JPH06300685A - ガス検知器 - Google Patents

ガス検知器

Info

Publication number
JPH06300685A
JPH06300685A JP9019193A JP9019193A JPH06300685A JP H06300685 A JPH06300685 A JP H06300685A JP 9019193 A JP9019193 A JP 9019193A JP 9019193 A JP9019193 A JP 9019193A JP H06300685 A JPH06300685 A JP H06300685A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
gas
optical fiber
fiber
detector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP9019193A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaki Kimura
正城 木村
Hidenori Awata
秀則 粟田
Kazuto Yasuda
和人 安田
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.)
LIQUID GAS KK
Original Assignee
LIQUID GAS KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LIQUID GAS KK filed Critical LIQUID GAS KK
Priority to JP9019193A priority Critical patent/JPH06300685A/ja
Publication of JPH06300685A publication Critical patent/JPH06300685A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易に長光路を得て光経路を自由に変更する
ことができ、装置の小型化を実現するガス検知器を提供
する。 【構成】 ガスを検知するための長光路として検出対象
物であるガスが内部に侵入することができる多孔性を有
する光ファイバ12を用いる。したがって微量ガスの検
出を高精度に行うことが可能であるとともに、光エネル
ギの損失を最小限にして光路を自由に変更することがで
き、ガス検知器10の構成を簡易にし、設計自由度を高
めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、気体中に含まれる特定
のガス成分および濃度を検知するためのガス検知器に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来から、気体中に含まれる微量のガス
不純物の検知、あるいはシラン、アルシン等の特殊ガス
のガス濃度を検知するため、たとえば環境計測用ガス検
知器などのガス検知器が用いられている。ガス検知器に
おいては、検出対象物であるガス中に、光源から出た光
を透過させると、ガス中に存在する特定の分子や原子が
ある波長の光を吸収し、あるいは吸収によって発光を生
じるため、透過光の吸収スペクトルあるいは発光スペク
トルの強度変化を測定することによって、ガスの成分や
濃度を知ることができる。
【0003】図8は典型的な従来技術のガス検知器の構
成を示すブロック図である。光源1は、半導体レーザや
気体レーザなどが用いられ、特に半導体レーザを用いた
場合は、レーザ結晶の寿命を延ばしたり、発振波長の安
定化のため液体窒素や液体ヘリウムで冷却される。光源
1から出た光は、凹面鏡9aで反射され、回折格子2に
よって分光された後、凹面鏡9aで反射され、ビームス
プリッタ3で2方向の光に分割される。1方向の光は測
定対象物であるガスが注入されるセル4中に透過光とし
て侵入する。セル4中には、ガスの光吸収に対して高感
度な検知が得られるように、多重反射をする長い光路が
設定される。ビームスプリッタ3で分割された他方の光
は、基準となるガスが満たされている標準セル5中に透
過光として侵入する。双方の光は、それぞれガス中を透
過した後、検出器6で検出され、ロックインアンプ7で
変調光成分が取出されて、コンピュータ8で処理され光
の波長に対する吸収スペクトルが得られ、ガスの成分な
どが測定できる。検出器6は、ノイズを抑制して感度を
高めるため液体窒素や液体ヘリウムなどで冷却される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のガス検知器で
は、ガスの光吸収に対して高感度の検知が得られるよう
にするため、セル4中の光経路は長光路にしなければな
らず、広い空間が必要である。したがって、設備が複雑
となりガス検知器が大型化してしまう課題がある。ま
た、光の経路変更を行うためのミラーが多数必要とな
り、経路の複雑化を招くとともに、光学系全体が大型化
し、さらに自由に経路変更を行い難い。また、経路の途
中で反射回数が増えることによって、光エネルギ損失が
増大するという課題がある。
【0005】本発明の目的は、前述した課題を解決する
ため、容易に長い光路を得ることができ、光エネルギの
損失を抑制し、光経路を自由に変更することが可能で、
