JPH06229915A - 光によるガス検出器 - Google Patents

光によるガス検出器

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JPH06229915A
JPH06229915A JP1425093A JP1425093A JPH06229915A JP H06229915 A JPH06229915 A JP H06229915A JP 1425093 A JP1425093 A JP 1425093A JP 1425093 A JP1425093 A JP 1425093A JP H06229915 A JPH06229915 A JP H06229915A
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JP
Japan
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light
wavelength
optical
gas
receiver
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Pending
Application number
JP1425093A
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English (en)
Inventor
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
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ando Electric Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Ando Electric Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高出力光パルス発生器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を採用す
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時間軸上の波形として表示
する。 【構成】 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の受光を分離選択する波長選択光分
波器6と、波長選択光分波器6の出力からガスによる光
の吸収がある波長λaの光と吸収がない波長λbの光を
受光し、電気信号に変換する光検出器7A・7Bと、光
検出器7A・7Bの受光パルスを時間軸上でサンプリン
グするサンプリング回路8A・8Bと、サンプリング回
路8A・8Bでサンプリングされた信号を処理する信号
処理回路9とを備え、光ビーム4Aの強度の変化を時間
軸上の波形で表示し、ガスの有無を検出する。

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、光出力の変化から種
々の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7により説明する。図7の1Bは白色光源、3Aは
光送出器、4Aは光ビーム、5Aは受光器、10Aは分
光器である。広帯域な白色光源1Bの出力は、光送出器
3Aによって光ビーム4Aに変換される。光ビーム4A
は受光器5Aで受光され、受光器5Aの出力は分光器1
0Aによって分光測定される。
【0003】次に、図7の分光器10Aによるガスのス
ペクトラムを図8から図10により説明する。図8の2
1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9の22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
8ではガスによるスペクトラムの吸収がないので、分光
器10Aによって測定されるスペクトラム21は白色光
源1Bだけのスペクトラムである。図8のスペクトラム
21を基準とする。
【0004】図9では、ガスによるスペクトラムの吸収
が起こり、分光器10Aの分光測定により、図9のスペ
クトラム22が得られる。図10の23は、図8のスペ
クトラム21と図9のスペクトラム22の差をとったス
ペクトラムであり、スペクトラム23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検出装置の構成
を図11により説明する。図11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、10Bは光強度測
定器であり、その他は図7と同じものである。すなわ
ち、図11は図7の白色光源1Bを特定波長光源1Cに
置き換え、分光器10Aを光強度測定器10Bに置き換
えたものである。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7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11の光強度測定器10Bによる
ガスのスペクトラムを図12と図13により説明する。
図12の31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10Bに入射する光のスペクト
ラムである。
【0007】図13の32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10Bに入射
する光のスペクトラムである。スペクトラム31・32
は帯域が狭いので、スペクトラム31・32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7では、分光器10
Aの分光測定によって、図10のスペクトラム23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11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12と図1
3の差として測定する。このため、広帯域な測定をする
ことができない。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し、時間軸上の波形と
して表示することにより、精度と確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高出力
光パルス発生器1Aと、高出力光パルス発生器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5
Aと、受光器5Aの受光を波長の異なる波長λaの光と
波長λbの光に分離選択する波長選択光分波器6と、波
長選択光分波器6の出力から光送出器3Aと受光器5A
の間のガスによる光の吸収がある波長λaの光を受光
し、電気信号に変換する光検出器7Aと、波長選択光分
波器6の出力から光送出器3Aと受光器5Aの間のガス
による光の吸収がない波長λbの光を受光し、電気信号
に変換する光検出器7Bと、光検出器7Aの受光パルス
を時間軸上でサンプリングするサンプリング回路8A
と、光検出器7Bの受光パルスを時間軸上でサンプリン
グするサンプリング回路8Bと、サンプリング回路8A
とサンプリング回路8Bでサンプリングされた信号を処
理する信号処理回路9とを備え、光ビーム4Aの強度の
変化を時間軸上の波形で表示し、光送出器3Aと受光器
5Aの間のガスの有無を検出する。
【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、6は波長選択光分波器、7A
と7Bは光検出器、8Aと8Bはサンプリング回路、9
は信号処理回路であり、その他は図7と同じものであ
る。すなわち、図1は図7の白色光源1Bを高出力光パ
ルス発生器1とラマンファイバ2に置き換え、分光器1
0Aを波長選択光分波器6以降と置き換えたものであ
る。
【0012】高出力光パルス発生器1A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1.48μ
mの励起光源で励起し、Qスイッチ発振させれば、1.55
μm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帯までの広帯域な光を出力したり、特定な
波長だけをシフトしたりする。
【0014】ラマンファイバ2の光出力は光送出器3A
で光ビーム4Aに変換され、受光器5Aで受光された光
は波長選択光分波器6で波長の異なる波長λaと波長λ
bに波長選択される。波長λaの光は光検出器7Aから
サンプリング回路8Aに入り、光パルスの強度を測定さ
れ、波長λbの光は光検出器7Bからサンプリング回路
8Bに入り、光パルスの強度を測定される。波長λaの
光をガスの吸収帯とし、波長λbの光をガスの非吸収帯
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。
【0015】次に、図1のスペクトラムを図2と図3に
より説明する。図2の11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3の1
2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2と図3の横軸は波長λであ
る。
【0016】図3では、ガスによるスペクトラムの吸収
が起こり、スペクトラム12が得られる。ガスによる光
の吸収がある波長λaの光パルスは、吸収による光強度
の変化としてサンプリング回路8Aで検出され、吸収が
ない波長λbの光パルスはラマンファイバ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サンプリン
グ回路8B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。
【0017】次に、図2と図3の波長をもつ光パルスを
サンプリング回路8A・8Bで処理し、横軸を時間で現
わした波形を図4と図5により説明する。図4の13は
吸収がない波長λbの光をサンプリングしたものであ
り、図2に対応する。図5の14はガスによる光の吸収
がある波長λaの光をサンプリングしたものであり、図
3に対応する。図4と図5を比較することによりガスに
よる光の吸収がある波長λaの光の変化を検出すること
ができる。光検出器7A・7B、サンプリング回路8A
・8B、信号処理回路9の部分は、時間軸上でサンプリ
ングする機能をもち、いわゆるサンプリングシンクロス
コープの役目をするものである。
【0018】次に、第2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3Bは光方向性結合器、
5Bは送受光器、4Bは光ビーム、5Cは光反射体であ
り、その他は図1と同じものである。すなわち、図6は
図1の光送出器3A、受光器5Aの代わりに、光方向性
結合器3B、送受光器5B及び光反射体5Cを採用した
ものである。
【0019】図6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5Cで反射され、光反射体5C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の分岐出力は波長選択光分波器6で波長の異な
る波長λaの光と波長λbの光に波長選択される。波長
選択光分波器6以降の作用は図1と同じである。
【0020】
【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
力を変化を時間軸上の波形で表示させるので、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1の吸収がない波長λbの光パルスをサンプ
リングし、時間軸上で現わした波形図である。
【図5】図1の吸収がある波長λaの光パルスをサンプ
リングし、時間軸上で現わした波形図である。
【図6】第2の発明によるガス検出器の構成図である。
【図7】従来技術によるガス検出器の構成図である。
【図8】図7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9】図7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10】図8と図9の差をとったときのスペクトラム
である。
【図11】従来技術による他のガス検出器の構成図であ
る。
【図12】図11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13】図11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 光反射体 6 波長選択光分波器 7A 光検出器 7B 光検出器 8A サンプリング回路 8B サンプリング回路 9 信号処理回路
───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)

