JPH07280729A - ガス濃度測定装置 - Google Patents
ガス濃度測定装置Info
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- JPH07280729A JPH07280729A JP9574594A JP9574594A JPH07280729A JP H07280729 A JPH07280729 A JP H07280729A JP 9574594 A JP9574594 A JP 9574594A JP 9574594 A JP9574594 A JP 9574594A JP H07280729 A JPH07280729 A JP H07280729A
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Abstract
ザ光を用いてガス状化学物質の濃度を測定するガス濃度
測定装置において、頻繁な波長調整等の煩雑な作業を要
することなく一定の波長のレーザ光を発振できるように
して、高感度、かつ、高能率でガス濃度の測定ができる
ようにした。 【構成】 光源1から発振されるレーザ光の波長に対し
て変調を与えるための変調信号と標準ガス6を透過した
レザー光の受光信号とにより奇数倍検波信号を発生する
第2位相敏感検波装置8aを設け、この装置8aから出力さ
れる奇数次微分検波信号を制御信号に変換して光源1へ
フィーバック制御信号として加えることによってレザー
光の波長を常時目標波長に固定する。そして、測定対象
ガス5を透過したレザー光の受光信号と変調信号とによ
り第1位相敏感検波装置8から偶数倍検波信号を出力す
るようにして高感度のガス濃度測定を可能とする。
Description
化学物質の濃度を測定するガス濃度測定装置に関する。
図5に示されている。
導体レーザダイオード(以下LDと略称する)からなる光
源、2はLD1の温度を制御するためのヒータ、電子冷却
素子等からなる温度調整器、3 はLD1を駆動するための
駆動電流を発生する定電流発生装置、9はレーザ光の発
振波長を所要の範囲で走査せしめるためのランプ波を発
生する第1波形発生器である。
1波形発生装置9からのランプ波とを合成するための波
形混合器、21は第1波形発生器9からのランプ波を断・
接するためのスイッチ、5は測定対象ガス、7は測定対
象ガス5を透過したレーザ光を受光する第1受光装置で
ある。
合器14によりLD1に投入される電流量を制御するととも
に温度調整器2にてLD1の温度を制御することによって
測定対象ガス5の化学種が吸収する波長(化学種毎に固
有の吸収波長を有する)のレーザ光をLD1から発振す
る。第1受光装置7は測定対象ガス5を透過したレーザ
光を受光して測定濃度出力(吸収スペクトル信号)を出
力する。
置が示されている。図6において、10はLD1から発振さ
れるレーザ光の波長に変調を加えるための変調信号(1f
信号) を発生する第2波形発生器、13は第1波形発生器
9からのランプ波と第2波形発生器10からの変調信号と
を合成する第2波形混合器である。
信号) を偶数倍するための第1周波数逓倍器、8は第1
受光装置7からの受光信号と第1周波数逓倍器12からの
偶数倍された変調信号( 2n・f 信号) を受けて偶数次微
分吸収スペクトル信号を出力する第1位相敏感検波装置
である。他の構成は図5に示す従来のものと同様であ
り、対応する部材には同じ符号が付されている。
形発生器10から発信された変調信号( 1f信号) と第1波
形発生器9から発信されたランプ波とを合成した信号を
LD1に付与することによりLD1から発振されるレーザ光
に変調を加えて測定対象ガス5を透過せしめる。
トル信号のうち、第1周波数逓倍器12から出力された信
号( 2n・f 信号) に同調する信号のみを第1位相敏感検
波装置8から偶数次微分吸収スペクトル信号として出力
する。そして、次の式1に示されるLamber−Beerの法則
に照合して解析することにより測定対象ガス5中の化学
種の濃度を検出する。
定装置においては、波形混合器14によってLD1に投入さ
れる電流量を制御し、かつ、温度調整器2によりLD1の
温度を制御しているにも拘らず、LD1への投入電流量や
LD1の温度が僅かでも変化すると、LD1から発振される
レーザ光の波長が大きく変化してしまうため、LD1から
一定波長のレーザ光を長時間安定して測定対象ガス5に
照射し続けることは困難であった。
5中の化学種の吸収中心波長に固定させることが困難と
なる。従って、正確なガス濃度の測定を行うには、頻繁
にレーザ光の波長較正作業を行なう等の煩雑な作業が必
要となる。
波長較正等の煩雑な作業を要することなく、一定の波長
のレーザ光を長時間安定して測定対象ガスに照射するこ
とができ、かつ、高感度のガス濃度測定ができるガス濃
度測定装置を提供することにある。
するために発明されたものであって、その要旨とすると
ころは、レーザ光を発振する光源と、この光源を駆動す
るための電流を発生する手段と、上記光源から発振され
測定対象ガスを透過したレーザ光を受光してそれに対応
する受光信号を発信する第1受光装置とを具えたガス濃
度測定装置において、上記光源から発振され標準ガスを
透過したレーザ光を受光してそれに対応する受光信号を
