temperature of the semiconductor laser used in the light source shown in FIG.

【図21】光振動数と透過率との関係を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a relationship between optical frequency and transmittance.

【図22】図19に示した実施例の他の実施例を示す図
である。
22 is a diagram showing another embodiment of the embodiment shown in FIG.

【図23】図19に示した実施例の他の実施例を示す図
である。
23 is a diagram showing another embodiment of the embodiment shown in FIG.

【図24】干渉ノイズを説明するための説明図である。FIG. 24 is an explanatory diagram for explaining interference noise.

【図25】干渉ノイズを説明するための説明図である。FIG. 25 is an explanatory diagram for explaining interference noise.

【図26】レーザ光の波長と位相敏感検波して得られる
2倍波位相敏感検波信号と基本波位相敏感検波信号との
比(ガス信号)との関係を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing the relationship between the wavelength of laser light and the ratio (gas signal) of the second-harmonic phase-sensitive detection signal obtained by phase-sensitive detection and the fundamental wave phase-sensitive detection signal.

【図27】測定すべきガス信号の他に周期性、非周期性
のノイズが重畳した波形を示す図である。
FIG. 27 is a diagram showing a waveform in which periodic and aperiodic noises are superimposed in addition to the gas signal to be measured.

【図28】従来のFFT処理を行う前および後の低濃度
ガスにおけるレーザの波長とガス信号との関係を示す図
である。
FIG. 28 is a diagram showing a relationship between a laser wavelength and a gas signal in a low concentration gas before and after performing a conventional FFT process.

【図29】雰囲気圧力低圧側での従来のFFT処理を行
う前および後の低濃度ガスにおけるレーザの波長とガス
信号との関係を示す図である。
FIG. 29 is a diagram showing a relationship between a laser wavelength and a gas signal in a low-concentration gas before and after performing a conventional FFT process on the low atmospheric pressure side.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 検出用ガスセル 5 基準用ガスセル 10 レーザ(DFB−LD、半導体レーザ) 4 Gas cell for detection 5 Reference gas cell 10 Laser (DFB-LD, semiconductor laser)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 晃之 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社オプトロシステム研究所 内 (72)発明者 内田 昌彦 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社オプトロシステム研究所 内 (56)参考文献 特開 昭63−9842(JP,A) 特開 昭62−218843(JP,A) 特開 平6−300685(JP,A) 特開 平5−256768(JP,A) 特開 平5−250715(JP,A) 特開 平4−326041(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01M 11/00 - 11/02 PATOLIS─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Akiyuki Nakamura 5-1-1 Hidaka-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Nitro Ritsudensen Co., Ltd., Optro System Research Center (72) Inventor Masahiko Uchida, Hitachi City, Ibaraki Prefecture 5-1-1 Takamachi, Opto System Research Laboratories, Nititsu Electric Cable Co., Ltd. (56) Reference JP-A-63-9842 (JP, A) JP-A-62-218843 (JP, A) JP-A-6 -300685 (JP, A) JP 5-256768 (JP, A) JP 5-250715 (JP, A) JP 4-326041 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl) . 7, DB name) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01M 11/00 - 11/02 PATOLIS