しかも装置の小型化を実現することができるガス検知器
を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、光源と、前記
光源から出た光を伝達し、かつ検出対象物であるガスが
内部に侵入することができる光ファイバと、前記光ファ
イバから出た光を検出する光検出手段とを備えることを
特徴とするガス検知器である。
【0007】
【作用】本発明に従えば、検出対象物であるガスは、た
とえば多孔性に形成された光ファイバの内部に侵入し
て、ガス粒子が光吸収あるいは発光を生じるので、光フ
ァイバから出た光の強度変化を検出する光検出手段を設
けることによって、微量ガスの成分および濃度を定量的
または定性的に測定することが可能となる。また、光フ
ァイバは、光源から出た光を効率良く伝達するので、ガ
スを検知するための長い光路を得ることができ、しかも
光路を自由に変更することができる。したがって、従来
と比べて、ガス検知器の構成が簡単になり、装置の小型
化を図ることができる。
【0008】
【実施例】図1は、本発明の一実施例であるガス検知器
10aの構成を示すブロック図である。ガス検知器10
aは、光源11と、光源11から出た光が進行できる多
孔性の光ファイバ12と、光ファイバ12から出た透過
光を集光するレンズ13と、透過光強度を検出する検出
器14と、入射光に対応する光の変調光成分を取り出す
ロックインアンプ15と、透過光強度のデータ処理を行
うコンピュータ16と、データ処理された測定結果を表
示する表示装置16aとで構成されている。光源11と
して、常温で発振する半導体レーザを用いることが好ま
しく、これによって冷却装置が不用となる。なお、光源
11における光は外乱光と区別するため所定の周波数で
変調されている。
【0009】光源11から出た光は、光ファイバ12中
を進行することができるため、光の経路を容易に変更す
ることが可能である。注目すべきは、光ファイバ12が
多孔性を有し、その内部に検出対象物であるガスが侵入
することができる性質を利用することである。したがっ
て、光ファイバ12の内部にガスを導入しつつ、光ファ
イバ12から出た光をレンズ13などを介して集光した
後、検出器14によって検出し、ロックインアンプ15
で変調光成分が取出されてコンピュータ16でデータ処
理され、光の波長に対する吸収スペクトルからガスの成
分および濃度を測定することができる。このようにして
得られた測定結果を表示するため液晶表示装置(略称
「LCD」)などの表示装置16aを設けてもよい。あ
るいは、ガスの測定濃度が一定値以上になると、警報を
発生させる警報器を設けることにしてもよい。また、検
出器14について好ましくはフォトダイオードを用いる
ことによって冷却設備を設けることなく、常温において
も比較的高感度を得ることができる。
【0010】図2は、本発明の他の実施例であるガス検
知器10bの構成を示すブロック図である。図1と類似
し、対応する個所には同一の参照符号を付す。図2に示
される実施例では、光ファイバ12をセル17中に設置
し、セル17の一端から測定すべきガスを注入し、セル
17の他端からガスを放出している。光源11において
変調された光は、光源11と接続される光ファイバ12
中を進行する。セル17中に注入されるガスを光ファイ
バ12の内部に導入しつつ、セル17及び光ファイバ1
2から出た光は、レンズ13で集光された後、検出器1
4で検出され、ロックインアンプ15で変調光成分が取
出されてコンピュータ16のデータ処理を経て、測定結
果が表示装置16aに表示される。
【0011】図3は、本発明の他の実施例であるガス検
知器10cの構成を示すブロック図である。図3では、
光ファイバ12が自由に経路変更を行えることを利用し
て、光源11と検出器14とを同位置に設置している。
光源11から出た変調された光は、光源11と接続され
る光ファイバ12中を進行する。光ファイバ12の内部
に検出対象物であるガスを導入しつつ、光ファイバ12
から出た光はレンズ13で集光された後、光源11と同
位置に設置された検出器14によって検出される。その
後図1で説明される動作と同様に、ロックインアンプ1
5,コンピュータ16を介して表示装置16aに測定結
果が表示され、ガスの成分及び濃度を知ることができ
る。
【0012】図4は、本発明の他の実施例であるガス検
知器10dの構成を示すブロック図である。図4に示さ
れるように、光ファイバ12とビームスプリッタ18と
を併用することによって光の進行経路を構成することも
できる。光源11から出た変調された光は、光ファイバ
12a中を矢符方向に進行する。ビームスプリッタ18
において2方向の光に分割され、一方向の光は光ファイ
バ12b中を矢符方向に進行し、ミラー19において反
射され、折り返された後、再び光ファイバ12b中を進
行してもどってくる。この光及びビームスプリッタ18
で分割された光は、合成され光ファイバ12c中を矢符
方向に進行する。光ファイバ12b,12cにおいて、
外部から測定対象物であるガスが導入される。光ファイ
バ12bから出た光は図1,図2,図3と同様にレンズ
13で集光され、検出器14,ロックインアンプ15,
コンピュータ16を介して表示装置16aに表示される
測定結果からガス成分及び濃度を知ることができる。
【0013】次に、光ファイバ12を使った測定原理に
