JPS6216371B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6216371B2 JPS6216371B2 JP10593280A JP10593280A JPS6216371B2 JP S6216371 B2 JPS6216371 B2 JP S6216371B2 JP 10593280 A JP10593280 A JP 10593280A JP 10593280 A JP10593280 A JP 10593280A JP S6216371 B2 JPS6216371 B2 JP S6216371B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- voltage
- output
- gas
- current
- 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.)
- Expired
Links
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 22
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 4
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 37
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は赤外分光分析装置、とくに波長可変レ
ーザを光源として用いる新規なガス濃度分析装置
に関するものである。
ーザを光源として用いる新規なガス濃度分析装置
に関するものである。
大気汚染の原因となる有害ガスたとえば一酸化
炭素（CO）、亜硫酸ガス（SO2）等の検出、定量
には赤外線吸収を利用したガス分析装置の利用が
便利であることはすでに周知である。このガス分
析装置に用いる光源として赤外線を発する波長可
変レーザが好適であることもすでに知られた事実
である。この波長可変レーザを用いた赤外ガス分
析装置の１つの改善策として本発明者等は先に特
願昭55−37717にてレーザ素子に流すレーザ電流
を断続電流とし、これに微小振幅の変調電流を重
畳して測定をなす方法を提案した。すなわち、上
記分析法に用いる波長可変レーザは一般に鉛
（Pb）を含む合金半導体からなる素子を主体とし
ており、しかも少なくともある波長範囲内で電流
とレーザ光の振動数との間には比例関係が成立つ
ことを利用している。すなわち上記電流の値を
Ｉ、レーザ光の振動数をγとすると、次式が成立
する。
炭素（CO）、亜硫酸ガス（SO2）等の検出、定量
には赤外線吸収を利用したガス分析装置の利用が
便利であることはすでに周知である。このガス分
析装置に用いる光源として赤外線を発する波長可
変レーザが好適であることもすでに知られた事実
である。この波長可変レーザを用いた赤外ガス分
析装置の１つの改善策として本発明者等は先に特
願昭55−37717にてレーザ素子に流すレーザ電流
を断続電流とし、これに微小振幅の変調電流を重
畳して測定をなす方法を提案した。すなわち、上
記分析法に用いる波長可変レーザは一般に鉛
（Pb）を含む合金半導体からなる素子を主体とし
ており、しかも少なくともある波長範囲内で電流
とレーザ光の振動数との間には比例関係が成立つ
ことを利用している。すなわち上記電流の値を
Ｉ、レーザ光の振動数をγとすると、次式が成立
する。
γ＝KI（ただし、Ｋは定数） ……(1)
この関係を利用すれば屋外における大気汚染ガ
ス分析の際に大気の変動による不規則なゆらぎを
除去して安定に測定を行うことが可能となる。さ
らに具体的に説明するとこの方法は、分光吸収曲
線の導関数を求め、該導関数をその原始関数で正
規化することによつて上記大気の変動による不規
則なゆらぎに基づく測定値の変動を消去すること
をその原理としている。以下その原理について簡
単に説明する。検出しようとする大気中の有害ガ
スたとえば一酸化炭素の大気中濃度をＣ、測定の
際の光路長をＬ、使用する波長可変レーザの出力
光パワーをP0、大気通過後に受光素子の受光面上
に集められた受光パワーをPrとすると、 Pr＝P0exp｛−α（γ）CL｝・ｆ（ｔ） ……(2) という関係が成立する。ただし、α（γ）は一酸
