JP2005106521A - Semiconductor laser unit and gas concentration measuring device - Google Patents

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潔 木村
Toshiyuki Suzuki
敏之 鈴木
Masayuki Watanabe
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely emit a measurement light beam toward a measurement position, by confirming the emission position of the measurement light beam. <P>SOLUTION: In the semiconductor laser unit 4, a light receiver 9 is disposed at the bottom on the central axial line L-L inside a cylindrical main body 5 with bottom, and a semiconductor laser module 11 including a semiconductor laser 11c, a laser pointer 12 for emitting a visible light beam as a guide light beam, and a multiplexing/demultiplexing means 13 disposed on the optical axis of the light receiver 9, for multiplexing the measurement light beam emitted from the semiconductor laser 11c and the guide light beam emitted from the laser pointer 12 on approximately the same axis, are incorporated into the main body 5. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体レーザを光源とし、光の吸収を利用して光学的にガス濃度を測定して例えば都市ガスや化学プラント等における配管設備、高圧送電線の劣化に伴うガス漏洩や炭坑内の漏洩ガス、埋立地からの発生ガスや輸送機器の排気ガス成分などを検出するにあたり、測定系を乱すことなくガス濃度測定時や測定システム構築時の定期的なガス濃度の校正が行えるガス濃度測定装置に用いられる半導体レーザユニット及びガス濃度測定装置に関するものである。   The present invention uses a semiconductor laser as a light source and optically measures gas concentration using light absorption, for example, piping facilities in city gas, chemical plants, etc., gas leakage due to deterioration of high-voltage power transmission lines, and in coal mines Gas concentration measurement that can be periodically calibrated when measuring gas concentration or measuring system construction without disturbing the measurement system when detecting leaked gas, gas generated from landfills, exhaust gas components of transportation equipment, etc. The present invention relates to a semiconductor laser unit and a gas concentration measuring device used in the apparatus.

メタン、二酸化炭素、アセチレン、アンモニア等の気体には、分子の回転や構成原子間の振動等に応じて特定波長の光を吸収する吸収帯があることは既に知られている。この吸収帯を利用したガス濃度測定装置では、所定距離(この距離によって測定光路長が確定される)隔てて光源部と受光部を配置し、光源部の半導体レーザにより周波数変調されたレーザ光を測定対象ガスの雰囲気に通し、その透過光を受光部のフォト検出器で受けたときの出力信号から測定対象ガスのガス濃度を測定している。なお、光源部と受光部は同じ位置に配置されていても測定光を反射光として受光できれば測定光路長は確保される。   It is already known that gases such as methane, carbon dioxide, acetylene, and ammonia have an absorption band that absorbs light of a specific wavelength according to molecular rotation, vibration between constituent atoms, and the like. In a gas concentration measurement apparatus using this absorption band, a light source unit and a light receiving unit are arranged at a predetermined distance (the measurement optical path length is determined by this distance), and laser light frequency-modulated by a semiconductor laser of the light source unit is used. The gas concentration of the measurement target gas is measured from an output signal when the transmitted light is passed through the atmosphere of the measurement target gas and received by the photo detector of the light receiving unit. Even if the light source unit and the light receiving unit are arranged at the same position, the measurement optical path length is secured if the measurement light can be received as reflected light.

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

実際にガス濃度を測定するにあたっては、測定ガス吸収線に合わせた波長の測定光が測定ガス雰囲気中を通ると、測定ガスにより測定光が吸収され、濃度に応じた強度で変調周波数の2倍の周波数の強度変化、すなわち2fが生成される。この2fと元の変調周波数1fの強度変化の比率2f/1fの値は、ガス濃度に比例するので、この値に係数をかければガス濃度になる。   When actually measuring the gas concentration, when the measurement light with the wavelength matched to the measurement gas absorption line passes through the measurement gas atmosphere, the measurement light is absorbed by the measurement gas, and the intensity corresponding to the concentration is twice the modulation frequency. Is generated, that is, 2f. Since the value of the intensity change ratio 2f / 1f between 2f and the original modulation frequency 1f is proportional to the gas concentration, the gas concentration is obtained by multiplying this value by a coefficient.

ところで、半導体レーザの発振波長は、半導体レーザの動作温度により変化する性質がある。また、半導体レーザに流す電流値によっても発振波長が変化する性質を有している。したがって、安定した2f信号を得るには、半導体レーザの発振波長を吸収線の中心と一致させて安定化する必要がある。一般に、半導体レーザモジュールを使用している半導体レーザ発振波長安定化装置は、波長安定化用ガスとしての測定対象ガスを封入した参照ガスセルにレーザ光を通す。そして、測定対象ガスの1つの吸収線を利用してその最大吸収点を見付けてそこに位置するように半導体レーザの動作温度、または電流を変えている。すなわち、半導体レーザの動作温度または電流を変えることにより最大吸収点に安定化するようにしている。   By the way, the oscillation wavelength of a semiconductor laser has the property of changing depending on the operating temperature of the semiconductor laser. In addition, the oscillation wavelength varies depending on the value of the current flowing through the semiconductor laser. Therefore, in order to obtain a stable 2f signal, it is necessary to stabilize the oscillation wavelength of the semiconductor laser by making it coincide with the center of the absorption line. In general, a semiconductor laser oscillation wavelength stabilization device using a semiconductor laser module passes a laser beam through a reference gas cell in which a measurement target gas as a wavelength stabilization gas is sealed. Then, the operating temperature or current of the semiconductor laser is changed so that the maximum absorption point is found by using one absorption line of the measurement target gas and located there. In other words, the maximum absorption point is stabilized by changing the operating temperature or current of the semiconductor laser.

ここで、図19乃至図25を参照しながら従来の反射式ガス濃度測定装置の構成について説明する。図19は従来の反射式ガス濃度測定装置の光学部の一例を示す正面図、図20は同光学部の側面図、図21は計測部の一例を示す図、図22は光源ユニットの一例を示す図、図23は従来の反射式ガス濃度測定装置の光学部の他の例を示す正面図、図24は同光学部の側面図、図25は図23の光学部に組み込まれる光源ユニットの一例を示す図である。   Here, the configuration of a conventional reflective gas concentration measuring apparatus will be described with reference to FIGS. 19 is a front view showing an example of an optical unit of a conventional reflective gas concentration measuring device, FIG. 20 is a side view of the optical unit, FIG. 21 is a diagram showing an example of a measuring unit, and FIG. 22 is an example of a light source unit. FIG. 23 is a front view showing another example of the optical unit of the conventional reflective gas concentration measuring device, FIG. 24 is a side view of the optical unit, and FIG. 25 is a diagram of a light source unit incorporated in the optical unit of FIG. It is a figure which shows an example.

従来の反射式ガス濃度測定装置としては、図19及び図20に示す光学部100と、図21に示す計測部101とを備えたものが知られている。このガス濃度測定装置では、図21に示す計測部101に例えば下記特許文献1に開示される図22に示すような光源ユニット102が内蔵され、光源ユニット102と光学部100との間が光ファイバ103によって接続されている。   As a conventional reflective gas concentration measuring apparatus, an apparatus including an optical unit 100 shown in FIGS. 19 and 20 and a measuring unit 101 shown in FIG. 21 is known. In this gas concentration measuring apparatus, a light source unit 102 as shown in FIG. 22 disclosed in, for example, Patent Document 1 shown below is built in the measurement unit 101 shown in FIG. 21, and an optical fiber is provided between the light source unit 102 and the optical unit 100. 103.

図19及び図20に示すように、光学部100は、一面が開口された有底筒型形状の本体104と、本体104を把持する把持部105とを備え、外観が銃型形状をなしている。本体104の開口104aには、反射測定光を集光するための例えばフレネルレンズからなる集光レンズ106が取りけられている。集光レンズ106の中央は、測定光が出射される出射位置をなし、この出射位置に測定光を出射する出射部107が設けられている。出射部107は、光ファイバ103により本体104を通じて計測部101内の光源ユニット102に接続される。本体104の開口104aの奥部には、出射部107からの測定光の出射に伴って測定雰囲気から反射してくる反射測定光を集光レンズ106により集光して受光する受光器108が設けられている。この受光器108によって受光された反射測定光は、電気信号に変換された後、不図示の配線ケーブルを介して計測部101に送られる。また、本体104の先端外周部には、測定光が出射される測定位置を目視により確認するための可視光を出射するレーザポインタ109が設けられている。   As shown in FIGS. 19 and 20, the optical unit 100 includes a bottomed cylindrical main body 104 that is open on one side and a gripping part 105 that grips the main body 104. Yes. A condensing lens 106 made of, for example, a Fresnel lens for condensing the reflected measurement light is installed in the opening 104 a of the main body 104. The center of the condenser lens 106 is an emission position from which the measurement light is emitted, and an emission unit 107 that emits the measurement light is provided at the emission position. The emitting unit 107 is connected to the light source unit 102 in the measuring unit 101 through the main body 104 by the optical fiber 103. At the back of the opening 104 a of the main body 104, a light receiver 108 is provided that collects and receives the reflected measurement light reflected from the measurement atmosphere as the measurement light is emitted from the emission unit 107 by the condenser lens 106. It has been. The reflected measurement light received by the light receiver 108 is converted into an electrical signal and then sent to the measurement unit 101 via a wiring cable (not shown). In addition, a laser pointer 109 that emits visible light for visually confirming a measurement position from which measurement light is emitted is provided on the outer periphery of the front end of the main body 104.

図21に示す計測部101は、各種設定を行うスイッチや測定データなどを表示する表示器などを前面パネルに備えており、電池によって駆動され、不図示のキャリングケースにより携帯可能とされている。計測部101に内蔵される光源ユニット102は、測定ガス特有の吸収線に合致した波長のレーザ光を発生している。この光源ユニット102は、図22に示すように、金属パッケージからなる箱型形状のケース本体110の内部に、半導体レーザモジュール111、参照ガスセル112、フォト検出器113が収容されている。図示はしないが、半導体レーザモジュール111のケース(バタフライモジュール)114内には、周波数変調されたレーザ光を両面から出射する半導体レーザ(レーザダイオード)が設けられている。ケース114からはコネクタ115を備えた光ファイバ103が延出されており、半導体レーザから出射される一方の光が測定光として光ファイバ103を介して出射部107まで導かれる。ケース本体110の底面には、冷却用フィン116が取り付けられた温度制御素子(ペルチェ素子)117が設けられている。半導体レーザは、動作温度、動作電流により発振波長が変化する性質があるため、バタフライモジュール内部のLDチップキャリア下に設置された温度制御素子117により動作温度を一定温度に制御することにより発振波長が制御される。   A measurement unit 101 shown in FIG. 21 includes a switch for performing various settings, a display for displaying measurement data, and the like on the front panel, is driven by a battery, and is portable by a carrying case (not shown). The light source unit 102 built in the measurement unit 101 generates laser light having a wavelength that matches the absorption line specific to the measurement gas. In the light source unit 102, as shown in FIG. 22, a semiconductor laser module 111, a reference gas cell 112, and a photo detector 113 are accommodated inside a box-shaped case body 110 made of a metal package. Although not shown, a semiconductor laser (laser diode) that emits frequency-modulated laser light from both sides is provided in the case (butterfly module) 114 of the semiconductor laser module 111. An optical fiber 103 provided with a connector 115 is extended from the case 114, and one light emitted from the semiconductor laser is guided to the emission unit 107 through the optical fiber 103 as measurement light. A temperature control element (Peltier element) 117 to which a cooling fin 116 is attached is provided on the bottom surface of the case body 110. Since the semiconductor laser has the property that the oscillation wavelength changes depending on the operating temperature and the operating current, the oscillation wavelength is controlled by controlling the operating temperature to a constant temperature by the temperature control element 117 installed under the LD chip carrier inside the butterfly module. Be controlled.

また、別の反射式ガス濃度測定装置として、図23及び図24に示す光学部200と、図21において光源ユニット102を内蔵しない計測部101とを備えたものが知られている。なお、上述した反射式ガス濃度測定装置と同一の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略している。   As another reflective gas concentration measuring apparatus, an apparatus including an optical unit 200 shown in FIGS. 23 and 24 and a measuring unit 101 that does not incorporate the light source unit 102 in FIG. 21 is known. In addition, the same number is attached | subjected to the same component as the reflective gas concentration measuring apparatus mentioned above, and the description is abbreviate | omitted.

このガス濃度測定装置では、計測部101に光源ユニット102を内蔵しないため、図23及び図24に示すように、光学部200における集光レンズ106の中央の出射位置に例えば下記特許文献1に開示される図25に示すような光源ユニット300を設けている。   In this gas concentration measuring apparatus, since the light source unit 102 is not built in the measuring unit 101, as shown in FIGS. 23 and 24, for example, disclosed in the following Patent Document 1 at the central emission position of the condenser lens 106 in the optical unit 200. A light source unit 300 as shown in FIG. 25 is provided.

図25に示すように、光源ユニット300は、傾斜した前面に保護ガラス301が固着された円筒型ケース302の中心軸線上に半導体レーザ303が配設されている。半導体レーザ303は、温度コントロールを可能とするため、円筒型ケース302内の基板304上の基台305表面に取り付けられた温度制御素子(ペルチェ素子)306の上に搭載されている。半導体レーザ303の前後両側の光軸上には、平らな面を持たない非球面レンズ307(307a,307b)が取付台308に固定されて配設されている。また、半導体レーザ303の前側の光軸上で、保護レンズ301と非球面レンズ307aとの間には光アイソレータ309aが配設されている。さらに、半導体レーザ303の後ろ側の光路上には参照ガスセル310が配設されている。参照ガスセル310の後ろ側の光路上には、フォト検出器311が配設されている。さらに、半導体レーザ303の後ろ側の光路上で、非球面レンズ307bと参照ガスセル310との間にも光アイソレータ309bが配設されている。   As shown in FIG. 25, in the light source unit 300, a semiconductor laser 303 is disposed on the central axis of a cylindrical case 302 having a protective glass 301 fixed to an inclined front surface. The semiconductor laser 303 is mounted on a temperature control element (Peltier element) 306 attached to the surface of the base 305 on the substrate 304 in the cylindrical case 302 in order to enable temperature control. Aspherical lenses 307 (307a and 307b) having no flat surface are fixed to the mounting base 308 on the optical axes on both the front and rear sides of the semiconductor laser 303. An optical isolator 309a is disposed between the protective lens 301 and the aspherical lens 307a on the optical axis on the front side of the semiconductor laser 303. Further, a reference gas cell 310 is disposed on the optical path behind the semiconductor laser 303. A photo detector 311 is disposed on the optical path behind the reference gas cell 310. Further, an optical isolator 309 b is also disposed between the aspheric lens 307 b and the reference gas cell 310 on the optical path behind the semiconductor laser 303.

このように、従来の反射式ガス濃度測定装置では、計測部101に内蔵された光源ユニット102からの測定光を光ファイバ103により光学部100の出射位置(集光レンズ106の中央の出射部107)まで導光するか、光源ユニット300を出射位置(集光レンズ106の中央の出射部107)に配備して出射している。
特開2001−235420号公報
As described above, in the conventional reflective gas concentration measurement apparatus, the measurement light from the light source unit 102 built in the measurement unit 101 is output by the optical fiber 103 to the emission position of the optical unit 100 (the emission unit 107 at the center of the condenser lens 106). ) Or the light source unit 300 is disposed at the emission position (the emission part 107 at the center of the condenser lens 106) and emitted.
JP 2001-235420 A

しかしながら、従来の反射式ガス濃度測定装置において、光ファイバ103による導光の構成では、光ファイバ103を使用するため、光源ユニット102の半導体レーザから光ファイバ103に測定光を導入する際に損失を生じ、半分程度の光強度になってしまう。このため、実際に測定雰囲気に向けて出射される測定光のレベルも低減し、安定した正確な測定を行うことができない恐れがあった。   However, in the conventional reflective gas concentration measuring device, the optical fiber 103 uses the optical fiber 103 in the light guide configuration, so that a loss occurs when introducing the measurement light from the semiconductor laser of the light source unit 102 into the optical fiber 103. Occurs and the light intensity is about half. For this reason, the level of the measurement light actually emitted toward the measurement atmosphere is also reduced, and there is a possibility that stable and accurate measurement cannot be performed.

これに対し、光源ユニット300を集光レンズ106の中央に配備した構成では、従来より使用される光源ユニット300自体が大きいため、測定反射光を集光レンズ106で集光する際に光源ユニット300が邪魔になる。その結果、測定雰囲気からの測定反射光の受光量が大きく減ってしまい、測定精度が低下するという問題を招く。しかも、この種の従来の光源ユニット300は、測定光波長安定化のための装置が半導体レーザモジュール111の外筐をなすバタフライモジュールの外部に配置されており、外形が大きく、重量も重たいので、光学部200に簡単には取り付けることができない。   On the other hand, in the configuration in which the light source unit 300 is disposed in the center of the condenser lens 106, the light source unit 300 itself that is conventionally used is large. Get in the way. As a result, the amount of measurement reflected light received from the measurement atmosphere is greatly reduced, resulting in a problem that measurement accuracy is lowered. In addition, in this type of conventional light source unit 300, the apparatus for stabilizing the measurement light wavelength is arranged outside the butterfly module that forms the outer casing of the semiconductor laser module 111, and the outer shape is large and the weight is heavy. It cannot be easily attached to the optical unit 200.