ついて説明する。
【0014】図5は、ガスの粒子21が光ファイバ12
中へ侵入していく様子を示す光ファイバ12の側断面図
である。たとえば、コア23がポリメチルメタクリレー
ト(略称PMMA)で形成され、クラッド22がフッ素
樹脂で形成される光ファイバ12の表面は多孔性である
ため、ガスに含まれる水などの分子を侵入させることが
できる。ガス分子などの粒子21は、光ファイバのクラ
ッド22およびコア23内部にガス拡散によって侵入す
ることによって、コア23中を伝播し、またはコア23
内部からクラッド22へ漏れ出す光を吸収する。これ
は、ガス中の分子あるいは原子の励起エネルギや振動、
回転等の運動エネルギとして光エネルギが用いられるこ
とによる。あるいは、光を吸収することによって、励起
準位が崩壊し新たな発光を生じる。そこで、光ファイバ
12から出て来る透過光の吸収スペクトルまたは発光ス
ペクトルを検出することによって、ガスに含まれる成分
および濃度を測定することができる。なお、ファイバ表
面近傍での発光光は再度ファイバ内部に進入できる。
【0015】ガスの濃度は、ガスの光吸収係数αに比例
するため、光ファイバ12を使った測定原理によって、
ガスの光吸収係数αを以下の手順で求める。図6で示さ
れるように、セル17a中の測定対象物であるサンプル
ガス31中を透過して光ファイバ12から出て来る透過
光強度をIta、入射光強度をIia、光がサンプルガ
ス中を透過する距離をL1、サンプルガス31による光
吸収係数をα1とすると、式(1)が成立する。
【0016】 Ita=Iia×exp(−α1×L1) …(1) セル17bの標準となるガスたとえば、不純物を含まな
い清浄ガス32を透過する光についても同様に式(2)
が成立する。
【0017】 Itb=Iib×exp(−α2×L2) …(2) 式(1)、式(2)の辺々を割算すると式(3)が得ら
れる。
【0018】 Ita/Itb=Iia/Iib×exp(α2×L2−α1×L1) …(3) 光の透過光および入射光強度Ita,Itb,Iia,I
ibは光ファイバ端部に設置した検出器14の電気信号
としてロックインアンプ15などで検出し、その出力か
ら求まる。また、セル17a,17b中に侵入する入射
光強度比Iia/Iib、光がガス中を透過する距離L
1,L2および清浄ガス32の光吸収係数α2は一定値
として予め求めることができるので、測定対象物である
サンプルガス31の光吸収係数α1を求めることができ
る。
【0019】ガスの成分自体を調査するときは、白色光
を入射光として光ファイバ中に入射し、ガス中を透過さ
せた後に透過光の波長を走査することによって図7に示
されるような吸収スペクトルが得られる。吸収スペクト
ルのピーク値に対応する波長を有するガスの成分は予め
定まっているため、ガス中に含まれる成分を測定するこ
とができる。一例としてガスに含まれる成分が水分子で
ある場合について述べる。一般に水分子は780nmの
波長の光を吸収する性質を有する。測定対象物である成
分不明のガス粒子を光ファイバ中に侵入させ、図7に示
されるように、波長が780nmにおいて吸収ピークを
有する吸収スペクトルが得られる場合には、ガスの成分
として水分子が含まれていることが理解できる。
【0020】以上説明したように、本発明では、ガスの
粒子が内部に侵入することができる多孔性の光ファイバ
を用いてガスの成分および濃度を検出するので、長光路
を容易に得ることができ、ガス検知器の構成が簡単にな
り、設備の小型化を図ることができる。また光路を容易
に自由変更することができるので、設計自由度が高ま
る。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、検出対象物であるガス
が光ファイバの内部に侵入することができるので、光フ
ァイバから出た光を検出する光検出手段を設けることに
よって、微量ガスの検出を高精度に行うことが可能とな
る。また、光ファイバを用いて光源から出た光を伝達す
るので、光エネルギの損失を最小にして光路を自由に変
更することができ、設計自由度が高まる。さらには、ガ
ス検知器の構成が簡単になり、装置の小形化および簡易
化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるガス検知器10aの構
成を示すブロック図である。
【図2】本発明の他の実施例であるガス検知器10bの
構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の他の実施例であるガス検知器10cの
構成を示すブロック図である。
【図4】本発明の他の実施例であるガス検知器10dの
構成を示すブロック図である。
【図5】ガス粒子21が内部に侵入していく様子を示す
光ファイバ12の側断面図である。
【図6】光ファイバ12を使ったガス成分の測定原理を
示す図である。
【図7】測定結果として得られるガスの吸収スペクトル
を示す図である。
【図8】典型的な従来技術のガス検知器の構成を示すブ
ロック図である。
【符号の説明】
10a,10b,10c,10d ガス検知器 11 光源 12,12a,12b,12c 光ファイバ 13 レンズ 14 検出器 15 ロックインアンプ 16 コンピュータ 17,17a,17b セル 18 ビームスプリッタ 19 ミラー 22 クラッド 23 コア