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 駆動電流及び温度に応じた波長及び強度
のレーザ光を発振するレーザを用い、所定の電流値を中
心として駆動電流を周波数ωで変調することにより波長
及び強度が変調されたレーザ光を発振させ、そのレーザ
光の中心波長を掃引させ、そのレーザ光を測定対象とす
るガス雰囲気に通して得られる透過光の強度を検出し、
この検出信号中の特定成分を位相敏感検波して得られる
ガス信号よりガス濃度を求めるガス濃度測定方法におい
て、検出用ガスセルにガス検出すべきガスを収容し、基
準用ガスセルに、検出用ガスセル内のガス検出すべきガ
ス以外のガスで、かつレーザ光を吸収しない、ノイズを
除去するための基準用ガスを収容し、これら両ガスセル
を透過したレーザ光を二つの光検出器でそれぞれ検出
し、その検出用ガス信号(ガス信号成分+ノイズ成分)
と基準用ガス信号(ノイズ成分のみ)の両ガス信号を周
波数ωに同期するロックインアンプで位相敏感検波する
と共に、検出用ガス信号と基準用ガス信号の両ガス信号
を周波数2ωに同期する他のロックインアンプで位相敏
感検波した後、位相敏感検波後の検出用ガス信号の周波
数ωと2ωの出力比を求め、位相敏感検波後の基準用ガ
ス信号の周波数ωと2ωの出力比を求め、これら両出力
比を差分処理部で差分して得られるガス信号からガス雰
囲気圧力とガス濃度とを算出し、任意の圧力下でのガス
濃度を測定することを特徴とするガス濃度測定方法。
1. A laser whose wavelength and intensity are modulated by using a laser that oscillates a laser beam having a wavelength and intensity according to the drive current and temperature, and modulating the drive current with a frequency ω centered around a predetermined current value. The light is oscillated, the central wavelength of the laser light is swept, and the intensity of the transmitted light obtained by passing the laser light through the gas atmosphere to be measured is detected,
In the gas concentration measuring method for obtaining the gas concentration from the gas signal obtained by phase-sensitive detection of the specific component in the detection signal, the gas to be detected is housed in the gas cell for detection, and the gas for detection is stored in the gas cell for reference . Gas to be detected
Noise that does not absorb laser light with a gas other than
A reference gas for removal is housed, and the laser light that has passed through both gas cells is detected by two photodetectors, and the detection gas signal (gas signal component + noise component) is detected.
Phase-sensitive detection of both gas signals of reference and reference gas signal (only noise component) with frequency ω and phase-sensitive detection of both gas signal of detection gas signal and reference gas signal with frequency 2ω Frequency of the gas signal for detection after phase sensitive detection after phase sensitive detection by the lock-in amplifier of
The output ratio between the numbers ω and 2ω is calculated, and the reference
Output ratio ω and 2ω of the output signal,
A gas concentration measuring method, characterized in that a gas atmosphere pressure and a gas concentration are calculated from a gas signal obtained by subtracting the ratio in a difference processing unit, and the gas concentration is measured under an arbitrary pressure.
【請求項2】 前記レーザの使用初期に得られた検出信
号と、現在のレーザにおける検出信号とを比較すること
により、前記ガス濃度、前記雰囲気ガス圧力の補正を行
うと共に、前記レーザの寿命時期を把握することを特徴
とする請求項1記載のガス濃度検出方法。
2. The gas concentration and the atmospheric gas pressure are corrected by comparing the detection signal obtained at the initial stage of use of the laser with the detection signal of the current laser, and the life of the laser is expired. The gas concentration detecting method according to claim 1, wherein
【請求項3】 駆動電流及び温度に応じた波長及び強度
のレーザ光を発振するレーザと、該レーザを周波数ωで
変調する発振器と、該発振器の周波数ωを2倍に逓倍す
る倍周器と、測定対象とする特定ガスを収容すると共
に、そのガスの温度を一定に保つ測定用ガスセルと、前
記レーザ光をこの測定用ガスセルに通して得られる透過
光の強度を検出する検出器と、この検出器からの信号中
の特定成分を位相敏感検波して得られる検波信号から前
記特定ガスの濃度を測定する測定手段とを有するガス濃
度測定装置において、上記レーザ光を分岐する光カプラ
