JPH0610636B2 - Gas spectroscope - Google Patents

Gas spectroscope

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JPH0610636B2
JPH0610636B2 JP1872485A JP1872485A JPH0610636B2 JP H0610636 B2 JPH0610636 B2 JP H0610636B2 JP 1872485 A JP1872485 A JP 1872485A JP 1872485 A JP1872485 A JP 1872485A JP H0610636 B2 JPH0610636 B2 JP H0610636B2
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optical fiber
light
laser light
core
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弘明 田中
孝 植木
秀男 田井
俊彦 芳野
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Tokyo Gas Co Ltd
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Tokyo Gas Co Ltd
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection

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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光ファイバーのエバネッシェント波を用いて気
体分子の分光を行う気体の分光装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas spectroscopic device that performs spectroscopic analysis of gas molecules using an evanescent wave of an optical fiber.

(従来技術) 従来、光の波動としての性質のうち、強度、位相、偏波
などの変化を利用して圧力や振動、加速度、あるいは電
圧、電流、磁界などの電磁気量を検出したり、光の波長
に関する情報を利用して物質の種類や濃度などの化学量
を検出する光ファイバーセンサが知られている。光ファ
イバーセンサは、試料が遠方にある遠隔計測や試料を採
取することができない状況下での計測などに便利であ
り、工業計測、公害監視、医用など広い分野に利用され
ている。
(Prior Art) Conventionally, among the properties of light waves, changes in intensity, phase, polarization, etc. are used to detect pressure, vibration, acceleration, or electromagnetic quantities such as voltage, current, magnetic field, and There is known an optical fiber sensor that detects a chemical amount such as the type and concentration of a substance by using information about the wavelength of the. The optical fiber sensor is convenient for remote measurement in which a sample is distant or measurement under a situation where the sample cannot be collected, and is used in a wide range of fields such as industrial measurement, pollution monitoring, and medical use.

光ファイバーを用いた分光センサを例にとってみると、
この種の分光センサは、第11図に示すように、発光源
としてのレーザ(波長λ,λ)1と、発光されたレ
ーザ光を伝送する光ファイバー2と、遠隔の観測地点に
置かれる観測用セル3と、光強度を検出する分光器およ
び光検出器4と、光出力を増幅する増幅器5と、光出力
を信号処理する信号処理回路6とから構成されている。
Taking a spectroscopic sensor using an optical fiber as an example,
As shown in FIG. 11, this type of spectroscopic sensor is placed at a remote observation point and a laser (wavelength λ 1 , λ 2 ) 1 as a light emitting source, an optical fiber 2 for transmitting the emitted laser light. The observation cell 3 includes a spectroscope and a photodetector 4 for detecting the light intensity, an amplifier 5 for amplifying the light output, and a signal processing circuit 6 for processing the light output as a signal.

いま検出したい気体の吸収スペクトルが第12図に示す
ようなものであるとすると、レーザ1の発光波長をλ
とすれば、観測用セル3では波長λでの光吸収が極大
となるので、光検出器4における光出力の減衰から観測
用セル3が設置された場所でのその気体の存在と濃度と
が観測できる。
Assuming that the absorption spectrum of the gas to be detected is as shown in FIG. 12, the emission wavelength of the laser 1 is λ 1
Then, since the light absorption at the wavelength λ 1 is maximized in the observation cell 3, the presence and concentration of the gas at the location where the observation cell 3 is installed is determined from the attenuation of the light output in the photodetector 4. Can be observed.

