JPH06229914A - 光によるガス検出器 - Google Patents

光によるガス検出器

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JPH06229914A
JPH06229914A JP1424993A JP1424993A JPH06229914A JP H06229914 A JPH06229914 A JP H06229914A JP 1424993 A JP1424993 A JP 1424993A JP 1424993 A JP1424993 A JP 1424993A JP H06229914 A JPH06229914 A JP H06229914A
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JP
Japan
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light
optical
receiver
gas
wavelength
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Pending
Application number
JP1424993A
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English (en)
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Shoji Adachi
正二 足立
Toru Mori
徹 森
Yoshimitsu Nakane
淑光 中根
Kazumitsu Nukui
一光 温井
Minoru Seto
実 瀬戸
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Ando Electric Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Ando Electric Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイナミックレンジが広く精度の高いガス検
出器を提供する。 【構成】 光パルス発生器1Aは高出力の光パルスを発
生し、ラマンファイバ2は光パルス発生器1Aの光パル
スにより誘導ラマン散乱現象を起こす。光送出器3Aは
ラマンファイバ2の出力を光ビーム4Aに変換し、受光
器5Aは光ビーム4Aを受光する。分光器6は受光器5
Aの出力を分光測定する。分光器6の分光測定により、
光送出器3Aと受光器5Aの間のガスの有無とガスの種
類を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高出力光パルス発生
器の出力をラマンファイバに入射させることにより、高
出力で広帯域な光出力を発生させ、光出力の変化からガ
スの有無を検出する光によるガス検出器についてのもの
である。
【0002】
【従来の技術】次に、従来技術によるガス検出器の構成
を図10により説明する。図10の1Bは白色光源、3
Aは光送出器、4Aは光ビーム、5Aは受光器、6は分
光器である。広帯域な白色光源1Bの出力光は、光送出
器3Aによって光ビーム4Aに変換される。光ビーム4
Aは受光器5Aで受光され、受光器5Aの出力は分光器
6によって分光測定される。
【0003】次に、図10の分光器6によるガスのスペ
クトラムを図11から図13により説明する。図11の
31は光送出器3Aと受光器5Aの間にガスがないとき
のスペクトラムであり、図12の32は光送出器3Aと
受光器5Aの間にガスがあるときのスペクトラムであ
る。図11ではガスによるスペクトラムの吸収がないの
で、分光器6によって測定されるスペクトラム31は白
色光源1Bだけのスペクトラムである。図11のスペク
トラム31を基準にする。
【0004】図12では、ガスによるスペクトラムの吸
収が起こり、分光器6の分光測定により、図12のスペ
クトラム32が得られる。図13の33は、図12のス
ペクトラム31と図12のスペクトラム32の差をとっ
たスペクトラムであり、スペクトラム33によりガスの
種類を特定でき、ガスの有無を検出することができる。
【0005】次に、従来技術による他のガス検出器の構
成を図14により説明する。図14の1Cは特定ガスの
固有吸収帯の波長をもつ特定波長光源、9Aは光強度測
定器であり、その他は図10と同じものである。検出さ
れるガスの種類がわかれば、ガス固有の吸収帯がわか
る。その吸収帯をもつ特定波長光源1Cを使用すれば、
図10のような分光測定をしなくてもガスの有無を検出
することができる。
【0006】次に、図14の光強度測定器9Aによるガ
スのスペクトラムを図15と図16により説明する。図
15の41は光送出器3Aと受光器5Aの間にガスがな
いときの光強度測定器9Aに入射する光のスペクトラム
である。
【0007】図16の42は光送出器3Aと受光器5A
の間に特定ガスがあるときの光強度測定器9Aに入射す
る光のスペクトラムである。スペクトラム41・42は
帯域が狭いので、スペクトラム41・42の差をとれ
ば、光強度の変化として光送出器3Aと受光器5Aの間
