JP2010032454A

JP2010032454A - ガス分析装置及びガス分析方法

Info

Publication number: JP2010032454A
Application number: JP2008197248A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Komine; 繁小峯; Noritomo Hirayama; 紀友平山; Kazuhiro Koizumi; 和裕小泉; Yusuke Nakamura; 裕介中村; Hideo Kanai; 秀夫金井
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】１回の波長スキャンで複数のガス濃度を検出するにあたり、検出の信号対ノイズ比や安定性を確保することが可能なガス分析装置及びガス分析方法を提供する。
【解決手段】１回の波長スキャンで、例えば塩化水素ＨＣｌと水蒸気Ｈ₂Ｏの濃度を検出する場合に、水蒸気Ｈ₂Ｏによる吸光波長を越えたタイミングで、切替えスイッチ７をオフからオンに切替え、スキャンする波長、即ち半導体レーザ５の駆動電流にオフセット発生回路６からの波長オフセット量が加算されるように、切替えタイミング制御回路３が切替えタイミングを制御することにより、水蒸気Ｈ₂Ｏ及び塩化水素ＨＣｌ夫々の吸光スペクトル近傍での波長スキャンの変化を緩やかにすることができ、これにより２ｆ成分検出信号の変化を緩やかにすることができるので、検出の信号対ノイズ比や安定性を確保することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、特定ガスの吸光スペクトルによる吸光を特定波長のレーザ光で検出することでガス濃度を検出するガス分析装置およびガス分析方法に関し、特に、周波数変調された１つのレーザ光を用い、複数のガス成分のガス濃度を検出する場合に好適なものである。

気体状のガス分子にはそれぞれ固有の光吸収スペクトルが有ることが知られており、ガス分子の吸収線の中心周波数における減衰量はガスの濃度に比例する。このため、例えば半導体レーザ光をレーザ素子からのレーザ光として、ガス分子の吸収線の中心周波数に一致した発振周波数をもつ半導体レーザ光をガスに照射し、その時のレーザ光の減衰量を測定することで、ガスの濃度を推定することができる（特許文献１）。

この原理を発展させたものとして２波長差分方式及び周波数変調方式があり、２波長差分方式では、半導体レーザの発振周波数はＴＨｚオーダの信号であることから、複雑な信号処理を行うことができないのに対して、周波数変調方式では、数ｋＨｚのベースバンド領域で信号処理を行うことができるという利点がある。
この周波数変調方式では、中心周波数ｆｃ、変調周波数ｆｍで半導体レーザの出力が周波数変調され、測定対象ガスに照射される。なお、周波数変調とは、半導体レーザに供給されるドライブ電流を正弦波状にすることである。そして、半導体レーザは、温度や電流によって出射光の波長が変化するので、半導体レーザに供給されるドライブ電流を正弦波状にすることで、半導体レーザの出射光の波長を変調することができる。

ここで、測定対象ガスの吸収線は、図６に示すように、変調周波数に対してほぼ２次関数となっているので、この吸収線が弁別器の役割を果たし、変調周波数ｆｍの２倍の周波数の成分（２倍波成分）が得られる。そして、測定対象ガスの濃度が高いほどレーザ光の吸収量も大きくなるので、２倍波成分の強度も強くなり、この２倍波成分を検出することで、測定対象ガスの濃度を測定することができる。なお、以下の説明では、変調周波数ｆｍを１ｆ、変調周波数ｆｍの２倍波周波数を２ｆとも呼び、２倍波成分を２ｆ成分とも呼ぶ。

送信側の変調方式として、変調の中心波長が常に吸収波長に一致するように制御するのは困難であるので、所定の振幅幅で１ｆの周波数にて変調しながら、変調幅の中心波長を徐々に変えて掃引する波長スキャン方式が採られることがある。
図７ａは、半導体レーザを駆動する駆動電流の波形を示す図、図７ｂは、図７ａの駆動電流で半導体レーザが駆動された時のレーザ光の発光波長を示す図である。なお、半導体レーザの発光光量は駆動電流にほぼ比例するため、発光光量の波形についても、図７ａの波形と同様である。