ところがこのような光ファイバー分光センサにおいて
は、観測用セル3自体が構造上かなり大きなものでその
設置場所や設置状態に制約があり、またセル内部でレー
ザ光を一旦放射させ何回か反射させながら観測気体中に
通し、再び収斂させて分光器および光検出器4に導くの
で、光損失が生ずるほかに、レーザ光の径を小さく収斂
させるための光学系の調整が困難で、その後の保守も楽
でない。またこのような分光センサを用いて遠隔の複数
の観測地点を含む広域の分光を行おうとすると、観測地
点ごとに観測用セルを設置しなければならず、上述した
調整や保守の問題は一層大変である。そこで観測用セル
内のレーザ光収斂用光学系の調整を楽にするためには、
分光器および光検出器への光ファイバーを径の大きい束
状のものとすることが考えられるが、極めて高価にな
る。
However, in such an optical fiber spectroscopic sensor, the observation cell 3 itself is quite large in structure and its installation location and installation condition are limited. In addition, the observation is performed while the laser light is once emitted inside the cell and reflected several times. Since the light is passed through the gas and converged again to be guided to the spectroscope and the photodetector 4, optical loss occurs, and it is difficult to adjust the optical system for converging the diameter of the laser light to be small, and the subsequent maintenance is easy. Not. In addition, if a wide range of spectroscopy including multiple remote observation points is to be performed using such a spectroscopic sensor, an observation cell must be installed at each observation point, which makes the above-mentioned adjustment and maintenance problems even more difficult. Is. Therefore, in order to facilitate the adjustment of the laser beam focusing optical system in the observation cell,
It is conceivable that the optical fibers to the spectroscope and the photodetector are bundled with a large diameter, but it is extremely expensive.

(発明の目的および構成) ところが、光ファイバー10は、第13図に示すよう
に、コア11の周囲をコアの屈折率よりやや小さい屈折
率のクラッド12で包んだものから成り、光がコア11
内をクラッド12で全反射しながら伝搬するものである
が、光の伝搬の様子を波動光学的に分析してみると、伝
搬光の一部がクラッド12内に浸み出していることがわ
かり、この浸み出し波はエバネッシェント波(Evanesce
nt Wave)Wとして知られている。このエバネッシェン
ト波の浸み出しの様子は伝搬する光の波長、コアの径、
コアとクラッドの屈折率、光の伝搬モードなどにより決
まる。
(Object and Structure of the Invention) However, as shown in FIG. 13, the optical fiber 10 comprises a core 11 surrounded by a clad 12 having a refractive index slightly smaller than the refractive index of the core.
Although it propagates while being totally reflected inside the cladding 12, a wave-optical analysis of the state of light propagation reveals that a part of the propagating light leaks into the cladding 12. , This leaching wave is an evanescent wave (Evanesce
nt Wave) Known as W. The appearance of this evanescent wave seepage is the wavelength of the propagating light, the diameter of the core,
It is determined by the refractive index of the core and clad, and the propagation mode of light.

そこでこのエバネッシェント波に着目し、コアとクラッ
ドからなる光ファイバーの一部にエバネッシェント波が
露呈し易い部分を形成し、その光ファイバーに入射させ
た光の特定波長成分が物質によるエバネッシェント波の
吸収により減衰することを利用してその物質の分光測定
を行なう方法は、特開昭57−124239号や特表昭
58−501481号などで知られている。上記文献に
記載されたものはいずれも気体に適用されたものではな
く、コアをクラッドで包んで成る光ファイバーのクラッ
ドを除去してコアを露呈させて検出対象となる生体や溶
液の検出部を形成しているが、光ファイバーにレーザー
光を通すと、この検出部での光の散乱が大きくなり、気
体、特に濃度や成分比の小さい気体の分光に適用したと
き満足な結果が得られないという問題がある。
Therefore, focusing on this evanescent wave, a part where the evanescent wave is easily exposed is formed in a part of the optical fiber consisting of the core and the clad, and the specific wavelength component of the light incident on the optical fiber is attenuated by the absorption of the evanescent wave by the substance. A method for spectroscopically measuring the substance by utilizing this is known from JP-A-57-124239 and JP-A-58-501481. None of the ones described in the above documents are applied to gas, and the clad of the optical fiber formed by wrapping the core with the clad is removed to expose the core and form a detection part for a living body or a solution to be detected. However, when laser light is passed through the optical fiber, the scattering of light at this detector becomes large, and satisfactory results are not obtained when applied to spectroscopy of gas, especially gas with low concentration and component ratio. There is.

本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、レーザ
光収斂用光学系の調整の煩わしさがなく、光損失が小さ
く、広域での分光が簡単にできるとともに検出部での光
の散乱が小さい気体の分光装置を提供することを目的と
し、この目的を達成するために、光ファイバーの気体検
出部を、光ファイバーのコアを該コアの周囲を包むクラ
ッドとともにテーパ状に減径させて形成したものであ
る。
The present invention has been made in view of the above points, there is no troublesome adjustment of the laser light converging optical system, the light loss is small, it is possible to easily spectral in a wide range and the scattering of light in the detection unit. In order to provide a small gas spectroscope, in order to achieve this object, the gas detection part of the optical fiber is formed by tapering the core of the optical fiber together with the clad surrounding the core. Is.