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、 前記光源から出た光を伝達し、かつ検出対象物であるガ
    スを内部に導入することによって当該光の強度を変化さ
    せる光ファイバと、 前記光ファイバから出た光を検出する光検出手段とを備
    えることを特徴とするガス検知器。
JP9019193A 1993-04-16 1993-04-16 ガス検知器 Withdrawn JPH06300685A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9019193A JPH06300685A (ja) 1993-04-16 1993-04-16 ガス検知器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9019193A JPH06300685A (ja) 1993-04-16 1993-04-16 ガス検知器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06300685A true JPH06300685A (ja) 1994-10-28

Family

ID=13991597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9019193A Withdrawn JPH06300685A (ja) 1993-04-16 1993-04-16 ガス検知器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06300685A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6362005B1 (en) 1997-08-29 2002-03-26 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Nitrogen dioxide gas sensing method, nitrogen dioxide gas sensor element, and nitrogen dioxide gas sensor using the same
CN102590092A (zh) * 2012-03-07 2012-07-18 哈尔滨工业大学 用于激光吸收光谱技术的吸收光程延长的装置及方法
JP2020521122A (ja) * 2017-05-17 2020-07-16 ラジオメーター・メディカル・アー・ペー・エス 流体中の検体を検出するための多孔質光ファイバ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6362005B1 (en) 1997-08-29 2002-03-26 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Nitrogen dioxide gas sensing method, nitrogen dioxide gas sensor element, and nitrogen dioxide gas sensor using the same
CN102590092A (zh) * 2012-03-07 2012-07-18 哈尔滨工业大学 用于激光吸收光谱技术的吸收光程延长的装置及方法
JP2020521122A (ja) * 2017-05-17 2020-07-16 ラジオメーター・メディカル・アー・ペー・エス 流体中の検体を検出するための多孔質光ファイバ

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9759654B2 (en) Cavity enhanced laser based isotopic gas analyzer
US5767976A (en) Laser diode gas sensor
US4934816A (en) Laser absorption detection enhancing apparatus and method
EP2748585B1 (en) A laser based cavity enhanced optical absorption gas analyzer
JP2911877B2 (ja) 懸濁液の散乱光或いは蛍光を検出するためのファイバー検出器
US3843258A (en) Dual beam absorption type optical spectrometer
US5339674A (en) Method and apparatus for the transmision of an acoustic signal in a photoacoustic cell
RU2694461C1 (ru) Дистанционный оптический абсорбционный лазерный газоанализатор с длиной волны излучения в области 1,6 мкм (2 варианта), способ его осуществления и оптоволоконный рамановский усилитель для дистанционного оптического абсорбционного лазерного газоанализатора с длиной волны излучения в области 1,6 мкм
EP0291962B1 (en) Method of measuring polarization and birefringence in single mode optical fibres
US4208129A (en) Sensitive laser spectroscopy measurement system
JPH06300685A (ja) ガス検知器
JPH0450639A (ja) 光学式試料分析装置
JP2540670B2 (ja) 光ファイバを用いた多種ガス検出装置
JP2006125919A (ja) 分光分析装置及び分光分析方法
US9759655B2 (en) Laser beam stop elements and spectroscopy systems including the same
JP4486433B2 (ja) 吸収計測装置
CN113281262A (zh) 基于无源音叉的全光纤双气体同步探测光声光谱系统及其探测方法
KR20060011504A (ko) 라만 신호를 이용하여 수증기와 물방울의 밀도를 동시에측정하기 위한 라만 라이다 수신광학계
JP4116979B2 (ja) 光熱変換測定装置及びその方法
Gong et al. Parylene-C diaphragm-based fiber-optic gas sensor based on photoacoustic spectroscopy
JP2515343Y2 (ja) 光導波路型吸光光度計
JP2000088745A (ja) ガス計測装置およびそれを用いた呼気テスト方法
Tyndall et al. Waveguide-enhanced Raman spectroscopy of trace vapors with fiber-attached photonic integrated circuits
Tipparaju An active core fiber optic gas sensor using a photonic crystal hollow core fiber as a transducer
Westergaard Laser Spectroscopy in Hollow‐Core Fibers: Principles and Applications

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20000704