JPH06229916A - 光学式ガス検出器 - Google Patents
光学式ガス検出器Info
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- JPH06229916A JPH06229916A JP3254993A JP3254993A JPH06229916A JP H06229916 A JPH06229916 A JP H06229916A JP 3254993 A JP3254993 A JP 3254993A JP 3254993 A JP3254993 A JP 3254993A JP H06229916 A JPH06229916 A JP H06229916A
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Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ガス検知セルから戻ってきた光を電気信号に
変える光学干渉フィルタを１枚にして組立も容易になり
被測定ガス以外のガスの影響を受けにくくする。 【構成】 光源１からの光は、光学干渉フィルタ２、光
ファイバ３、光ファイバ分岐点４、光ファイバ５を通
り、ガス検知セル６ａに照射され、ガス検知セル６ａ中
で一部吸収され、反射板６ｂで反射し、もう一度ガス検
知セル６ａ中で一部吸収された光は光ファイバ５、光フ
ァイバ分岐点４、光ファイバ７を通り、光学干渉フィル
タ８に照射され、透過光９ａは受光素子１０ａによっ
て、反射光９ｂは受光素子１０ｂによって電気信号に変
えられ、ガス濃度演算部２０にてガス濃度に演算する。
光学干渉フィルタ２は、被測定ガスの吸収スペクトルの
幅より広いスペクトル幅を持ち、光学干渉フィルタ８
は、被測定ガスの吸収スペクトルの幅より広く、光学干
渉フィルタ２のスペクトル幅より狭いスペクトル幅を持
つ。
変える光学干渉フィルタを１枚にして組立も容易になり
被測定ガス以外のガスの影響を受けにくくする。 【構成】 光源１からの光は、光学干渉フィルタ２、光
ファイバ３、光ファイバ分岐点４、光ファイバ５を通
り、ガス検知セル６ａに照射され、ガス検知セル６ａ中
で一部吸収され、反射板６ｂで反射し、もう一度ガス検
知セル６ａ中で一部吸収された光は光ファイバ５、光フ
ァイバ分岐点４、光ファイバ７を通り、光学干渉フィル
タ８に照射され、透過光９ａは受光素子１０ａによっ
て、反射光９ｂは受光素子１０ｂによって電気信号に変
えられ、ガス濃度演算部２０にてガス濃度に演算する。
光学干渉フィルタ２は、被測定ガスの吸収スペクトルの
幅より広いスペクトル幅を持ち、光学干渉フィルタ８
は、被測定ガスの吸収スペクトルの幅より広く、光学干
渉フィルタ２のスペクトル幅より狭いスペクトル幅を持
つ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバにより構
成されたガスセンサを用いて被測定物のガス濃度を測定
する光学式ガス検出器に関する。
成されたガスセンサを用いて被測定物のガス濃度を測定
する光学式ガス検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような光学式ガス検出器とし
て稲葉、水本；”光ファイバガスセンサ”センサ技術、
１９８７年７月号（Ｖｏｌ．７．Ｎｏ．８）ｐ．２２の
ガスの遠隔差分吸収計測システムなどが知られている。
ガスの遠隔差分吸収計測システムの具体的なブロック図
を図３に示す。監視センターに設置された光送信部５０
と光受信部５１、および測定を行う遠隔地点に置かれた
ガス検知セル６によって構成される。受信光の吸収強度
から直接ガス濃度を算出することのできる二波長差分吸
収測定法は各種の可燃性、有害性ガスの高精度リモート
センサとして適している。
て稲葉、水本；”光ファイバガスセンサ”センサ技術、
１９８７年７月号（Ｖｏｌ．７．Ｎｏ．８）ｐ．２２の