の特定ガスの有無を検出することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図10では、分光器6
の分光測定によって、図13のスペクトラム33のよう
にガスの有無を特定することができる。しかし、白色光
源1Bのため光源の絶対的な光強度が弱く、測定精度を
あげるのが困難である。
【0009】図14では、特定波長光源1Cの波長帯に
吸収スペクトラムをもつ特定なガスだけを図15と図1
6の差として測定する。このため、広帯域な測定をする
ことはできない。また、特定波長光源1Cの光出力強度
の変化により、検出を誤ることもある。この発明は、高
出力光パルス発生器の出力をラマンファイバに入射させ
ることにより高出力で広帯域な光出力を発生させ、ガス
の有無による光出力の変化を検出することにより、ダイ
ナミックレンジが広く精度の高いガス検出器の提供を目
的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明では、高出力の光パルスを発生する光パル
ス発生器1Aと、光パルス発生器1Aの光パルスにより
誘導ラマン散乱現象を起こすラマンファイバ2と、ラマ
ンファイバ2の出力を光ビーム4Aに変換する光送出器
3Aと、光ビーム4Aを受光する受光器5Aと、受光器
5Aの出力を分光測定する分光器6とを備え、分光器6
の分光測定により、光送出器3Aと受光器5Aの間のガ
スの有無とガスの種類を検出する。
【0011】
【作用】次に、第1の発明によるガス検出器の構成を図
1により説明する。図1の1Aは高出力光パルス発生
器、2はラマンファイバであり、その他は図10と同じ
ものである。すなわち、図1は図10の白色光源1Bや
図14の特定波長光源1Cの代わりに高出力光パルス発
生器1とラマンファイバ2を使用したものである。
【0012】高出力光パルス発生器1は、固体レーザや
希土類元素を添加したファイバを利用したレーザ等を使
用する。例えばEr3+を添加した光ファイバを1.48μm
の励起光源で励起し、Qスイッチ発振させれば、1.55μ
mの中心波長で50W程度の高出力光パルスを得ることが
できる。
【0013】ラマンファイバ2は、分散シフトファイバ
や、金属元素を添加した光ファイバなどで構成され、高
出力の光が入射されると、ファイバ内で誘導ラマン散乱
現象を起こし、入力波長が1.55μmであれば、1.55μm
から 1.7μm帯までの広帯域で光を出力したり、特定な
波長だけをシフトしたりする。
【0014】次に、図1の分光器6によるガスのスペク
トラムを図2から図4により説明する。図2の11は図
1の光送出器3Aと受光器5Aの間にガスがないときの
スペクトラムであり、図3の12は光送出器3Aと受光
器5Aの間にガスがあるときのスペクトラムである。図
1では、ガスによるスペクトラムの吸収がないので、分
光器6によって測定されるスペクトラム11はラマンフ
ァイバ2の出力だけのスペクトラムである。図2のスペ
クトラム11を基準とする。
【0015】図3では、ガスによるスペクトラムの吸収
が起こり、分光器6の分光測定により、図3のスペクト
ラム12のようになる。図4は、図2のスペクトラム1
1と図3のスペクトラム12の差をとったものであり、
図4のスペクトラム13によりガスの種類を特定でき、
ガスの有無を検出することができる。
【0016】次に、第2の発明によるガス検出器の構成
を図5により説明する。図5の3Bは光方向性結合器、
5Bは送受光器、4Bは光ビーム、7は光反射体であ
り、その他は図1と同じものである。図5は図1に光方
向性結合器3Bと光反射体7を追加したものである。
【0017】図5のラマンファイバ2の出力は光方向性
結合器3Bに入り、光方向性結合器3Bの直進出力は送
受光器5Bで光ビーム4Bに変換される。光ビーム4B
は光反射体7で反射され、光反射体7からの戻り光は送
受光器5Bで受光される。送受光器5Bで受光された戻
り光は光方向性結合器3Bで分岐され、光方向性結合器
3Bの分岐出力は分光器6で分光測定される。
【0018】送受光器5Bと光反射体7の間にガスがな
いときは、図1のときと同じように図2のスペクトラム
11が得られる。送受光器5Bと光反射体7の間にガス
があるときはガスによる吸収があり、図3のスペクトラ
ム12が得られる。図2のスペクトラム11と図3のス
ペクトラム12の差から、図4のガスの吸収スペクトラ
ム13が得られ、ガスの有無とガスの種類を検出するこ
とができる。
【0019】次に、第3の発明によるガス検出器の構成
を図6により説明する。図6の8は波長選択光分波器、
5Cと5Dは受光器、9Aと9Bは光強度測定器であ
る。図6は図1の分光器6の代わりに、波長選択光分波
器8、受光器5C・5D及び光強度測定器9A・9Bを
使用したものである。
【0020】図6の受光器5Aの受光出力は波長選択光
分波器8で波長の異なる波長λaと波長λbの光に選択
される。波長λaの光は受光器5Cから光強度測定器9
Aで光の強度を測定され、波長λbの光は受光器5Dか
ら光強度測定器9Bで光の強度を測定される。波長λa
の光をガスの非吸収帯とし、波長λbの光をガスの吸収
帯とする。例えば波長λaを1.57μmとし、波長λbを