さらに、この種の反射式ガス濃度測定装置では、測定光が赤外線のため目に見えない。このため、測定光がどこに出射しているかを可視光により確認できるように、光学部100(又は200)の本体104の先端外周部にレーザポインタ109を設けている。これにより、測定時に目に見える可視光をレーザポインタ109から出射し、反射壁に当たった出射光の数センチメートル上部に測定光が出射していることを確認できるようにしている。しかし、測定位置に対して測定光と可視光の当たる位置との間にずれがあるため、光学部100(又は200)を測定位置に向ける際に個人差が生じ、個人差なく常に安定した高精度な測定を行うのが困難であった。   Furthermore, in this type of reflective gas concentration measuring apparatus, the measurement light is invisible because of infrared rays. For this reason, a laser pointer 109 is provided on the outer periphery of the tip of the main body 104 of the optical unit 100 (or 200) so that the location where the measurement light is emitted can be confirmed by visible light. Thereby, visible light visible at the time of measurement is emitted from the laser pointer 109 so that it can be confirmed that the measurement light is emitted several centimeters above the emitted light hitting the reflecting wall. However, since there is a deviation between the measurement position and the position where the measurement light and the visible light hit, there is a difference between individuals when the optical unit 100 (or 200) is directed to the measurement position. It was difficult to make accurate measurements.

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、測定光の出射位置を確認して測定光を測定位置に向けて正確に出射することができる半導体レーザユニットを提供し、この半導体レーザユニットを用いることで個人差なく常に安定した高精度な測定を行うことができるガス濃度測定装置を提供することを第一の目的とし、加えて、半導体レーザの発振波長の安定化を図るための構成を従来のバラフライモジュール内に実装し、従来に比べて小型軽量で耐環境性が高く、またユニットの着脱交換も簡単に行え、複数の半導体レーザモジュールの取り付けも可能な半導体レーザユニット及びガス濃度測定装置を提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and provides a semiconductor laser unit capable of confirming the emission position of the measurement light and accurately emitting the measurement light toward the measurement position. The first object is to provide a gas concentration measuring device capable of performing stable and highly accurate measurement without individual differences by using a semiconductor laser unit. In addition, the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized. And a semiconductor laser unit that can be mounted in a plurality of semiconductor laser modules. The object is to provide a gas concentration measuring device.

上記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載された半導体レーザユニットは、半導体レーザ11cは、ガスの吸収線に周波数安定化された測定光を測定雰囲気に出射し、該測定光の出射に伴って前記測定雰囲気から反射されてくる反射測定光を受光器9により受光し、該受光器の出力信号から前記半導体レーザの変調周波数の基本波位相敏感検波信号および2倍波位相敏感検波信号を検出し、両者の信号の比に基づいて前記測定雰囲気のガス濃度を測定するガス濃度測定装置1に用いられる半導体レーザユニット4であって、
前記半導体レーザおよび濃度測定対象ガスと同じ種類のガスを封入したガスセルを備え、前記測定光を出射する半導体レーザモジュール11と、
測定雰囲気に前記測定光を導くためのガイド光として可視光を出射するレーザポインタ12と、
前記測定光と前記ガイド光とを略同軸上に合波する合分波手段13とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the semiconductor laser unit according to claim 1 of the present invention, the semiconductor laser 11c emits the measurement light frequency-stabilized by the gas absorption line to the measurement atmosphere, Reflected measurement light reflected from the measurement atmosphere as it is emitted is received by a light receiver 9, and a fundamental phase sensitive detection signal and a second harmonic phase sensitive detection signal of the modulation frequency of the semiconductor laser are output from the output signal of the light receiver. A semiconductor laser unit 4 used in a gas concentration measuring apparatus 1 for detecting a signal and measuring a gas concentration in the measurement atmosphere based on a ratio of both signals;
A semiconductor laser module 11 comprising a gas cell filled with the same type of gas as the semiconductor laser and the concentration measurement target gas, and emitting the measurement light;
A laser pointer 12 that emits visible light as guide light for guiding the measurement light to the measurement atmosphere;
A multiplexing / demultiplexing means 13 for multiplexing the measurement light and the guide light substantially coaxially is provided.

請求項2に記載された半導体レーザユニットは、請求項1記載の半導体レーザユニットにおいて、前記合分波手段13は、前記測定光を反射する反射ミラー21と、該反射ミラーにより反射された前記測定光と前記ガイド光とを略同軸上に合波するダイクロイックミラー22とを備えたことを特徴とする。   The semiconductor laser unit according to claim 2 is the semiconductor laser unit according to claim 1, wherein the multiplexing / demultiplexing means 13 includes a reflection mirror 21 that reflects the measurement light and the measurement reflected by the reflection mirror. A dichroic mirror 22 that combines light and the guide light substantially coaxially is provided.

請求項3に記載された半導体レーザユニットは、請求項2記載の半導体レーザユニットにおいて、前記反射ミラー21で反射される前記測定光の出射方向を調整する光軸調整機構部17を備えたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser unit according to the second aspect, further comprising an optical axis adjustment mechanism unit 17 that adjusts an emission direction of the measurement light reflected by the reflection mirror 21. Features.

請求項4に記載された半導体レーザユニットは、半導体レーザ11cは、ガス吸収線に周波数安定化された測定光を測定雰囲気に出射し、該測定光の出射に伴って前記測定雰囲気から反射されてくる反射測定光を受光器9により受光し、該受光器の出力信号から前記半導体レーザの変調周波数の基本波位相敏感検波信号および2倍波位相敏感検波信号を検出し、両者の信号の比に基づいて前記測定雰囲気のガス濃度を測定するガス濃度測定装置1に用いられる半導体レーザユニット4であって、
前記半導体レーザおよび濃度測定対象ガスと同じ種類のガスを封入したガスセルを備え、ガス吸収線に対応した各々異なる波長のレーザ光を前記各測定光として出射する複数の半導体レーザモジュール11と、
測定雰囲気に前記各測定光を導くためのガイド光として、可視光を出射するレーザポインタ12と、
複数の前記測定光のうち、所定の測定光を反射させる反射ミラー21を備えた合分波手段13であって、前記所定の測定光と、複数の前記測定光のうちの前記所定の測定光以外の測定光とを略同軸上に合波するとともに、前記所定の測定光と前記可視光とを略同軸上に合波する合分波手段13とを備えたことを特徴とする。
In the semiconductor laser unit according to claim 4, the semiconductor laser 11c emits the measurement light frequency-stabilized by the gas absorption line to the measurement atmosphere, and is reflected from the measurement atmosphere as the measurement light is emitted. The reflected measurement light is received by the photoreceiver 9, and the fundamental phase sensitive detection signal and the double phase sensitive detection signal of the modulation frequency of the semiconductor laser are detected from the output signal of the photoreceiver, and the ratio of the two signals is detected. A semiconductor laser unit 4 used in a gas concentration measuring apparatus 1 for measuring a gas concentration in the measurement atmosphere based on
A plurality of semiconductor laser modules 11 each having a gas cell filled with the same type of gas as the semiconductor laser and the concentration measurement target gas and emitting laser beams of different wavelengths corresponding to gas absorption lines as the respective measurement lights;
A laser pointer 12 that emits visible light as guide light for guiding each measurement light to the measurement atmosphere;
The multiplexing / demultiplexing means 13 includes a reflection mirror 21 that reflects the predetermined measurement light among the plurality of measurement lights, and the predetermined measurement light and the predetermined measurement light among the plurality of measurement lights. And a multiplexing / demultiplexing means 13 for multiplexing the predetermined measurement light and the visible light on substantially the same axis.

請求項5に記載された半導体レーザユニットは、請求項1記載の半導体レーザユニットにおいて、前記半導体レーザモジュール11は、前記半導体レーザ11cと、
前記半導体レーザから出射した測定光を平行光に変換するコリメートレンズ11dと、
前記半導体レーザへの反射光の戻りを抑圧する光アイソレータ11eと、
前記半導体レーザの温度を測定する温度計測素子11iと、
前記半導体レーザの温度を制御する温度制御素子11fと、
前記ガスセル11gと、
前記半導体レーザから後方出射されたレーザ光を前記ガスセルを通過した後に受光する受光器11hとがバタフライ型ケース11aに内蔵されて気密封止されていることを特徴とする。
The semiconductor laser unit according to claim 5 is the semiconductor laser unit according to claim 1, wherein the semiconductor laser module 11 includes the semiconductor laser 11c,
A collimating lens 11d for converting measurement light emitted from the semiconductor laser into parallel light;
An optical isolator 11e for suppressing return of reflected light to the semiconductor laser;
A temperature measuring element 11i for measuring the temperature of the semiconductor laser;
A temperature control element 11f for controlling the temperature of the semiconductor laser;
The gas cell 11g;
A light receiver 11h that receives laser light emitted backward from the semiconductor laser after passing through the gas cell is incorporated in a butterfly case 11a and hermetically sealed.

請求項6に記載されたガス濃度測定装置は、底部を有する筒状の本体5と、
請求項1〜5のいずれかに記載の半導体レーザユニット4と、
前記本体5内であって、かつ前記本体の中心軸線L−L上近傍に配置された受光器と、
前記本体の開口5aに設置され、前記半導体レーザユニットからの測定光の出射に伴って測定雰囲気から反射してくる反射測定光を受けて前記受光器に集光させる集光手段7であって、当該集光手段における前記中心軸線上近傍に、前記測定光および前記レーザポインタ12からのガイド光を通過させる窓部8を有する集光手段7と、
当該集光手段で集光されて前記受光器により受光した前記反射測定光を電気信号に変換して、当該電気信号に基づいてガス濃度を算出する計測部3a,3b,3cとを、前記本体内に一体に備えたことを特徴とする。
The gas concentration measuring apparatus according to claim 6 includes a cylindrical main body 5 having a bottom,
A semiconductor laser unit 4 according to any one of claims 1 to 5;
A light receiver disposed in the main body 5 and in the vicinity of the central axis LL of the main body;
Condensing means 7 that is installed in the opening 5a of the main body, receives reflected measurement light reflected from the measurement atmosphere as the measurement light is emitted from the semiconductor laser unit, and focuses the light on the light receiver, Condensing means 7 having a window portion 8 that allows the measurement light and the guide light from the laser pointer 12 to pass in the vicinity of the central axis of the condensing means;
Measurement units 3a, 3b, and 3c that convert the reflected measurement light collected by the light collecting means and received by the light receiver into an electrical signal and calculate a gas concentration based on the electrical signal, It is characterized by being integrally provided inside.

本発明によれば、測定対象ガスの濃度を測定するための測定光と、測定光の出射位置を確認するためのガイド光とが略同軸上で出射される構成なので、測定光の出射位置をガイド光によって正確に確認でき、測定箇所に対して容易に光学部を向けて測定光を出射でき、微細な測定箇所のガス濃度の測定も正確に行うことができる。   According to the present invention, the measurement light for measuring the concentration of the measurement target gas and the guide light for confirming the emission position of the measurement light are emitted substantially coaxially. It can be confirmed accurately by the guide light, the optical part can be easily directed toward the measurement location, and the measurement light can be emitted, and the gas concentration at the fine measurement location can be measured accurately.

光軸調整機構部17を備えた構成とすれば、反射ミラー21で反射される測定光の出射方向を微調整することができる。   If the optical axis adjustment mechanism 17 is provided, the emission direction of the measurement light reflected by the reflection mirror 21 can be finely adjusted.

異なる波長の測定光を出射する半導体レーザモジュール11を複数用意し、ガス吸収線への周波数制御時の変調周波数を各半導体レーザモジュール11毎にそれぞれ異なる値に設定することにより、複数種類のガス濃度の測定を一度に行うことができる。   By preparing a plurality of semiconductor laser modules 11 that emit measurement light of different wavelengths and setting the modulation frequency at the time of frequency control to the gas absorption line to a different value for each semiconductor laser module 11, a plurality of types of gas concentrations Can be measured at once.

超小型のガスセル11gを含めて各部品を半導体レーザモジュール11のバタフライ型ケース本体11aに収容して封止する構成とすれば、半導体レーザユニット4に組み込まれる半導体レーザモジュール11の小型化を図ることができる。   If each component including the ultra-small gas cell 11g is accommodated and sealed in the butterfly-type case body 11a of the semiconductor laser module 11, the semiconductor laser module 11 incorporated in the semiconductor laser unit 4 can be reduced in size. Can do.

そして、小型化が図れた半導体レーザユニット4を本体5に組み込み、半導体レーザ11cからの測定光を窓部8に導く際に光ファイバを用いない構成なので、損失を生じることなく測定光を測定雰囲気に向けて出射することができ、安定した正確な測定を行うことができる。しかも、測定反射光を集光レンズ7で受光器9に集光する際に、他の構成部品により遮られる光は少なく、測定雰囲気からの測定反射光を十分な受光量をもって受光でき、測定精度の低下を防ぐことができる。   Since the semiconductor laser unit 4 that has been reduced in size is incorporated in the main body 5 and no optical fiber is used when the measurement light from the semiconductor laser 11c is guided to the window portion 8, the measurement light can be measured without causing any loss. It is possible to emit light toward the center and to perform stable and accurate measurement. In addition, when the reflected measurement light is condensed on the light receiver 9 by the condenser lens 7, there is little light blocked by other components, and the reflected measurement light from the measurement atmosphere can be received with a sufficient amount of received light, and the measurement accuracy Can be prevented.

図1は本発明に係る半導体レーザユニットを含むガス濃度測定装置の正面図、図2は同ガス濃度測定装置の側面図、図3は同ガス濃度測定装置に採用される半導体レーザユニットの一例を示す正面図、図4は同半導体レーザユニットの側面図、図5は本発明に係る半導体レーザユニットの一部を構成する半導体レーザモジュールの平断面図、図6は本発明に係る半導体レーザユニットの光軸調整機構の一例を示す平面図、図7は同光軸調整機構の側面図、図8及び図9は本発明に係るガス濃度測定装置に採用される半導体レーザユニットの他の構成例を示す側面図である。   1 is a front view of a gas concentration measuring device including a semiconductor laser unit according to the present invention, FIG. 2 is a side view of the gas concentration measuring device, and FIG. 3 is an example of a semiconductor laser unit employed in the gas concentration measuring device. 4 is a side view of the semiconductor laser unit, FIG. 5 is a plan sectional view of a semiconductor laser module constituting a part of the semiconductor laser unit according to the present invention, and FIG. 6 is a plan view of the semiconductor laser unit according to the present invention. FIG. 7 is a side view of the optical axis adjustment mechanism, FIG. 8 and FIG. 9 are other configuration examples of the semiconductor laser unit employed in the gas concentration measuring apparatus according to the present invention. FIG.

図1及び図2に示すように、本発明によるガス濃度測定装置1は、光学部2に計測部3を一体に組み込んだ構成となっている。光学部2は、一面が開口され内部に半導体レーザユニット4が搭載された有底円筒型形状の本体5と、本体5の後端側に位置して本体5を把持する把持部6とを備え、外観が銃型形状をなしている。把持部6には、トリガー式の測定ボタン6aが設けられている。この測定ボタン6aは、その押動操作により測定開始と測定停止の動作が行われる。そして、測定開始時にのみ、測定光とガイド光が外部(測定雰囲気)に出射される。   As shown in FIGS. 1 and 2, a gas concentration measuring apparatus 1 according to the present invention has a configuration in which a measuring unit 3 is integrated into an optical unit 2. The optical unit 2 includes a bottomed cylindrical main body 5 having an open surface and a semiconductor laser unit 4 mounted therein, and a gripping unit 6 that is positioned on the rear end side of the main body 5 and grips the main body 5. The appearance is gun-shaped. The grip 6 is provided with a trigger type measurement button 6a. The measurement button 6a is operated to start measurement and stop measurement by the pushing operation. Only at the start of measurement, measurement light and guide light are emitted to the outside (measurement atmosphere).

なお、本体5は、一面が開口された有底筒型形状であれば、円筒に限られるものではない。また、本体5は、底部から先端部に向けて口径を広げたホーン形状とし、反射測定光を受ける有効面積を極力大きくして反射測定光を効率的に受光する形状とするのが好ましい。   The main body 5 is not limited to a cylinder as long as the main body 5 has a bottomed cylindrical shape with one surface opened. Moreover, it is preferable that the main body 5 has a horn shape whose diameter is widened from the bottom toward the tip, and a shape that effectively receives the reflected measurement light by increasing the effective area for receiving the reflected measurement light as much as possible.