化炭素の吸収係数を光の振動数γの関数として表
したもので、ｆ（ｔ）は大気の変動による不規則
なゆらぎを時間ｔの関数の形で表した項である。
上記(2)式の両辺をγで一次微分すると、 P′r＝ｄＰｒ／ｄγ＝P0・CLexp｛−α（γ）CL｝ｄα／ｄγ・ｆ（ｔ） ……(3) が得られる。ただし簡単化するためP0を微小な電
流変動範囲ではγに無関係に一定と仮定した。上
記(2)式と(3)式とを辺々相除すると、 Ｐ′ｒ／Ｐｒ＝−CLα′（γ） ……(4) となつて大気変動による不規則なゆらぎを示す項
ｆ（ｔ）は消え、しかも右辺の絶対値は有害ガス
の濃度Ｃに比例する。それ故Prの導関数P′rをPr
で正規化すれば大気の変動による不規則なゆらぎ
に影響されることなく、有害ガスの大気中濃度を
知り得ることが上記(4)式からわかる。ただし上記
(4)式においてダツシユ記号は導関係すなわち微分
係数を表す。
ス分析の際に大気の変動による不規則なゆらぎを
除去して安定に測定を行うことが可能となる。さ
らに具体的に説明するとこの方法は、分光吸収曲
線の導関数を求め、該導関数をその原始関数で正
規化することによつて上記大気の変動による不規
則なゆらぎに基づく測定値の変動を消去すること
をその原理としている。以下その原理について簡
単に説明する。検出しようとする大気中の有害ガ
スたとえば一酸化炭素の大気中濃度をＣ、測定の
際の光路長をＬ、使用する波長可変レーザの出力
光パワーをP0、大気通過後に受光素子の受光面上
に集められた受光パワーをPrとすると、 Pr＝P0exp｛−α（γ）CL｝・ｆ（ｔ） ……(2) という関係が成立する。ただし、α（γ）は一酸
化炭素の吸収係数を光の振動数γの関数として表
したもので、ｆ（ｔ）は大気の変動による不規則
なゆらぎを時間ｔの関数の形で表した項である。
上記(2)式の両辺をγで一次微分すると、 P′r＝ｄＰｒ／ｄγ＝P0・CLexp｛−α（γ）CL｝ｄα／ｄγ・ｆ（ｔ） ……(3) が得られる。ただし簡単化するためP0を微小な電
流変動範囲ではγに無関係に一定と仮定した。上
記(2)式と(3)式とを辺々相除すると、 Ｐ′ｒ／Ｐｒ＝−CLα′（γ） ……(4) となつて大気変動による不規則なゆらぎを示す項
ｆ（ｔ）は消え、しかも右辺の絶対値は有害ガス
の濃度Ｃに比例する。それ故Prの導関数P′rをPr
で正規化すれば大気の変動による不規則なゆらぎ
に影響されることなく、有害ガスの大気中濃度を
知り得ることが上記(4)式からわかる。ただし上記
(4)式においてダツシユ記号は導関係すなわち微分
係数を表す。
さらにまた(2)式の両辺をγで２次微分を行うと
P″r＝ｄ２Ｐ０／ｄγ２exp｛−α（γ）CL｝ｆ（ｔ）−CLP0ｄ２α／ｄγ２exp｛−α（γ）CL｝ｆ（ｔ）……(5
) が得られる。ここで簡単化するために ｄ２Ｐ０／ｄγ２＝P0″、ｄ２α／ｄγ２＝α
″ とおいた上で前記(1)式で除するならばその結果は Ｐ″ｒ／Ｐｒ＝Ｐ″０／Ｐ０−CLα″（γ）……(6
) となつてやはり大気変動による不規則なゆらぎを
示す項ｆ（ｔ）は消え、しかも右辺の絶対値は有
害ガスの濃度Ｃに比例する。それ故Prの２次導
関数P″rをPrで正規化すれば大気の変動による不
規則なゆらぎに影響されることなく、有害ガスの
大気中濃度を知り得ることが上記(6)式からわか
る。ただし上記(6)式中においてツウダツシユ記号
は２次導関数を表す。
) が得られる。ここで簡単化するために ｄ２Ｐ０／ｄγ２＝P0″、ｄ２α／ｄγ２＝α
″ とおいた上で前記(1)式で除するならばその結果は Ｐ″ｒ／Ｐｒ＝Ｐ″０／Ｐ０−CLα″（γ）……(6
) となつてやはり大気変動による不規則なゆらぎを
示す項ｆ（ｔ）は消え、しかも右辺の絶対値は有
害ガスの濃度Ｃに比例する。それ故Prの２次導
関数P″rをPrで正規化すれば大気の変動による不
規則なゆらぎに影響されることなく、有害ガスの
大気中濃度を知り得ることが上記(6)式からわか
る。ただし上記(6)式中においてツウダツシユ記号
は２次導関数を表す。
以上の理論に基づいて実際に大気中の汚染ガス
濃度を分析するためには被側定大気による吸収ス
ペクトルの１次導関数P′もしくは２次導関数
P″を求める手段を講じればよいが、そのために
は波長可変レーザ素子から放射される光を断続す
