JPH01307639A - 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］ 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、物質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個のし−ザ発振器の発振器長を機械的に変化
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波長のレーザ光を使用す
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、あるいは発振器長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　１　（Ｈｚ）の信号
を発振する第１高周波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を、周波数ｆ
１とは異なる周波数ｆ　２　（Ｈｚ）の信号を発振する
第２高周波発振器の信号で変調する。この異なる周波数
で変調された２波長のレーザ光を同時に被測定部に向け
て投光し、被ΔＩ＋１定部から反射された各レーザ光を
上記発振周波数ｆ、ｆ２とは僅かに異■ なる周波数ｆ　ｏ　（Ｈｚ）の電圧が印加された半導体
光センサで受光して電気信号に変換し、半導体光センサ
から出力される２つの電気信号の振幅を振幅比較器で比
較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波長の異なったレーザ光の強
度を異なった周波数の高周波信号により変調して、２波
長のレーザ光の強度を変化させて２波長のレーザ光を電
気的に切換えるようにしたものである。

また、レーザ光の強度を高周波信号で変調することによ
りレーザ光の伝搬空間におけるノイズの影響を少なくし
、伝送距離をのばすようにしたものである。

さらにレーザ光を受光する半導体光センサの利得を周波
数ｆ、の電圧で変えることにより半導体光センサから出
力する電気信号を任意の低周波数に変えるようにしたも
のである。

［実施例］ 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１ｌＦＪ定ガスの吸収波長に合った波長
の光を出射する第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
その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に接続された第１の発振器であり、発振
器５は周波数ｆ　１（Ｈｚ）の高周波信号を発振する。

６は駆動装置４に接続された第２の発振器であり、発振
器６は第１の発振器５の発振周波数ｆ　１（Ｈｚ）とは
異なる周波■ｆ　２　（ｌｌｚ）の高周波信号を発振す
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とを１つの光路に導く半
透鏡、８は反射鏡、９は集光レンズ、ＩＯは集光レンズ
９で集光したレーザ光を電気信号に変換する半導体光セ
ンサであり、半透鏡７゜反射鏡８．集光レンズ９及び半
導体光センサ１０でレーザ光を投受光する光学系を構成
している。１１は半導体光センサ１０に印加する電圧を
制御する駆動装置、１２は駆動装置１１に接続された第
３の発振器であり、発振器１２は第１の発振器５の発振
周波数ｆ　と第２の発振器６の発振周波数ｆ２にほぼ■ 近い周波数ｆ。の高周波信号を発振する。

１３．１４はバンドパスフィルタであり、バンドパスフ
ィルター３．１４は各々例えば抵抗・容量形の受動フィ
ルタからなる。１５はバンドパスフィルタ１３．１４か
ら送られる電気信号の振幅を比較する振幅比較器、１６
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を安定状態として出射するレーザ光
の波長を安定させる。次に第１の発振器５と第２の発振
器６を発振させ、第１の発振器５から駆動装置２に周波
数ｆ　１（Ｈｚ）の高周波信号を送り、駆動装置２によ
りレーザ発振器１で出射するレーザ光の強度に変調を与
える。

同様に第２の発振器６から駆動装置４に周波数ｆ　２　
（Ｉｌｚ）の高周波信号を送り、駆動装置４によりレー
ザ発振器３で出射するレーザ光の強度に変調を与える。

このように波長が僅かに異なり、レーザ光の強度分布が
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１４に
投光する。