発信する第2受光装置と、上記光源から発振されるレー
ザ光の波長に変調を与えるための変調信号を発生する第
2波形発生器と、この第2波形発生器から発生した変調
信号と上記第2受光装置から発信された受光信号を受信
して奇数倍検波信号を出力する第2位相敏感検波装置
と、この第2位相敏感検波装置から出力された奇数次微
分検波信号を制御信号に変換して上記光源にフィードバ
ックする手段と、上記第1受光装置から発信された受光
信号と上記第2波形発生器から発生した変調信号を受信
して偶数次微分検波信号を出力する第1位相敏感検波装
置を備えることを特徴とするガス濃度測定装置にある。
め、第2位相敏感検波装置にて奇数倍検波を行ってこれ
を制御信号に変換し、光源への投入電流量や温度調整に
対してフィードバック制御を加えることにより、光源よ
り発振されるレーザ光の波長を目標とする吸収中心波長
に固定することができる。
り、第1受光装置から発信された受光信号に対して偶数
倍検波を行うことによって測定対象ガスの化学種の濃度
を高感度で検出することができる。
を詳細に説明する。図1はガス濃度測定装置のブロック
図が示されている。図1において、1は半導体レーザダ
イオード(以下LDと略称する) からなる光源、2はLD1
の温度を制御するための温度調整器、3はLD1を定常駆
動するための電流を発生する定電流発生装置である。
定対象ガス、6は測定対象の化学種のみからなる標準ガ
ス、4はLD1から発振されたレーザ光を測定対象ガス5
及び標準ガス6に分光する反射器、プリズム等からなる
の光学系である。
受光してそれに応じた受光信号を出力する第1受光装
置、7aは標準ガス6を透過したレーザ光を受光してそれ
に応じた受光信号を出力する第2受光装置である。
しめるためのランプ波を発生する第1波形発生器、10は
レーザ光の波長に変調を加えるための変調信号(1f 信
号) を発生する第2波形発生器、12はこの変調信号(1f
信号) を受けてこれを偶数倍してなる変調信号(2n ・f
信号) を出力する第1周波数逓倍器、12a は変調信号(1
f 信号) を受けてこれを奇数倍してなる変調信号((2n
+1)f 信号)を出力する第2周波数逓倍器である。
号と第1周波数逓倍器12から出力された変調信号(2n ・
f 信号) を受けて偶数次微分吸収スペクトル信号(2n ・
f 検波信号) を出力する第1位相敏感検波装置、8aは第
2受光装置7aから出力された受光信号と第2周波数逓倍
器21a から出力された変調信号((2n +1)f 信号) を受
けて制御信号、即ち、奇数次微分スペクトル信号を検波
信号変換器11に出力する第2位相敏感検波装置、11は第
2位相敏感検波装置8aから入力された奇数次微分スペク
トル信号を制御用信号に変換するための検波信号変換器
である。
プ波と第2波形発生器10から出力された変調信号(1f 信
号) 、もしくは、この変調信号(1f 信号) と検波信号変
換器11から出力された制御信号とを合成する第2波形混
合器、22は制御信号とランプ波とを切り換えて第2波形
混合器13に入力するための切換スイッチ、14は第2波形
混合器13から出力された波形信号と定電流発生装置3か
らの電流とを合成する波形混合器である。
発生器10から出力された変調信号(1f 信号) と第1波形
発生器9から出力されたランプ波、もしくは、この変調
信号(1f 信号) と検波信号変換器11から出力された制御
信号とを第2波形混合器13で合成し、この波形信号と定
電流発生装置3からの電流を波形混合器14で合成した信
号をLD1に付与することによりLD1から発振されるレー
ザ光に変調を加えて測定対象ガス5及び標準ガス6を透
過せしめる。
うち、第1周波数逓倍器12から出力された変調信号(2n
・f 信号) に同調する信号のみが第1位相敏感検波装置
8より偶数次微分吸収スペクトル信号として出力され
る。即ち、測定対象ガス5を透過したレーザ光の微分量
が高感度で検出され、これを前述の式1で示されるLam
bert-Beer の法則に照合して解析することにより測定対
象ガス6中の化学種の濃度が検出される。
信号のうち第2周波数逓倍器12a から出力された変調信
号((2n+1)f 信号) と同調する信号のみが第2位相敏感
検波装置8aから奇数次微分吸収スペクトル信号として出
力され、この信号が検波信号変換器11により制御信号に
変換されてLD1へフィードバックされる。
対象ガス中の化学種の吸収スペクトルは図2に示される
ように、多くの吸収線から構成され、これら各吸収線は
図3(A) に示されるような形をなす。
から変調信号(2n・f 信号) と同期した信号のみを第1
位相敏感検波装置8から取り出すと、この検波信号は吸
収スペクトルの波長に関する2次微分形信号であって、
この検波信号の特徴は図3(C) に示されるように吸収ス
ペクトル中心波長で最大ピークレベルとなる。
変調信号((2n+1)f 信号)と同期した信号のみを第2
位相敏感検波装置8aから取り出すと、この検波信号は吸
収スペクトルの波長に関する(2n+1)次微分形信号であ
って、この検波信号の特徴は図3(B) に示されるように
吸収スペクトル中心波長でOレベルとなる。
るように、LD1にフィードバック制御を加えれば、LD1
から発振されるレーザ光の波長を図3(A) に示されるよ