(実施例) 以下に本発明を詳細に説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明による気体の分光装置においては光ファイバーの
エバネッシェント波を用いるので、エバネッシェント波
の影響が大気中に大きく及ぶように光ファイバーを作る
必要があり、その製造法として次のような方法が考えら
れる。
Since the evanescent wave of the optical fiber is used in the gas spectroscopic device according to the present invention, it is necessary to make the optical fiber so that the influence of the evanescent wave greatly affects the atmosphere, and the following method can be considered as a manufacturing method thereof.

(1)研磨法 第2図に示すように、ガラス基板15にある曲率の溝1
5aを形成し、この溝15aに沿って光ファイバー16
を挿入して固定し、ガラス基板15とともに光フイバー
16のコア16aが露呈するまでクラッド16bを研磨
する。こうすると、光ファイバー16の部分Aでエバネ
ッシェント波Wが大気中に現われる。
(1) Polishing Method As shown in FIG. 2, the groove 1 of curvature in the glass substrate 15
5a is formed, and the optical fiber 16 is formed along the groove 15a.
Is inserted and fixed, and the cladding 16b is polished until the core 16a of the optical fiber 16 is exposed together with the glass substrate 15. Then, the evanescent wave W appears in the atmosphere at the portion A of the optical fiber 16.

(2)エッチング法 第3図に示すように、フッ酸系のエッチング液により光
フイバー16のクラッド16bをコア16aに達する程
度にまで除去する。こうすると、光ファイバー16の部
分Aでエバネッシェント波Wが大気中に現われる。
(2) Etching method As shown in FIG. 3, the clad 16b of the optical fiber 16 is removed by a hydrofluoric acid-based etching solution to such an extent as to reach the core 16a. Then, the evanescent wave W appears in the atmosphere at the portion A of the optical fiber 16.

(3)延伸法 第4図に示すように、光ファイバー16をマイクロトー
チにより局部的に加熱してテーパ状の延伸を行なう。こ
うすると光ファイバー16のテーパ部分Aでエバネッシ
ェント波Wが大気中に現われる。
(3) Stretching Method As shown in FIG. 4, the optical fiber 16 is locally heated by a micro torch to perform taper stretching. Then, the evanescent wave W appears in the atmosphere at the tapered portion A of the optical fiber 16.

第5図は特に本発明の気体の分光装置に用いるのに適し
た光ファイバーで、従来知られている光ファイバーのコ
アとクラッドとを逆にし、芯部をクラッド17として機
械的強度を高めその周囲にコア18を配した環状コア構
造の光ファイバーである。このような構造の光ファイバ
ーのコア18に光を入射させると、図示したようにエバ
ネッシェント波Wの影響が強く大気中に現われ、光ファ
イバーの全長にわたって検出が可能になる。この環状コ
ア構造の光ファイバーのコア18の厚みを伝搬する光の
波長程度とするのが好ましい。
FIG. 5 shows an optical fiber particularly suitable for use in the gas spectroscopic device of the present invention, in which the core and the clad of a conventionally known optical fiber are reversed, and the core is used as the clad 17 to enhance the mechanical strength and to surround it. It is an optical fiber having an annular core structure in which a core 18 is arranged. When light is made incident on the core 18 of the optical fiber having such a structure, the influence of the evanescent wave W strongly appears in the atmosphere as shown in the figure, and detection is possible over the entire length of the optical fiber. It is preferable to set the thickness of the core 18 of the optical fiber having the annular core structure to about the wavelength of the propagating light.

第1図は本発明による気体の分光装置の概略線図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram of a gas spectroscopic device according to the present invention.

図において20は白色光を発光する白色光源、21は光
ファイバーで、その一部21aが検出部である。検出部
21aは上述した(1),(2)または(3)の方法で
クラッドを除去または極めて薄くしてエバネッシェント
波が大気中に現われ易いようにしてあり、ある特定の波
長λの光を吸収し易い被検出気体の存在する観測地点
B(破線丸印で示す)に位置するようにする。22は検
出部21aを通過した光のスペクトルを分析する分光
器、23は分光器22の出力を処理する信号処理回路で
ある。
In the figure, 20 is a white light source that emits white light, 21 is an optical fiber, and a part 21a thereof is a detection unit. The detector 21a removes or extremely thins the clad by the method (1), (2), or (3) described above so that the evanescent wave easily appears in the atmosphere, and the light of a specific wavelength λ 1 is emitted. It should be located at an observation point B (indicated by a broken line circle) where a gas to be detected that is easily absorbed exists. Reference numeral 22 is a spectroscope that analyzes the spectrum of light that has passed through the detection unit 21a, and 23 is a signal processing circuit that processes the output of the spectroscope 22.

