JPH01304344A - ガス検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明はレーザ光を用いた差分吸収法によりガスを検
知するガス検知装置、特にガス検知精度の向上に関する
ものである。

［従来の技術］ ガス分子の化学的、物理的性質である光吸収を利用して
ガスを検知する差分吸収法は、例えば文献「センサ技術
」　（技術調査会、昭和６１年２月号）第２９頁〜第３
１頁に開示されている。この文献に開示されたガス検知
システムはＨｅ　−Ｎｅレーザの３．３９μｍ帯のメタ
ンガスに強く吸収される波長のレーザ光と、このレーザ
光と波長が僅かに異なりメタンガスに吸収されない波長
のレーザ光をメカニカルチョッパで交互に切換えたり、
あるいは１個のレーザ発振器の発振器共を機械的に変化
させて２波長のレーザ光を得て、この２波長のレーザ光
を路面や壁などの被測定部に向けて照射し、そこからの
乱反射光強度の差から光路中のメタンを検出するように
している。この差分吸収法は２波長のし−ザ光を使用す
ることにより検出すべきガス以外の要因によるレーザ光
の光量の減衰を補償しているため精度良くガスを検知す
ることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の２波長のレーザ光を使用した差分吸収法は波長が
僅かに異なるレーザ光をメカニカルチョッパにより出射
させたり、あるいは発振善良を機械的に変化させて出射
させているため、２波長のレーザ光の波長安定と高速ス
イッチングに限界があった。このためガス検知センサを
空間的に高速で掃引することができないという問題点が
あった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
であり、空間的に高速で掃引することができるガス検知
装置を得ることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るガス検知装置は、測定ガスの吸収波長に
合った波長のレーザ光を出射する第１半導体レーザ装置
と、第１半導体レーザ装置と波長が僅かに異なり、測定
ガスに吸収されない波長のレーザ光を出射する第２半導
体レーザ装置とを有し、第１半導体レーザ装置から出射
するレーザ光の強度を、周波数ｆ　（Ｈｚ）の信号を発
振する発振器の信号で変調し、第２半導体レーザ装置か
ら出射するレーザ光の強度は発振器から出力する信号の
位相をπ（ｒａｄ）たけすらした信号とする位相調整器
の信号で変調する。そして、位相がπ（ｒ’ａｄ）ずら
して変調された２波長のレーザ光を同時に被測定部に向
けて投光し、被測定部から受光したレーザ光の振幅を振
幅測定器で測定して、ガスを検知することを特徴とする
。

［作用］ この発明においては、第１半導体レーザ装置と第２半導
体レーザ装置から出射する半導体レーザの波長を温度、
電流により安定させた後、各半導体レーザ装置に与える
変調信号を時間的に変化させることにより、２波長のレ
ーザ光の切換を高速スイッチング可能とし、かつ各レー
ザ光の波長の安定化を図る。

［実施例コ 一　　３　− 第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、
図において、１は測定ガスの吸収波長に合った波長のレ
ーザ光を出射する第１の半導体レーザ発振器（以下、レ
ーザ発振器という）、２はレーザ発振器１を駆動し、か
つ出力を制御する駆動装置、３はレーザ発振器１から出
射するレーザ光の波長と僅かに異なり、測定ガスに吸収
されない波長のレーザ光を出射する第２の半導体レーザ
発振器、４はレーザ発振器３の駆動装置である。

５は駆動装置２に接続された発振器であり、発振器５は
周波数ｆ（１１ｚ）の信号を発振する。６は位相調整器
であり、位相調整器６は発振器５で発振したｆ　（Ｈｚ
）の信号を入力し、その信号の位相をπ（ｒａｄ）だけ
ずらして駆動装置２に送る。

７はレーザ発振器１から出射されるレーザ光とレーザ発
振器３から出射されるレーザ光を１つの光路にする半透
鏡、８は反射鏡、９は集光レンズ、１０は受光器であり
、半透鏡７１反射鏡８．集光レンズ９及び受光器１０で
レーザ光を投受光する光学系を構成している。

＝　　４　− １］はバンドパスフィルタ、１２は振幅測定器、１３は
壁等被測定部の散乱部である。

上記のように構成されたガス検知装置によりガスを検知
するときには、まず駆動装置２と駆動装置４を駆動して
各レーザ発振器１，３を安定状態とする。次に発振器５
を発振させ周波数ｆ　（Ｈｚ）の信号を駆動装置２に送
り、駆動装置２で周波数ｆ（Ｈｚ）の発振信号によりレ
ーザ発振器１で出射するレーザ光の強度を第２図のａに
示すように変調する。同時に発振器５からの発振信号は
位相変調器６に送られ、位相変調器６は送られた発振信
号に同期して位相がπ（ｒａｄ）たけずれた信号を作り
出し、この信号を駆動装置４に送る。駆動装置４は送ら
れた信号によりレーザ発振器３て出射するレーザ光の強
度を変調し、第２図のｂに示すようにレーザ発振器１て
出射するレーザ光の強度ａと位相かπ（ｒａｄ）すれた
強度のレーザ光をレーザ発振器３から出射するようにす
る。