ガスの遠隔差分吸収計測システムなどが知られている。
ガスの遠隔差分吸収計測システムの具体的なブロック図
を図３に示す。監視センターに設置された光送信部５０
と光受信部５１、および測定を行う遠隔地点に置かれた
ガス検知セル６によって構成される。受信光の吸収強度
から直接ガス濃度を算出することのできる二波長差分吸
収測定法は各種の可燃性、有害性ガスの高精度リモート
センサとして適している。
【０００３】光源１からの光は、光ファイバ３を通り、
ガス検知セル６に照射される。照射された光はガス検知
セル６中で一部吸収され、光ファイバ７を通って、ビー
ムスプリッタ３１ａで反射光と透過光の２つに分けら
れ、透過光は、チョッパ３３、光学干渉フィルタ３４、
ビームスプリッタ３１ｂを透過し、Ｇｅ検出器４０に照
射される。ビームスプリッタ３１ａで分けられた、反射
光は、ビームスプリッタ３２ａ、チョッパ３５、光学干
渉フィルタ３６、可変減衰器３７を通り、ビームスプリ
ッタ３２ｂで反射し、ビームスプリッタ３１ｂによって
反射しＧｅ検出器４０に照射される。Ｇｅ検出器４０か
らの電気信号はロックイン検出器４１によってガス濃度
が得られガス濃度演算部４２に記録される。
ガス検知セル６に照射される。照射された光はガス検知
セル６中で一部吸収され、光ファイバ７を通って、ビー
ムスプリッタ３１ａで反射光と透過光の２つに分けら
れ、透過光は、チョッパ３３、光学干渉フィルタ３４、
ビームスプリッタ３１ｂを透過し、Ｇｅ検出器４０に照
射される。ビームスプリッタ３１ａで分けられた、反射
光は、ビームスプリッタ３２ａ、チョッパ３５、光学干
渉フィルタ３６、可変減衰器３７を通り、ビームスプリ
ッタ３２ｂで反射し、ビームスプリッタ３１ｂによって
反射しＧｅ検出器４０に照射される。Ｇｅ検出器４０か
らの電気信号はロックイン検出器４１によってガス濃度
が得られガス濃度演算部４２に記録される。
【０００４】この測定方法では、濃度検出用として光学
干渉フィルタ３４の中心透過波長λ1を所定のガス吸収
の強い波長域に選び、一方、参照用の光学干渉フィルタ
３６の中心透過波長λ2を吸収の弱い波長域に選定す
る。ガス検知セル６中に測定対象ガスが無い状態で２つ
の波長における受信光強度Ｐｒ（λ1）、Ｐｒ（λ2）が
等しくなるように可変減衰器３７を調整しておくと、長
さＬのセル内の気体濃度Ｎは次式のように与えられる。 Ｎ＝（Ｐｒ（λ2）−Ｐｒ（λ1））／｜σ（λ1）−σ
（λ2）｜ＬＰｒ（λ2） ここで、σ（λ）はガス吸収係数である。この場合に
は、ロックイン検出器４１から直接Ｐｒ（λ1）−Ｐｒ
（λ2）に対応する電気出力が得られるので、上式より
ガス濃度を容易に算出することができる。また、光ファ
イバ３、５、７中を光が伝送される途中で外乱によって
光強度が変化してもＰｒ（λ1）とＰｒ（λ2）が同じ様
に影響を受けるため、上式のように演算することによっ
て外乱による影響を受けにくくなる。
干渉フィルタ３４の中心透過波長λ1を所定のガス吸収
の強い波長域に選び、一方、参照用の光学干渉フィルタ
３６の中心透過波長λ2を吸収の弱い波長域に選定す
る。ガス検知セル６中に測定対象ガスが無い状態で２つ
の波長における受信光強度Ｐｒ（λ1）、Ｐｒ（λ2）が
等しくなるように可変減衰器３７を調整しておくと、長
さＬのセル内の気体濃度Ｎは次式のように与えられる。 Ｎ＝（Ｐｒ（λ2）−Ｐｒ（λ1））／｜σ（λ1）−σ
（λ2）｜ＬＰｒ（λ2） ここで、σ（λ）はガス吸収係数である。この場合に
は、ロックイン検出器４１から直接Ｐｒ（λ1）−Ｐｒ
（λ2）に対応する電気出力が得られるので、上式より
ガス濃度を容易に算出することができる。また、光ファ
イバ３、５、７中を光が伝送される途中で外乱によって
光強度が変化してもＰｒ（λ1）とＰｒ（λ2）が同じ様
に影響を受けるため、上式のように演算することによっ
て外乱による影響を受けにくくなる。