白色光源20は図示したように広い波長領域にわたって
ほぼ均一な光強度を有するが、このような光強度の白色
光を光ファイバー21に送り込むと、検出部21aでそ
のエバネッシェント波が大気中に現われ、観測地点Bに
存在する気体に一部吸収される。その結果分光器22で
検出される光出力のスペクトル特性は図示したように波
長λで極小値を有するようになる。信号処理回路23
ではこの吸収された光成分とその気体に吸収されない波
長λの光成分との差分法により気体の濃度を検出する
ことができる。
The white light source 20 has a substantially uniform light intensity over a wide wavelength region as shown in the figure. When white light having such a light intensity is sent to the optical fiber 21, the evanescent wave appears in the atmosphere at the detecting portion 21a and is observed. The gas existing at the point B is partially absorbed. As a result, the spectral characteristic of the optical output detected by the spectroscope 22 has a minimum value at the wavelength λ 1 as shown in the figure. Signal processing circuit 23
Then, the gas concentration can be detected by the difference method between the absorbed light component and the light component of the wavelength λ 2 which is not absorbed by the gas.

気体に吸収され易い光の波長は各気体に固有であり、代
表的な気体について例示すると真空中では次のようにな
る。
The wavelength of light that is easily absorbed by a gas is unique to each gas, and a typical gas is as follows in a vacuum.

メタンCH 3.392μm 一酸化炭素CO 4.666μm 二酸化炭素CO 4.257μm アセチレンC3.030μm そこで光源の波長を予め定めればその波長の光を吸収す
る気体の有無やその濃度を光出力の低下により検出する
ことができる。
Methane CH 4 3.392 μm Carbon monoxide CO 4.666 μm Carbon dioxide CO 2 4.257 μm Acetylene C 2 H 2 3.030 μm Therefore, if the wavelength of the light source is determined in advance, the presence or absence of gas that absorbs light of that wavelength and its concentration Can be detected by a decrease in light output.

また光ファイバー21の検出部21aをジグザグ状にし
たりコイル状に巻いたりして長くすることにより検出感
度を高めることができる。また、検出しにくい観測地点
では検出部21aの形状を都合のよいように変えること
により分光が容易にできる。一例として、本発明による
気体の分光装置を用いてメタンガスの濃度検出の実験を
行った。第6図はこの実験に用いた光学系を示す。
Further, the detection sensitivity can be increased by making the detection unit 21a of the optical fiber 21 long by making it zigzag or coiled. Further, at an observation point that is difficult to detect, the shape of the detector 21a can be changed to be convenient, so that the spectroscopy can be easily performed. As an example, an experiment for detecting the concentration of methane gas was conducted using the gas spectroscopic device according to the present invention. FIG. 6 shows the optical system used in this experiment.