このようにして波長変調されたレーザ光が煙道内部などの被測定ガスがある領域に向けて発光される。その光は、被測定ガスの奥側に設置された受光部で受光される。受光された信号に対し、帯域フィルタや同期検波などの手段により２ｆ成分を検波し、その検波信号である２ｆ成分検出信号の大きさがガス濃度に比例する。
図８は、レーザ光のスキャン条件を変えたときの受光信号及び２ｆ成分検出信号を示す。図８ｂは、図８ａの受光信号から得られた２ｆ成分検出信号であり、図８ｄは、図８ｃの受光信号から得られた２ｆ成分検出信号である。図８ａと図８ｃは、図７に示す１スキャンの時間は同じであるが、半導体レーザの駆動電流の変化の傾きを変えてあり、図８ｃは図８ａよりも半導体レーザの駆動電流の変化の傾きが大きい、つまりスキャン速度が大きい。

前述のように、半導体レーザの駆動電流により、レーザ光の発光光量のみならず、発光波長も変化するため、図８ａと図８ｃでは、発光波長の変化速度が異なる。これにより、図８ｂ、図８ｄのように２ｆ成分検出信号の変化速度が異なる。図８では、図８ｂよりも図８ｄの方が２ｆ成分検出信号の変化が急峻である。２ｆ成分検出信号の変化が急峻な場合、これをＡ／Ｄ変換によりデジタル化して処理する場合には、サンプリング周期を短くしないと変化のピーク位置を逃してしまい、それが誤差になる。Ａ／Ｄ変換のサンプリング周期を短くすると、一般的には精度が悪化する。

また、微弱な２ｆ成分を検出するために、一般的には前述の同期検波処理を行うが、同期検波では２ｆ成分だけでなく、各種の高調波成分を多く含むため、同期検波後にローパスフィルタ処理によって余分な高調波成分を除去する必要がある。このとき、図８ｄのように波形変化が急峻な場合にあって、ローパスフィルタのカットオフ周波数が低い場合には、２ｆ成分検出信号自体が減衰してしまう。逆に、ローパスフィルタのカットオフ周波数を高く設定した場合には、検波器の高調波成分が減衰しきらず、ノイズとして残ってしまう。

以上より、時間軸に対し、なるべく２ｆ成分検出信号の変化が緩やかになるスキャン条件とした方が、ノイズが少なく、安定した検出信号が得られる。即ち、半導体レーザの駆動電流波形の波長変化も時間軸に対して緩やかな変化とした方がよい。
また、このガス分析方法では、ガスの種類によっては、１つの半導体レーザ光による１回の波長スキャンで複数のガスの吸光を同時に測定することができる場合がある。例えば、あるガスＡの吸光スペクトルのすぐ近傍に異なるガスＢの吸光スペクトルが存在する場合、１つの半導体レーザ光を用いて波長スキャンを行うことで、２つのガスＡ，Ｂの濃度を検出することができる。図１０に、このような特定波長で２つのガスの吸光スペクトルを１回の波長スキャンで検出した場合の半導体レーザ（図ではＬＤ：レーザダイオード）の駆動電流と２ｆ成分検出信号を示す。
特開平１０−１４２１４８号公報

しかしながら、このように１回の波長スキャンで複数の吸光スペクトルを検出しようとすると、検出しようとする複数の吸光スペクトルが非常に近接していれば、波長変調の範囲を狭められるが、ガスの吸光スペクトルの波長は物理的に定まるものであって、自由に選択することはできない。また、余り近接しすぎると、それらの分離ができず、お互いに他の成分検出に干渉してしまうため、その意味では、複数の吸光スペクトルの波長は或る程度離れた波長である必要がある。これらの結果、１回の波長スキャンの波長の変化の範囲を広くする必要があり、そうすると、図１０ｂに示すように、２ｆ成分検出信号の変化が急峻なものになり、１回の波長スキャンで１つの吸光スペクトルを検出する場合に比べて、検出の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）や安定性が悪化するという問題が発生する。
本発明はこれらの諸問題を解決すべくなされたものであり、１回の波長スキャンで複数のガス濃度を検出するにあたり、検出の信号対ノイズ比や安定性を確保することが可能なガス分析装置及びガス分析方法を提供することを目的とするものである。