【０００５】メタンガス吸収検出用として光源１に中心
波長１．６２μｍ、出力約０．１ｍＷのＩｎＧａＡｓ発
光ダイオード（ＬＥＤ）、光を送信、受信するための光
ファイバ３、５、７にはＧＩ型多モード光ファイバを用
い、参照用の光学干渉フィルタ３６には、中心透過波長
λ1 が１．６６６μｍ、透過幅が３ｎｍの光学干渉フィ
ルタ３４と、中心透過波長λ2 が１．５２８μｍ、半値
幅が５ｎｍの光学干渉フィルタ３６を使用した測定例が
示されている。
波長１．６２μｍ、出力約０．１ｍＷのＩｎＧａＡｓ発
光ダイオード（ＬＥＤ）、光を送信、受信するための光
ファイバ３、５、７にはＧＩ型多モード光ファイバを用
い、参照用の光学干渉フィルタ３６には、中心透過波長
λ1 が１．６６６μｍ、透過幅が３ｎｍの光学干渉フィ
ルタ３４と、中心透過波長λ2 が１．５２８μｍ、半値
幅が５ｎｍの光学干渉フィルタ３６を使用した測定例が
示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の光学式ガス検出
器では光を電気信号に変える光受信部５１で光学特性の
異なった２つの光学干渉フィルタ３４、３６や２つのビ
ームスプリッタ３１ｂ、３２ｂを用いるため構造が複雑
になる。また、測定対象以外のガスが存在し、その吸収
率が２つの光学干渉フィルタ（光学干渉フィルタ３４と
参照用の光学干渉フィルタ３７）の中心波長で大きく異
なった場合、演算しても補正が正確に行えなえず、正確
なガス濃度を算出できなくなってしまう。そこで、この
発明は、光学干渉フィルタを１枚として組立を容易に
し、測定対象ガス以外のガスが存在しても影響を受けに
くくするものである。
器では光を電気信号に変える光受信部５１で光学特性の
異なった２つの光学干渉フィルタ３４、３６や２つのビ
ームスプリッタ３１ｂ、３２ｂを用いるため構造が複雑
になる。また、測定対象以外のガスが存在し、その吸収
率が２つの光学干渉フィルタ（光学干渉フィルタ３４と
参照用の光学干渉フィルタ３７）の中心波長で大きく異
なった場合、演算しても補正が正確に行えなえず、正確
なガス濃度を算出できなくなってしまう。そこで、この
発明は、光学干渉フィルタを１枚として組立を容易に
し、測定対象ガス以外のガスが存在しても影響を受けに
くくするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】光ファイバの先端にガス
検知セルと反射板を取り付けた光ファイバガスセンサ
と、この光ファイバガスセンサに光を供給する光送信部
と、この光ファイバガスセンサからの光を電気信号に変
換する光受信部と、ガス濃度演算部を設ける。光送信部
は光源と、第一の光学干渉フィルタをもつ。光源は測定
したいガスの吸収スペクトルの幅より広い発光スペクト
ルを持ち、第一の光学干渉フィルタは測定したいガスの
吸収スペクトルの幅より広く、光源の発光スペクトル幅
より狭い透過特性をもつ。また、光受信部は、光ファイ
バガスセンサからの光を反射透過させる第二の光学干渉
フィルタと、これを反射した光を電気信号に変換する第
一の受光素子および透過光を電気信号に変換する第二の
受光素子からなり、第二の光学干渉フィルタは測定した
いガスの吸収スペクトルの幅より広く、第一の光学干渉
フィルタのスペクトルの幅より狭い透過特性を持つ。ガ
ス濃度演算部で上記第一および第二の受光素子からの電
気信号を演算する。
検知セルと反射板を取り付けた光ファイバガスセンサ
と、この光ファイバガスセンサに光を供給する光送信部
と、この光ファイバガスセンサからの光を電気信号に変
換する光受信部と、ガス濃度演算部を設ける。光送信部
は光源と、第一の光学干渉フィルタをもつ。光源は測定
したいガスの吸収スペクトルの幅より広い発光スペクト
ルを持ち、第一の光学干渉フィルタは測定したいガスの
吸収スペクトルの幅より広く、光源の発光スペクトル幅
より狭い透過特性をもつ。また、光受信部は、光ファイ