と、分岐された一方のレーザ光が透過すると共に検出す
べきガスを収容する検出用ガスセルと、分岐された他方
のレーザ光が透過すると共に、検出用ガスセル内のガス
検出すべきガス以外のガスで、かつレーザ光を吸収しな
い、ノイズを除去するための基準用ガスを収容する基準
用ガスセルと、検出用ガスセルを透過したレーザ光を受
光する光検出器と、基準用ガスセルを透過したレーザ光
を受光する光検出器と、周波数ωに同期し、検出用ガス
信号(ガス信号成分+ノイズ成分)と基準用ガス信号
(ノイズ成分のみ)の両ガス信号を位相敏感検波するロ
ックインアンプと、周波数2ωに同期し、検出用ガス信
号と基準用ガス信号の両ガス信号を位相敏感検波する他
のロックインアンプと、両ロックインアンプで抽出され
た位相敏感検波後の検出用ガス信号の周波数ωと2ωの
出力比と位相敏感検波後の基準用ガス信号の周波数ωと
2ωの出力比を記録、演算処理するアナライジングレ
コーダと、該アナライジングレコーダで得られた両出力
データを差分処理する差分信号処理部とを備えたこと
を特徴とするガス濃度測定装置。
3. A laser that oscillates a laser beam having a wavelength and intensity according to a driving current and temperature, an oscillator that modulates the laser with a frequency ω, and a frequency doubler that doubles the frequency ω of the oscillator. A measuring gas cell that contains a specific gas to be measured and that keeps the temperature of the gas constant, and a detector that detects the intensity of transmitted light obtained by passing the laser light through the measuring gas cell, In a gas concentration measuring device having a measuring means for measuring the concentration of the specific gas from a detection signal obtained by phase-sensitively detecting a specific component in a signal from a detector, an optical coupler for branching the laser beam, and a branch One of the separated laser light is transmitted and the detection gas cell that contains the gas to be detected and the other branched laser light is transmitted and the gas in the detection gas cell
Do not absorb laser light with a gas other than the gas to be detected.
A reference gas cell that contains a reference gas for removing noise, a photodetector that receives the laser light that has passed through the detection gas cell, and a photodetector that receives the laser light that has passed through the reference gas cell. , Gas for detection, synchronized with frequency ω
Signal (gas signal component + noise component) and reference gas signal
A lock-in amplifier for the phase-sensitive detection of both gas signal (noise component only), synchronized with the frequency 2 [omega, detected gas signals
Signal is extracted by both lock-in amplifiers and other lock-in amplifiers that perform phase sensitive detection of both the signal and the reference gas signal.
Of the detection gas signal frequencies ω and 2ω after phase sensitive detection
Output ratio and frequency ω of the reference gas signal after phase sensitive detection
An analyzing recorder that records and calculates the output ratio of and both outputs obtained by the analyzing recorder.
A gas concentration measuring device, comprising: a differential signal processing unit that performs differential processing of ratio data.
JP14480995A 1995-06-12 1995-06-12 Gas concentration measuring method and apparatus Expired - Fee Related JP3450938B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14480995A JP3450938B2 (en) 1995-06-12 1995-06-12 Gas concentration measuring method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14480995A JP3450938B2 (en) 1995-06-12 1995-06-12 Gas concentration measuring method and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08338805A JPH08338805A (en) 1996-12-24
JP3450938B2 true JP3450938B2 (en) 2003-09-29