メタンガスに吸収され易い光の波長は真空中では3.3922
μmであることが知られているので、この波長のレーザ
光を発光するHe-Neレーザ25と、レーザ光を特定の周
波数(たとえば275Hz)で変調するための光チョッパ
ー26と、可視光(赤色光)である0.63μmレーザ
光を発光する基準用He-Neレーザ27と、ハーフミラー
HMおよびミラーMを図のように配置し、さらにビーム
集光用の赤外用レンズ28を介して光ファイバー30を
配置した。光ファイバー30には外径が125μm(コ
ア径50μm)のグレーデッド形マルチモードファイバ
ーを用い、一部を延伸法により平均約7μm径にまで引
き延ばして検出部30aとした。検出部30aの長さは
約10mmとした。光ファイバー30の出力側にはビーム
集光用の赤外用レンズ29を配置し、赤外用レンズ29
の光軸上に、ハーフミラーHMを配置し、ハーフミラー
HMで反射された可視光は可視センサ31を介してアン
プ32に、またハーフミラーHMを透過した赤外光はIn
As赤外センサ33を介してプリアンプ34,さらにロッ
クインアンプ35に送られる。36は分光結果を記録す
るレコーダ、37はメタンガス(CH)のタンク、3
8は窒素ガス(N)のタンク、39は両ガスの混合
器、40は変調用周波数(たとえば275Hz)のパル
スを発生するパルス発生器である。タンク37,38か
ら混合器39を介して光ファイバー30の検出部30a
にメタンガスCH100%,80%,60%,40
%,20%を含む混合ガスと窒素ガスN100%とを
交互にふきかけたときのレコーダ36の記録結果は第7
図に示すようになる。この図からわかるように、窒素ガ
スNを吹きかけたときは出力の低下はほとんどない
が、メタンガスCHを吹きかけたときは出力が低下す
る。これは波長3.3922μmの光のエバネッシェント波が
窒素ガスには吸収されないがメタンガスには吸収される
ことを示しており、しかもメタンガスの含有率を100
%から20%まで20%ごとに減少していくと出力低下
も減少していくことがわかる。
The wavelength of light that is easily absorbed by methane gas is 3.3922 in vacuum.
Since it is known to be μm, a He-Ne laser 25 that emits laser light of this wavelength, an optical chopper 26 for modulating the laser light at a specific frequency (for example, 275 Hz), and visible light (red The reference He-Ne laser 27 that emits a 0.63 μm laser beam, which is a light beam), the half mirror HM and the mirror M are arranged as shown in the figure, and the optical fiber 30 is provided via the infrared lens 28 for beam focusing. Was placed. A graded multimode fiber having an outer diameter of 125 μm (core diameter of 50 μm) was used as the optical fiber 30, and a part thereof was extended to an average diameter of about 7 μm by a drawing method to form a detection unit 30a. The length of the detection unit 30a was about 10 mm. An infrared lens 29 for condensing a beam is arranged on the output side of the optical fiber 30.
The half mirror HM is arranged on the optical axis of the, and the visible light reflected by the half mirror HM is passed through the visible sensor 31 to the amplifier 32, and the infrared light transmitted through the half mirror HM is In.
It is sent to the preamplifier 34 and further to the lock-in amplifier 35 via the As infrared sensor 33. 36 is a recorder for recording spectroscopic results, 37 is a methane gas (CH 4 ) tank, 3
Reference numeral 8 is a tank of nitrogen gas (N 2 ), 39 is a mixer of both gases, and 40 is a pulse generator that generates a pulse of a modulation frequency (for example, 275 Hz). Detection unit 30a of optical fiber 30 from tanks 37 and 38 via mixer 39
The methane gas CH 4 100%, 80%, 60%, 40
%, 20% and a nitrogen gas N 2 100% are alternately sprinkled on the recording result of the recorder 36.
As shown in the figure. As can be seen from this figure, there is almost no decrease in output when nitrogen gas N 2 is sprayed, but the output decreases when methane gas CH 4 is sprayed. This indicates that the evanescent wave of the light with a wavelength of 3.3922 μm is not absorbed by nitrogen gas, but absorbed by methane gas, and the content ratio of methane gas is 100%.
It can be seen that the output decrease also decreases as the value decreases from 20% to 20% in steps of 20%.

第8図は第7図の結果からメタンガスの含有率に対する
光出力の減少率をプロットしたもので、この図から、メ
タンガスの含有率と光吸収率がほぼ比例関係にあること
がわかる。図において、Poはメタンがないときの光出
力、Pはメタンの各含有率に対する光出力である。
FIG. 8 is a plot of the decrease rate of light output with respect to the content rate of methane gas from the results of FIG. 7. From this figure, it can be seen that the content rate of methane gas and the light absorption rate are in a substantially proportional relationship. In the figure, Po is the light output when there is no methane, and P is the light output for each content rate of methane.

第6図に示した分光装置の実施例は単一気体の濃度検出
の例であるが、複数気体の場合も同様で、各気体に固有
の波長で出力低下が生ずる。
Although the embodiment of the spectroscopic device shown in FIG. 6 is an example of detecting the concentration of a single gas, the same applies to the case of a plurality of gases, and the output is reduced at a wavelength unique to each gas.