バガスセンサからの光を反射透過させる第二の光学干渉
フィルタと、これを反射した光を電気信号に変換する第
一の受光素子および透過光を電気信号に変換する第二の
受光素子からなり、第二の光学干渉フィルタは測定した
いガスの吸収スペクトルの幅より広く、第一の光学干渉
フィルタのスペクトルの幅より狭い透過特性を持つ。ガ
ス濃度演算部で上記第一および第二の受光素子からの電
気信号を演算する。
【０００８】
【作用】上記のように構成されたこの発明の光学式ガス
検出器では、光受信部において１つの光学干渉フィルタ
を用い、この光学干渉フィルタから反射する光と透過す
る光を演算することによってガス濃度を演算するため、
測定対象ガス以外のガスが存在してもそれぞれの光の吸
収率がほとんど変わらず測定対象ガス以外のガスの影響
をほとんど受けない。
検出器では、光受信部において１つの光学干渉フィルタ
を用い、この光学干渉フィルタから反射する光と透過す
る光を演算することによってガス濃度を演算するため、
測定対象ガス以外のガスが存在してもそれぞれの光の吸
収率がほとんど変わらず測定対象ガス以外のガスの影響
をほとんど受けない。
【０００９】
【実施例】図１は、この発明の光学式ガス検出器の一例
で、光ファイバガスセンサ６、光送信部２２ａ、光受信
部２２ｂおよびガス濃度演算部２０を設ける。光源１か
らの光は、光学干渉フィルタ２、光ファイバ３、光ファ
イバ分岐点４、光ファイバ５を通り、ガス検知セル６ａ
に照射され、ガス検知セル６ａ中で一部吸収され残りの
光が反射板６ｂで反射し、もう一度ガス検知セル６ａ中
で一部吸収された光は光ファイバ５、光ファイバ分岐点
４、光ファイバ７を通り、光学干渉フィルタ８に照射さ
れ、透過光９ａと反射光９ｂに２つに分けられ、透過し
た光は、受光素子１０ａによって、反射した光は、受光
素子１０ｂによって電気信号に変えられ、ガス濃度演算
部２０にてガス濃度を演算する。
で、光ファイバガスセンサ６、光送信部２２ａ、光受信
部２２ｂおよびガス濃度演算部２０を設ける。光源１か
らの光は、光学干渉フィルタ２、光ファイバ３、光ファ
イバ分岐点４、光ファイバ５を通り、ガス検知セル６ａ
に照射され、ガス検知セル６ａ中で一部吸収され残りの
光が反射板６ｂで反射し、もう一度ガス検知セル６ａ中
で一部吸収された光は光ファイバ５、光ファイバ分岐点
４、光ファイバ７を通り、光学干渉フィルタ８に照射さ
れ、透過光９ａと反射光９ｂに２つに分けられ、透過し
た光は、受光素子１０ａによって、反射した光は、受光
素子１０ｂによって電気信号に変えられ、ガス濃度演算
部２０にてガス濃度を演算する。
【００１０】光源１は測定したいガスの吸収スペクトル
の幅より広い発光スペクトルの幅をもち、光学干渉フィ
ルタ２は、測定したいガスの吸収スペクトルの幅より広
く、光源１の発光スペクトルの幅より狭いスペクトル幅
を持ち、光学干渉フィルタ８は、測定したいガスの吸収
スペクトルの幅より広く、光学干渉フィルタ２のスペク
トル幅より狭いスペクトル幅を持っている。
の幅より広い発光スペクトルの幅をもち、光学干渉フィ
ルタ２は、測定したいガスの吸収スペクトルの幅より広
く、光源１の発光スペクトルの幅より狭いスペクトル幅
を持ち、光学干渉フィルタ８は、測定したいガスの吸収
スペクトルの幅より広く、光学干渉フィルタ２のスペク
トル幅より狭いスペクトル幅を持っている。
【００１１】図２を用いて図１の光学式ガス検出器の光
電変換部２２の動作を説明する。光源１からの光は、透
過曲線２ａを持つ光学干渉フィルタ２に照射される。光
源１が光スペクトル曲線１ａをもつとすると光源１の一
部の光が透過し、光源１からの光はスペクトル１ｂに変
化し、光ファイバ３、光ファイバ分岐点４、光ファイバ
５を通じ光ファイバガスセンサ６に照射される。照射さ
れた光は透過曲線６ｃを持つガスによってガス検知セル
６ａ中で一部が吸収され光ファイバ５、光ファイバ分岐
点４、光ファイバ７を通り光学干渉フィルタ８に照射さ