ると共に、該断続周期より短い周期を有する微小
電流で上記レーザ素子を変調し、断続されるレー
ザ光の出力信号中における上記微小振幅の電流に
対応する成分の量の出力信号より、レーザから放
射される光パワーのレーザ光周波数に対する微分
係数を求めるようにする。
濃度を分析するためには被側定大気による吸収ス
ペクトルの１次導関数P′もしくは２次導関数
P″を求める手段を講じればよいが、そのために
は波長可変レーザ素子から放射される光を断続す
ると共に、該断続周期より短い周期を有する微小
電流で上記レーザ素子を変調し、断続されるレー
ザ光の出力信号中における上記微小振幅の電流に
対応する成分の量の出力信号より、レーザから放
射される光パワーのレーザ光周波数に対する微分
係数を求めるようにする。
以上述べた原理により大気中の有毒ガス濃度を
求めているため、レーザ素子の励起電流が一定の
場合レーザ光の発振波長が一定であることが必要
である。しかしレーザ素子の長期にわたる経時変
化及びレーザ素子を冷却中の液体窒素の量の変動
等の要因によつてレーザ光波長がシフトし、汚染
ガスによるレーザ光の吸収値に設定されたレーザ
光波長が変化する。この結果レーザ駆動電流を一
定に保つていても汚染ガス濃度を正確に定量する
ことができなくなる。
求めているため、レーザ素子の励起電流が一定の
場合レーザ光の発振波長が一定であることが必要
である。しかしレーザ素子の長期にわたる経時変
化及びレーザ素子を冷却中の液体窒素の量の変動
等の要因によつてレーザ光波長がシフトし、汚染
ガスによるレーザ光の吸収値に設定されたレーザ
光波長が変化する。この結果レーザ駆動電流を一
定に保つていても汚染ガス濃度を正確に定量する
ことができなくなる。
従つてレーザの発振光波長を一定に保ち、検出
精度を正しく安定に維持するためには、レーザを
励起する駆動直流電流を汚染ガスの吸収ピークに
相当する波長の発光を行うような値に修正制御す
る必要がある。
精度を正しく安定に維持するためには、レーザを
励起する駆動直流電流を汚染ガスの吸収ピークに
相当する波長の発光を行うような値に修正制御す
る必要がある。
前記特願昭55−37717の発明はレーザに流す電
流をコントロールすることによつてレーザ発振光
波長を補正するための電流制御方式に関するもの
で、その要旨とするところは、断続電流に微小振
幅の電流を重畳したレーザ駆動電流をプログラマ
ブル定電流電源より波長可変形赤外線レーザ素子
に供給することによつて赤外線レーザを励起し、
該赤外線レーザを光源として特定の被検出ガスを
有するガス空間を通過した後のレーザ光を光電変
換素子に入射させて、まず電気信号に交換する。
そして上記ガス空間におけるレーザ光の吸収量に
よりガス濃度を検出するガス濃度検出方法におい
て、前記被検出ガス空間とは別に前記特定ガス濃
度が既知である第１の較正経路と特定ガスを前記
第１の較正経路と異なる既知濃度で満たした第２
の較正経路とを設け、所定時に前記２つの較正経
路に順次レーザ光を切替えて通過させるとともに
前記レーザ素子に供給する断続電流値を所定範囲
に走査し、該断続電流に対応した前記レーザ光の
各較正経路の吸収値の差を記憶する記憶装置を設
け、該記憶装置で記憶した前記吸収値の差の最大
値に対応した断続電流を前記レーザ素子に供給す
るよう前記プログラマブル定電流電源を制御する
ようにしたことを特徴とするものであつた。
流をコントロールすることによつてレーザ発振光
波長を補正するための電流制御方式に関するもの
で、その要旨とするところは、断続電流に微小振
幅の電流を重畳したレーザ駆動電流をプログラマ
ブル定電流電源より波長可変形赤外線レーザ素子
に供給することによつて赤外線レーザを励起し、
該赤外線レーザを光源として特定の被検出ガスを
有するガス空間を通過した後のレーザ光を光電変
換素子に入射させて、まず電気信号に交換する。
そして上記ガス空間におけるレーザ光の吸収量に
よりガス濃度を検出するガス濃度検出方法におい
て、前記被検出ガス空間とは別に前記特定ガス濃
度が既知である第１の較正経路と特定ガスを前記
第１の較正経路と異なる既知濃度で満たした第２
の較正経路とを設け、所定時に前記２つの較正経
路に順次レーザ光を切替えて通過させるとともに
前記レーザ素子に供給する断続電流値を所定範囲
に走査し、該断続電流に対応した前記レーザ光の