散乱部１８で散乱２反射されたレーザ光は集光レンズ９
で集光されて半導体光センサ−０に入射する。

この半導体光センサ−Ｏは駆動装置１１から印加する電
圧により、その増幅度が変化する。そこで発振器１２で
発振して得た周波数ｆ、の高周波信号を駆動装置１１に
送り、この高周波信号に同期した周波数ｆ、の電圧を半
導体光センサ−Ｏに印加する。このように周波数ｆ、の
電圧を印加した半導体光センサ−０に周波数ｆ、ｆ２の
高周波信号により強度が変調されたレーザ光が入射する
と、半導体光センサ−０では周波数ｆ１で変調されたレ
ーザ光は周波数がＩｆｌ−ｆ、ｌの電気信号として検出
さ゛れ、周波数ｆ２で変調されたレーザ光は周波数がＩ
Ｆ５−ｆ、ｌの電気信号として検出される。この半導体
光センサ−Ｏで出力する電気信号を各々周波数１ｆ　−
ｆ　Ｉ、１ｆ２−ｆ、１の電気信号Ｄ とするのはバンドパスフィルタ１３．１４が例えば活性
フィルタの場合は、あまり高い周波数では使用できない
ため、バンドパスフィルタ１３．１４に入力する電気信
号の周波数を低くするためである。

このバンドパスフィルタ１３は周波数１ｆ１−ｆＤｌの
電気信号を通過させ、バンドパスフィルタ１４は周波数
１ｆ２−ｆ、ｌの電気信号を通過させるようになってい
る。そこで、半導体光センサ１０から出力された周波数
がｌｆｔ　　ｆＤｔとＩＦ２　ｆＤ　ｔの電気信号はバ
ンドパスフィルタ１３．１４で分離され振幅比較器１５
に送られて振幅が比較される。

このレーザ発振器１，３から散乱部１Ｂに２波長のレー
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１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同
じ散乱強度で半導体光センサ１０に入射する。したがっ
て振幅比較器１５で比較される周波数１ｆ１−ｆ、ｌの
電気信号の振幅は周波数１ｆ２−ｆ、ｌの電気信号の振
幅と同程度となっている。

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、ガスの存在する距離に応
じてガスに吸収され、半導体光センサ−０に入射したと
きには、その強度すなわち振幅が小さいレーザ光となっ
ている。しかし、レーザ発振器１から投光されたレーザ
光はガスに吸収されないため、半導体光センサ−Ｏから
振幅比較器１５に送られる周波数Ｉｆ　　−ｆＤｌの電
気信号の振幅は周波数１ｆ２−ｆ、ｌの電気信号の振幅
と比べて相対的に小さくなる。この振幅の差を振幅比較
器１５で比較することにより、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。

なお、レーザ光の変調周波数ｆ　　、ｆ　　と半導体光
センサに印加する電圧の周波数ｆＤがほぼ近い周波数で
あるため、ビードが生じるが、このビードにより振幅比
較器１５の比較をより容易とすることができる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したように、波長の僅かに異なるレ
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異なった周波数とすること
により、２波長のレーザ光の強度を変化させて、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、ガスを高速で検知することができ
る。

また、レーザ光を高周波信号で変調するようにしたので
、広い範囲を高速で調べることができ、ガス検知能率を
大幅に向上させることができる。

さらに、２波長の強度を切換えるときに、レーザ光の波
長には変動がないため、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。

ることかできる効果を有する。

【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である。 １．３・・・半導体レーザ発振器、２．４．１１・・・
駆動装置、５．　６．１２・・・発振器、７・・・半透
鏡、８・・・反射鏡、９・・・集光レンズ、１０・・・
半導体光センサ、１３．１４・・・バンドパスフィルタ
、１５・・・振幅比較器。

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＿１（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第１高周波発振器と、該第１
   高周波発振器の発振周波数ｆ＿１（Ｈｚ）とは異なる周
   波数ｆ＿２（Ｈｚ）の信号を発振し第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第２高周波発振器と、第１半導体
   レーザ装置と第２半導体レーザ装置から同時に投光した
   ２波長のレーザ光を受光し電気信号に変換する半導体光
   センサと、上記発振周波数ｆ＿１、ｆ＿２とは僅かに異
   なる周波数ｆ＿Ｄ（Ｈｚ）の信号を発振し、半導体光セ
   ンサの駆動装置を駆動する第３高周波発振器と、半導体
   光センサで出力する２波長のレーザ光の電気信号の振幅
   を比較する振幅比較器とを備えたことを特徴とするガス
   検知装置。