以上の課題を解決するため、本発明のガス分析装置は、レーザ素子から出射されるレーザ光を周波数変調する周波数変調部と、前記レーザ素子から出射されるレーザ光の波長をスキャンさせる波長スキャン部と、前記レーザ素子から出射されたレーザ光を受光し、受光されたレーザ光の吸光状態から当該レーザ光が通過した部分のガスの濃度を検出するガス検出部と、前記レーザ光の波長スキャン中、当該レーザ光の波長スキャンが所定のガスによる吸光波長を越えたタイミングで、スキャンする波長に一定波長分に相当する波長オフセット量を加算するオフセット制御部とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明のガス分析装置は、前記オフセット制御部は、一定波長分に相当する波長オフセット量を発生するオフセット発生部と、前記オフセット発生部で発生された波長オフセット量のオフセット信号をオン・オフするオフセット信号切替え部と、前記レーザ光の波長スキャンが所定のガスによる吸光波長を越えたタイミングでオフセット信号切替え部をオフからオンに切替えることで、前記スキャンする波長に波長オフセット量を加算する切替えタイミング制御部とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明のガス分析装置は、前記波長スキャン部は、レーザ光を駆動する電流を変化させることで当該レーザ光の波長をスキャンし、前記周波数変調部は、レーザ光を駆動する電流を変化させることで当該レーザ光を周波数変調し、前記オフセット発生部は、レーザ光を駆動する電流を変化させることで一定波長分に相当する波長オフセット量のオフセット信号を発生することを特徴とするものである。
また、本発明のガス分析装置は、前記ガス検出部は、受光されたレーザ光の受光信号から、前記周波数変調した周波数の２倍の周波数成分を、位相検波器及びローパスフィルタを用いた同期検波によって検出し、その検出された２倍周波数成分から前記ガスの濃度を検出することを特徴とするものである。

また、本発明のガス分析方法は、レーザ素子から出射されるレーザ光を周波数変調すると共に、前記レーザ素子から出射されるレーザ光の波長をスキャンし、前記レーザ素子から出射されたレーザ光を受光し、受光されたレーザ光の受光信号から、前記周波数変調した周波数の２倍の周波数成分を、位相検波器及びローパスフィルタを用いた同期検波によって検出し、その検出された２倍周波数成分から当該レーザ光が通過した部分のガスの濃度を検出するレーザ式ガス分析方法において、レーザ光の波長スキャン中、所定のガスによる吸光波長を越えたタイミングで、一定波長分に相当する波長オフセット量をスキャンする波長に加算することを特徴とするものである。

而して、本発明のガス分析装置及びガス分析方法によれば、レーザ光を周波数変調しながらその波長をスキャンし、受光されたレーザ光の受光信号から、例えば周波数変調した周波数の２倍の周波数成分を、例えば同期検波によって検出し、その検出された２倍周波数成分から当該レーザ光が通過した部分のガスの濃度を検出する場合に、レーザ光の波長スキャン中、所定のガスによる吸光波長を越えたタイミングで、一定波長分に相当する波長オフセット量をスキャンする波長に加算する構成としたため、１回の波長スキャンで複数のガス濃度を検出する場合でも、夫々のガスの吸光スペクトル近傍では波長変化を緩やかにすることができ、これにより２ｆ成分検出信号の変化を緩やかにすることができるので、検出の信号対ノイズ比や安定性を確保することができる。