本体5の開口5aには集光手段としての集光レンズ7が設けられている。集光レンズ7は、例えばフレネルレンズで構成され、測定雰囲気への測定光の出射に伴って測定雰囲気から反射してくる反射測定光を受けて後述する受光器9に集光させている。集光レンズ7の中央(図2の中心軸線L−L上又はその近傍)には、測定光及びガイド光が出射される窓部8が設けられる。窓部8は、集光レンズ7に対して所定角度傾斜して固定された例えばガラスなどの窓で構成される。図2に示すように、本体5内の中心軸線L−L上の奥部(底部)には、受光器9が設けられている。受光器9は、測定光の出射に伴い測定雰囲気から反射されて集光レンズ7によって集光された反射測定光を受光している。この受光器9によって受光された反射測定光は、電気信号に変換された後、計測部3に送られて信号処理される。本体5内の集光レンズ7寄りには半導体レーザユニット4が設けられている。   A condensing lens 7 as a condensing means is provided in the opening 5 a of the main body 5. The condensing lens 7 is composed of, for example, a Fresnel lens, receives reflected measurement light reflected from the measurement atmosphere as the measurement light is emitted to the measurement atmosphere, and condenses it on a light receiver 9 described later. In the center of the condenser lens 7 (on or near the central axis LL in FIG. 2), a window portion 8 through which the measurement light and the guide light are emitted is provided. The window portion 8 is configured by a window made of, for example, glass that is fixed at a predetermined angle with respect to the condenser lens 7. As shown in FIG. 2, a light receiver 9 is provided at the back (bottom) on the central axis LL in the main body 5. The light receiver 9 receives the reflected measurement light reflected from the measurement atmosphere and condensed by the condenser lens 7 as the measurement light is emitted. The reflected measurement light received by the light receiver 9 is converted into an electrical signal and then sent to the measurement unit 3 for signal processing. A semiconductor laser unit 4 is provided near the condenser lens 7 in the main body 5.

半導体レーザユニット4は、測定ガス特有の吸収線に合致した波長のレーザ光を発生し、後述するレーザポインタ12から出射されるガイド光(レーザ光)と出射軸を略一致させて所定の位置から測定光を出射するものである。   The semiconductor laser unit 4 generates laser light having a wavelength that matches the absorption line peculiar to the measurement gas, and guide light (laser light) emitted from a laser pointer 12 (to be described later) substantially coincides with the emission axis from a predetermined position. It emits measurement light.

図3及び図4に示すように、半導体レーザユニット4は、半導体レーザモジュール11、レーザポインタ12、合分波手段13、支持部材14、絶縁部材15、放熱器16、光軸調整機構部17を備えて概略構成される。この半導体レーザユニット4は、矩形状の放熱器16を基台とし、この放熱器16上に各部品が配置されている。   As shown in FIGS. 3 and 4, the semiconductor laser unit 4 includes a semiconductor laser module 11, a laser pointer 12, a multiplexing / demultiplexing unit 13, a support member 14, an insulating member 15, a radiator 16, and an optical axis adjustment mechanism unit 17. In general, it is configured. The semiconductor laser unit 4 has a rectangular radiator 16 as a base, and each component is disposed on the radiator 16.

図5に示すように、半導体レーザモジュール11は、複数対の電極を有する箱型のバタフライ型ケース本体11aを基部としている。バタフライ型ケース本体11aの一面には、不図示の貫通穴が形成され、この貫通穴には例えばガラスなどの出射窓11bが設けられている。半導体レーザモジュール11は、半導体レーザ11c、コリメートレンズ11d、光アイソレータ11e、温度制御素子としてのペルチェ素子11f、ガスセル11g、受光器としてのフォトダイオード11h、温度計測素子としてのサーミスタ11iがバタフライ型ケース本体11a内に収容されており、各光学部品間の光軸調整がなされて気密封止されている。   As shown in FIG. 5, the semiconductor laser module 11 is based on a box-shaped butterfly-type case body 11a having a plurality of pairs of electrodes. A through hole (not shown) is formed on one surface of the butterfly type case main body 11a, and an emission window 11b such as glass is provided in the through hole. The semiconductor laser module 11 includes a semiconductor laser 11c, a collimating lens 11d, an optical isolator 11e, a Peltier element 11f as a temperature control element, a gas cell 11g, a photodiode 11h as a light receiver, and a thermistor 11i as a temperature measurement element. 11a, the optical axis of each optical component is adjusted and hermetically sealed.

半導体レーザ11cは、発振波長が測定波長に制御されて周波数変調されたレーザ光を前後両面から発光しており、前方の面から出射されるレーザ光を測定光とし、後方の面から出射されるレーザ光を参照光としている。コリメートレンズ11dは、半導体レーザ11cの前方の出射窓11b側に配置され、半導体レーザ11cから出射した測定光を平行光にコリメートしている。光アイソレータ11eは、コリメートレンズ11dの前方の出射窓11b側に配置される。この光アイソレータ11eは、90°の偏波面の光のみを通す偏光子と、45°の偏波面の光のみを通す検光子との間に配置された結晶に磁力を印加して、結晶中を透過するレーザ光の偏波面を回転させて偏光子での反射光の通過を阻止している。これにより、半導体レーザ11cからのレーザ光の出射に伴う半導体レーザ11cへの反射光の戻りを抑圧している。コリメートレンズ11dにより平行光にされた測定光は、光アイソレータ11eを介して出射窓11bから外部に出射される。温度制御素子としてのペルチェ素子11fは、半導体レーザ11cの温度を制御している。参照用のガスセル11gは、半導体レーザ11cの後方に配置され、波長安定化用ガスが封入されており、測定光の発振波長の周波数安定化に用いられる。このガスセル11gの構成及び製造方法については後述するが、特定ガス特有の吸収線を有する例えば6mm長程度の大きさの超小型に構成される。フォトダイオード11hは、ガスセル11gの後方に配置され、ガスセル11gを通過した半導体レーザ11cからの参照光を受光検出している。サーミスタ11iは、半導体レーザ11cの温度を検出している。   The semiconductor laser 11c emits laser light whose frequency is modulated by controlling the oscillation wavelength to the measurement wavelength from both the front and rear surfaces. The laser light emitted from the front surface is used as measurement light and is emitted from the rear surface. Laser light is used as reference light. The collimating lens 11d is disposed on the emission window 11b side in front of the semiconductor laser 11c, and collimates the measurement light emitted from the semiconductor laser 11c into parallel light. The optical isolator 11e is disposed on the exit window 11b side in front of the collimating lens 11d. The optical isolator 11e applies a magnetic force to a crystal disposed between a polarizer that passes only light with a 90 ° polarization plane and an analyzer that passes only light with a 45 ° polarization plane. The polarization plane of the transmitted laser light is rotated to prevent the reflected light from passing through the polarizer. Thereby, the return of the reflected light to the semiconductor laser 11c due to the emission of the laser light from the semiconductor laser 11c is suppressed. The measurement light converted into parallel light by the collimating lens 11d is emitted to the outside from the emission window 11b via the optical isolator 11e. A Peltier element 11f as a temperature control element controls the temperature of the semiconductor laser 11c. The reference gas cell 11g is disposed behind the semiconductor laser 11c and encloses a wavelength stabilizing gas, and is used for frequency stabilization of the oscillation wavelength of the measurement light. Although the configuration and manufacturing method of the gas cell 11g will be described later, the gas cell 11g is configured to be ultra-small, for example, about 6 mm in length having an absorption line specific to the specific gas. The photodiode 11h is disposed behind the gas cell 11g and receives and detects reference light from the semiconductor laser 11c that has passed through the gas cell 11g. The thermistor 11i detects the temperature of the semiconductor laser 11c.

レーザポインタ12は、窓部8が位置する集光レンズ7の光軸(L−L)上に位置して設けられる。レーザポインタ12は、円筒状の本体12aに半導体レーザ12bが設けられている。半導体レーザ12bは、測定光の出射位置を目視で確認でき、測定雰囲気に測定光を導くためのガイド光として可視光を出射している。   The laser pointer 12 is provided on the optical axis (LL) of the condenser lens 7 where the window 8 is located. The laser pointer 12 is provided with a semiconductor laser 12b on a cylindrical main body 12a. The semiconductor laser 12b can visually check the emission position of the measurement light, and emits visible light as guide light for guiding the measurement light to the measurement atmosphere.

合分波手段13は、反射ミラー21とダイクロイックミラー22で構成される。反射ミラー21は、半導体レーザモジュール11の前方に位置し、図6及び図7に示す光軸調整機構17に取り付けられて放熱器16上に配置される。反射ミラー21は、半導体レーザモジュール11の半導体レーザ11cから出射した測定光をダイクロイックミラー22側に反射している。   The multiplexing / demultiplexing means 13 includes a reflecting mirror 21 and a dichroic mirror 22. The reflection mirror 21 is located in front of the semiconductor laser module 11, is attached to the optical axis adjustment mechanism 17 shown in FIGS. 6 and 7, and is disposed on the radiator 16. The reflection mirror 21 reflects the measurement light emitted from the semiconductor laser 11 c of the semiconductor laser module 11 to the dichroic mirror 22 side.

ダイクロイックミラー22は、反射ミラー21の上方で、レーザポインタ12の半導体レーザ12bの前方に位置してレーザポインタ12の本体12aに固定されている。ダイクロイックミラー22は、反射ミラー21で反射された測定光を光学部2から測定雰囲気に向けて出射するように反射している。また、ダイクロイックミラー22は、レーザポインタ12から出射したガイド光を透過させて測定光と略同軸に合波して出射している。このダイクロイックミラー22によれば、測定光を99%以上反射し、ガイド光を80%以上透過することができる。   The dichroic mirror 22 is positioned above the reflecting mirror 21 and in front of the semiconductor laser 12 b of the laser pointer 12 and is fixed to the main body 12 a of the laser pointer 12. The dichroic mirror 22 reflects the measurement light reflected by the reflection mirror 21 so as to be emitted from the optical unit 2 toward the measurement atmosphere. Further, the dichroic mirror 22 transmits the guide light emitted from the laser pointer 12, and is combined with the measurement light and emitted substantially coaxially. According to the dichroic mirror 22, 99% or more of the measurement light can be reflected and 80% or more of the guide light can be transmitted.

支持部材14は、ダイクロイックミラー22が固定されたレーザポインタ12を支持する機能を有している。支持部材14は、正面から見たときに反射測定光を集光する集光レンズ7の有効面積を小さくせず投影面積が極力小さくなるように形成される。図3の例において、支持部材14は、薄板部材を逆V字状に折曲して形成され、その円弧状の頂点部分にダイクロイックミラー22が固定されたレーザポインタ12を支持し、両側の脚部14aの各先端部分が放熱器16の表面に固定されている。   The support member 14 has a function of supporting the laser pointer 12 to which the dichroic mirror 22 is fixed. The support member 14 is formed so that the projected area becomes as small as possible without reducing the effective area of the condenser lens 7 that collects the reflected measurement light when viewed from the front. In the example of FIG. 3, the support member 14 is formed by bending a thin plate member into an inverted V shape, supports the laser pointer 12 to which the dichroic mirror 22 is fixed at the arcuate apex portion, and has legs on both sides. Each tip portion of the portion 14 a is fixed to the surface of the radiator 16.

絶縁部材15は、板状に半導体レーザ12bの周辺に形成され、半導体レーザモジュール11と放熱器16との間に設けられる。絶縁部材15は、半導体レーザモジュール11と放熱器16を熱絶縁して熱のまわり込みを防ぐ機能を有している。   The insulating member 15 is formed in a plate shape around the semiconductor laser 12 b and is provided between the semiconductor laser module 11 and the radiator 16. The insulating member 15 has a function of thermally insulating the semiconductor laser module 11 and the radiator 16 to prevent heat from entering.

図3及び図4において、放熱器16は、本体5に組み込んだ際に本体5から外部に露出して配置され、半導体レーザモジュール11から発生した熱を外部に放熱する機能を有している。   3 and 4, the heat radiator 16 is disposed so as to be exposed to the outside from the main body 5 when incorporated in the main body 5, and has a function of radiating heat generated from the semiconductor laser module 11 to the outside.

光軸調整機構部17は、半導体レーザモジュール11からの測定光を所定の角度でダイクロイックミラー22側に反射するように反射ミラー21の角度を調節し、光軸を微調整するものである。その具体的構成について説明すると、図6及び図7に示すように、光軸調整機構部17は、中央に凹部23aを有する四角形状の取付部23の両側に一対の調整アーム24が一体形成されている。取付部23の凹部23aは、反射ミラー21が取り付けられる所定角度(略45°)傾斜した取付面を形成している。一対の調整アーム24の端部24aは、固定ネジ25により取付部品(図1の構成では放熱器16)に固定される。取付部23の両側には、先端26aが取付部品の表面(図1の構成では放熱器16の表面)に当接して調整ネジ26が設けられている。   The optical axis adjustment mechanism unit 17 adjusts the angle of the reflection mirror 21 so that the measurement light from the semiconductor laser module 11 is reflected to the dichroic mirror 22 side at a predetermined angle, and finely adjusts the optical axis. The specific configuration will be described. As shown in FIGS. 6 and 7, the optical axis adjusting mechanism portion 17 has a pair of adjusting arms 24 integrally formed on both sides of a rectangular mounting portion 23 having a concave portion 23a at the center. ing. The concave portion 23a of the mounting portion 23 forms a mounting surface inclined at a predetermined angle (approximately 45 °) to which the reflection mirror 21 is mounted. The end portions 24a of the pair of adjustment arms 24 are fixed to a mounting part (the heat radiator 16 in the configuration of FIG. 1) by a fixing screw 25. On both sides of the mounting portion 23, an adjustment screw 26 is provided so that the tip 26a contacts the surface of the mounting component (the surface of the radiator 16 in the configuration of FIG. 1).

この光軸調整機構部17によれば、取付部23の調整ネジ26の一方又は両方を回すことにより、一対の調整アーム24の先端部24aを支点として取付部23が上下動し、取付部23の凹部23aに設けられた反射ミラー21の角度調整を行うことができる。   According to the optical axis adjusting mechanism 17, by rotating one or both of the adjusting screws 26 of the mounting portion 23, the mounting portion 23 moves up and down with the tip portions 24 a of the pair of adjusting arms 24 as fulcrums. The angle of the reflecting mirror 21 provided in the recess 23a can be adjusted.

ところで、本例のガス濃度測定装置1では、複数のガスを測定するため、図8や図9に示すように、発振波長の異なる半導体レーザモジュール11を複数(図示の例では2個)搭載した半導体レーザユニット4を採用することも可能である。この場合、合分波手段13は、複数の測定光のうちの所定の測定光を反射させる反射ミラー21を有し、所定の測定光と複数の測定光のうちの所定の測定光以外の測定光とを略同軸上に合波するとともに、所定の測定光と可視光とを略同軸上に合波する。以下、具体例として図8及び図9の半導体レーザユニット4の構成について説明する。なお、図2と同一の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略している。   By the way, in the gas concentration measuring apparatus 1 of this example, in order to measure a plurality of gases, as shown in FIGS. 8 and 9, a plurality of semiconductor laser modules 11 having different oscillation wavelengths (two in the illustrated example) are mounted. It is also possible to employ the semiconductor laser unit 4. In this case, the multiplexing / demultiplexing means 13 includes a reflection mirror 21 that reflects a predetermined measurement light of the plurality of measurement lights, and measures other than the predetermined measurement light among the predetermined measurement light and the plurality of measurement lights. The light is multiplexed substantially coaxially, and the predetermined measurement light and visible light are multiplexed approximately coaxially. Hereinafter, the configuration of the semiconductor laser unit 4 of FIGS. 8 and 9 will be described as a specific example. In addition, the same number is attached | subjected to the component same as FIG. 2, and the description is abbreviate | omitted.

図8に示す半導体レーザユニット4では、合分波手段13が反射ミラー21、ダイクロイックミラー22、ビームスプリッタ27で構成される。図8に示す半導体レーザユニット4は、2つの放熱器16(16A,16B)が所定間隔をおいて重ねた状態で取付板28により固定される。下方の放熱器16A上には、半導体レーザモジュール11が配置され、半導体レーザモジュール11の前方に反射ミラー21が配置される。上方の放熱器16B上にも半導体レーザモジュール11が配置され、半導体レーザモジュール11の前方で反射ミラー21で反射される測定光の光路上にはビームスプリッタ27が配置される。ビームスプリッタ27は、測定光を例えば50%反射し、50%透過する機能を持っている。また、上方の放熱器16Bには、レーザポインタ12を支持する支持部材14が設けられている。レーザポインタ12には、ビームスプリッタ27により合成された2波長の測定光の光路上にダイクロイックミラー22が取り付けられている。ダイクロイックミラー22は、各半導体レーザモジュール11から出射されビームスプリッタ27により合成された異なる波長の測定光と、レーザポインタ12からのガイド光とを略同軸上に合波している。   In the semiconductor laser unit 4 shown in FIG. 8, the multiplexing / demultiplexing means 13 includes a reflection mirror 21, a dichroic mirror 22, and a beam splitter 27. The semiconductor laser unit 4 shown in FIG. 8 is fixed by a mounting plate 28 in a state where two radiators 16 (16A, 16B) are overlapped at a predetermined interval. The semiconductor laser module 11 is disposed on the lower radiator 16 </ b> A, and the reflection mirror 21 is disposed in front of the semiconductor laser module 11. The semiconductor laser module 11 is also disposed on the upper radiator 16B, and a beam splitter 27 is disposed on the optical path of the measurement light reflected by the reflection mirror 21 in front of the semiconductor laser module 11. The beam splitter 27 has a function of reflecting measurement light by 50% and transmitting 50%, for example. In addition, a support member 14 that supports the laser pointer 12 is provided in the upper radiator 16B. A dichroic mirror 22 is attached to the laser pointer 12 on the optical path of the two-wavelength measurement light combined by the beam splitter 27. The dichroic mirror 22 multiplexes the measurement light having different wavelengths emitted from the respective semiconductor laser modules 11 and synthesized by the beam splitter 27 and the guide light from the laser pointer 12 on substantially the same axis.