れる。この照射された光はスペクトル曲線１ｃを持つ。
電変換部２２の動作を説明する。光源１からの光は、透
過曲線２ａを持つ光学干渉フィルタ２に照射される。光
源１が光スペクトル曲線１ａをもつとすると光源１の一
部の光が透過し、光源１からの光はスペクトル１ｂに変
化し、光ファイバ３、光ファイバ分岐点４、光ファイバ
５を通じ光ファイバガスセンサ６に照射される。照射さ
れた光は透過曲線６ｃを持つガスによってガス検知セル
６ａ中で一部が吸収され光ファイバ５、光ファイバ分岐
点４、光ファイバ７を通り光学干渉フィルタ８に照射さ
れる。この照射された光はスペクトル曲線１ｃを持つ。
【００１２】光学干渉フィルタ８は透過曲線８ａをもつ
とすると、光学干渉フィルタ８に照射された光は透過光
９ａと反射光９ｂの２つに分離され、光学干渉フィルタ
８に照射された光のスペクトル１ｃは光スペクトル曲線
９ｃと光スペクトル曲線９ｄのごとく分光され、受光素
子１０ａ、１０ｂによって電気信号に変換され、ガス濃
度演算部２０によってガス濃度に演算され、被測定物の
ガス濃度が測定される。演算方法の一例として受光素子
１０ａ、１０ｂによって電気信号に変換され値をそれぞ
れＳ1、Ｓ2とするとＳ1／Ｓ2を計算することによってガ
ス濃度を演算することが出来る。また、Ｓ1／（Ｓ1＋Ｓ
2）を演算しても良い。このように演算することによっ
て、光ファイバ中を光が伝送される途中で外乱によって
光強度が変化してもＳ1とＳ2の値が同じ様に影響を受け
るため、外乱による影響を受けにくくなる。そのうえ、
透過光の波長が反射光の波長の真ん中にあり、透過光と
反射光の波長が近いため、被測定ガス以外のガスが存在
してもその影響を受けにくい。
とすると、光学干渉フィルタ８に照射された光は透過光
９ａと反射光９ｂの２つに分離され、光学干渉フィルタ
８に照射された光のスペクトル１ｃは光スペクトル曲線
９ｃと光スペクトル曲線９ｄのごとく分光され、受光素
子１０ａ、１０ｂによって電気信号に変換され、ガス濃
度演算部２０によってガス濃度に演算され、被測定物の
ガス濃度が測定される。演算方法の一例として受光素子
１０ａ、１０ｂによって電気信号に変換され値をそれぞ
れＳ1、Ｓ2とするとＳ1／Ｓ2を計算することによってガ
ス濃度を演算することが出来る。また、Ｓ1／（Ｓ1＋Ｓ
2）を演算しても良い。このように演算することによっ
て、光ファイバ中を光が伝送される途中で外乱によって
光強度が変化してもＳ1とＳ2の値が同じ様に影響を受け
るため、外乱による影響を受けにくくなる。そのうえ、
透過光の波長が反射光の波長の真ん中にあり、透過光と
反射光の波長が近いため、被測定ガス以外のガスが存在
してもその影響を受けにくい。
【００１３】
【発明の効果】本発明による光学式ガス検出器では、従
来用いられていた方法に比べ、ガス検知セルから戻って
きた光を電気信号に変える１枚の光学干渉フィルタです
み、組立も容易になり、測定対象ガス以外の影響を受け
にくくなる。
来用いられていた方法に比べ、ガス検知セルから戻って
きた光を電気信号に変える１枚の光学干渉フィルタです
み、組立も容易になり、測定対象ガス以外の影響を受け
にくくなる。
【図１】この発明の光学式ガス検出器の一例を示す図で
ある。
ある。
【図２】図１の光学式ガス検出器の光電変換部の動作を
説明する図である。
説明する図である。
【図３】従来の光学式ガス検出器の一例を示す図であ
る。
る。
１ 光源 ２ 光学干渉フィルタ ３ 光ファイバ ４ 光ファイバ分岐点 ５ 光ファイバ ６ 光ファイバガスセンサ ６ａ ガス検知セル ６ｂ 反射板 ７ 光ファイバ ８ 光学干渉フィルタ ９ａ 透過光 ９ｂ 反射光 １０ａ 受光素子 １０ｂ 受光素子 ２０ 温度演算部 ２２ 光電変換部
Claims (1)
- 【請求項１】光ファイバの先端にガス検知セルと反射板
を取り付けた光ファイバガスセンサと、上記光ファイバ