以下、本発明のガス分析装置及びガス分析方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るガス濃度測定装置の概略構成を示す断面図である。図１において、図示左方のガス濃度測定装置の送信側には、レーザ素子が搭載されたレーザユニット１７、前記レーザユニット１７から出射されたレーザ光の発光波長をスキャンさせながら周波数変調を行う送信部基板１４、前記レーザユニット１７から出射されたレーザ光を平行ビームに変換するコリメートレンズ１６が設けられている。なお、レーザ素子としてはレーザダイオード素子などの半導体レーザを用いることができ、レーザユニット１７には、レーザ素子の温度を検出するサーミスタおよびレーザ素子の温度を調整するペルチェ素子などを搭載することができる。

また、図１右方のガス濃度測定装置の受信側には、測定対象ガスを透過したレーザ光を集光する集光レンズ２０、測定対象ガスを透過したレーザ光を検出する光検出部２１および測定対象ガスを透過したレーザ光の２倍波周波数からガス濃度を算出する受信部基板２２が設けられている。なお、光検出部２１としては、例えば、フォトダイオードを用いることができる。

前記送信部基板１４、コリメートレンズ１６及びレーザユニット１７は、送信側ハウジング１８に収容されると共に、集光レンズ２０、光検出部２１及び受信部基板２２は、受信側ハウジング１９に収容されている。送信側ハウジング１８は、ウェッジ窓１５ａによって、煙道などの測定対象ガスが流れる配管内と仕切られるようにしてフランジ１２ａに取付けられ、受信側ハウジング１９も、ウェッジ窓１５ｂによって配管内と仕切られるようにしてフランジ１２ｂに取付けられ、夫々のフランジ１２ａ，１２ｂが配管の隔壁１１ａ、１１ｂに溶接などの手段によって取付けられている。

前記レーザユニット１７から出射されたレーザ光の発光波長がスキャンされながら、中心周波数ｆｃ、変調周波数ｆｍでレーザ光が周波数変調される。この発光波長がスキャンされながら周波数変調が行われたレーザ光がレーザユニット１７から出射され、コリメートレンズ１６にて平行ビームに変換された後、ウェッジ窓１５ａを介して隔壁１１ａ、１１ｂ間の種類の異なる２種類以上の測定対象ガスを透過する。そして、種類の異なる２種類以上の測定対象ガスを透過したレーザ光は、測定対象ガスのガス分子の吸収線に夫々対応した波長の吸収を受けた後、ウェッジ窓１５ｂを介して集光レンズ２０に入射し、集光レンズ２０によって光検出部２１に集光される。

そして、光検出部２１にレーザ光が入射すると、光検出部２１にて電気信号に変換され、その電気信号が受信部基板２２に送られる。この電気信号は、変調周波数の２倍波周波数を持つ２倍波周波数参照信号を掛け合わせることにより、受光信号の２倍波成分を抽出し、その抽出された受光信号の２倍波成分に基づいてガス濃度が算出される。
前述したように、半導体レーザは、温度や電流によって出射光の波長が変化する。図２に、本実施形態の半導体レーザの駆動電流に対する発光波長の変化の一例を示す。送信部基板１４では、後述するように、変調周波数ｆｍを発振すると共に、半導体レーザ、例えばレーザダイオード素子の波長スキャンを行うための三角波を発信し、それらの加算値を電流値変換して半導体レーザを駆動する。

図３には、送信部基板１４及びレーザユニット１７に構築された発光部の回路構成例を示す。この発光部の回路構成は、変調周波数ｆｍを発振する１ｆ発振回路１、レーザダイオード素子などの半導体レーザ５の波長スキャンを行うための三角波を発振する三角波発生回路２、１ｆ発振回路１からの変調周波数ｆｍと三角波発生回路２からの三角波とを加算するミキサーなどの加算器１３、加算器１３からの電圧を電流に変換し、レーザダイオード素子（図ではＬＤ）などの半導体レーザ５に出力するＶ／Ｉ変換回路４とを備えて構成される。なお、１ｆ発振回路１から出力される変調周波数ｆｍや三角波発生回路２から出力される三角波は、本来、電圧信号であるが、Ｖ／Ｉ変換回路４で電流信号に変換され、半導体レーザ５の駆動電流を変化させることによって、レーザ光の変調周波数や波長スキャンを変化させるものである。また、三角波発生回路２は、図示しない処理プロセッサ及びＤ／Ａ変換器などにより構成することができる。従って、前記１ｆ発振回路１が本発明の周波数変調部を構成し、前記三角波発生回路２が本発明の波長スキャン部を構成している。