図9に示す半導体レーザユニット4は、図8と同様に、合分波手段3が反射ミラー21、ダイクロイックミラー22、ビームスプリッタ27で構成される。図9に示す半導体レーザユニット4は、板状の熱伝導器29の両面(上下面)に半導体レーザモジュール11が各々配置される。熱伝導器29には放熱器16が設けられる。熱伝導器29は、各半導体レーザモジュール11で発生した熱を放熱器16まで伝導させる機能を有している。熱伝導器29の下面に配置される半導体レーザモジュール11の前方には反射ミラー21が配置される。熱伝導器29の上面に配置されるレーザモジュール11の前方で反射ミラー21で反射される測定光の光路上にはビームスプリッタ27が配置される。熱伝導器29には、レーザポインタ12を支持する支持部材14が設けられている。レーザポインタ12には、ビームスプリッタ27により合成された2波長の測定光の光路上にダイクロイックミラー22が取り付けられている。この構成によれば、図8の半導体レーザユニットと比較して、ユニットの高さを低くして実装しやすい構造とすることができる。   In the semiconductor laser unit 4 shown in FIG. 9, as in FIG. 8, the multiplexing / demultiplexing means 3 includes a reflection mirror 21, a dichroic mirror 22, and a beam splitter 27. In the semiconductor laser unit 4 shown in FIG. 9, the semiconductor laser modules 11 are respectively disposed on both surfaces (upper and lower surfaces) of the plate-like heat conductor 29. The heat conductor 29 is provided with a radiator 16. The heat conductor 29 has a function of conducting heat generated in each semiconductor laser module 11 to the heat radiator 16. A reflection mirror 21 is disposed in front of the semiconductor laser module 11 disposed on the lower surface of the heat conductor 29. A beam splitter 27 is disposed on the optical path of the measurement light reflected by the reflection mirror 21 in front of the laser module 11 disposed on the upper surface of the heat conductor 29. The heat conductor 29 is provided with a support member 14 that supports the laser pointer 12. A dichroic mirror 22 is attached to the laser pointer 12 on the optical path of the two-wavelength measurement light combined by the beam splitter 27. According to this configuration, it is possible to make the structure easy to mount by reducing the height of the unit as compared with the semiconductor laser unit of FIG.

なお、図8及び図9の例では、半導体レーザモジュール11を2つ配置した構成であるが、3つ以上の半導体レーザモジュール11を配置することも可能である。例えば図8の構成において、複数の放熱器16に異なる波長の測定光を出射する半導体レーザモジュール11を複数配置し、これら複数の放熱器16を上下に所定間隔をおいて配置して取付板28により固定する。そして、最上部に配置される放熱器16の半導体レーザモジュール11の前方にビームスプリッタ27を設けるとともに、レーザポインタ12を支持した支持部材14を設け、レーザポインタ12にダイクロイックミラー22を取り付ける。また、最上部の放熱器16より下方に位置する放熱器16の半導体レーザモジュール11の前方にビームスプリッタ27を各々配置し、最下方に位置する放熱器16の半導体レーザモジュール11の前方に反射ミラー21を配置する。これにより、各半導体レーザモジュール11からの異なる波長の測定光がビームスプリッタ27で合成され、ダイクロイックミラー22で複数波長の測定光とガイド光とが略同軸上に合波される。   8 and 9, the two semiconductor laser modules 11 are arranged. However, three or more semiconductor laser modules 11 can be arranged. For example, in the configuration of FIG. 8, a plurality of semiconductor laser modules 11 that emit measurement light having different wavelengths are arranged on a plurality of radiators 16, and the plurality of radiators 16 are arranged at predetermined intervals in the vertical direction. To fix. A beam splitter 27 is provided in front of the semiconductor laser module 11 of the radiator 16 disposed at the top, a support member 14 that supports the laser pointer 12 is provided, and the dichroic mirror 22 is attached to the laser pointer 12. Further, a beam splitter 27 is disposed in front of the semiconductor laser module 11 of the radiator 16 positioned below the uppermost radiator 16, and a reflection mirror is positioned in front of the semiconductor laser module 11 of the radiator 16 positioned at the lowermost position. 21 is arranged. As a result, the measurement light beams having different wavelengths from the respective semiconductor laser modules 11 are combined by the beam splitter 27, and the measurement light beams having a plurality of wavelengths and the guide light are multiplexed substantially coaxially by the dichroic mirror 22.

また、合分波手段13が反射ミラー21、ダイクロイックミラー22、ビームスプリッタ27で構成される場合には、図6及び図7で説明した光軸調整機構部17を反射ミラー21及びビームスプリッタ27に採用することにより、反射ミラー21のみでなく、ビームスプリッタ27の光軸調整を行える構成とすることも可能である。   Further, when the multiplexing / demultiplexing means 13 includes the reflecting mirror 21, the dichroic mirror 22, and the beam splitter 27, the optical axis adjusting mechanism 17 described with reference to FIGS. 6 and 7 is used as the reflecting mirror 21 and the beam splitter 27. By adopting it, it is possible to adopt a configuration in which not only the reflection mirror 21 but also the optical axis of the beam splitter 27 can be adjusted.

さらに、ダイクロイックミラー22として、測定光を透過し、ガイド光を反射する特性を有するものを採用すれば、例えば図2、図4、図8、図9に示す本例の半導体レーザユニット4における半導体レーザモジュール11とレーザポインタ12の半導体レーザ12bの位置関係を逆転した構成とすることもできる。   Further, if a dichroic mirror 22 having the characteristics of transmitting measurement light and reflecting guide light is employed, the semiconductor in the semiconductor laser unit 4 of this example shown in FIGS. 2, 4, 8, and 9, for example. The positional relationship between the laser module 11 and the semiconductor laser 12b of the laser pointer 12 may be reversed.

計測部3は、本体5の内部の測定光の出射及び反射測定光の邪魔にならない位置に組み込まれており、図2の例では本体5内の底部で受光器9の背後に設けられる。計測部3は、図2に示すように、測定光増幅部3a、受光信号検出部3b、演算部3c、波長安定化回路3dを備えて構成される。   The measuring unit 3 is incorporated in a position that does not interfere with the emission and reflected measurement light of the measurement light inside the main body 5, and is provided behind the light receiver 9 at the bottom of the main body 5 in the example of FIG. 2. As shown in FIG. 2, the measurement unit 3 includes a measurement light amplification unit 3a, a light reception signal detection unit 3b, a calculation unit 3c, and a wavelength stabilization circuit 3d.

測定光増幅部3aは、プリアンプで構成され、受光信号検出部3bで検出する1f信号、2f信号が測定対象ガス濃度範囲で同等の検出レベルになるように、増幅度が1f信号、2f信号それぞれ最適な増幅度に設定されている。この測定光増幅部3aでは、受光器9から検出出力される測定光信号の受光電流を受光電圧に変換し、さらに設定された増幅度で増幅して出力している。   The measurement light amplifying unit 3a is composed of a preamplifier, and the amplification degree is 1f signal and 2f signal so that the 1f signal and 2f signal detected by the received light signal detection unit 3b have the same detection level in the measurement target gas concentration range. The optimal amplification level is set. In the measurement light amplification unit 3a, the light reception current of the measurement light signal detected and output from the light receiver 9 is converted into a light reception voltage, and further amplified and output with a set amplification factor.

受光信号検出部3bは、測定光増幅部3aで増幅された測定光信号を信号処理し、1f信号と2f信号を位相敏感検波している。   The received light signal detector 3b performs signal processing on the measurement light signal amplified by the measurement light amplifier 3a, and phase-sensitively detects the 1f signal and the 2f signal.

演算部3cは、受光信号検出部3bからの1f信号、2f信号を入力とし、その比(2f/1f)に基づいて測定対象ガスのガス濃度を演算している。   The calculation unit 3c receives the 1f signal and the 2f signal from the received light signal detection unit 3b, and calculates the gas concentration of the measurement target gas based on the ratio (2f / 1f).

波長安定化回路3dは、設定温度の検索、初期設定、2倍波ピーク安定化、信号同期検出、2倍波歪抑圧動作に関する処理を行っており、その処理内容は特許文献1に開示されるものと同様なので説明を省略する。   The wavelength stabilization circuit 3d performs processing related to search for set temperature, initial setting, second harmonic peak stabilization, signal synchronization detection, and second harmonic distortion suppression operation. The description is omitted because it is the same as the above.

ここで、半導体レーザモジュール11に組み込まれるガスセル11gの構成について説明する。図10はガスセルの第1形態を示す断面図、図11はガスセルの第2形態を示す断面図、図12はガスセルの第3形態を示す断面図、図13はガスセルの第4形態を示す断面図、図14はガスセルの第5形態を示す断面図である。   Here, the configuration of the gas cell 11g incorporated in the semiconductor laser module 11 will be described. 10 is a cross-sectional view showing the first form of the gas cell, FIG. 11 is a cross-sectional view showing the second form of the gas cell, FIG. 12 is a cross-sectional view showing the third form of the gas cell, and FIG. 13 is a cross-sectional view showing the fourth form of the gas cell. 14 and 14 are sectional views showing a fifth embodiment of the gas cell.

まず、第1形態のガスセル11gについて説明する。なお、各形態のガスセル11gの製造方法等については追って説明する。図10に示すように、第1形態のガスセル11gは、構成部品として、溶接により接合可能な金属製の材料を用いて製造される同一形状の第1本体部32A(32)及び第2本体部33A(33)と、第1本体部32Aと第2本体部33A同士を接合する際に用いるスペーサ部材34とを備えて構成される。第1本体部32Aと第2本体部33Aは、接合可能で線膨張係数が極力小さい材料(例えば、コバール、鉄ーニッケル合金、銅−ニッケル合金など)を用いて形成されている。また、この材料には例えばNiメッキを施して防錆処理を行なうのが望ましい。第1本体部32Aと第2本体部33Aは、ガスを封入する際に完成されるガスセル31内のガス圧と大気圧の差によって大きく変形しない程度の厚みを持っていれば良い。   First, the gas cell 11g according to the first embodiment will be described. In addition, the manufacturing method etc. of the gas cell 11g of each form are demonstrated later. As shown in FIG. 10, the gas cell 11g of the first form includes the first main body portion 32A (32) and the second main body portion having the same shape manufactured using metal materials that can be joined by welding as constituent parts. 33A (33) and a spacer member 34 used when the first main body portion 32A and the second main body portion 33A are joined to each other. The first main body portion 32A and the second main body portion 33A are formed using a material (for example, kovar, iron-nickel alloy, copper-nickel alloy, etc.) that can be joined and has a linear expansion coefficient as small as possible. In addition, it is desirable that this material is subjected to rust prevention treatment by, for example, Ni plating. The first main body portion 32A and the second main body portion 33A need only have a thickness that does not greatly deform due to the difference between the gas pressure and the atmospheric pressure in the gas cell 31 that is completed when the gas is sealed.

第1本体部32Aと第2本体部33Aは、開口部32a,33aと、底部32b,33bとを有した凹状に形成されている。第1本体部32Aの開口部32aと第2本体部33Aの開口部33aの外周周縁部分には、鍔部32c,33cが垂設されている。鍔部32c,33cは、第1本体部32Aと第2本体部33Aとを接合する際に対向する面(接合面)が平坦面を形成している。鍔部32c,33cの開口部32a,33a側には、例えば断面が山型を成す突起部32d,33dが外周に沿うように形成されている。第1本体部32A及び第2本体部33Aの底部32b,33bには、窓部32e,33eが設けられた貫通穴32f,33fが形成されている。窓部32e,33eは、封入ガスの吸収波長によって透過光を減衰させない材質(例えば、ガラス等)で形成される。   The first main body portion 32A and the second main body portion 33A are formed in a concave shape having openings 32a and 33a and bottom portions 32b and 33b. The collar portions 32c and 33c are suspended from the outer peripheral edge portions of the opening 32a of the first main body 32A and the opening 33a of the second main body 33A. In the flange portions 32c and 33c, the surfaces (bonding surfaces) facing each other when the first main body portion 32A and the second main body portion 33A are bonded form a flat surface. On the openings 32a and 33a side of the flange portions 32c and 33c, for example, protrusions 32d and 33d having a mountain-shaped cross section are formed along the outer periphery. Through holes 32f and 33f provided with windows 32e and 33e are formed in the bottom portions 32b and 33b of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A. The windows 32e and 33e are formed of a material (for example, glass or the like) that does not attenuate transmitted light by the absorption wavelength of the sealed gas.

窓部32e,33eを構成するガラスを設ける方法としては、低融点ガラスを用いてガラスを本体部32A,33Aに直接固定する方法、ガラスに半田固定用のメタライズを施して本体部32A,33Aと半田固定する方法があるが、好ましくは接合可能なCANタイプLDモジュール用の窓が付いた本体部32A,33Aを用いる方法が良い。これは、安価で気密度に関しても10-8〜10-9atm・cc/sec程度が得られるため窓部としては最適である。 As a method of providing the glass constituting the windows 32e and 33e, a method of directly fixing the glass to the main body portions 32A and 33A using low melting glass, a method of providing the main body portions 32A and 33A with metallization for solder fixing on the glass, There is a method of fixing by soldering, but it is preferable to use the main body portions 32A and 33A with windows for CAN type LD modules that can be joined. This is optimal for the window because it is inexpensive and can provide a gas density of about 10 −8 to 10 −9 atm · cc / sec.

スペーサ部材34は、第1本体部32Aと第2本体部33Aの間に設けられ、第1本体部32Aの鍔部32cと第2本体部33Aの鍔部33cとが対向して接合される。スペーサ部材34には、第1本体部32A及び第2本体部33Aと同様の金属材料を用いる。スペーサ部材34は、平板部材を基部とし、その中央に第1本体部32A及び第2本体部33Aの窓部32e,33eの径より大きい径を有する貫通穴34bが形成されている。また、スペーサ部材34の両面には、貫通穴34bの周縁部に沿って筒状のフランジ34aが一体形成されている。このフランジ34aは、第1本体部32Aと第2本体部33Aとの間にスペーサ部材34を介在させたときに、第1本体部32Aと第2本体部33Aの鍔部32c,33c(突起部32d,33d)がスペーサ部材34の平面に確実に位置決めするためのガイドの役目をしている。   The spacer member 34 is provided between the first main body portion 32A and the second main body portion 33A, and the flange portion 32c of the first main body portion 32A and the flange portion 33c of the second main body portion 33A are opposed to each other. The spacer member 34 is made of the same metal material as the first main body portion 32A and the second main body portion 33A. The spacer member 34 has a flat plate member as a base, and a through hole 34b having a diameter larger than the diameters of the window portions 32e and 33e of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A is formed in the center thereof. A cylindrical flange 34a is integrally formed on both surfaces of the spacer member 34 along the peripheral edge of the through hole 34b. When the spacer member 34 is interposed between the first main body portion 32A and the second main body portion 33A, the flange 34a has flanges 32c and 33c (protrusions) of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A. 32d, 33d) serve as a guide for reliably positioning the spacer member 34 on the plane.

そして、上記第1形態のガスセル11gを製造する場合には、第1本体部32Aと第2本体部33Aの開口部32a,33aを向き合わせて間にスペーサ部材34を介在させて後述するガスセル製造治具42にセットし、第1本体部32Aと第2本体部33Aの開口部32a,33a内に対象ガス(ガス濃度検出を行うガスと同種のガスやガス濃度検出を行うガスと反応しない充填ガス)を封入した後、第1本体部32A及び第2本体部33Aの鍔部32c,33cの突起部32d,33dとスペーサ部材34の平坦面との間を抵抗溶接してガスを気密封止する。   And when manufacturing the gas cell 11g of the said 1st form, the gas cell manufacture mentioned later is made by facing the opening parts 32a and 33a of the 1st main-body part 32A and the 2nd main-body part 33A, and interposing the spacer member 34 between them. Set in the jig 42, and fill in the openings 32a and 33a of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A so as not to react with the target gas (the same kind of gas as the gas concentration detection gas or the gas concentration detection gas). After the gas is sealed, the gas is hermetically sealed by resistance welding between the protrusions 32d and 33d of the flanges 32c and 33c of the first main body 32A and the second main body 33A and the flat surface of the spacer member 34. To do.