メタンガスの吸収帯である1.67μmとする。
【0021】次に、図6の光強度測定器9A・9Bに入
射する光のスペクトラムを図7と図8により説明する。
図7の21は図6の光送出器3Aと受光器5Aの間にガ
スがないときの波長λaの光のスペクトラムであり、2
2は光送出器3Aと受光器5Aの間にガスがないときの
波長λbの光のスペクトラムである。
【0022】図8の23は光送出器3Aと受光器5Aの
間にガスがないときの波長λaの光のスペクトラムであ
り、24は光送出器3Aと受光器5Aの間にガスがある
ときの波長λbの光のスペクトラムである。
【0023】図7のスペクトラム21と図8のスペクト
ラム23はガスによる光の吸収がない波長λaの帯域で
あり、図7のスペクトラム22と図8のスペクトラム2
4はガスによる光の吸収がある波長λbの帯域である。
図7と図8の差から、ガスによる光の吸収がある波長λ
bの光は吸収による光強度の変化として光強度測定器9
Aにより検出され、ガスによる吸収がない波長λaの光
はラマンファイバ2から出力される光強度の変動や、他
の要因による損失を光強度測定器9Bによって監視され
る。吸収量はガス濃度・光路長・ビーム径にもよるが、
0.1%〜10%程度である。
【0024】次に、第4の発明によるガス検出器の構成
を図9により説明する。図9は図5と図6を合成したも
のである。図9のラマンファイバ2の出力は光方向性結
合器3Bに入り、光方向性結合器3Bの直進出力は送受
光器5Bで光ビーム4Bに変換される。光ビーム4Bは
光反射体7で反射され、光反射体7による戻り光は送受
光器5Bで受光され、光方向性結合器3Bで分岐され
る。光方向性結合器3Bの分岐出力は波長選択光分波器
8で波長の異なる波長λaの光と波長λbの光に分波さ
れ、波長λaの光は光強度測定器9Aで光強度が測定さ
れ、波長λbの光は光強度測定器9Bで光強度が測定さ
れる。
【0025】図9の送受光器5Bと光反射体7の間にガ
スがあるときは、ガスの吸収により図8に示すようなス
ペクトラム23・24が得られる。スペクトラム23は
波長選択光分波器8で波長λaの光に選択され、スペク
トラム24は波長λbの光に分岐される。ガスによる光
の吸収がある波長λbの光は吸収による光強度の変化と
して光強度測定器9Aで測定され、吸収がない波長λa
の光はラマンファイバ2から出力される光強度の変動
や、他の要因による損失を光強度測定器9Bによって監
視される。
【0026】
【発明の効果】この発明によれば、高出力光パルス発生
器の出力をラマンファイバに入射させることにより高出
力で広帯域な光出力を発生させ、ガスの有無により光出
力を変化させるので、ダイナミックレンジが広く精度の
高いガス検出をすることができる。また、光源の帯域を
広くすることができるので、種類の違うガスでも、光源
の帯域内に吸収線をもつガスならば高い精度で検出する
ことができる。さらに、光源として光ファイバレーザ
や、他の光学系にも光ファイバを使用することができる
ので、取り扱いや調整が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明によるガス検出器の構成図である。
【図2】図1の光送出器3Aと受光器5Aの間にガスが
ないときのスペクトラムである。
【図3】図1の光送出器3Aと受光器5Aの間にガスが
あるときのスペクトラムである。
【図4】図2と図3の差を示すスペクトラムである。
【図5】第2の発明によるガス検出器の構成図である。
【図6】第3の発明によるガス検出器の構成図である。
【図7】図6の光送出器3Aと受光器5Aの間にガスが
ないときのスペクトラムである。
【図8】図6の光送出器3Aと受光器5Aの間にガスが
あるときのスペクトラムである。
【図9】第4の発明によるガス検出器の構成図である。
【図10】従来技術によるガス検出器の構成図である。
【図11】図10の光送出器3Aと受光器5Aの間にガ
スがないときのスペクトラムである。
【図12】図10の光送出器3Aと受光器5Aの間にガ
スがあるときのスペクトラムである。
【図13】図11と図12の差を示すスペクトラムであ
る。
【図14】従来技術による他のガス検出器の構成図であ
る。
【図15】図14の光送出器3Aと受光器5Aの間にガ
スがないときのスペクトラムである。
【図16】図14の光送出器3Aと受光器5Aの間にガ
スがあるときのスペクトラムである。
【符号の説明】
1A 高出力光パルス発生器 2 ラマンファイバ 3A 光送出器 3B 光方向性結合器 4A 光ビーム 4B 光ビーム 5A 受光器 5B 送受光器 5C 受光器 5D 受光器 6 分光器 7 光反射体 8 波長選択光分波器 9A 光強度測定器 9B 光強度測定器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中根 淑光 神奈川県横浜市鶴見区末広町1丁目7番7 号 東京瓦斯株式会社生産技術センター内 (72)発明者 温井 一光 神奈川県横浜市鶴見区末広町1丁目7番7 号 東京瓦斯株式会社生産技術センター内 (72)発明者 瀬戸 実 神奈川県横浜市鶴見区末広町1丁目7番7 号 東京瓦斯株式会社生産技術センター内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高出力の光パルスを発生する光パルス発