また、レーザダイオード素子などの半導体レーザ５の発光波長は温度によっても変化するため、半導体レーザ５に隣接して、ペルチェ素子及びヒータからなる温度制御素子８及び温度検出素子９を備え、温度検出素子９で検出される温度に基づいて、温度制御回路１０が温度制御素子８を制御して半導体レーザ５の温度が一定になるようにしている。

更に、本実施形態では、加算器１３の上流側にオフセット発生回路６及び切替えスイッチ７が配設され、切替えスイッチ７は、切替えタイミング制御回路３からのタイミング信号によって切替えられる。オフセット発生回路６は、一定波長分に相当する波長オフセット量のオフセット信号を発生する。切替えタイミング制御回路３は、三角波発生回路２からの情報で、レーザ光の波長スキャン中、レーザ光の波長スキャンが所定の波長を越えたら、切替えスイッチ７をオフからオンに切替える。従って、切替えタイミング制御回路３によって切替えスイッチ７がオフからオンされると、波長オフセット量相当のオフセット信号が、加算器１３を介して、変調周波数ｆｍ及び三角波に加算される。ちなみに、前記波長オフセット量相当のオフセット信号も、本来、電圧信号であるが、Ｖ／Ｉ変換回路４で電流信号に変換され、半導体レーザ５の駆動電流を変化させることによって、レーザ光の波長をオフセット変化させるものである。従って、前記オフセット発生回路６及び切替えスイッチ７及び切替えタイミング制御回路３が本発明のオフセット制御部を構成し、前記オフセット発生回路６が本発明のオフセット発生部を構成し、前記切替えスイッチ７が本発明のオフセット信号切替え部を構成し、前記切替えタイミング制御回路３が本発明の切替えタイミング制御部を構成している。

図４には、光検出部２１及び受信部基板２２に構築された受光部の回路構成例を示す。この受光部の回路構成は、従来既存の回路と同じである。この受光部では、送信側のレーザユニット１７から出射されたレーザ光を検出するフォトダイオード（図ではＰＤ）１１１、フォトダイオード１１１から出力される電流を電圧に変換するＩ／Ｖ変換回路１１２、Ｉ／Ｖ変換回路１１２から出力された電圧を増幅する増幅器１１３、増幅器１１３を介して出力された信号から変調周波数ｆｍの２倍波成分を抽出するバンドパスフィルタ（図ではＢＰＦ）１１４、変調周波数ｆｍの２倍波周波数の２ｆ参照信号を発生する２倍波周波数信号発生部１１５、２倍波周波数信号発生部１１５からの２ｆ参照信号を用いることで、バンドパスフィルタ１１４の出力から２ｆ成分を抽出する検波器１１６、検波器１１６の出力から不要な高域周波数成分を除去するローパスフィルタ（図ではＬＰＦ）１１７、ローパスフィルタ１１７から出力された電圧を増幅する増幅器１１８が設けられている。この受光部全体が本発明のガス検出部を構成している。

この受光部では、例えばＮＨ₃ガスの濃度を測定する場合、周波数変調されたレーザ光がＮＨ₃ガスを通過すると、ＮＨ₃ガスによる吸光量に対応した減衰を受けた後、フォトダイオード１１１に入射し、当該フォトダイオード１１１によってレーザ光が検出される。そして、フォトダイオード１１１で検出された電流は、Ｉ／Ｖ変換回路１１２で電圧に変換され、増幅器１１３で増幅された後、バンドパスフィルタ１１４で変調周波数の２倍波成分が抽出され、検波器１１６に入力される。検波器１１６では、２倍周波数信号発生部１１５で発生された２ｆ参照信号とバンドパスフィルタ１１４からの出力が合成されることにより、同期検波によって２ｆ成分が抽出される。そして、検波器１１６で抽出された２ｆ成分は、ローパスフィルタ１１７で不要な高域周波数成分が除去された後、増幅器１１８で電圧増幅され、２ｆ成分検出信号として出力される。