なお、上記第1形態のガスセル11gでは、接合面の抵抗値が高くなるように所定の抵抗値をもって接触するように第1本体部32A及び第2本体部33Aに断面山型の突起部32d,33dを形成する例について説明したが、突起部を鍔部32c,33cと対向するスペーサ部材34に形成しても良い。また、突起部32d,33dは、接合する面の板厚比が3倍以上ある場合に必要としている。したがって、接合する面の板厚比が3倍未満であれば、突起部32d,33dを形成しなくてもよい。   In the gas cell 11g of the first embodiment, the first main body portion 32A and the second main body portion 33A have protrusions 32d having a mountain cross section so as to come into contact with a predetermined resistance value so that the resistance value of the joint surface is increased. Although the example of forming 33d has been described, the protrusions may be formed on the spacer member 34 facing the flanges 32c and 33c. Further, the protrusions 32d and 33d are necessary when the thickness ratio of the surfaces to be joined is three times or more. Therefore, if the thickness ratio of the surfaces to be joined is less than three times, the protrusions 32d and 33d need not be formed.

第1形態のガスセル11gでは、スペーサ部材34の貫通穴34bの外周にフランジ34aを設ける構成としたが、このフランジ34aは窓部32e,33eと重ならない位置で、且つ、第1本体部32A及び第2本体部33Aの位置決めを行える位置に設ければ良い。また、第1本体部32Aと第2本体部33Aのみの構成としてもよい。この場合、接合する面の板厚比が3倍以上ある場合に鍔部32c,33cの少なくとも一方に突起部32d(33d)を設ける。   In the gas cell 11g of the first form, the flange 34a is provided on the outer periphery of the through hole 34b of the spacer member 34. However, the flange 34a does not overlap the windows 32e and 33e, and the first main body 32A and What is necessary is just to provide in the position which can position the 2nd main-body part 33A. Moreover, it is good also as a structure only of the 1st main-body part 32A and the 2nd main-body part 33A. In this case, when the plate thickness ratio of the surfaces to be joined is three times or more, the protrusion 32d (33d) is provided on at least one of the flanges 32c and 33c.

次に、ガスセル11gの第2形態について説明する。なお、第1形態と同一の構成要素には同一番号を付して説明する。   Next, the 2nd form of the gas cell 11g is demonstrated. In addition, the same number is attached | subjected and demonstrated to the component same as a 1st form.

図11に示すように、第2形態のガスセル11gは、第1形態の第1本体部32Aをそのまま用いて、もう一方の第2本体部33Aの底部33b側を第1本体部32Aの底部32b側と重ね合わせる様にして、対向する鍔部32c,33c間にスペーサ部材34を介在させた構成である。このため、第2本体部33Aは、第1本体部32Aの開口部32a内に入るように、外径が少なくとも第1本体部32Aの開口部32aの内径より小さく形成されている。第2本体部33Aの鍔部33cには、第1本体部32Aの突起部32dと対向して同様の突起部33dが外周に沿って形成されている。第1本体部32Aと第2本体部33Aとの間に介在するスペーサ部材34は、平板部材を基部とし、その中央に第1本体部32A及び第2本体部33Aの窓部32e,33eの径より大きい径を有する貫通穴34bが形成されている。また、スペーサ部材34の外周縁部の両面には、貫通穴34bの周縁部に沿って筒状のフランジ34aが一体形成されている。   As shown in FIG. 11, the gas cell 11g of the second form uses the first body part 32A of the first form as it is, and the bottom part 33b side of the other second body part 33A is the bottom part 32b of the first body part 32A. In this configuration, a spacer member 34 is interposed between the facing flange portions 32c and 33c so as to overlap with each other. For this reason, the second main body portion 33A has an outer diameter that is at least smaller than the inner diameter of the opening portion 32a of the first main body portion 32A so as to enter the opening portion 32a of the first main body portion 32A. On the flange 33c of the second main body 33A, a similar protrusion 33d is formed along the outer periphery so as to face the protrusion 32d of the first main body 32A. The spacer member 34 interposed between the first main body portion 32A and the second main body portion 33A has a flat plate member as a base, and the diameters of the window portions 32e and 33e of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A at the center. A through hole 34b having a larger diameter is formed. A cylindrical flange 34a is integrally formed on both surfaces of the outer peripheral edge portion of the spacer member 34 along the peripheral edge portion of the through hole 34b.

そして、上記第2形態のガスセル11gを製造する場合には、第1本体部32Aと第2本体部33Aを重ね合わせて間にスペーサ部材34を介在させて後述するガスセル製造治具42にセットし、第1本体部32Aと第2本体部33Aの開口部32a,33a内に対象ガス(ガス濃度検出を行うガスと同種のガスやガス濃度検出を行うガスと反応しない充填ガス)を封入した後、第1本体部32A及び第2本体部33Aの鍔部32c,33cの突起部32d,33dとスペーサ部材34の平坦面との間を抵抗溶接してガスを気密封止する。   And when manufacturing the gas cell 11g of the said 2nd form, it superposes | stacks the 1st main-body part 32A and the 2nd main-body part 33A, and it sets to the gas cell manufacturing jig 42 mentioned later with the spacer member 34 interposing. After sealing the target gas (the gas of the same type as the gas for detecting the gas concentration or the filling gas that does not react with the gas for detecting the gas concentration) in the openings 32a and 33a of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A. The gas is hermetically sealed by resistance welding between the protrusions 32d and 33d of the flange portions 32c and 33c of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A and the flat surface of the spacer member 34.

なお、第2形態のガスセル11gでは、接合面の抵抗値が高くなるように所定の抵抗値をもって接触するように第1本体部32A及び第2本体部33Aに断面山型の突起部32d,33dを形成する例について説明したが、突起部を鍔部32c,33cと対向するスペーサ部材34に形成しても良い。また、突起部32d,33dは接合する面の板厚比が3倍以上ある場合に必要としている。したがって、接合する面の板厚比が3倍未満であれば、突起部32d,33dを形成しなくてもよい。   In the gas cell 11g of the second form, the protrusion portions 32d and 33d having a mountain-shaped cross section are formed on the first main body portion 32A and the second main body portion 33A so as to contact with a predetermined resistance value so as to increase the resistance value of the joint surface. However, the protrusions may be formed on the spacer member 34 facing the flanges 32c and 33c. Further, the protrusions 32d and 33d are necessary when the thickness ratio of the surfaces to be joined is three times or more. Therefore, if the thickness ratio of the surfaces to be joined is less than three times, the protrusions 32d and 33d need not be formed.

また、第2形態のガスセル11gでは、スペーサ部材34にフランジ34aを設ける構成としたが、このフランジ34aは窓部32e,33eと重ならない位置で、且つ、第1本体部32A及び第2本体部33Aの位置決めを行える位置に設ければ良い。また、第1本体部32Aと第2本体部33Aのみの構成としてもよい。この場合、接合する面の板厚比が3倍以上ある場合に鍔部32c,33cの少なくとも一方に突起部32d(33d)を設ける。   In the gas cell 11g of the second form, the flange 34a is provided on the spacer member 34. However, the flange 34a does not overlap the windows 32e and 33e, and the first main body 32A and the second main body 32a. What is necessary is just to provide in the position which can position 33A. Moreover, it is good also as a structure only of the 1st main-body part 32A and the 2nd main-body part 33A. In this case, when the plate thickness ratio of the surfaces to be joined is three times or more, the protrusion 32d (33d) is provided on at least one of the flanges 32c and 33c.

次に、ガスセル11gの第3形態について説明する。なお、第1形態と同様の構成要素には同一番号を付して説明する。図12に示すように、第3形態のガスセル11gは、第1形態の第1本体部32Aをそのまま用いて、もう一方の第2本体部33B(33)をドーナツ状の円盤で構成している。このため、第2本体部33Bは、中心に所定径の貫通穴33fを形成しており、その貫通穴33fに窓部33eが設けられている。また、第2本体部33Bは、第1形態のスペーサ部材34の機能を兼ねるため、第1本体部32Aの開口部32aのフランジ32g側の径と略同径の外径を有する筒状のフランジ33gが貫通穴33fの周縁部に沿って設けられている。また、第1本体部32Aの鍔部32cと第2本体部33Bには、突起部32d,33dが対向して形成されている。   Next, a third embodiment of the gas cell 11g will be described. In addition, the same number is attached | subjected and demonstrated to the component similar to a 1st form. As shown in FIG. 12, the gas cell 11g of the third form uses the first body part 32A of the first form as it is, and the other second body part 33B (33) is formed of a donut-shaped disk. . Therefore, the second main body portion 33B has a through hole 33f having a predetermined diameter at the center, and a window portion 33e is provided in the through hole 33f. Further, since the second main body portion 33B also functions as the spacer member 34 of the first form, a cylindrical flange having an outer diameter substantially the same as the diameter of the opening 32a of the first main body portion 32A on the flange 32g side. 33g is provided along the periphery of the through hole 33f. In addition, protrusions 32d and 33d are formed on the flange portion 32c and the second main body portion 33B of the first main body portion 32A so as to face each other.

そして、上記第3形態のガスセル11gを製造する場合には、第1本体部32Aと第2本体部33Aを後述するガスセル製造治具42にセットし、第1本体部32Aの開口部32a内に対象ガス(ガス濃度検出を行うガスと同種のガスやガス濃度検出を行うガスと反応しない充填ガス)を封入した後、第1本体部32A及び第2本体部33Aの鍔部32c,33cの突起部32d,33d間を抵抗溶接してガスを気密封止する。   And when manufacturing the gas cell 11g of the said 3rd form, set the 1st main-body part 32A and the 2nd main-body part 33A in the gas cell manufacturing jig 42 mentioned later, and in the opening part 32a of 32 A of 1st main-body parts. After enclosing a target gas (filling gas that does not react with a gas of the same type as the gas concentration detection gas or a gas concentration detection), the protrusions of the flange portions 32c and 33c of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A The gas is hermetically sealed by resistance welding between the portions 32d and 33d.

なお、第3形態のガスセル11gでは、接合面の抵抗値が高くなるように所定の抵抗値をもって接触するように第1本体部32A及び第2本体部33Bに断面山型の突起部32d,33dを形成する例について説明したが、第1本体部32Aと第2本体部33Bとの間にスペーサ部材34を介在させ、そのスペーサ部材34に少なくとも一方の面に突起部を形成してもよい。また、突起部32d,33dは、接合する面の板厚比が3倍以上ある場合に必要としている。したがって、接合する面の板厚比が3倍未満であれば突起部32d,33dを形成しなくてもよい。   In the gas cell 11g of the third form, the protrusions 32d and 33d having a mountain-shaped cross section are formed on the first main body 32A and the second main body 33B so as to contact with a predetermined resistance value so that the resistance value of the joint surface is increased. However, the spacer member 34 may be interposed between the first main body portion 32A and the second main body portion 33B, and a protrusion may be formed on at least one surface of the spacer member 34. Further, the protrusions 32d and 33d are necessary when the thickness ratio of the surfaces to be joined is three times or more. Therefore, if the thickness ratio of the surfaces to be joined is less than three times, the protrusions 32d and 33d need not be formed.

また、第3形態のガスセル11gでは、第2本体部33Aの窓部33eの外側にフランジ33gを設ける構成としたが、このフランジ33gは窓部32e,33eと重ならない位置で、且つ、第1本体部32Aに位置決めされる位置に設ければ良い。また、フランジ33gがない構成でもよい。   Further, in the gas cell 11g of the third form, the flange 33g is provided outside the window portion 33e of the second main body portion 33A. However, the flange 33g does not overlap with the window portions 32e and 33e, and What is necessary is just to provide in the position positioned by the main-body part 32A. Moreover, the structure without the flange 33g may be sufficient.

次に、ガスセル11gの第4形態について説明する。図13に示すように、第4形態のガスセル11gは、第1本体部32B(32)及び第2本体部33B(33)がドーナツ状の円盤を成して構成されている。すなわち、第1本体部32B及び第2本体部33Bの中心に所定径の貫通穴32f,33fが形成されており、その貫通穴32f,33fに窓部32e,33eが設けられている。また、第1本体部32Bと第2本体部33Bの間には、円筒状のスペーサ部材34が介在して設けられている。このスペーサ部材34の中心には、所定径の貫通穴34bが形成されている。この貫通穴34bの径は、第1本体部32B及び第2本体部33Bの窓部32e,33eの径よりも少なくとも同一径かそれよりも大きい径を有している。第1本体部32B及び第2本体部33Bの窓部32e,33eの周縁部に沿って筒状のフランジ32g,33gが設けられている。また、第1本体部32B及び第2本体部33Bには、突起部32d,33dが対向して形成されている。   Next, the 4th form of the gas cell 11g is demonstrated. As shown in FIG. 13, the gas cell 11g of the fourth form is configured such that the first main body portion 32B (32) and the second main body portion 33B (33) form a donut-shaped disk. That is, through holes 32f and 33f having a predetermined diameter are formed in the centers of the first main body portion 32B and the second main body portion 33B, and window portions 32e and 33e are provided in the through holes 32f and 33f. Further, a cylindrical spacer member 34 is interposed between the first main body portion 32B and the second main body portion 33B. A through hole 34 b having a predetermined diameter is formed at the center of the spacer member 34. The diameter of the through hole 34b is at least equal to or larger than the diameters of the window portions 32e and 33e of the first main body portion 32B and the second main body portion 33B. Cylindrical flanges 32g and 33g are provided along the peripheral edge portions of the window portions 32e and 33e of the first main body portion 32B and the second main body portion 33B. Further, the first main body portion 32B and the second main body portion 33B are formed with protruding portions 32d and 33d facing each other.

そして、上記第4形態のガスセル11gを製造する場合には、第1本体部32Bと第2本体部33Bのフランジ32g,33gを向き合わせて間にスペーサ部材34を介在させて後述するガスセル製造治具42にセットし、スペーサ部材34の貫通穴34b内に対象ガス(ガス濃度検出を行うガスと同種のガスやガス濃度検出を行うガスと反応しない充填ガス)を封入した後、第1本体部32B及び第2本体部33Bの突起部32d,33dとスペーサ部材34の平坦面との間を抵抗溶接してガスを気密封止する。   And when manufacturing the gas cell 11g of the said 4th form, the flanges 32g and 33g of the 1st main-body part 32B and the 2nd main-body part 33B face each other, and the spacer member 34 is interposed between them, and the gas cell manufacturing process mentioned later is carried out. The first main body portion is set after the target gas (filling gas that does not react with the gas of the same kind as the gas for detecting the gas concentration or the gas for detecting the gas concentration) is sealed in the through hole 34b of the spacer member 34. The gas is hermetically sealed by resistance welding between the protrusions 32d and 33d of the second body portion 33B and the flat surface of the spacer member 34.

なお、第4形態のガスセル11gでは、接合面の抵抗値が高くなるように所定の抵抗値をもって接触するように第1本体部32B及び第2本体部33Bに断面山型の突起部32d,33dを形成する例について説明したが、突起部を第1本体部32B及び第2本体部33Bと対向するスペーサ部材34の平面に形成してもよい。突起部32d,33dは、接合する面の板厚比が3倍以上ある場合に必要としている。したがって、接合する面の板厚比が3倍未満であれば、突起部32d,33dを形成しなくてもよい。   In the gas cell 11g of the fourth form, the first main body 32B and the second main body 33B have protrusions 32d and 33d having a mountain-shaped cross section so as to contact with a predetermined resistance value so that the resistance value of the joint surface is increased. Although the example which forms this was demonstrated, you may form a projection part in the plane of the spacer member 34 facing the 1st main-body part 32B and the 2nd main-body part 33B. The protrusions 32d and 33d are necessary when the thickness ratio of the surfaces to be joined is three times or more. Therefore, if the thickness ratio of the surfaces to be joined is less than three times, the protrusions 32d and 33d need not be formed.

また、第4形態のガスセル11gでは、第1本体部32B及び第2本体部33Bの窓部32e,33eの外側にフランジ32g,33gを設ける構成としたが、このフランジ32g,33gは窓部32e,33eと重ならない位置で、且つ、スペーサ部材34の貫通穴34bに位置決めされる位置に設ければ良い。また、フランジ32g,33gがない構成でもよい。   Further, in the gas cell 11g of the fourth embodiment, the flanges 32g and 33g are provided outside the window portions 32e and 33e of the first main body portion 32B and the second main body portion 33B, but the flanges 32g and 33g are provided with the window portion 32e. , 33e may be provided at a position that does not overlap with 33e and that is positioned in the through hole 34b of the spacer member 34. Moreover, the structure without the flanges 32g and 33g may be sufficient.