    【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高出力光パ
    ルス発生器(1A)と、 高出力光パルス発生器(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)の受光を波長の異なる波長λaの光と波長λ
    bの光に分離選択する波長選択光分波器(6) と、 波長選択光分波器(6) の出力から光送出器(3A)と受光器
    (5A)の間のガスによる光の吸収がある波長λaの光を受
    光し、電気信号に変換する第1の光検出器(7A)と、 波長選択光分波器(6) の出力から光送出器(3A)と受光器
    (5A)の間のガスによる光の吸収がない波長λbの光を受
    光し、電気信号に変換する第2の光検出器(7B)と、 第1の光検出器(7A)の受光パルスを時間軸上でサンプリ
    ングする第1のサンプリング回路(8A)と、 第2の光検出器(7B)の受光パルスを時間軸上でサンプリ
    ングする第2のサンプリング回路(8B)と、 第1のサンプリング回路(8A)と第2のサンプリング回路
    (8B)でサンプリングされた信号を処理する信号処理回路
    (9) とを備え、 光ビーム(4A)の強度の変化を時間軸上の波形で表示し、
    光送出器(3A)と受光器(5A)の間のガスの有無を検出する
    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高出力光パ
    ルス発生器(1A)と、 高出力光パルス発生器(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(5C)と、 光反射体(5C)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
    長の異なる波長λaの光と波長λbの光に分離選別する
    波長選択光分波器(6) と、 波長選択光分波器(6) の出力から送受光器(5B)と光反射
    体(5C)の間のガスによる光の吸収がある波長λaの光を
    受光し、電気信号に変換する第1の光検出器(7A)と、 波長選択光分波器(6) の出力から送受光器(5B)と光反射
    体(5C)の間のガスによる光の吸収がない波長λbの光を
    受光し、電気信号に変換する第2の光検出器(7B)と、 第1の光検出器(7A)の受光パルスを時間軸上でサンプリ
    ングする第1のサンプリング回路(8A)と、 第2の光検出器(7B)の受光パルスを時間軸上でサンプリ
    ングする第2のサンプリング回路(8B)と、 第1のサンプリング回路(8A)と第2のサンプリング回路
    (8B)でサンプリングされた信号を処理する信号処理回路
    (9) とを備え、 光ビーム(4B)の強度の変化を時間軸上の波形で表示し、
    送受光器(5B)と反射体(5C)の間のガスの有無を検出する
    ことを特徴とする光によるガス検出器。
JP1425093A 1993-01-29 1993-01-29 光によるガス検出器 Pending JPH06229915A (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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