また、レーザ光源としては上述したような広い波長にわ
たって均一の光強度を有する白色レーザ光を発光するも
ののほかに、特定の波長光のみを発光するレーザ光源を
用いることもできる。また発光源の発光波長を切り換え
るようにして複数の異なる気体濃度を検出するようにし
てもよい。
Further, as the laser light source, in addition to the one that emits white laser light having a uniform light intensity over a wide wavelength as described above, a laser light source that emits only light of a specific wavelength can be used. Alternatively, the emission wavelength of the light emitting source may be switched to detect a plurality of different gas concentrations.

第9図は本発明による気体の分光装置の他の実施例を示
す。図中、第1図と同じ参照数字は同じ構成部分を示
す。
FIG. 9 shows another embodiment of the gas spectroscopic device according to the present invention. In the figure, the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same components.

この実施例ではレーザ光源として任意の気体分子に吸収
される波長のパルス光を発光するパルスレーザ光源40
を用い、パルス光を光ファイバー21に入射する。入射
したパルス光はファイバー各部で後方レーリー散乱され
るが、気体分子が存在すると強く吸収されてレーリー散
乱光が減少するので、赤外センサ41を介して信号処理
回路42によりその光強度をパルス光入射時からの時間
遅れに対応して観測すると第10図のような結果が得ら
れる。この図において、後方レーリー散乱光の強度が急
激に低下する位置Dで気体分子による光の吸収があった
と考えられる。
In this embodiment, as a laser light source, a pulsed laser light source 40 that emits pulsed light having a wavelength absorbed by any gas molecule is used.
Pulse light is incident on the optical fiber 21. The incident pulsed light is backwardly Rayleigh scattered by each part of the fiber, but if gas molecules are present, it is strongly absorbed and the Rayleigh scattered light is reduced, so that the light intensity is changed to pulsed light by the signal processing circuit 42 via the infrared sensor 41. When observation is performed corresponding to the time delay from the time of incidence, the results shown in FIG. 10 are obtained. In this figure, it is considered that the light was absorbed by the gas molecules at the position D where the intensity of the backward Rayleigh scattered light sharply decreases.

そこで、パルス光の入射時から後方レーリー散乱光の光
強度が急激に低下するまでの時間をtとすると、パルス
レーザ光源40の位置から気体分子の分布している位置
までの距離lは次の式から求めることができる。
Therefore, when the time from the incidence of pulsed light until the light intensity of the backward Rayleigh scattered light sharply decreases is t, the distance l from the position of the pulsed laser light source 40 to the position where gas molecules are distributed is as follows. It can be calculated from the formula.