このように波長か僅かに異なり、レーザ光の強度分布の
位相かπ（ｒａｄ）異なる２波長のレーザ光をレーザ発
振器１，３から同時に出射して、半透鏡７１反射鏡８を
介して散乱部１３に投光する。散乱部１３て散乱され反
射されたレーザ光は集光レンズって集光されて、受光器
１０に入射する。受光器ｌＯは入射したレーザ光を電気
信号に変換してバンドパスフィルタ１１に送る。バンド
パスフィルタ１１は光路中のノイズ等を除去するため必
要な帯域の信号のみを振幅測定器１２に送り、振幅測定
器１２でレーザ強度分布か異なる２波長のレーザ光を合
成し、その強度分布すなわち振幅を測定する。

このレーザ発振器１，３から散乱部にレーザ光を投光し
たときにレーザ光の光路中にガスが存在しないと、レー
ザ発振器］から投光したレーザ光もレーザ発振器３から
投光したレーザ光と同様に吸収されずに同じ散乱強度で
散乱され、第２図のａ、ｂに示すように強度分布がπ（
ｒａｄ）たけずれた２つのレーザ光による電気信号が振
幅測定器１２で送られた２つの電気信号を合成、増幅す
ると、２つの電気信号は周波数がｆ　（Ｈｚ）で位相が
π（ｒａｄ）ずれているため、合成信号には周波数ｆ（
ｆｉｚ）は表われず、第２図のＣに示す直線となる。

一方、レーザ光の光路中にガスが存在すると、レーザ発
振器１から投光したガスの吸収波長と同じ波長を有する
レーザ光は、そのガスの濃度に応じて吸収され、受光器
］０に入射したときは第３図のｄに示すように強度分布
が小さいレーザ光となっている。この強度分布が小さい
レーザ光と第３図のｂに示すレーザ発振器３で出射した
レーザ光による電気信号が振幅測定器１２に送られ合成
されると、合成信号は第３図のｅに示すように、周波数
がｆ　（Ｈ２）で、ガスに吸収されたレーザ光の強度に
対応した振幅を有する。この振幅を測定することにより
、レーザ光の光路中のガスの存在及びその濃度を測定す
ることができる。

［発明の効果コ この発明は以上説明したように、波長の僅かに異なった
レーザ光を出射する第１半導体レーザ装置と第２半導体
レーザ装置に与える変調信号を時間的に変化させること
により、２波長のレーザ光の強度を変化させ、電気的に
２波長のレーザ光を切換えるようにしたので高速スイッ
チングを行なうことができる。

また、この高速スイッチングを利用することにより、空
間を高速で掃引することができ、ガス検知速度を大幅に
向上させることができる。

さらに、２波長のレーザ光の強度を切換えるときにレー
ザ光の波長には影響がないため、安定した波長でガスを
検知することができ、ガス検知精度を高めることができ
る効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図、
第３図は各々レーザ光の強度分布を示す説明図である。 １．３・・・半導体レーザ発振器、２，４・・・駆動装
置、５・・・発振器、６・・・位相調整器、７・・・半
透鏡、８・・・反射鏡、９・・集光レンズ、１０・・・
受光器、１２・・・振幅測定器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定ガスの吸収波長に合った波長のレーザ光を出射する
   第１半導体レーザ装置と、該第１半導体レーザ装置から
   出射するレーザ光の波長と僅かに異なり測定ガスに吸収
   されない波長のレーザ光を出射する第２半導体レーザ装
   置と、周波数ｆ（Ｈｚ）の信号を発振し、第１半導体レ
   ーザ装置に入力して、第１半導体レーザ装置から出射す
   るレーザ光の強度を変調する発振器と、該発振器から出
   力する信号を位相π（ｒａｄ）だけずらして第２半導体
   レーザ装置に入力して、第２半導体レーザ装置から出射
   するレーザ光の強度を変調する位相調整器と、第１半導
   体レーザ装置と第２半導体レーザ装置から出射するレー
   ザ光を同時に投光し、受光する光学系と、該光学系で受
   光したレーザ光の振幅を測定する振幅測定器とを備えた
   ことを特徴とするガス検知装置。