    生器(1A)と、 光パルス発生器(1A)の光パルスにより誘導ラマン散乱現
    象を起こすラマンファイバ(2) と、 ラマンファイバ(2) の出力を光ビーム(4A)に変換する光
    送出器(3A)と、 光ビーム(4A)を受光する受光器(5A)と、 受光器(5A)の出力を分光測定する分光器(6) とを備え、 分光器(6) の分光測定により、光送出器(3A)と受光器(5
    A)の間のガスの有無とガスの種類を検出することを特徴
    とする光によるガス検出器。
  2. 【請求項2】 高出力の光パルスを発生する光パルス発
    生器(1A)と、 光パルス発生器(1A)の光パルスにより誘導ラマン散乱現
    象を起こすラマンファイバ(2) と、 ラマンファイバ(2) の出力を入力とする光方向性結合器
    (3B)と、 光方向性結合器(3B)の直進出力を光ビーム(4B)に変換す
    る送受光器(5B)と、 光ビーム(4B)を反射する光反射体(7) と、 光反射体(7) による光ビーム(4B)の戻り光を送受光器(5
    B)で受光し、送受光器(5B)で受光した戻り光を光方向性
    結合器(3B)で分岐し、光方向性結合器(3B)の分岐光を分
    光測定する分光器(6) とを備え、 分光器(6) の分光測定により、送受光器(5B)と光反射体
    (7) の間のガスの有無とガスの種類を検出することを特
    徴とする光によるガス検出器。
  3. 【請求項3】 高出力の光パルスを発生する光パルス発
    生器(1A)と、 光パルス発生器(1A)の光パルスにより誘導ラマン散乱現
    象を起こすラマンファイバ(2) と、 ラマンファイバ(2) の出力を光ビーム(4A)に変換する光
    送出器(3A)と、 光ビーム(4A)を受光する第1の受光器(5A)と、 第1の受光器(5A)の受光出力を波長の異なる第1の波長
    λaと第2の波長λbの光に分離選択する波長選択光分
    波器(8) と、 波長選択光分波器(8) によって分波された第1の波長λ
    aの光を受光する第2の受光器(5C)と、 波長選択光分波器(8) によって分波された第2の波長λ
    bの光を受光する第3の受光器(5D)と、 第2の受光器(5C)の出力を測定する第1の光強度測定器
    (9A)と、 第3の受光器(5D)の出力を測定する第2の光強度測定器
    (9B)とを備え、 第1の光強度測定器(9A)と第2の光強度測定器(9B)の測
    定により、光送出器(3A)と第1の受光器(5A)の間のガス
    の有無とガスの種類を検出することを特徴とする光によ
    るガス検出器。
  4. 【請求項4】 高出力の光パルスを発生する光パルス発
    生器(1A)と、 光パルス発生器(1A)の光パルスにより誘導ラマン散乱現
    象を起こすラマンファイバ(2) と、 ラマンファイバ(2) の出力を入力とする光方向性結合器
    (3B)と、 光方向性結合器(3B)の直進出力を光ビーム(4B)に変換す
    る送受光器(5B)と、 光ビーム(4B)を反射する光反射体(7) と、 光反射体(7) による光ビーム(4B)の戻り光を送受光器(5
    B)で受光し、送受光器(5B)で受光した戻り光を光方向性
    結合器(3B)で分岐し、光方向性結合器(3B)の分岐光を波
    長の異なる第1の波長λaと第2の波長λbに分離選択
    する波長選択光分波器(8) と、 波長選択光分波器(8) によって分波された第1の波長λ
    aの光を受光する第1の受光器(5C)と、 波長選択光分波器(8) によって分波された第2の波長λ
    bの光を受光する第2の受光器(5D)と、 第1の受光器(5C)の出力を測定する第1の光強度測定器
    (9A)と、 第2の受光器(5D)の出力を測定する第2の光強度測定器
    (9B)とを備え、 第1の光強度測定器(9A)と第2の光強度測定器(9B)の測
    定により、送受光器(5B)と光反射体(7) の間のガスの有
    無とガスの種類を検出することを特徴とする光によるガ
    ス検出器。
JP1424993A 1993-01-29 1993-01-29 光によるガス検出器 Pending JPH06229914A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0758084A2 (en) 1995-08-09 1997-02-12 Kyoto Dai-ichi Kagaku Co., Ltd. Optical measuring method of expiration components

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0758084A2 (en) 1995-08-09 1997-02-12 Kyoto Dai-ichi Kagaku Co., Ltd. Optical measuring method of expiration components

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