うに目標とする吸収中心の波長に固定することができ
る。
れる受光信号に対して、第1位相敏感検波装置8にて偶
数倍検波を行えば、測定対象ガス5の化学種の濃度も高
感度で検出することができる。
係わる測定装置と、図6に示す従来の測定装置を用いて
測定対象ガス中の酸素濃度を計測した結果を比較したも
のである。なお、図4(A) 、(B) の縦軸は計測値( 酸素
濃度に対応) 、横軸は時間である。図4(A) 、(B) から
明らかなとおり、実施例における計測結果は波長の頻繁
な調整等の煩雑な作業を必要とせずに、レーザ光の波長
を安定に保持することができる。
レーザ光の波長を測定対象ガス中の化学種の吸収中心波
長に長時間安定して保持することが可能となり、従っ
て、波長調整等の煩雑な作業を要することなく測定対象
ガス中の化学種のガス濃度を高感度で測定することがで
きる。
ブロック図である。
全体例を示す図である。
(A) は単体の吸収スペクトル、(B) は一次微分吸収スペ
クトル、(C) は2次微分吸収スペクトルである。
置の計測結果を示す線図である。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 レーザ光を発振する光源と、この光源を
駆動するための電流を発生する手段と、上記光源から発
振され測定対象ガスを透過したレーザ光を受光してそれ
に対応する受光信号を発信する第1受光装置とを具えた
ガス濃度測定装置において、上記光源から発振され標準
ガスを透過したレーザ光を受光してそれに対応する受光
信号を発信する第2受光装置と、上記光源から発振され
るレーザ光の波長に変調を与えるための変調信号を発生
する第2波形発生器と、この第2波形発生器から発生し
た変調信号と上記第2受光装置から発信された受光信号
を受信して奇数倍検波信号を出力する第2位相敏感検波
装置と、この第2位相敏感検波装置から出力された奇数
次微分検波信号を制御信号に変換して上記光源にフィー
ドバックする手段と、上記第1受光装置から発信された
受光信号と上記第2波形発生器から発生した変調信号を
受信して偶数次微分検波信号を出力する第1位相敏感検
波装置を備えることを特徴とするガス濃度測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09574594A JP3782473B2 (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | ガス濃度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09574594A JP3782473B2 (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | ガス濃度測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07280729A true JPH07280729A (ja) | 1995-10-27 |
JP3782473B2 JP3782473B2 (ja) | 2006-06-07 |
Family
ID=14146036
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP09574594A Expired - Lifetime JP3782473B2 (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | ガス濃度測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3782473B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001074653A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガス濃度計測装置及び燃焼炉 |
CN102680020A (zh) * | 2012-05-16 | 2012-09-19 | 清华大学 | 一种基于波长调制光谱技术的气体参数在线测量方法 |
CN103852443A (zh) * | 2014-03-19 | 2014-06-11 | 中国人民解放军装备学院 | 免标定调制光谱的实现方法 |
CN103852444A (zh) * | 2014-03-19 | 2014-06-11 | 中国人民解放军装备学院 | 免标定调制光谱测量系统 |
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---|---|---|---|---|
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JP2009156815A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガス濃度計測装置及びガス濃度計測方法 |
-
1994
- 1994-04-08 JP JP09574594A patent/JP3782473B2/ja not_active Expired - Lifetime
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