次に、ガスセル11gの第5形態について説明する。図14に示すように、第5形態のガスセル11gは、第1形態の第1本体部32Aと第2本体部33Aを用い、第1本体部32Aと第2本体部33Aとの間にスペーサ部材34が介在した構成である。すなわち、第1本体32Aと第2本体部33Aの開口部32a,33aを対向させて、その間に円筒形に形成されたスペーサ部材34を介在している。このスペーサ部材34の中心部分には、所定径の貫通穴34bが形成されている。この貫通穴34bの径は、第1本体部32A及び第2本体部33Aの窓部32e,33eの径と少なくとも同一径かそれよりも大きい径を有している。また、スペーサ部材34の第1本体部32A及び第2本体部33Aと対向する両面には、貫通穴34bの周縁部に沿ってフランジ34aが設けられている。また、第1本体部32A及び第2本体部33Aの鍔部32c,33cには、突起部32d,33dが対向して形成されている。   Next, a fifth embodiment of the gas cell 11g will be described. As shown in FIG. 14, the gas cell 11g of the fifth form uses the first main body part 32A and the second main body part 33A of the first form, and a spacer member between the first main body part 32A and the second main body part 33A. 34 is interposed. That is, the openings 32a and 33a of the first main body 32A and the second main body portion 33A are opposed to each other, and the spacer member 34 formed in a cylindrical shape is interposed therebetween. A through hole 34 b having a predetermined diameter is formed in the central portion of the spacer member 34. The diameter of the through hole 34b is at least the same as or larger than the diameters of the windows 32e and 33e of the first main body 32A and the second main body 33A. Further, flanges 34a are provided on both surfaces of the spacer member 34 facing the first main body portion 32A and the second main body portion 33A along the peripheral edge portion of the through hole 34b. In addition, protrusions 32d and 33d are formed to face the flange portions 32c and 33c of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A.

そして、上記第5形態のガスセル11gを製造する場合には、第1本体部32Aと第2本体部33Aの開口部32a,33aを向き合わせて間にスペーサ部材34を介在させて後述するガスセル製造治具42にセットし、第1本体部32Aと第2本体部33Aの開口部32a,33a及びスペーサ部材34の貫通穴34b内に対象ガス(ガス濃度検出を行うガスと同種のガスやガス濃度検出を行うガスと反応しない充填ガス)を封入した後、第1本体部32A及び第2本体部33Aの鍔部32c,33cの突起部32d,33dとスペーサ部材34の平坦面との間を抵抗溶接してガスを気密封止する。   And when manufacturing the gas cell 11g of the said 5th form, the gas cell manufacture mentioned later is made by facing the opening parts 32a and 33a of the 1st main-body part 32A and the 2nd main-body part 33A, and interposing the spacer member 34 between them. The target gas (the same type of gas or gas concentration as the gas for detecting the gas concentration) is set in the jig 42 and is inserted into the openings 32a and 33a of the first body portion 32A and the second body portion 33A and the through hole 34b of the spacer member 34. (Filling gas that does not react with the gas to be detected) is sealed, and resistance is generated between the protrusions 32d and 33d of the flange portions 32c and 33c of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A and the flat surface of the spacer member 34. Weld and gas tightly seal.

なお、第5形態のガスセル11gでは、接合面の抵抗値が高くなるように所定の抵抗値をもって接触するように第1本体部32A及び第2本体部33Aに断面山型の突起部32d,33dを形成する例について説明したが、突起部を第1本体部32A及び第2本体部33Aと対向するスペーサ部材34の平面に形成してもよい。突起部32d,33dは、接合する面の板厚比が3倍以上ある場合に必要としている。したがって、接合する面の板厚比が3倍未満であれば、突起部32d,33dを形成しなくてもよい。   In the gas cell 11g of the fifth embodiment, the first main body 32A and the second main body 33A have protrusions 32d and 33d having a mountain-shaped cross section so as to contact with a predetermined resistance value so that the resistance value of the joint surface is increased. However, the protrusions may be formed on the plane of the spacer member 34 facing the first main body 32A and the second main body 33A. The protrusions 32d and 33d are necessary when the thickness ratio of the surfaces to be joined is three times or more. Therefore, if the thickness ratio of the surfaces to be joined is less than three times, the protrusions 32d and 33d need not be formed.

また、第5形態のガスセル11gでは、スペーサ部材34の貫通穴34bの周縁部に沿ってにフランジ34aを設ける構成としたが、このフランジ34aは窓部32e,33eと重ならない位置で、且つ、スペーサ部材34の貫通穴34bに位置決めされる位置に設ければ良い。また、フランジ34aがない構成でもよい。   Further, in the gas cell 11g of the fifth embodiment, the flange 34a is provided along the peripheral edge portion of the through hole 34b of the spacer member 34. However, the flange 34a does not overlap with the window portions 32e and 33e, and What is necessary is just to provide in the position positioned in the through-hole 34b of the spacer member 34. FIG. Moreover, the structure without the flange 34a may be sufficient.

ところで、上述した各形態のガスセル11gは、第1本体部32A,32B、第2本体部33A,33B及びスペーサ部材34の形状を円形に限らず使用する環境や用途に応じて多角形等様々な形状を成して形成してもよい。また、突起部32d,33dの形状は、接合面との接触時に極力抵抗が高くなり、且つ、接する際に均等に接合することができるような形状であればよい。   By the way, the gas cell 11g of each form mentioned above is not limited to the shape of the first main body portions 32A and 32B, the second main body portions 33A and 33B and the spacer member 34. You may form and form. Further, the shape of the protrusions 32d and 33d may be any shape that can increase the resistance as much as possible when contacting the joint surface and can be evenly joined when contacting.

以上のように構成される各形態のガスセル11gは、以下に説明する製造工程の手順に従って製造する。ここでは、第1形態のガスセル11gを製造する場合を例に挙げて説明する。まず、製造する際に用いるガスセル製造装置について図15及び図16を参照しながら具体的に説明する。   Each form of the gas cell 11g configured as described above is manufactured according to the procedure of the manufacturing process described below. Here, the case where the gas cell 11g of the first form is manufactured will be described as an example. First, a gas cell manufacturing apparatus used for manufacturing will be specifically described with reference to FIGS. 15 and 16.

図15に示すように、ガスセル製造装置41は、ガスセル11gを構成する第1本体部32Aと第2本体部33Aの開口部32a,33a内にガスを封入し気密封止するガスセル製造治具42と、ガスセル製造治具42に駆動電源を供給する電源部43と、ガスセル11gに封入するガスが収められているガスボンベ44と、ガスセル製造時にガスセル封入容器51内を真空状態にする真空ポンプ45と、ガスや空気の流量を調節する複数のバルブ46a,46b,46c,46dと、各バルブ46a,46b,46c,46dの開閉を制御する制御部47と、封入するガスや真空状態の圧力値を測定する圧力計48で構成されている。   As shown in FIG. 15, the gas cell manufacturing apparatus 41 includes a gas cell manufacturing jig 42 that encloses gas in the openings 32a and 33a of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A constituting the gas cell 11g and hermetically seals them. A power supply unit 43 that supplies driving power to the gas cell manufacturing jig 42, a gas cylinder 44 that contains a gas to be sealed in the gas cell 11g, and a vacuum pump 45 that evacuates the gas cell enclosure 51 during gas cell manufacturing. , A plurality of valves 46a, 46b, 46c, 46d for adjusting the flow rate of gas and air, a control unit 47 for controlling the opening and closing of each valve 46a, 46b, 46c, 46d, and the pressure value of the gas to be sealed and the vacuum state It consists of a pressure gauge 48 to measure.

図16(a)に示すように、ガスセル製造治具42は、スペーサ部材34を介して第1本体部32Aと第2本体部33Aとの間を接合するための一対の第1電極49及び第2電極50と、第1電極49及び第2電極50が着脱可能に収容されるガスセル封入容器51と、第1電極49及び第2電極50に設けられてガスセル封入容器51内を気密封止するシール部材53とで構成されている。   As shown in FIG. 16A, the gas cell manufacturing jig 42 includes a pair of first electrodes 49 and a first electrode 49 for joining the first main body portion 32A and the second main body portion 33A via the spacer member 34. The gas electrode enclosure 51 in which the two electrodes 50, the first electrode 49 and the second electrode 50 are detachably accommodated, and the first electrode 49 and the second electrode 50 are hermetically sealed. It is comprised with the sealing member 53. FIG.

一対の第1電極49及び第2電極50は、所定径を有する円柱状をなし、先端が略円錐形に形成されている。第1電極49及び第2電極50の先端部はガスセル接合部52を形成している。ガスセル接合部52は、製造するガスセル11gの第1本体部32Aと第2本体部33Aの形状に合った凹部54a,54bからなる。そして、ガス封入後、一対の第1電極49及び第2電極50に電源部53から駆動電源を印加し、第1本体部32Aと第2本体部33Aの間にスペーサ部材34を介在させた状態で抵抗溶接する。   The pair of first electrode 49 and second electrode 50 has a cylindrical shape having a predetermined diameter, and the tip is formed in a substantially conical shape. The tip portions of the first electrode 49 and the second electrode 50 form a gas cell junction 52. The gas cell joint portion 52 includes concave portions 54a and 54b that match the shapes of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A of the gas cell 11g to be manufactured. And after gas filling, the drive power supply is applied to the pair of first electrode 49 and second electrode 50 from the power supply unit 53, and the spacer member 34 is interposed between the first main body 32A and the second main body 33A. Resistance welding with.

ガスセル封入容器51は、絶縁部材からなり、各電極49,50の外径よりも若干大きな内径の円筒状に形成されている。また、ガスセル封入容器51の中心部分には、内部をを真空状態にする時や内部にガスを供給する時に用いるバルブ46a付きの配管55が取り付けられる。バルブ46aは、配管55を通じてガスセル封入容器51内に封入するガスの流量の調整や真空状態を保つ際に制御部47により開閉制御される。   The gas cell enclosure 51 is made of an insulating member and is formed in a cylindrical shape having an inner diameter that is slightly larger than the outer diameter of each electrode 49, 50. In addition, a pipe 55 with a valve 46a is attached to the central portion of the gas cell enclosure 51 for use when the interior is evacuated or when gas is supplied to the interior. The valve 46 a is controlled to be opened and closed by the control unit 47 when adjusting the flow rate of the gas sealed in the gas cell sealing container 51 through the pipe 55 and maintaining a vacuum state.

シール部材53は、ガスセル11g内にガスを封入してガスセル11gを気密封止する際、ガスセル封入容器51内を密閉するために設けられている。シール部材53は、例えばOリングで構成され、各電極49,50にそれぞれ2個、合計4個取り付けられている。これにより、各電極49,50同士の平行度を保つことができる。そして、第1電極49と第2電極50は、平行を保ってガスセル封入容器51内を移動でき、第1電極49と第2電極50の凹部54a,54bが確実に接触するように第1電極49及び第2電極50がガスセル封入容器51内でガイドされる。なお、ガスセル封入容器51は、ガスセル製造装置41から分離できる構造である。   The sealing member 53 is provided to seal the inside of the gas cell enclosure 51 when the gas is sealed in the gas cell 11g to hermetically seal the gas cell 11g. The seal member 53 is formed of, for example, an O-ring, and is attached to each of the electrodes 49 and 50, for a total of four. Thereby, the parallelism between the electrodes 49 and 50 can be maintained. The first electrode 49 and the second electrode 50 can move in the gas cell enclosure 51 while keeping parallel, and the first electrode 49 and the concave portions 54a and 54b of the second electrode 50 are surely in contact with each other. 49 and the second electrode 50 are guided in the gas cell enclosure 51. The gas cell enclosure 51 has a structure that can be separated from the gas cell manufacturing apparatus 41.

圧力計48は、真空ポンプ45の性能によるが、例えば1×103 〜1×105 Paの範囲内で測定が可能である。ガスボンベ44は、減圧器付きであり、例えば希釈ガスがへリウムの場合には、ガスリーク検査にヘリウムリークディテクタが使用可能である。真空ポンプ45は、可能な限りオイルフリーであることが望ましい。 Although the pressure gauge 48 depends on the performance of the vacuum pump 45, for example, measurement can be performed within a range of 1 × 10 3 to 1 × 10 5 Pa. The gas cylinder 44 is equipped with a decompressor. For example, when the dilution gas is helium, a helium leak detector can be used for the gas leak inspection. The vacuum pump 45 is desirably oil-free as much as possible.

そして、ガスセル11gを製造する時は、まず各電極49,50をアルコール等を用いて汚れ等を拭き取る。特に、第1本体部32Aと第2本体部33Aの鍔部32c,33cがスペーサ部材34と接触する部分(接合面)を重点的に拭き取るのが好ましい。そして、図16(b)のガスセル接合部52の拡大図に示すように、凹部54aが上を向くように第1電極49をガスセル封入容器51内に配置する。次に、配置した第1電極49 の凹部54aに第1本体部32Aをセットする。続いて、スペーサ部材34を第1本体部32Aの上にセットする。次に、第2電極50を凹部54bにセットし、この凹部54bが下(スペーサ部材34側)に向くようにして第2電極50をガスセル封入容器51内にセットする。このように、ガスセル封入容器51内で電極49,50の凹部54a,54bにガスセル11gを構成する各部品、すなわち、第1本体部32A、スペーサ部材34、第2本体部33Aをセットした状態で、ガスセル製造装置41にてガスの封入等の作業を行なう。   And when manufacturing the gas cell 11g, first, each electrode 49 and 50 is wiped off dirt etc. using alcohol etc. In particular, it is preferable that the portions (joint surfaces) where the flange portions 32c and 33c of the first main body portion 32A and the second main body portion 33A are in contact with the spacer member 34 are intensively wiped off. Then, as shown in the enlarged view of the gas cell joint portion 52 in FIG. 16B, the first electrode 49 is disposed in the gas cell enclosure 51 so that the concave portion 54a faces upward. Next, the first main body portion 32A is set in the concave portion 54a of the arranged first electrode 49. Subsequently, the spacer member 34 is set on the first main body portion 32A. Next, the second electrode 50 is set in the recess 54b, and the second electrode 50 is set in the gas cell enclosure 51 so that the recess 54b faces downward (on the spacer member 34 side). As described above, in the gas cell enclosure 51, the components constituting the gas cell 11g, that is, the first main body 32A, the spacer member 34, and the second main body 33A are set in the recesses 54a and 54b of the electrodes 49 and 50. The gas cell manufacturing apparatus 41 performs operations such as gas sealing.

次に、上記各形態のガスセル11gの製造方法として、第1形態のガスセル11gを例に図17に示すフローチャート図を参照しながら説明する。   Next, as a manufacturing method of the gas cell 11g of each form described above, the gas cell 11g of the first form will be described as an example with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、ガスセル11gを製造に際して、ガスセル封入容器51に第1本体部32Aと第2本体部33Aとこれら本体部32A,33A間に介在するスペーサ部材34をセットする。そして、ガスセル封入容器51をガスセル製造装置41に接続する(ST1)。次に、ガスボンベ44の元栓を閉じた状態で全てのバルブを開く(ST2)。全てのバルブを開いた状態で真空ポンプ45の電源スイッチをONにする(ST3)。   First, when manufacturing the gas cell 11g, the first main body portion 32A, the second main body portion 33A, and the spacer member 34 interposed between the main body portions 32A and 33A are set in the gas cell enclosure 51. And the gas cell enclosure 51 is connected to the gas cell manufacturing apparatus 41 (ST1). Next, all valves are opened with the main plug of the gas cylinder 44 closed (ST2). With all the valves open, the power switch of the vacuum pump 45 is turned on (ST3).

真空ポンプ45の電源をONにすると、ガス封入容器51内の空気が引かれて真空状態になる。この状態を測定するのに圧力計48を用いてガスセル封入容器51内の内部圧力が安定しているかを確認する(ST4)。ガスセル封入容器51内が真空状態となり、ガスセル封入容器51内の内部圧力が安定したのが確認できたら(ST4−Yes)、バルブ46b,バルブ46c,バルブ46dを閉じる(ST5)。これに対し、ガス封入容器51内が真空状態にならない場合や真空状態が不安定な場合(ST4−No)は、ガスセル封入容器51自体に何らかの異常が生じているか、各電極49,50に取り付けたシール部材53が正常に機能していない等の問題があるため、再度ガスセル封入容器51やシール部材53の点検等を行った後、ガスセル製造装置41に再接続してST1に戻る。   When the power source of the vacuum pump 45 is turned on, the air in the gas enclosure 51 is drawn and a vacuum state is established. In order to measure this state, the pressure gauge 48 is used to confirm whether the internal pressure in the gas cell enclosure 51 is stable (ST4). When it is confirmed that the gas cell enclosure 51 is in a vacuum state and the internal pressure in the gas cell enclosure 51 is stabilized (ST4-Yes), the valves 46b, 46c, and 46d are closed (ST5). On the other hand, when the inside of the gas enclosure 51 is not in a vacuum state or when the vacuum state is unstable (ST4-No), some abnormality has occurred in the gas cell enclosure 51 itself or attached to the electrodes 49, 50. Since the sealing member 53 is not functioning properly, the gas cell enclosure 51 and the sealing member 53 are inspected again, and then reconnected to the gas cell manufacturing apparatus 41 to return to ST1.