Family

ID=15370974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14480995A Expired - Fee Related JP3450938B2 (en) 1995-06-12 1995-06-12 Gas concentration measuring method and apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3450938B2 (en)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11211658A (en) * 1998-01-28 1999-08-06 Nippon Sanso Kk Spectrochemical analysis method of impurity in gas
JP2000346794A (en) * 1999-03-31 2000-12-15 Tokyo Gas Co Ltd Optical cell apparatus
JP3274656B2 (en) * 1999-04-14 2002-04-15 日本酸素株式会社 Gas spectroscopic analysis method and spectrometer
JP2001289785A (en) * 2000-04-06 2001-10-19 Oyo Kogaku Kenkyusho Infrared laser component detector
JP4270718B2 (en) * 2000-04-27 2009-06-03 株式会社アドバンテスト Reference wavelength light generator
JP4135670B2 (en) * 2004-04-12 2008-08-20 日立電線株式会社 Optical gas sensor
JP4449058B2 (en) * 2004-08-09 2010-04-14 独立行政法人科学技術振興機構 Method for measuring the concentration of trace substances in gases
JP4199766B2 (en) 2005-12-16 2008-12-17 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas analysis method and exhaust gas analyzer
JP4594277B2 (en) 2006-05-31 2010-12-08 トヨタ自動車株式会社 Sensor unit in exhaust gas analyzer
JP4732277B2 (en) 2006-08-23 2011-07-27 トヨタ自動車株式会社 Gas analyzer and gas analysis method
US7957001B2 (en) * 2008-10-10 2011-06-07 Ge Infrastructure Sensing, Inc. Wavelength-modulation spectroscopy method and apparatus
JP2013113664A (en) * 2011-11-28 2013-06-10 Yokogawa Electric Corp Laser gas analyzer
CN103076302B (en) * 2012-12-30 2015-12-23 重庆川仪自动化股份有限公司 A kind of gas concentration detection method and device
JP2014235103A (en) * 2013-06-03 2014-12-15 日本電信電話株式会社 Light absorption measurement laser source and light absorption measurement apparatus using the same
JP6269438B2 (en) * 2014-10-23 2018-01-31 株式会社島津製作所 Laser type analyzer
RU2598694C2 (en) * 2014-12-17 2016-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" (ООО "ПетроЛайт") Device and method of measuring concentration of gaseous substances
JP6128150B2 (en) * 2015-03-12 2017-05-17 横河電機株式会社 Laser gas analyzer
JP6624505B2 (en) * 2015-12-07 2019-12-25 富士電機株式会社 Laser gas analyzer
JP6730963B2 (en) * 2017-07-10 2020-07-29 日本電信電話株式会社 Component concentration measuring device and analysis method
JP6704384B2 (en) * 2017-12-28 2020-06-03 大陽日酸株式会社 Gaseous impurity concentration detection unit and gaseous impurity concentration detection method
CN110470605B (en) * 2018-05-11 2022-02-18 西安电子科技大学 Multi-node photoacoustic gas detection method based on optical fiber coupling mode
CN110470630B (en) * 2018-05-11 2021-12-28 西安电子科技大学 Distributed optical fiber gas sensor based on differential mode
JP7395846B2 (en) * 2019-01-17 2023-12-12 富士電機株式会社 Laser gas analyzer
CN112485221A (en) * 2019-09-12 2021-03-12 大连市艾科微波光电子工程研究有限公司 Online crude oil volatile gas sensor based on tunable semiconductor laser
WO2021106175A1 (en) * 2019-11-29 2021-06-03 三菱電機株式会社 Power conversion device and machine learning device
CN113777073B (en) * 2021-08-12 2024-05-14 香港理工大学深圳研究院 Gas detection method and system based on optical phase amplification
CN113702332A (en) * 2021-08-23 2021-11-26 贵州电网有限责任公司 SF6 electrical equipment fault component CO2Concentration detection device and method
CN114487478B (en) * 2022-01-26 2023-06-06 西安交通大学 MOEMS acceleration sensor system based on orthogonal carrier modulation

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08338805A (en) 1996-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3450938B2 (en) Gas concentration measuring method and apparatus
US7277178B2 (en) Coherent photothermal interferometric spectroscopy system and method for chemical sensing
Duffin et al. Tunable diode-laser spectroscopy with wavelength modulation: a calibration-free approach to the recovery of absolute gas absorption line shapes
US7969576B1 (en) Optical sensing based on wavelength modulation spectroscopy
Chao et al. Wavelength-modulation-spectroscopy for real-time, in situ NO detection in combustion gases with a 5.2 μm quantum-cascade laser
US4489239A (en) Portable remote laser sensor for methane leak detection
US7230711B1 (en) Envelope functions for modulation spectroscopy
US8094313B2 (en) Wavelength modulation spectroscopy method and system
KR100873550B1 (en) Gas Detection Method and Gas Detection Device
Werle Spectroscopic trace gas analysis using semiconductor diode lasers
JP3342446B2 (en) Gas concentration measurement device
JPH03505782A (en) Method and apparatus for measuring gas concentration by spectrometry
US7251034B2 (en) Wavelength modulation spectroscopy method
Schilt et al. Performance evaluation of a near infrared QEPAS based ethylene sensor
US10718706B2 (en) Laser dispersion spectroscopy for non-intrusive combustion diagnostics
CN110160989B (en) Trace gas detection method and detection device
JP2744742B2 (en) Gas concentration measuring method and its measuring device
JP2000193524A (en) Method and system for measuring light absorption spectrum
JPH08101123A (en) Method and device for sensing gas concentration
JPH10148613A (en) Gas concentration measuring device
JP2703835B2 (en) Gas concentration measuring method and its measuring device
JP2744728B2 (en) Gas concentration measuring method and its measuring device
JP2792782B2 (en) Gas concentration measuring method and its measuring device
Sano et al. High sensitivity short-path monitoring of trace gases employing PbSnTe tunable diode laser
JPH03277945A (en) Gas detecting apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090711

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100711

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100711

Year of fee payment: 7

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100711

Year of fee payment: 7

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100711

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110711

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120711

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees