JP2003090796A - Apparatus and method for measurement of substance in air - Google Patents
Apparatus and method for measurement of substance in airInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は大気中物質の測定装
置及び測定方法に関し、特に、大気中における汚染物質
等の物質の位置、濃度、移動速度等を測定するのに用い
て好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring device and a measuring method for atmospheric substances, and in particular, it is suitable for use in measuring the position, concentration, moving speed, etc. of substances such as pollutants in the atmosphere. is there.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、レーザ光を目標物体に当て
て、その反射レーザ光の情報から目標物体までの距離等
を測定するレーザレーダが実用化されている。2. Description of the Related Art Conventionally, laser radars have been put into practical use, which irradiate a target object with laser light and measure the distance to the target object from the information of the reflected laser light.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記のようなレーザ光
を用いたレーザレーダは、一般的に、固体の目標物体を
測定対象としている。A laser radar using a laser beam as described above generally targets a solid target object.
【０００４】ところで、大気中にレーザ光を照射した場
合、大気中における分子、浮遊粒子等の物質によってレ
ーザ光が散乱されることから、反射レーザ光の情報から
大気中物質の位置を測定することも可能である。By the way, when a laser beam is applied to the atmosphere, the laser beam is scattered by substances such as molecules and suspended particles in the atmosphere. Therefore, it is necessary to measure the position of the substance in the atmosphere from the information of the reflected laser beam. Is also possible.
【０００５】しかしながら、大気中物質は大気中を常に
移動しているため、大気中物質のある時刻における位置
を知ることができたとしても、移動しているという認識
は得ることが困難である。すなわち、ある時刻にある位
置に大気中物質が存在するという認識を持つ以外になん
ら情報を得ることができず、例えば、測定結果に従って
当該大気中物質を除去するための何らかの操作を行った
としても、その時点では既に大気中物質が移動してその
位置には存在せず、まったく効果が現れないという状況
を生じるおそれもある。However, since atmospheric substances are constantly moving in the atmosphere, it is difficult to recognize that they are moving even if the position of the atmospheric substances at a certain time can be known. That is, no information can be obtained other than the recognition that the atmospheric substance exists at a certain time, and even if some operation is performed to remove the atmospheric substance according to the measurement result, for example. , At that time, there is a possibility that a substance in the atmosphere has already moved and does not exist at that position, resulting in no effect.
【０００６】さらに、空間に存在する信号には、１／
ｆ、１／ｆ2のゆらぎノイズが含まれている。図４に
は、自然現象のノイズ、具体的には、（１）ホワイトノ
イズ、（２）１／ｆノイズ、（３）１／ｆ2ノイズにつ
いての周波数とノイズ振幅との関係を示す。同図に示す
ように、これらノイズはMHz以下の帯域ではノイズ振幅
が大きく、これを考慮せずMHz以下の帯域に計測する
と、信号を計測しているのが、当該ノイズを計測してい
るのか分からなくなる場合が生じる。Further, the signal existing in space has a 1 /
Fluctuation noises of f and 1 / f 2 are included. FIG. 4 shows the relationship between the frequency and the noise amplitude with respect to the noise of a natural phenomenon, specifically, (1) white noise, (2) 1 / f noise, and (3) 1 / f 2 noise. As shown in the figure, these noises have a large noise amplitude in the band of MHz or less, and when measuring in the band of MHz or less without taking this into consideration, the signal is being measured. There may be cases where you do not understand.
【０００７】本発明は上記のような点に鑑みてなされた
ものであり、大気中にレーザ光を照射することにより、
大気中物質の位置、濃度及び移動速度をも測定でき、そ
の際に１／ｆ、１／ｆ2のゆらぎノイズによる影響を低
減させるようにすることを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and by irradiating the atmosphere with laser light,
The position, concentration, and moving speed of atmospheric substances can also be measured, and the purpose is to reduce the influence of fluctuation noise of 1 / f and 1 / f 2 at that time.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の大気中物質の測
定装置は、所定周波数の基本レーザ光を発生するレーザ
発生手段と、上記レーザ発生手段により発生した基本レ
ーザ光を一側方向及び他側方向に分岐する分岐手段と、
上記分岐手段により一側方向に分岐された基本レーザ光
をパルス状に整形するパルス整形手段と、上記パルス整
形手段によりパルス状に整形された基本レーザ光の周波
数を所定周波数分だけ変調して変調レーザ光を生成する
周波数変調手段と、上記周波数変調手段により周波数が
変調された変調レーザ光を大気中に放射する光路上に配
置された光学手段と、上記光学手段により大気中に放射
され、上記大気中の物質に反射して戻ってきた反射レー
ザ光の進路を所定の方向に制御する光路制御手段と、上
記分岐手段により他側方向に分岐された基本レーザ光
と、上記光路制御手段により進路が制御されて入射され
る上記反射レーザ光とを干渉させて干渉レーザ光を生成
する干渉光学手段とを備え、上記干渉レーザ光の波長が
MHzオーダーとなるように上記基本レーザ光を変調する
点に特徴を有する。A measuring device for atmospheric substances according to the present invention comprises a laser generating means for generating a basic laser beam of a predetermined frequency, and a basic laser beam generated by the laser generating means in one direction and in another direction. Branching means for branching laterally,
Pulse shaping means for shaping the basic laser light branched in one direction by the branching means into a pulse shape, and modulating the frequency of the basic laser light shaped by the pulse shaping means by a predetermined frequency. Frequency modulating means for generating laser light, optical means arranged on an optical path for emitting modulated laser light whose frequency has been modulated by the frequency modulating means into the atmosphere, and the optical means emitting into the atmosphere, Optical path control means for controlling the path of the reflected laser light reflected and returned to the substance in the atmosphere in a predetermined direction, the basic laser light branched in the other direction by the branching means, and the path by the optical path control means And interference optical means for generating interference laser light by causing interference with the reflected laser light that is controlled and incident, and the wavelength of the interference laser light is
It is characterized in that the basic laser light is modulated so as to be in the MHz order.
【０００９】本発明の大気中物質の測定装置の他の特徴
とするところは、上記干渉光学手段により生成した干渉
レーザ光の振幅を計測する振幅計測手段を備えた点にあ
る。また、上記干渉光学手段により生成した干渉レーザ
光の周波数を計測する周波数計測手段を備えた点にあ
る。また、上記周波数変調手段は、上記パルス状に整形
されたレーザ光の周波数を１〜１０MHzの範囲で変調す
る点にある。Another feature of the apparatus for measuring substances in the atmosphere of the present invention is that it has an amplitude measuring means for measuring the amplitude of the interference laser light generated by the interference optical means. Further, there is a point that frequency measuring means for measuring the frequency of the interference laser light generated by the interference optical means is provided. The frequency modulation means is to modulate the frequency of the pulsed laser light in the range of 1 to 10 MHz.
【００１０】本発明の大気中物質の測定方法は、所定周
波数の基本レーザ光を発生するレーザ発生手順と、上記
レーザ発生手順により発生した基本レーザ光を一側方向
及び他側方向に分岐する分岐手順と、上記分岐手順によ
り一側方向に分岐された基本レーザ光をパルス状に整形
するパルス整形手順と、上記パルス整形手順によりパル
ス状に整形された基本レーザ光の周波数を所定周波数分
だけ変調して変調レーザ光を生成する周波数変調手順
と、上記周波数変調手順により周波数が変調された変調
レーザ光を大気中に放射する放射手順と、上記分岐手順
により他側方向に分岐された基本レーザ光と、上記放射
手順により大気中に放射され、上記大気中の物質に反射
して戻ってきた反射レーザ光とを干渉させて干渉レーザ
光を生成する干渉手順とを有し、上記干渉レーザ光の波
長がMHzオーダーとなるように上記基本レーザ光を変調
する点に特徴を有する。The method for measuring a substance in the atmosphere according to the present invention comprises a laser generating procedure for generating a basic laser beam of a predetermined frequency and a branching for branching the basic laser beam generated by the laser generating procedure into one side direction and the other side direction. Procedure, a pulse shaping procedure for shaping the basic laser light branched in one direction by the branching procedure into a pulse shape, and a frequency of the basic laser light shaped into a pulse shape by the pulse shaping procedure is modulated by a predetermined frequency. A frequency modulation procedure for generating a modulated laser beam, a radiation procedure for radiating a modulated laser beam whose frequency is modulated by the frequency modulation procedure into the atmosphere, and a basic laser beam branched in the other direction by the branching procedure. And an interference hand that generates interference laser light by interfering with the reflected laser light that is emitted into the atmosphere by the above emission procedure and is reflected back by the substance in the atmosphere. Has the door, characterized in that the wavelength of the interference laser beam modulating the fundamental laser beam so that the order of MHz.
【００１１】本発明の大気中物質の測定方法の他の特徴
とするところは、上記干渉手順により生成した干渉レー
ザ光の振幅を計測する振幅計測手順を有する点にある。
また、 上記干渉手順により生成した干渉レーザ光の周
波数を計測する周波数計測手順を有する点にある。ま
た、上記周波数変調手順では、上記パルス状に整形され
たレーザ光の周波数を１〜１０MHzの範囲で変調する点
にある。Another feature of the method of measuring substances in the atmosphere of the present invention is that it has an amplitude measuring procedure for measuring the amplitude of the interference laser light generated by the above-mentioned interference procedure.
Further, it has a frequency measuring procedure for measuring the frequency of the interference laser light generated by the above-mentioned interference procedure. In the frequency modulation procedure, the frequency of the pulsed laser light is modulated in the range of 1 to 10 MHz.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
大気中物質の測定装置及び測定方法の実施の形態につい
て説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of an apparatus and method for measuring atmospheric substances according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１３】図１に、本実施の形態の大気中物質の測定
装置の概略構成を示す。この大気中物質の測定装置は、
パルス状に整形されたレーザ光を大気中に照射して、大
気中物質の散乱を利用して、例えば、ある汚染物質の位
置、濃度、移動速度等の測定を行うものである。FIG. 1 shows a schematic configuration of an apparatus for measuring substances in the atmosphere according to this embodiment. This atmospheric substance measuring device
By irradiating the atmosphere with a laser beam shaped into a pulse, scattering of substances in the atmosphere is used to measure, for example, the position, concentration, or moving speed of a certain pollutant.
【００１４】図１において、１はレーザ光を発生するた
めの波長可変ＣＷ（continuous-wave）レーザ発生器で
ある。In FIG. 1, reference numeral 1 is a variable wavelength CW (continuous-wave) laser generator for generating a laser beam.
【００１５】２はパルス整形器であり、波長可変ＣＷレ
ーザ発生器１により発生したレーザ光をパルス状に整形
する。A pulse shaper 2 shapes the laser light generated by the wavelength tunable CW laser generator 1 into pulses.
【００１６】３は周波数変調器であり、パルス整形器２
によりパルス状に整形されたレーザ光の周波数ω0（数
百THz）を、１〜１０MHz、望ましくは５MHz程度の周波
数ω1だけ変調する。結果として、レーザ光の周波数は
ω0＋ω1（数百THz）となる。Reference numeral 3 is a frequency modulator, and the pulse shaper 2
The frequency ω 0 (several hundreds of THz) of the laser light shaped into a pulse is modulated by the frequency ω 1 of 1 to 10 MHz, preferably about 5 MHz. As a result, the frequency of the laser light is ω 0 + ω 1 (several hundred THz).
【００１７】上記変調を行うのは、Ｓ／Ｎ比を改善する
ためである。すなわち、基本レーザ光のみで周波数がω
0（数百THz）であって、反射して戻ってきたレーザ光は
ω0＋ω2（数百THz）であっても、シフト量がω2（Hz程
度のオーダー）であり、１／ｆ、１／ｆ2のノイズによ
って汚されているため、計測された干渉波の信号波のＳ
／Ｎ比が極めて低くなる可能性があるため、基本レーザ
光のみを使用すると干渉レーザ光が、高いＳ／Ｎ比を得
ることが困難である問題があった。本実施の形態では、
基本レーザ光の変調を行って変調レーザ光を生成するこ
とにより、雑音に打ち勝ってＳ／Ｎ比を改善できるよう
にしている。The above modulation is performed to improve the S / N ratio. That is, the frequency is ω
Even if the laser light reflected and returned at 0 (several hundred THz) is ω 0 + ω 2 (several hundred THz), the shift amount is ω 2 (on the order of Hz) and 1 / f , 1 / f 2 of noise, the S of the measured signal of the interference wave
Since the / N ratio may be extremely low, there is a problem that it is difficult for the interference laser light to obtain a high S / N ratio when only the basic laser light is used. In this embodiment,
By modulating the basic laser light to generate modulated laser light, it is possible to overcome noise and improve the S / N ratio.
【００１８】４はレンズであり、周波数変調器３により
周波数変調されて生成された変調レーザ光（ω0＋ω1）
（数百THzオーダー）は当該レンズ４を介して大気中に
照射される。Reference numeral 4 denotes a lens, which is a modulated laser beam (ω 0 + ω 1 ) generated by being frequency-modulated by the frequency modulator 3.
(Several hundred THz order) is irradiated into the atmosphere through the lens 4.
【００１９】５はハーフミラーであり、波長可変ＣＷレ
ーザ発生器１とパルス整形器２との間に配置されてい
る。波長可変ＣＷレーザ発生器１により発生した基本レ
ーザ光（ω0）（数百THzオーダー）は、このハーフミラ
ー５によって、パルス整形器２に入射するものと、９０
度光路が変更されたものとに分岐される。A half mirror 5 is arranged between the wavelength tunable CW laser generator 1 and the pulse shaper 2. The basic laser light (ω 0 ) (several hundred THz order) generated by the wavelength tunable CW laser generator 1 is incident on the pulse shaper 2 by the half mirror 5.
It is branched to the one with the changed optical path.
【００２０】６はハーフミラーであり、周波数変調器３
とレンズ４との間に配置されている。周波数変調器３に
より周波数変調された変調レーザ光（ω0＋ω1）（数百
THzオーダー）は、このハーフミラー６を通過してレン
ズ４を介して大気中に照射される。そして、大気中の物
質（散乱体Ａ，Ｂ，・・・）に反射して戻ってきた反射レ
ーザ光は、ドップラーシフトにより（ω0＋ω1＋ω2）
（数百THzオーダー）となり、このハーフミラー６によ
り９０度光路が変更される。Reference numeral 6 denotes a half mirror, which is a frequency modulator 3
And the lens 4. Modulated laser light (ω 0 + ω 1 ) frequency-modulated by the frequency modulator 3 (several hundreds
(THz order) passes through the half mirror 6 and is irradiated into the atmosphere through the lens 4. Then, the reflected laser light reflected and returned to the substances (scatterers A, B, ...) In the atmosphere is (ω 0 + ω 1 + ω 2 ) due to the Doppler shift.
(Several hundred THz order), and the half mirror 6 changes the optical path by 90 degrees.
【００２１】７はハーフミラーであり、上記ハーフミラ
ー５により９０度光路が変更された基本レーザ光
（ω0）（数百THzオーダー）の光路を更に９０度変更す
る。Reference numeral 7 denotes a half mirror, which further changes the optical path of the basic laser light (ω 0 ) (several hundred THz order) whose optical path is changed by 90 degrees by 90 degrees.
【００２２】８はハーフミラーであり、このハーフミラ
ー８において、上記ハーフミラー５、７により導かれた
基本レーザ光（ω0）（数百THzオーダー）と、上記ハー
フミラー６により導かれた、大気中の物質（散乱体Ａ，
Ｂ，・・・）に反射して戻ってきた反射レーザ光を重ね合
わせて互いに強め合い或いは弱め合って干渉レーザ光を
生成し、上記生成した干渉レーザ光をスペクトルアナラ
イザ９に入射させる。Reference numeral 8 denotes a half mirror. In this half mirror 8, the basic laser light (ω 0 ) (several hundreds THz order) guided by the half mirrors 5 and 7 and the half mirror 6 are guided. Atmospheric matter (scatterer A,
The reflected laser light reflected back to (B, ...) Is superimposed and mutually strengthened or weakened to generate interference laser light, and the generated interference laser light is made incident on the spectrum analyzer 9.
【００２３】９はスペクトルアナライザであり、干渉レ
ーザ光の振幅や周波数を計測するためのものである。Reference numeral 9 is a spectrum analyzer for measuring the amplitude and frequency of the interference laser light.
【００２４】１０はデータ処理装置であり、スペクトル
アナライザ９により得られた干渉レーザ光の振幅や周波
数から、大気中物質の位置、濃度、移動速度等を測定す
る。A data processing device 10 measures the position, concentration, moving speed, etc. of a substance in the atmosphere from the amplitude and frequency of the interference laser light obtained by the spectrum analyzer 9.
【００２５】以上述べた構成とした大気中物質の測定装
置を用いて、干渉レーザ光の振幅を計測することによ
り、大気中の物質の大きさを測定することができる。原
則的には、物質の粒径が大きければ、その物質に反射す
る反射レーザ光の量は多くなるので、干渉レーザ光の振
幅は大きくなる。図１及び図２（空気中での減衰を補
正）に示す場合、散乱体Ａからの反射による振幅が散乱
体Ｂからの反射による振幅に比べて大きいので、散乱体
Ａの粒径が散乱体Ｂの粒径よりも大きいことがわかる。
逆にいえば、振幅を計測することによって、大気中物質
のおおよその粒径を知ることができ、その粒径から物質
の種類を推測することも可能となる。さらに、反射光／
照射光と濃度とは図３に示すような関係があり、散乱体
の濃度を推測することも可能となる。The size of the substance in the atmosphere can be measured by measuring the amplitude of the interference laser light by using the measuring device for the substance in the atmosphere having the above-mentioned configuration. In principle, if the particle size of the substance is large, the amount of the reflected laser light reflected by the substance is large, so that the amplitude of the interference laser light is large. In the case shown in FIGS. 1 and 2 (correction of attenuation in air), since the amplitude due to reflection from scatterer A is larger than the amplitude due to reflection from scatterer B, the particle size of scatterer A is It can be seen that the particle size is larger than that of B.
Conversely, by measuring the amplitude, it is possible to know the approximate particle size of the substance in the atmosphere, and it is also possible to infer the type of substance from the particle size. In addition, reflected light /
The irradiation light and the concentration have a relationship as shown in FIG. 3, and it is possible to estimate the concentration of the scatterer.
【００２６】また、レーザ光照射開始から干渉レーザ光
が生成されるまでの時間を計測することにより、大気中
物質の位置（大気中物質の測定装置からの距離）を測定
することができる。図１、２に示す場合、近くにある散
乱体Ａに反射して戻ってくる反射レーザ光による変化
（レーザ光照射開始時間０から時間ＴＡ後）は、遠くに
ある散乱体Ａに反射して戻ってくる反射レーザ光による
変化（レーザ光照射開始時間０から時間ＴＢ後）に比べ
て早く生じる。By measuring the time from the start of laser light irradiation to the generation of interference laser light, the position of the atmospheric substance (distance from the measuring device of the atmospheric substance) can be measured. In the case shown in FIGS. 1 and 2, the change due to the reflected laser light that is reflected by the nearby scatterer A and returned (after laser light irradiation start time 0 to time TA) is reflected by the scatterer A located far away. It occurs earlier than the change due to the returning reflected laser light (after laser light irradiation start time 0 to time TB).
【００２７】さらに、干渉レーザ光の周波数ω1＋ω2を
計測して既知の周波数ω1を差し引いたω2を用いること
により、大気中物質の移動速度を計測することができ
る。これは、運動する物体にレーザ光を当てると、散乱
光はドップラー効果により物体の速度に応じた周波数変
化を受けるので、この周波数変化を入射光と散乱光の光
ビート信号として測定すれば、物体の速度を知ることが
できる。すなわち、大気中物質が速度Ｖで移動している
場合、光速をＣとすれば、ドップラー効果により反射光
の周波数が（１＋Ｖ／Ｃ）倍される。ただし、速度Ｖの
符号は、光源に向かって移動している場合は（＋）と
し、逆方向に移動している場合は（−）とする。Further, by using the frequency ω 2 obtained by measuring the frequency ω 1 + ω 2 of the interference laser light and subtracting the known frequency ω 1 , the moving speed of the substance in the atmosphere can be measured. This is because when a moving object is irradiated with laser light, the scattered light undergoes a frequency change according to the speed of the object due to the Doppler effect, so if this frequency change is measured as the optical beat signal of the incident light and the scattered light, the object You can know the speed of. That is, when the atmospheric substance is moving at the velocity V, if the speed of light is C, the frequency of the reflected light is multiplied by (1 + V / C) due to the Doppler effect. However, the sign of the velocity V is (+) when moving toward the light source, and (-) when moving in the opposite direction.
【００２８】このように、本実施の形態においては干渉
レーザ光の周波数ω1＋ω2を計測して、さらに既知の周
波数ω1を差し引いてω2を算出し、大気中物質の拡散速
度、厳密にいえばレーザ光照射方向成分の速度成分を知
ることができる。なお、移動方向を測定することはでき
ないが、移動方向を測定する必要がある場合は、例えば
２方向ないし３方向から測定してベクトル的に合成する
ことにより、移動方向を知ることも可能である。As described above, in the present embodiment, the frequency ω 1 + ω 2 of the interference laser light is measured, and the known frequency ω 1 is subtracted to calculate ω 2. In other words, the velocity component of the laser light irradiation direction component can be known. Although the moving direction cannot be measured, when the moving direction needs to be measured, it is possible to know the moving direction by, for example, measuring from two or three directions and combining them in vector. .
【００２９】以上述べた本実施の形態の大気中物質の測
定装置を用いることにより、大気中物質の位置、濃度、
さらには移動速度等を測定することが可能となる。した
がって、例えば、大気中の汚染物質の状態を知ることが
でき、環境観測等に役立てることができる。By using the atmospheric substance measuring apparatus of the present embodiment described above, the position, concentration, and
Furthermore, it becomes possible to measure the moving speed and the like. Therefore, for example, the state of pollutants in the atmosphere can be known, which can be useful for environmental observation and the like.
【００３０】なお、上記周波数変調器３により、パルス
整形器２によりパルス状に整形されたレーザ光の周波数
ω0（数百THz）を、１〜１０MHz、望ましくは５MHz程度
の周波数ω1だけ変調しているが、これは、レーザ光の
周波数そのままでは干渉波の周波数が数Hzオーダーであ
り、１／ｆ、１／ｆ2のゆらぎノイズの影響を受けてＳ
／Ｎ比が悪く検出しにくいこと、等の理由により、高い
ＳＮ比を得るために上記周波数に変調するものである。The frequency modulator 3 modulates the frequency ω 0 (several hundreds of THz) of the laser light pulse-shaped by the pulse shaper 2 by a frequency ω 1 of 1 to 10 MHz, preferably about 5 MHz. However, this is because the frequency of the interference wave is on the order of several Hz when the frequency of the laser light is unchanged, and S is affected by fluctuation noise of 1 / f and 1 / f 2.
For the reason that the / N ratio is poor and it is difficult to detect, etc., it is modulated to the above frequency in order to obtain a high SN ratio.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、大気
中物質の位置、濃度、さらには移動速度等を測定するこ
とが可能となる。したがって、例えば、大気中の汚染物
質の状態を知ることができ、環境観測等に役立てること
ができる。しかも、周波数変調手段により周波数が変調
されたレーザ光を照射するとともに、周波数変調前の基
本レーザ光と、大気中の物質に反射して戻ってきた反射
レーザ光とを干渉させてMHzオーダーで干渉レーザ光を
生成し、さらに変調周波数を差し引いた周波数に基づい
て大気中物質の位置、濃度、さらには移動速度等を測定
するようにしたので、干渉を検出しやすくなり、高いＳ
Ｎ比を確保することが可能となる。As described above, according to the present invention, it is possible to measure the position and concentration of substances in the atmosphere, and further the moving speed. Therefore, for example, the state of pollutants in the atmosphere can be known, which can be useful for environmental observation and the like. Moreover, while irradiating the laser light whose frequency is modulated by the frequency modulation means, the basic laser light before frequency modulation and the reflected laser light reflected by the substance in the atmosphere and returned are caused to interfere with each other in MHz order. Laser light is generated, and the position, concentration, and moving speed of atmospheric substances are measured based on the frequency obtained by subtracting the modulation frequency.
It is possible to secure the N ratio.
【図１】大気中物質の測定装置の概要を示す模式図であ
る。FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of an apparatus for measuring atmospheric substances.
【図２】干渉レーザ光の振幅と時間との関係を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amplitude of interference laser light and time.
【図３】反射光／照射光と濃度との関係を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between reflected light / irradiated light and density.
【図４】ホワイトノイズ、１／ｆノイズ、１／ｆ2ノイ
ズの低減の度合いを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the degree of reduction of white noise, 1 / f noise, and 1 / f 2 noise.
１ 波長可変ＣＷレーザ発生器 ２ パルス整形器 ３ 周波数変調器 ４ レンズ ５〜８ ハーフミラー ９ スペクトルアナライザ １０ データ処理装置 1 Wavelength tunable CW laser generator 2 pulse shaper 3 frequency modulator 4 lenses 5-8 Half mirror 9 Spectrum analyzer 10 Data processing device
Claims (8)
ーザ発生手段と、 上記レーザ発生手段により発生した基本レーザ光を一側
方向及び他側方向に分岐する分岐手段と、 上記分岐手段により一側方向に分岐された基本レーザ光
をパルス状に整形するパルス整形手段と、 上記パルス整形手段によりパルス状に整形された基本レ
ーザ光の周波数を所定周波数分だけ変調して変調レーザ
光を生成する周波数変調手段と、 上記周波数変調手段により周波数が変調された変調レー
ザ光を大気中に放射する光路上に配置された光学手段
と、 上記光学手段により大気中に放射され、上記大気中の物
質に反射して戻ってきた反射レーザ光の進路を所定の方
向に制御する光路制御手段と、 上記分岐手段により他側方向に分岐された基本レーザ光
と、上記光路制御手段により進路が制御されて入射され
る上記反射レーザ光とを干渉させて干渉レーザ光を生成
する干渉光学手段とを備え、 上記干渉レーザ光の波長がMHzオーダーとなるように上
記基本レーザ光を変調することを特徴とする大気中物質
の測定装置。1. A laser generating means for generating a basic laser light of a predetermined frequency, a branching means for branching the basic laser light generated by the laser generating means into one side direction and the other side direction, and one side by the branching means. A pulse shaping means for shaping the basic laser light branched in the direction into a pulse shape, and a frequency for generating a modulated laser light by modulating the frequency of the basic laser light shaped by the pulse shaping means by a predetermined frequency. Modulating means, optical means arranged on an optical path for emitting the modulated laser light whose frequency is modulated by the frequency modulating means into the atmosphere, and the optical means radiated into the atmosphere and reflected by the substance in the atmosphere. Optical path control means for controlling the path of the reflected laser light returning in a predetermined direction, the basic laser light branched in the other direction by the branching means, and the optical path The path is controlled by the control means, and the interference laser means for interfering with the incident reflected laser light to generate an interference laser light is provided, and the basic laser light so that the wavelength of the interference laser light is in the MHz order. A device for measuring substances in the atmosphere, characterized by modulating the.
ーザ光の振幅を計測する振幅計測手段を備えたことを特
徴とする請求項１に記載の大気中物質の測定装置。2. The apparatus for measuring a substance in the atmosphere according to claim 1, further comprising amplitude measuring means for measuring the amplitude of the interference laser light generated by the interference optical means.