ST5にてバルブ46b,46c,46dを閉めた後、再び圧力計48の圧力値が安定しているかを確認する(ST6)。この時、圧力計の数値変化が数秒間に数10Pa程度が安定している基準となるが、安定している場合(ST6−Yes)は、バルブ46bとバルブ46dを開き再度真空引きを行なう(ST7)。これに対し、ST6の確認時に圧力計48が安定していない場合(ST6−No)は、ガスセル封入容器51自体に何らかの異常が生じているか、各電極49,50に取り付けたシール部材53が正常に機能していない等の問題があるため、ST1に戻り再度ガスセル封入容器51やシール部材53の点検等を行った後、ガスセル製造装置41に再接続してST1に戻る。真空引きを行なった後、バルブ46dを閉じ、バルブ46cとガスボンベ44の元栓を開閉して圧力計48の値が指定の圧力になるように調節する(ST8)。   After the valves 46b, 46c, 46d are closed in ST5, it is confirmed again whether the pressure value of the pressure gauge 48 is stable (ST6). At this time, the numerical value change of the pressure gauge becomes a standard for which about several tens of Pa is stable for several seconds, but when stable (ST6-Yes), the valve 46b and the valve 46d are opened and evacuation is again performed ( ST7). On the other hand, if the pressure gauge 48 is not stable at the time of confirmation of ST6 (ST6-No), there is some abnormality in the gas cell enclosure 51 itself, or the seal member 53 attached to each electrode 49, 50 is normal. Therefore, after returning to ST1, the gas cell enclosure 51 and the seal member 53 are inspected again, and then reconnected to the gas cell manufacturing apparatus 41 and returned to ST1. After evacuation, the valve 46d is closed, the valve 46c and the main plug of the gas cylinder 44 are opened and closed, and the value of the pressure gauge 48 is adjusted to a specified pressure (ST8).

指定した圧力に調節できたかを確認し(ST9)、圧力調整が終了したら(ST9ーYes)、ガスセル封入容器51をガスセル製造装置41から切り離す(ST10)。これに対し、圧力調整ができない場合(ST9−No)は、ST7に戻り再度真空引きを行なう。ガスセル製造装置41から切り離したガスセル封入容器51を不図示の抵抗溶接機にセットして抵抗溶接を行ない(ST11)、ガスセルを製造する。   It is confirmed whether or not the pressure has been adjusted to the specified pressure (ST9), and when the pressure adjustment is completed (ST9-Yes), the gas cell enclosure 51 is separated from the gas cell manufacturing apparatus 41 (ST10). On the other hand, when the pressure cannot be adjusted (ST9-No), the process returns to ST7 and evacuation is performed again. The gas cell enclosure 51 separated from the gas cell manufacturing apparatus 41 is set in a resistance welding machine (not shown) and resistance welding is performed (ST11) to manufacture the gas cell.

次に、ガスセル11gが正常に機能するかを検査する工程について、図18に示すフローチャート図を参照しながら説明する。   Next, the process of inspecting whether the gas cell 11g functions normally will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

図17に示す製造工程を経てガスセル11gが製造されると、ガスセル11g内のガスに吸収される波長を出射する光を透過させ、光の吸収波形を確認してガスの有無を検査する(ST21)。ガスの吸収波形があるか否かを判別し(ST22)、ガスがあると判別した場合(ST22−Yes)は、真空引きできる容器内にガスセルをセットして、真空引きして24時間保管する(ST24)。これに対し、ガスの吸収波形がない場合(ST22−No)は、不良品として処理される(ST23)。   When the gas cell 11g is manufactured through the manufacturing process shown in FIG. 17, light that emits a wavelength absorbed by the gas in the gas cell 11g is transmitted, and the presence or absence of gas is checked by checking the absorption waveform of the light (ST21). ). It is determined whether or not there is a gas absorption waveform (ST22). If it is determined that there is gas (ST22-Yes), a gas cell is set in a container that can be evacuated, evacuated, and stored for 24 hours. (ST24). On the other hand, when there is no gas absorption waveform (ST22-No), it is treated as a defective product (ST23).

ST24の工程後、希釈ガスがヘリウムの場合、ガスの漏れを検査するためヘリウムリークディテクタでリークテストを行なう(ST25)。リークテストの結果、リークがないと判別された場合(ST26−No)は、ガスセル11g内のガスに吸収される波長を出射光を透過させ、光の吸収波形を確認してガスの有無を検査する(ST28)。これに対し、リークがあると判別された場合(ST26ーYes)は、不良品として処理される(ST27)。ST28の検査において、ガスセル内のガスに吸収される光の吸収波形がある場合(ST29−Yes)は、ガスセルが正常に機能すると判断され、検査終了となる。これに対し、ガスの吸収波形がない場合(ST29−No)は、不良品として処理される(ST30)。   After the step ST24, when the dilution gas is helium, a leak test is performed with a helium leak detector to inspect the gas leak (ST25). If it is determined that there is no leak as a result of the leak test (ST26-No), the emission light is transmitted through the wavelength absorbed by the gas in the gas cell 11g, and the presence or absence of gas is checked by checking the absorption waveform of the light. (ST28). On the other hand, if it is determined that there is a leak (ST26-Yes), it is processed as a defective product (ST27). If there is an absorption waveform of light absorbed by the gas in the gas cell in the inspection of ST28 (ST29-Yes), it is determined that the gas cell functions normally, and the inspection ends. On the other hand, when there is no gas absorption waveform (ST29-No), it is treated as a defective product (ST30).

なお、上述したST24の工程については省略してもよく、ST22の工程後ST25の工程に移行してもよい。   In addition, about the process of ST24 mentioned above, you may abbreviate | omit and may transfer to the process of ST25 after the process of ST22.

以上のようにして製造されるガスセル11gは、半導体レーザモジュール11のバタフライ型ケース本体11aに他の構成部品とともに収容され気密封止される。そして、この半導体レーザモジュール11が半導体ユニット4に組み込まれる。   The gas cell 11g manufactured as described above is housed in the butterfly-type case body 11a of the semiconductor laser module 11 together with other components and hermetically sealed. The semiconductor laser module 11 is incorporated into the semiconductor unit 4.

このように、本例では、金属製容器(第1本体部32、第2本体部33)を用いてガスセル11gを製造している。これにより、溶接時に生じるガスの発生や熱による容器内部のガス濃度の変動がなく、信頼性の高いガスセルを小型に製造できる。また、機械的加工により製造された容器でガスセルを製造しているので、寸法精度が高く実装密度を向上させることができる。   Thus, in this example, the gas cell 11g is manufactured using a metal container (the 1st main-body part 32, the 2nd main-body part 33). Thereby, there is no fluctuation | variation of the gas concentration inside a container by generation | occurrence | production of the gas which arises at the time of welding, or a heat | fever, and a highly reliable gas cell can be manufactured small. In addition, since the gas cell is manufactured using a container manufactured by mechanical processing, the dimensional accuracy is high and the mounting density can be improved.

また、濃度検出を行なうガスと反応しない充填ガスとして、例えば希釈したヘリウムを選択することにより、溶接後のガスセルの気密試験をヘリウムリークディテクタで容易に行うことができ、気密度の上で信頼性の高いガスセルを製造することができる。   In addition, by selecting, for example, diluted helium as a filling gas that does not react with the gas whose concentration is to be detected, the gas cell after welding can be easily subjected to a gas tightness test with a helium leak detector, and the reliability in terms of air density is also improved. Gas cell with high height can be manufactured.

そして、上記のように製造されるガスセル11gを具備した半導体レーザモジュール11は、バタフライ型ケース本体11aに対してガスセル11gを他の部品と一緒に収容して気密封止されるので、外気圧や外気温等の周囲の影響を防ぐことができる。   The semiconductor laser module 11 having the gas cell 11g manufactured as described above is hermetically sealed by accommodating the gas cell 11g together with other components in the butterfly-type case body 11a. Ambient influences such as outside temperature can be prevented.

さらに、ガスセル11gを半導体レーザモジュール11のバタフライ型ケース本体11aに収容したことで、半導体レーザ11cからの後方出射光を集光するレンズがなくても十分な光量を受光器11hで受光することができる。しかも、レンズの実装をしなくても済むので、半導体レーザ11hからのレーザ光の出射に伴う戻り光による影響が少なくなり、半導体レーザ11cと受光器11hの間の光路上に光アイソレータを実装しなくても実用上差し支えない。さらに、ガスセル11gを含め各部品を小型のバタフライ型ケース本体11aに収容して半導体レーザモジュール11を構成したので、熱容量が小さくなり、半導体レーザモジュール11を温度が低い状態から駆動開始した場合でも、短時間で動作温度を安定化することができ、より動作性に優れたガス濃度検出装置を提供することができる。   Furthermore, since the gas cell 11g is accommodated in the butterfly case body 11a of the semiconductor laser module 11, a sufficient amount of light can be received by the light receiver 11h without a lens for condensing the backward emission light from the semiconductor laser 11c. it can. In addition, since it is not necessary to mount a lens, the influence of return light due to the emission of laser light from the semiconductor laser 11h is reduced, and an optical isolator is mounted on the optical path between the semiconductor laser 11c and the light receiver 11h. Even if it is not, there is no problem in practical use. Furthermore, since each component including the gas cell 11g is accommodated in the small butterfly-type case body 11a to configure the semiconductor laser module 11, the heat capacity is reduced, and even when the semiconductor laser module 11 is started to be driven from a low temperature, An operating temperature can be stabilized in a short time, and a gas concentration detection device with better operability can be provided.

ところで、ガスセルに封入する希釈ガスの例としてヘリウムガスを挙げたが、これに限らず、ガス濃度測定装置にて検出したいガスに応じて、例えばメタンなどの炭化水素や二酸化酸素などガスセルに封入するガスを検出対象のガスに合わせて自由に選択して用いることが可能である。   By the way, helium gas is given as an example of the dilution gas to be sealed in the gas cell. However, the present invention is not limited to this, but according to the gas to be detected by the gas concentration measuring device, for example, it is sealed in a gas cell such as hydrocarbon such as methane or oxygen dioxide The gas can be freely selected and used according to the gas to be detected.

そして、小型軽量の半導体レーザモジュール11を含む半導体レーザユニット4を組み込んだガス濃度測定装置1によってガス濃度を測定する場合には、本体5の把持部6を持ち、窓部8を測定雰囲気に向けて開始ボタン6aを押す。これにより、電源が投入され、半導体レーザモジュール11内の半導体レーザ11cからレーザ光が測定光として出射される。この測定光は、反射ミラー21によりダイクロイックミラー22側に反射され、ダイクロイックミラー22においてレーザポインタ12からのガイド光と合波されて本体5の窓部8から測定雰囲気に向けて出射される。そして、測定光の出射に伴って測定対象ガスの測定雰囲気を通り反射してくる光は、本体5の集光レンズ7により集光され、本体5内の受光器9に受光検出される。受光器9が受光検出した電気信号は、測定光増幅部3aにより所定の増幅度で増幅された後、受光信号検出部3bに入力される。測定光増幅部3aでは、1f信号と2f信号が測定対象ガス濃度範囲内で同等の検出レベルになるように入力される信号を増幅する。受光信号検出部3bでは、入力される信号から1f,2fを検波して演算部3cに入力する。演算部3cは、受光信号検出部3bから入力される1f,2fの比(2f/1f)に基づいて測定対象ガスのガス濃度を演算する。   When the gas concentration is measured by the gas concentration measuring device 1 incorporating the semiconductor laser unit 4 including the small and light semiconductor laser module 11, the holding portion 6 of the main body 5 is held and the window portion 8 is directed to the measurement atmosphere. And press the start button 6a. As a result, the power is turned on, and laser light is emitted as measurement light from the semiconductor laser 11 c in the semiconductor laser module 11. The measurement light is reflected by the reflection mirror 21 toward the dichroic mirror 22, and is combined with the guide light from the laser pointer 12 by the dichroic mirror 22 and emitted from the window 8 of the main body 5 toward the measurement atmosphere. Then, the light reflected through the measurement atmosphere of the measurement target gas as the measurement light is emitted is collected by the condenser lens 7 of the main body 5 and received and detected by the light receiver 9 in the main body 5. The electrical signal detected and received by the light receiver 9 is amplified with a predetermined amplification degree by the measurement light amplifier 3a and then input to the received light signal detector 3b. The measurement light amplifier 3a amplifies the input signal so that the 1f signal and the 2f signal have the same detection level within the measurement target gas concentration range. The received light signal detection unit 3b detects 1f and 2f from the input signal and inputs the detected signals to the calculation unit 3c. The calculation unit 3c calculates the gas concentration of the measurement target gas based on the ratio (2f / 1f) of 1f and 2f input from the received light signal detection unit 3b.

このように、本例では、測定対象ガスの濃度を測定するための測定光と、測定光の出射位置を確認するためのガイド光とが略同軸上で出射される構成なので、測定光の出射位置をガイド光によって正確に確認でき、測定箇所に対して容易に光学部を向けて測定光を出射でき、微細な測定箇所のガス濃度の測定も正確に行うことができる。   As described above, in this example, the measurement light for measuring the concentration of the measurement target gas and the guide light for confirming the emission position of the measurement light are emitted substantially on the same axis. The position can be accurately confirmed by the guide light, the optical portion can be easily directed toward the measurement location, and the measurement light can be emitted, and the gas concentration at the fine measurement location can be accurately measured.

また、例えば図6や図7に示す構成を採用し、光軸調整機構部17を備えた構成とすれば、反射ミラー21で反射される測定光の出射方向を微調整することができる。   Further, for example, if the configuration shown in FIGS. 6 and 7 is adopted and the optical axis adjustment mechanism unit 17 is provided, the emission direction of the measurement light reflected by the reflection mirror 21 can be finely adjusted.

さらに、異なる波長の測定光を出射する半導体レーザモジュール11を複数用意し、例えば図8や図9に示す構成を採用すれば、装置を大型化させることなく、複数種類のガス濃度の測定を一度に行うことができる。   Furthermore, if a plurality of semiconductor laser modules 11 that emit measurement light having different wavelengths are prepared and the configuration shown in FIGS. 8 and 9 is adopted, for example, a plurality of types of gas concentrations can be measured once without increasing the size of the apparatus. Can be done.

超小型のガスセル11gを含めて各部品を半導体レーザモジュール11のバタフライ型ケース本体11aに収容して封止した構成により、半導体レーザユニット4に組み込まれる半導体レーザモジュール11の小型化を図ることができる。   The semiconductor laser module 11 incorporated in the semiconductor laser unit 4 can be miniaturized by a configuration in which each component including the ultra-small gas cell 11g is accommodated in the butterfly case body 11a of the semiconductor laser module 11 and sealed. .

そして、小型化が図れた半導体レーザユニット4を本体5に組み込み、半導体レーザ11cからの測定光を窓部8に導く際に光ファイバを用いない構成なので、損失を生じることなく測定光を測定雰囲気に向けて出射することができ、安定した正確な測定を行うことができる。しかも、小型化された半導体レーザモジュール11を本体5の外周壁に配置し、半導体レーザ11cからの測定光を反射ミラー21で反射させ、ダイクロイックミラー22によりガイド光とともに本体5の窓部8に導く構成なので、測定反射光を集光レンズ7で集光する際に邪魔になるものが少なく、測定雰囲気からの測定反射光を十分な受光量をもって受光でき、測定精度の低下を防ぐことができる。   Since the semiconductor laser unit 4 that has been reduced in size is incorporated in the main body 5 and no optical fiber is used when the measurement light from the semiconductor laser 11c is guided to the window portion 8, the measurement light can be measured without causing any loss. It is possible to emit light toward the center and to perform stable and accurate measurement. In addition, the miniaturized semiconductor laser module 11 is arranged on the outer peripheral wall of the main body 5, the measurement light from the semiconductor laser 11 c is reflected by the reflection mirror 21, and guided to the window portion 8 of the main body 5 together with the guide light by the dichroic mirror 22. Since it is a structure, there are few things which become obstructive when condensing measurement reflected light with the condensing lens 7, it can light-receive the measurement reflected light from measurement atmosphere with sufficient light reception amount, and can prevent the fall of measurement accuracy.

図2に示すように、本体5の開口5a奥部に半導体レーザユニット11の半導体レーザ11gの温度安定化を図るための回路や反射測定光の信号処理を行うための計測部3を構成する回路を集約して配置することができる。   As shown in FIG. 2, a circuit configuring a circuit for stabilizing the temperature of the semiconductor laser 11 g of the semiconductor laser unit 11 and a measuring unit 3 for performing signal processing of reflected measurement light at the back of the opening 5 a of the main body 5. Can be arranged together.

そして、従来、ガスセルを超小型に製造することが困難であったため、半導体レーザモジュールの外側にガスセルや受光器を配置していたが、本例のガス濃度測定装置1では、ガスセル11gを収容した半導体レーザモジュール11が組み込まれた半導体レーザユニット4を採用している。すなわち、本例で採用される半導体レーザモジュール11は、超小型のガスセル11gをバタフライ型ケース本体31aに収容した構成であり、これにより半導体レーザモジュール11の小型化を図ることができる。しかも、ガスセル11gがバタフライ型ケース本体11aの内部に実装されるので、半導体レーザ11cの後方出射光を集光するレンズがなくても十分な光量を受光器11hで受光することができる。加えて、集光レンズを実装しないで済むので、戻り光による影響が少なくなり、アイソレータを実装しなくても実用上差し支えないようになった。   Conventionally, since it was difficult to manufacture the gas cell in an ultra-small size, the gas cell and the light receiver were arranged outside the semiconductor laser module. However, in the gas concentration measuring apparatus 1 of this example, the gas cell 11g was accommodated. The semiconductor laser unit 4 in which the semiconductor laser module 11 is incorporated is employed. That is, the semiconductor laser module 11 employed in the present example has a configuration in which the ultra-small gas cell 11g is accommodated in the butterfly type case body 31a, whereby the semiconductor laser module 11 can be reduced in size. In addition, since the gas cell 11g is mounted inside the butterfly-type case body 11a, a sufficient amount of light can be received by the light receiver 11h even without a lens for condensing the emitted light from the semiconductor laser 11c. In addition, since it is not necessary to mount a condensing lens, the influence of return light is reduced, and even if an isolator is not mounted, there is no problem in practical use.

ところで、上述した形態では、計測部3を光学部2の本体5の開口5a奥部に一体に組み込む構成としているが、この計測部3と従来から周知の図21に示す計測部101との間をケーブルにより配線して接続し、計測部3による計測結果を図21に示す表示機能を備えた計測部101に伝送する構成とすれば、詳細な計測結果を目視により確認することができる。   By the way, in the form mentioned above, it is set as the structure which integrates the measurement part 3 in the opening 5a back part of the main body 5 of the optical part 2, but between this measurement part 3 and the measurement part 101 shown in FIG. 21 conventionally well-known. Are wired and connected, and the measurement result by the measurement unit 3 is transmitted to the measurement unit 101 having the display function shown in FIG. 21, the detailed measurement result can be visually confirmed.

本発明に係る半導体レーザユニットを含むガス濃度測定装置の正面図である。It is a front view of the gas concentration measuring apparatus containing the semiconductor laser unit which concerns on this invention. 図1のガス濃度測定装置の側面図である。It is a side view of the gas concentration measuring apparatus of FIG. 本発明に係るガス濃度測定装置に採用される半導体レーザユニットの一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of the semiconductor laser unit employ | adopted as the gas concentration measuring apparatus which concerns on this invention. 図3の半導体レーザユニットの側面図である。FIG. 4 is a side view of the semiconductor laser unit of FIG. 3. 本発明に係る半導体レーザユニットの一部を構成する半導体レーザモジュールの平断面図である。It is a plane sectional view of a semiconductor laser module which constitutes a part of a semiconductor laser unit concerning the present invention. 本発明に係る半導体レーザユニットの光軸調整機構の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the optical axis adjustment mechanism of the semiconductor laser unit which concerns on this invention. 図6の光軸調整機構の側面図である。It is a side view of the optical axis adjustment mechanism of FIG. 本発明に係るガス濃度測定装置に採用される半導体レーザユニットの他の構成例を示す側面図である。It is a side view which shows the other structural example of the semiconductor laser unit employ | adopted as the gas concentration measuring apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るガス濃度測定装置に採用される半導体レーザユニットの他の構成例を示す側面図である。It is a side view which shows the other structural example of the semiconductor laser unit employ | adopted as the gas concentration measuring apparatus which concerns on this invention. ガスセルの第1形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st form of a gas cell. ガスセルの第2形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd form of a gas cell. ガスセルの第3形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd form of a gas cell. ガスセルの第4形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th form of a gas cell. ガスセルの第5形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 5th form of a gas cell. ガスセル製造装置の概略構成を示す概略図である。It is the schematic which shows schematic structure of a gas cell manufacturing apparatus. (a)ガスセル封入容器の断面図である。 (b)ガスセル接合部にガスセル構成する本体部をセットした状態を示す部分断面図である。(A) It is sectional drawing of a gas cell enclosure. (B) It is a fragmentary sectional view which shows the state which set the main-body part which comprises a gas cell in a gas cell junction part. ガスセル製造装置を用いてガスセルを製造する工程を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the process of manufacturing a gas cell using a gas cell manufacturing apparatus. 製造されたガスセルを検査する工程を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the process of test | inspecting the manufactured gas cell. 従来の反射式ガス濃度測定装置の光学部の一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of the optical part of the conventional reflective gas concentration measuring apparatus. 図19の光学部の側面図である。It is a side view of the optical part of FIG. 従来の反射式ガス濃度測定装置の計測部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement part of the conventional reflection type gas concentration measuring apparatus. 図21の計測部に内蔵される光源ユニットの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the light source unit incorporated in the measurement part of FIG. 従来の反射式ガス濃度測定装置の光学部の他の例を示す正面図である。It is a front view which shows the other example of the optical part of the conventional reflection type gas concentration measuring apparatus. 図23の光学部の側面図である。It is a side view of the optical part of FIG. 図23の光学部に組み込まれる光源ユニットの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the light source unit integrated in the optical part of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガス濃度測定装置
2 光学部
3 計測部
3a 測定光増幅部
3b 受光信号検出部
3c 演算部
3d 波長安定化回路
4 半導体レーザユニット
5 本体
5a 開口
6 把持部
7 集光レンズ(集光手段)
8 窓部
9 受光器
11 半導体レーザモジュール
11a バタフライ型ケース本体
11b 出射窓
11c 半導体レーザ
11d コリメートレンズ
11e 光アイソレータ
11f ペルチェ素子(温度制御素子)
11g ガスセル
11h フォトダイオード(受光器)
11i サーミスタ(温度計測素子)
12 レーザポインタ
12a 本体
12b 半導体レーザ
13 合分波手段
14 支持部材
15 絶縁部材
16(16A,16B) 放熱器
17 光軸調整機構部
21 反射ミラー
22 ダイクロイックミラー
23 取付部
23a 凹部
24 調整アーム
24a 先端部
25 固定ネジ
26 調整ネジ
26a 先端
27 ビームスプリッタ
28 取付板
29 熱伝導器
32(32A,32B) 第1本体部
33(33A,33B) 第2本体部
32a,33a 開口部
32b,33b 底部
32c,33c 鍔部
32d,33d 突起部
32e,33e 窓部
32f,33f 貫通穴
32g,33g フランジ
34 スペーサ部材
34a フランジ
34b 貫通穴
41 ガスセル製造装置
42 ガスセル治具
43 電源部
44 ガスボンベ
45 真空ポンプ
46a,46b,46c,46d バルブ
47 制御部
48 圧力計
49 第1電極
50 第2電極
51 ガスセル封入容器
52 ガスセル接合部
53 シール部材
54a,54b 凹部
55 配管
100 光学部
101 計測部
102 光源ユニット
103 光ファイバ
104 本体
104a 開口
105 把持部
106 集光レンズ
107 出射部
108 受光器
109 レーザポインタ
110 ケース本体
111 半導体レーザモジュール
112 参照ガスセル
113 フォト検出器
114 ケース
115 コネクタ
116 冷却用フィン
117 温度制御素子
200 光学部
300 光源ユニット
301 保護ガラス
302 円筒型ケース
303 半導体レーザ
304 基板
305 基台
306 温度制御素子
307(307a,307b,307c) 非球面レンズ
308 取付台
309a,309b 光アイソレータ
310 参照ガスセル
311 フォト検出器
L−L 中心軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas concentration measuring device 2 Optical part 3 Measuring part 3a Measurement light amplification part 3b Light reception signal detection part 3c Operation part 3d Wavelength stabilization circuit 4 Semiconductor laser unit 5 Main body 5a Aperture 6 Grasping part 7 Condensing lens (condensing means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 Window part 9 Light receiver 11 Semiconductor laser module 11a Butterfly type | mold case main body 11b Output window 11c Semiconductor laser 11d Collimating lens 11e Optical isolator 11f Peltier element (temperature control element)
11g Gas cell 11h Photodiode (receiver)
11i thermistor (temperature measuring element)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Laser pointer 12a Main body 12b Semiconductor laser 13 Multiplexing / demultiplexing means 14 Support member 15 Insulating member 16 (16A, 16B) Radiator 17 Optical axis adjustment mechanism part 21 Reflection mirror 22 Dichroic mirror 23 Mounting part 23a Recessed part 24 Adjustment arm 24a Tip part 25 Fixing screw 26 Adjustment screw 26a Tip 27 Beam splitter 28 Mounting plate 29 Heat conductor 32 (32A, 32B) First main body 33 (33A, 33B) Second main body 32a, 33a Opening 32b, 33b Bottom 32c, 33c Gutter part 32d, 33d Protrusion part 32e, 33e Window part 32f, 33f Through hole 32g, 33g Flange 34 Spacer member 34a Flange 34b Through hole 41 Gas cell manufacturing apparatus 42 Gas cell jig 43 Power supply part 44 Gas cylinder 45 Vacuum pump 46a, 4 b, 46c, 46d Valve 47 Control part 48 Pressure gauge 49 First electrode 50 Second electrode 51 Gas cell enclosure 52 Gas cell joint part 53 Seal member 54a, 54b Recessed part 55 Piping 100 Optical part 101 Measuring part 102 Light source unit 103 Optical fiber 104 Main body 104a Opening 105 Gripping part 106 Condensing lens 107 Emission part 108 Light receiver 109 Laser pointer 110 Case main body 111 Semiconductor laser module 112 Reference gas cell 113 Photo detector 114 Case 115 Connector 116 Cooling fin 117 Temperature control element 200 Optical part 300 Light source Unit 301 Protective glass 302 Cylindrical case 303 Semiconductor laser 304 Substrate 305 Base 306 Temperature control element 307 (307a, 307b, 307c) Aspheric lens 30 Mount 309a, 309b optical isolator 310 reference gas cell 311 photo detector L-L central axis

Claims (6)

半導体レーザ(11c)は、ガス吸収線に周波数安定化された測定光を測定雰囲気に出射し、該測定光の出射に伴って前記測定雰囲気から反射されてくる反射測定光を受光器(9)により受光し、該受光器の出力信号から前記半導体レーザの変調周波数の基本波位相敏感検波信号および2倍波位相敏感検波信号を検出し、両者の信号の比に基づいて前記測定雰囲気のガス濃度を測定するガス濃度測定装置(1)に用いられる半導体レーザユニット(4)であって、
前記半導体レーザおよび濃度測定対象ガスと同じ種類のガスを封入したガスセルを備え、前記測定光を出射する半導体レーザモジュール(11)と、
測定雰囲気に前記測定光を導くためのガイド光として可視光を出射するレーザポインタ(12)と、
前記測定光と前記ガイド光とを略同軸上に合波する合分波手段(13)とを備えたことを特徴とする半導体レーザユニット。
The semiconductor laser (11c) emits measurement light frequency-stabilized by a gas absorption line to the measurement atmosphere, and receives the reflected measurement light reflected from the measurement atmosphere as the measurement light is emitted. And detecting a fundamental wave phase sensitive detection signal and a double wave phase sensitive detection signal of the modulation frequency of the semiconductor laser from the output signal of the light receiver, and the gas concentration of the measurement atmosphere based on the ratio of both signals A semiconductor laser unit (4) used in a gas concentration measuring device (1) for measuring
A semiconductor laser module (11) comprising a gas cell filled with the same type of gas as the semiconductor laser and the concentration measurement target gas, and emitting the measurement light;
A laser pointer (12) for emitting visible light as guide light for guiding the measurement light to the measurement atmosphere;
A semiconductor laser unit comprising: a multiplexing / demultiplexing means (13) for multiplexing the measurement light and the guide light substantially coaxially.
前記合分波手段(13)は、前記測定光を反射する反射ミラー(21)と、該反射ミラーにより反射された前記測定光と前記ガイド光とを略同軸上に合波するダイクロイックミラー(22)とを備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザユニット。 The multiplexing / demultiplexing means (13) includes a reflection mirror (21) that reflects the measurement light, and a dichroic mirror (22) that multiplexes the measurement light reflected by the reflection mirror and the guide light substantially coaxially. The semiconductor laser unit according to claim 1, further comprising: 前記反射ミラー(21)で反射される前記測定光の出射方向を調整する光軸調整機構部(17)を備えたことを特徴とする請求項2記載の半導体レーザユニット。 The semiconductor laser unit according to claim 2, further comprising an optical axis adjusting mechanism (17) for adjusting an emission direction of the measuring light reflected by the reflecting mirror (21). 半導体レーザ(11c)は、ガス吸収線に周波数安定化された測定光を測定雰囲気に出射し、該測定光の出射に伴って前記測定雰囲気から反射されてくる反射測定光を受光器(9)により受光し、該受光器の出力信号から前記半導体レーザの変調周波数の基本波位相敏感検波信号および2倍波位相敏感検波信号を検出し、両者の信号の比に基づいて前記測定雰囲気のガス濃度を測定するガス濃度測定装置(1)に用いられる半導体レーザユニット(4)であって、
前記半導体レーザおよび濃度測定対象ガスと同じ種類のガスを封入したガスセルを備え、ガス吸収線に対応した各々異なる波長のレーザ光を前記各測定光として出射する複数の半導体レーザモジュール(11)と、
測定雰囲気に前記各測定光を導くためのガイド光として、可視光を出射するレーザポインタ(12)と、
複数の前記測定光のうち、所定の測定光を反射させる反射ミラー(21)を備えた合分波手段(13)であって、前記所定の測定光と、複数の前記測定光のうちの前記所定の測定光以外の測定光とを略同軸上に合波するとともに、前記所定の測定光と前記可視光とを略同軸上に合波する合分波手段(13)とを備えたことを特徴とする半導体レーザユニット。
The semiconductor laser (11c) emits measurement light frequency-stabilized by a gas absorption line to the measurement atmosphere, and receives the reflected measurement light reflected from the measurement atmosphere as the measurement light is emitted. And detecting a fundamental wave phase sensitive detection signal and a double wave phase sensitive detection signal of the modulation frequency of the semiconductor laser from the output signal of the light receiver, and the gas concentration of the measurement atmosphere based on the ratio of both signals A semiconductor laser unit (4) used in a gas concentration measuring device (1) for measuring
A plurality of semiconductor laser modules (11), each comprising a gas cell filled with the same type of gas as the semiconductor laser and the concentration measurement target gas, and emitting laser beams of different wavelengths corresponding to gas absorption lines as the respective measurement beams;
As a guide light for guiding each measurement light to the measurement atmosphere, a laser pointer (12) that emits visible light;
A multiplexing / demultiplexing means (13) including a reflection mirror (21) for reflecting predetermined measurement light among the plurality of measurement lights, wherein the predetermined measurement light and the plurality of measurement lights And a multiplexing / demultiplexing means (13) for multiplexing measurement light other than the predetermined measurement light substantially coaxially, and for multiplexing the predetermined measurement light and the visible light substantially coaxially. A featured semiconductor laser unit.
前記半導体レーザモジュール(11)は、前記半導体レーザ(11c)と、
前記半導体レーザから出射した測定光を平行光に変換するコリメートレンズ(11d)と、
前記半導体レーザへの反射光の戻りを抑圧する光アイソレータ(11e)と、
前記半導体レーザの温度を測定する温度計測素子(11i)と、
前記半導体レーザの温度を制御する温度制御素子(11f)と、
前記ガスセル(11g)と、
前記半導体レーザから後方出射されたレーザ光を前記ガスセルを通過した後に受光する受光器(11h)とがバタフライ型ケース(11a)に内蔵されて気密封止されていることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザユニット。
The semiconductor laser module (11) includes the semiconductor laser (11c),
A collimating lens (11d) for converting measurement light emitted from the semiconductor laser into parallel light;
An optical isolator (11e) for suppressing return of reflected light to the semiconductor laser;
A temperature measuring element (11i) for measuring the temperature of the semiconductor laser;
A temperature control element (11f) for controlling the temperature of the semiconductor laser;
The gas cell (11 g);
The light receiver (11h) for receiving laser light emitted backward from the semiconductor laser after passing through the gas cell is built in a butterfly case (11a) and hermetically sealed. The semiconductor laser unit described.
底部を有する筒状の本体(5)と、
請求項1〜5のいずれかに記載の半導体レーザユニット(4)と、
前記本体(5)内であって、かつ前記本体の中心軸線(L−L)上近傍に配置された受光器と、
前記本体の開口(5a)に設置され、前記半導体レーザユニットからの測定光の出射に伴って測定雰囲気から反射してくる反射測定光を受けて前記受光器に集光させる集光手段(7)であって、当該集光手段における前記中心軸線上近傍に、前記測定光および前記レーザポインタ(12)からのガイド光を通過させる窓部(8)を有する集光手段(7)と、
当該集光手段で集光されて前記受光器により受光した前記反射測定光を電気信号に変換して、当該電気信号に基づいてガス濃度を算出する計測部(3a,3b,3c)とを、前記本体内に一体に備えたことを特徴とするガス濃度測定装置。
A tubular body (5) having a bottom;
A semiconductor laser unit (4) according to any one of claims 1 to 5;
A light receiver disposed in the main body (5) and in the vicinity of the central axis (LL) of the main body;
Condensing means (7) which is installed in the opening (5a) of the main body and receives the reflected measurement light reflected from the measurement atmosphere as the measurement light is emitted from the semiconductor laser unit and collects it on the light receiver. A condensing means (7) having a window (8) for allowing the measurement light and guide light from the laser pointer (12) to pass in the vicinity of the central axis of the condensing means;
Measuring units (3a, 3b, 3c) that convert the reflected measurement light collected by the light collecting means and received by the light receiver into an electric signal, and calculate a gas concentration based on the electric signal; A gas concentration measuring device integrally provided in the main body.
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