l=tC/2 C:ファイバー中の光速 パルスレーザ光源40の発光波長を切り換えるか波長の
異なるパルスレーザ光を発光するパルスレーザ光源を用
意しそれらを順次切り換えることにより第10図に示す
ような特性をいくつかの異なる波長について求めれば、
その波長の光を吸収する気体分子の存在とその濃度を求
めることができるので、広域での分光ができる。
l = tC / 2 C: speed of light in fiber The characteristics shown in FIG. 10 are obtained by switching the emission wavelength of the pulse laser light source 40 or by preparing a pulse laser light source emitting pulse laser light of different wavelengths and sequentially switching them. For several different wavelengths,
Since it is possible to determine the existence and concentration of gas molecules that absorb light of that wavelength, it is possible to perform spectroscopy over a wide range.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明においては、光ファイバー
の少なくとも一部にエバネッシェント波が露呈し易い気
体検出部を形成し、その気体検出部を、光ファイバーの
コアを該コアの周囲を包むクラッドとともにテーパ状に
減径させて形成したので、光ファイバーを伝搬する分光
用の光を一旦放射させてまた集光するということがない
ため光損失を少なくできるほかに、一旦放射した光を収
斂させるための光学系の調整の煩わしさや手間が不要と
なり、保守が楽になる。また、気体検出部での光の散乱
がないため、濃度や成分比の小さい気体の分光が可能に
なる。さらに観測にはエバネッシェント波の露呈部分を
形成するだけですむので、広域にわたる多数の観測地点
での観測に好都合である。さらに、従来の分光センサに
比較して検出部自体が著しく小型になり、設置場所や設
置状態が問題にならないので、分光が簡便になる。
(Effects of the Invention) As described above, in the present invention, a gas detection part where the evanescent wave is easily exposed is formed in at least a part of the optical fiber, and the gas detection part is provided around the core of the optical fiber. Since it is formed by tapering the diameter with the enclosing clad, there is no need to radiate the spectroscopic light propagating through the optical fiber once and then focus it again, so that the optical loss can be reduced and the radiated light can be converged. The troublesomeness and effort of adjusting the optical system for the operation is unnecessary, and the maintenance becomes easy. Further, since there is no light scattering in the gas detection unit, it is possible to disperse a gas having a small concentration or a small component ratio. Furthermore, it is convenient for observation at a large number of observation points over a wide area because only the exposed part of the evanescent wave needs to be formed for observation. Furthermore, the detection unit itself is significantly smaller than the conventional spectroscopic sensor, and the installation location and installation state do not matter, so that spectroscopy is simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による気体の分光装置の一実施例の概略
線図、第2図から第5図は本発明による気体の分光装置
で用いる光ファイバーの製造法を示す図、第6図は本発
明による気体の分光装置を用いて実験したメタンガスの
濃度検出用の光学系を示す図、第7図は第6図に示した
実験光学系のレコーダで得られる実験結果を示すグラ
フ、第8図はメタンガスの含有率と光強度の減少率との
関係を示すグラフ、第9図は本発明による気体の分光装
置の他の実施例の概略線図、第10図は第9図に示した
実施例で得られる分光結果の特性図、第11図は従来の
分光センサの一例を示すブロック線図、第12図は気体
の吸収スペクトルの一例を示す図、第13図は一般の光
ファイバーの構造と光の伝搬を示す図である。 20……白色光源、21……光ファイバー、21a……
検出部、22……分光器、23……信号処理回路、
FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a gas spectroscopic device according to the present invention, FIGS. 2 to 5 are diagrams showing a method for producing an optical fiber used in the gas spectroscopic device according to the present invention, and FIG. FIG. 8 is a diagram showing an optical system for detecting the concentration of methane gas, which was tested by using the gas spectroscopic device according to the invention, FIG. 7 is a graph showing the experimental results obtained by the recorder of the experimental optical system shown in FIG. 6, and FIG. Is a graph showing the relationship between the content rate of methane gas and the reduction rate of light intensity, FIG. 9 is a schematic diagram of another embodiment of the gas spectroscopic device according to the present invention, and FIG. 10 is the embodiment shown in FIG. FIG. 11 is a block diagram showing an example of a conventional spectroscopic sensor, FIG. 12 is a diagram showing an example of a gas absorption spectrum, and FIG. 13 is a structure of a general optical fiber. It is a figure which shows propagation of light. 20 ... White light source, 21 ... Optical fiber, 21a ...
Detector, 22 ... Spectrometer, 23 ... Signal processing circuit,

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ
光を一端から導入し途中にレーザ光のエバネッシェント
波を露呈し易くした気体検出部を設けた光ファイバー
と、該光ファイバーの他端において光ファイバーから導
出されるレーザ光のスペクトルを分析する分光器とを有
する気体の分光装置において、前記光ファイバーの気体
検出部を、光ファイバーのコアを該コアの周囲を包むク
ラッドとともにテーパ状に減径させて形成したことを特
徴とする気体の分光装置。
1. A laser light source, an optical fiber provided with a gas detector for facilitating the exposure of an evanescent wave of the laser light while introducing a laser light from the laser light source from one end, and an optical fiber at the other end of the optical fiber. In a gas spectroscope having a spectroscope for analyzing the spectrum of the emitted laser light, the gas detecting part of the optical fiber is formed by tapering the core of the optical fiber together with a clad surrounding the core. A gas spectroscopic device characterized by the above.
【請求項2】前記気体検出部をコイル状に巻いた特許請
求の範囲第1項に記載の気体の分光装置。
2. The gas spectroscopic apparatus according to claim 1, wherein the gas detection unit is wound in a coil shape.
【請求項3】レーザ光源と、クラッドの周囲をコアで包
み、前記レーザ光源からのレーザ光を一端から導入する
光ファイバーと、該光ファイバーの他端において光ファ
イバーから導出されるレーザ光のスペクトルを分析する
分光器とを有することを特徴とする気体の分光装置。
3. A laser light source, an optical fiber which surrounds the clad with a core and introduces the laser light from the laser light source from one end, and the spectrum of the laser light guided from the optical fiber at the other end of the optical fiber is analyzed. A gas spectroscope having a spectroscope.
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