ーザ光の周波数を計測する周波数計測手段を備えたこと
を特徴とする請求項１叉は２に記載の大気中物質の測定
装置。3. The atmospheric substance measuring apparatus according to claim 1, further comprising frequency measuring means for measuring the frequency of the interference laser light generated by the interference optical means.
整形されたレーザ光の周波数を１〜１０MHzの範囲で変
調することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
記載の大気中物質の測定装置。4. The atmosphere according to claim 1, wherein the frequency modulating means modulates the frequency of the pulsed laser light in a range of 1 to 10 MHz. Measuring device for medium substances.
ーザ発生手順と、 上記レーザ発生手順により発生した基本レーザ光を一側
方向及び他側方向に分岐する分岐手順と、 上記分岐手順により一側方向に分岐された基本レーザ光
をパルス状に整形するパルス整形手順と、 上記パルス整形手順によりパルス状に整形された基本レ
ーザ光の周波数を所定周波数分だけ変調して変調レーザ
光を生成する周波数変調手順と、 上記周波数変調手順により周波数が変調された変調レー
ザ光を大気中に放射する放射手順と、 上記分岐手順により他側方向に分岐された基本レーザ光
と、上記放射手順により大気中に放射され、上記大気中
の物質に反射して戻ってきた反射レーザ光とを干渉させ
て干渉レーザ光を生成する干渉手順とを有し、 上記干渉レーザ光の波長がMHzオーダーとなるように上
記基本レーザ光を変調することを特徴とする大気中物質
の測定方法。5. A laser generating procedure for generating a basic laser beam having a predetermined frequency, a branching procedure for branching the basic laser beam generated by the laser generating procedure into one side direction and the other side direction, and one side by the branching procedure. A pulse shaping procedure for shaping the basic laser light branched in the direction into a pulse shape, and a frequency for generating a modulated laser light by modulating the frequency of the basic laser light shaped into a pulse shape by the pulse shaping procedure by a predetermined frequency. Modulation procedure, emission procedure for emitting modulated laser light whose frequency is modulated by the frequency modulation procedure to the atmosphere, basic laser light branched to the other side by the branching procedure, and atmospheric procedure by the emission procedure An interference procedure for generating interference laser light by interfering with the reflected laser light that is emitted and reflected by the substance in the atmosphere and returned. A method for measuring a substance in the atmosphere, characterized in that the fundamental laser light is modulated so that the wavelength of is in the MHz order.
光の振幅を計測する振幅計測手順を有することを特徴と
する請求項５に記載の大気中物質の測定方法。6. The method of measuring an atmospheric substance according to claim 5, further comprising an amplitude measuring procedure for measuring an amplitude of the interference laser beam generated by the interference procedure.
光の周波数を計測する周波数計測手順を有することを特
徴とする請求項５叉は６に記載の大気中物質の測定方
法。7. The method for measuring an atmospheric substance according to claim 5 or 6, further comprising a frequency measuring procedure for measuring the frequency of the interference laser light generated by the interference procedure.
に整形されたレーザ光の周波数を１〜１０MHzの範囲で
変調することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項
に記載の大気中物質の測定方法。8. The atmosphere according to claim 5, wherein the frequency modulation procedure modulates the frequency of the pulsed laser light in a range of 1 to 10 MHz. Measuring method of medium substances.
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|---|---|---|---|
| JP2001283903A JP2003090796A (en) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | Apparatus and method for measurement of substance in air |
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| JP (1) | JP2003090796A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100447555C (en) * | 2004-04-07 | 2008-12-31 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | Laser signal real-time continuous extracting method for atmospheric suspended particle |
| WO2010055715A1 (en) * | 2008-11-14 | 2010-05-20 | 株式会社Ihi | Apparatus for determining concentration of gaseous component |
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-
2001
- 2001-09-18 JP JP2001283903A patent/JP2003090796A/en not_active Withdrawn
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| CN109520969B (en) * | 2018-10-26 | 2021-03-09 | 中国科学院国家空间科学中心 | Distributed scattering imaging method based on atmospheric medium self-modulation |
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