ガスセンサに光を供給する光送信部と、上記光ファイバ
ガスセンサからの光を電気信号に変換する光受信部と、
ガス濃度演算部とを備え、 上記光送信部は光源と、第一の光学干渉フィルタにより
構成し、 上記光源は測定したいガスの吸収スペクトルの幅より広
い発光スペクトルを持ち、 上記第一の光学干渉フィルタは測定したいガスの吸収ス
ペクトルの幅より広く、上記光源の発光スペクトル幅よ
り狭い透過特性をもち、 上記光受信部は、上記光ファイバガスセンサからの光を
反射透過させる第二の光学干渉フィルタと、これを反射
した光を電気信号に変換する第一の受光素子および透過
光を電気信号に変換する第二の受光素子により構成し、 上記第二の光学干渉フィルタは測定したいガスの吸収ス
ペクトルの幅より広く、上記第一の光学干渉フィルタの
スペクトルの幅より狭い透過特性を持ち、 上記ガス濃度演算部で上記第一および第二の受光素子か
らの電気信号を演算する光学式ガス検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3254993A JPH06229916A (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 光学式ガス検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3254993A JPH06229916A (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 光学式ガス検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06229916A true JPH06229916A (ja) | 1994-08-19 |
Family
ID=12362020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3254993A Pending JPH06229916A (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 光学式ガス検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06229916A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010062027A1 (de) * | 2010-11-26 | 2012-05-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Messaufbau für die optische Absorptions-Spektroskopie |
| CN111504925A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-07 | 安徽岩芯光电技术有限公司 | 气体检测装置及方法 |
-
1993
- 1993-01-29 JP JP3254993A patent/JPH06229916A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010062027A1 (de) * | 2010-11-26 | 2012-05-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Messaufbau für die optische Absorptions-Spektroskopie |
| CN111504925A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-07 | 安徽岩芯光电技术有限公司 | 气体检测装置及方法 |
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