ここで、例えば、１つの半導体レーザ５を用い、１回の波長スキャンで複数のガス成分を検出する場合を考える。１回の波長スキャンでは、半導体レーザ５の種類にもよるが、例えば０．５ｎｍ程度の範囲で波長をスキャンすることができる。従って、例えば、１７４７．２ｎｍに吸光スペクトルを持つ塩化水素ＨＣｌと、１７４７．１ｎｍに吸光スペクトルを持つ水蒸気Ｈ₂Ｏの濃度は、１つの半導体レーザ５を用い、１回の波長スキャンで、夫々の濃度を検出することが可能である。塩化水素ＨＣｌは水分に非常に吸着し易く、水分量により見かけの濃度が変化するので、塩化水素ＨＣｌの濃度と共に、水蒸気Ｈ₂Ｏの濃度を検出することは、塩化水素ＨＣｌの濃度を正確に見積る上で有用である。

本実施形態では、例えば図５ａ、ｂに示すように、例えば水蒸気Ｈ₂Ｏによる吸光波長を越えたタイミングで、切替えスイッチ７をオフからオンに切替え、スキャンする波長、即ち半導体レーザ（図ではＬＤ）５の駆動電流にオフセット発生回路６からの波長オフセット量が加算されるように、切替えタイミング制御回路３が切替えタイミングを制御することにより、水蒸気Ｈ₂Ｏ及び塩化水素ＨＣｌ夫々の吸光スペクトル近傍での波長スキャンの変化を緩やかにすることができ、これにより２ｆ成分検出信号の変化を緩やかにすることができるので、検出の信号対ノイズ比や安定性を確保することができる。

ちなみに、従来技術では、レーザ光の波長スキャン中に、波長のオフセットを行うことは行われていない。図９は、従来の発光部のブロック図である。理解を容易にするために、図４の発光部と同等の構成には同等の符号を付す。図９では、図４の本実施形態の発光部からオフセット発生回路や切替えスイッチ、切替えタイミング制御回路が削除されている。この従来の発光部では、図１０に示すように、スキャンする波長、即ち半導体レーザ（図ではＬＤ）の駆動電流のスキャン変化を大きく変化させることができず、図１０の場合、変化傾きが一様である。１回の波長スキャン時間を同じにして、例えば前記水蒸気Ｈ₂Ｏ及び塩化水素ＨＣｌの２つのガス成分濃度を検出しようとすると、本実施形態に比べて、波長スキャンの変化速度を大きくしなければならない。波長スキャンの変化速度が大きいと、ガス吸光スペクトル近傍での波長スキャンの変化が急峻になり、その結果、２ｆ成分検出信号の変化も急峻になる。このように２ｆ成分検出信号の変化が急峻になると、前記受光部のローパスフィルタ１１７のカットオフ周波数が高い場合には、検波器の高調波成分が減衰しきらず、ノイズとして残ってしまい、信号対ノイズ比ＳＮＲが低下する。また、ローパスフィルタ１１７のカットオフ周波数を低く設定すると、２ｆ成分検出信号自体が減衰してしまって、安定性が低下する。

なお、２つのガス成分でなく、３つ以上のガス成分を検出する場合であっても、本発明は全く同様に適用することが可能である。その場合、オフセット量の加算は、図４のような一定のオフセット量の発生と加算オン・オフ切替えスイッチの組合せでなく、例えばＤ／Ａ変換回路をオフセット発生回路とし、第１ガス成分の検出が完了したタイミングでオフセット量を変更し、更に第２ガス成分の検出が完了したタイミングで再びオフセット量を変更するなどの処理を処理プロセッサなどにより行えばよい。
また、レーザ光をスキャンするための三角波に代えて、鋸歯状波を使用してもよい。

本発明のガス分析装置及びガス分析方法の一実施形態を示すガス濃度測定装置の概略構成図である。図１のガス濃度測定装置における半導体レーザの駆動電流と発光波長の説明図である。図１のガス濃度測定装置の発光部のブロック図である。図１のガス濃度測定装置の受光部のブロック図である。図３の発光部の駆動電流及び図４の受光部の２ｆ成分検出信号の特性説明図である。レーザ光の周波数変調とガス吸収線による２倍波信号の説明図である。半導体レーザの駆動電流と発光波長の説明図である。レーザ光の受光信号と２ｆ成分検出信号の説明図である。従来のガス濃度測定装置の発光部のブロック図である。図９の発光部の駆動電流及びその２ｆ成分検出信号の特性説明図である。

符号の説明

１は１ｆ発振回路、２は三角波発生回路、３は切替えタイミング制御回路、４はＶ／Ｉ変換回路、５は半導体レーザ、６はオフセット発生回路、７は切替えスイッチ、８は温度制御素子、９は温度検出素子、１０は温度制御回路、１１ａ，ｂは隔壁、１２ａ，ｂはフランジ、１３は加算器、１４は送信部基板、１５ａ，ｂはウェッジ窓、１６はコリメートレンズ、１７はレーザユニット、１８は送信側ハウジング、１９は受信側ハウジング、２０は集光レンズ、２１は光検出部、２２は受信部基板

Claims

レーザ素子から出射されるレーザ光を周波数変調する周波数変調部と、前記レーザ素子から出射されるレーザ光の波長をスキャンさせる波長スキャン部と、前記レーザ素子から出射されたレーザ光を受光し、受光されたレーザ光の吸光状態から当該レーザ光が通過した部分のガスの濃度を検出するガス検出部と、前記レーザ光の波長スキャン中、当該レーザ光の波長スキャンが所定のガスによる吸光波長を越えたタイミングで、スキャンする波長に一定波長分に相当する波長オフセット量を加算するオフセット制御部とを備えたことを特徴とするガス分析装置。
前記オフセット制御部は、一定波長分に相当する波長オフセット量を発生するオフセット発生部と、前記オフセット発生部で発生された波長オフセット量のオフセット信号をオン・オフするオフセット信号切替え部と、前記レーザ光の波長スキャンが所定のガスによる吸光波長を越えたタイミングでオフセット信号切替え部をオフからオンに切替えることで、前記スキャンする波長に波長オフセット量を加算する切替えタイミング制御部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のガス分析装置。
前記波長スキャン部は、レーザ光を駆動する電流を変化させることで当該レーザ光の波長をスキャンし、前記周波数変調部は、レーザ光を駆動する電流を変化させることで当該レーザ光を周波数変調し、前記オフセット発生部は、レーザ光を駆動する電流を変化させることで一定波長分に相当する波長オフセット量のオフセット信号を発生することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス分析装置。
前記ガス検出部は、受光されたレーザ光の受光信号から、前記周波数変調した周波数の２倍の周波数成分を、位相検波器及びローパスフィルタを用いた同期検波によって検出し、その検出された２倍周波数成分から前記ガスの濃度を検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のガス分析装置。
レーザ素子から出射されるレーザ光を周波数変調すると共に、前記レーザ素子から出射されるレーザ光の波長をスキャンし、前記レーザ素子から出射されたレーザ光を受光し、受光されたレーザ光の受光信号から、前記周波数変調した周波数の２倍の周波数成分を、位相検波器及びローパスフィルタを用いた同期検波によって検出し、その検出された２倍周波数成分から当該レーザ光が通過した部分のガスの濃度を検出するレーザ式ガス分析方法において、レーザ光の波長スキャン中、所定のガスによる吸光波長を越えたタイミングで、一定波長分に相当する波長オフセット量をスキャンする波長に加算することを特徴とするガス分析方法。