各較正経路の吸収値の差を記憶する記憶装置を設
け、該記憶装置で記憶した前記吸収値の差の最大
値に対応した断続電流を前記レーザ素子に供給す
るよう前記プログラマブル定電流電源を制御する
ようにしたことを特徴とするものであつた。
しかるに上記従来の方法によれば、第１および
第２の較正経路はもちろんのこと、当該両較正経
路に順次レーザ光を切替える複数のシヤツタ機
構、ならびに該シヤツタ機構の制御装置を必要と
し、これら各部の微妙な調整が必要であつた。そ
のうえ上記従来の方法は、たとえば寒剤たる液体
窒素の量と減少とかレーザ素子の経時変化といつ
た比較的緩慢な現象によるレーザ放射光の波長変
動の修正を目的としたものであつたため、たとえ
ば液体窒素の泡の発生とか冷凍器の冷媒の振動の
ごとき高速の変化現象に起因した放射光の波長変
動の修正は不可能であるという欠点があつた。
第２の較正経路はもちろんのこと、当該両較正経
路に順次レーザ光を切替える複数のシヤツタ機
構、ならびに該シヤツタ機構の制御装置を必要と
し、これら各部の微妙な調整が必要であつた。そ
のうえ上記従来の方法は、たとえば寒剤たる液体
窒素の量と減少とかレーザ素子の経時変化といつ
た比較的緩慢な現象によるレーザ放射光の波長変
動の修正を目的としたものであつたため、たとえ
ば液体窒素の泡の発生とか冷凍器の冷媒の振動の
ごとき高速の変化現象に起因した放射光の波長変
動の修正は不可能であるという欠点があつた。
本発明はこうした欠点に鑑みてなされたもので
上記第１および第２の較正経路に代つて自動周波
数制御（以下AFCと称する）専用の光経路をも
うけ、これによつて検出されるレーザ放射光波長
の変動をやはりAFC専用の赤外線検知器（以下
単に検知器と呼ぶ）で検出して微分モードで出力
し、この微分モード出力曲線の傾斜特性によつて
得られるレーザ光周波数変動時の出力電圧を増幅
し、これによつて上記レーザを励起しているアナ
ログ信号で制御可能な定電流電源からのレーザ駆
動電流を制御することによりレーザ放射光に対し
てAFCをほどこさんとするもので以下図面を用
いて詳記する。
上記第１および第２の較正経路に代つて自動周波
数制御（以下AFCと称する）専用の光経路をも
うけ、これによつて検出されるレーザ放射光波長
の変動をやはりAFC専用の赤外線検知器（以下
単に検知器と呼ぶ）で検出して微分モードで出力
し、この微分モード出力曲線の傾斜特性によつて
得られるレーザ光周波数変動時の出力電圧を増幅
し、これによつて上記レーザを励起しているアナ
ログ信号で制御可能な定電流電源からのレーザ駆
動電流を制御することによりレーザ放射光に対し
てAFCをほどこさんとするもので以下図面を用
いて詳記する。
第１図は本発明に係るガス分析装置の構成を示
したものであり、まず光学系８０について説明す
る。赤外線レーザＬから出たレーザ光は凹面鏡
M1により平行ビームとされるのであるが、その
際に光チヨツパCHOによつて該レーザ光はたと
えば500Hzの周波数で断続される。そしてこの平
行ビームはビームスプリツタBS１によつて２方
向に分岐され、そのうちの一方のレーザ光は
AFC専用として設けられた光路に挿入された
AFC用ガスセルＣA中を通つて検知器D2に入力さ
れる。そして他方のレーザ光は別のビームスプリ
ツタBS２を介して外部空間に放射される。外部
に出た光は汚染ガスＧ中を通過しレトロリフレク
タREFによつて折り返され再び汚染ガスＧ中を
通つた後凹面鏡M2，M3によつて集光され、濃度
測定用ガスセルＣC中を通つて検出器D1に入力さ
れる。これら両検出器D1，D2の電気的出力は濃
度検出回路ブロツク７０ならびにAFC回路ブロ
ツク９０に供給される。
したものであり、まず光学系８０について説明す
る。赤外線レーザＬから出たレーザ光は凹面鏡
M1により平行ビームとされるのであるが、その
際に光チヨツパCHOによつて該レーザ光はたと
えば500Hzの周波数で断続される。そしてこの平
行ビームはビームスプリツタBS１によつて２方
向に分岐され、そのうちの一方のレーザ光は
AFC専用として設けられた光路に挿入された
AFC用ガスセルＣA中を通つて検知器D2に入力さ
れる。そして他方のレーザ光は別のビームスプリ
ツタBS２を介して外部空間に放射される。外部
に出た光は汚染ガスＧ中を通過しレトロリフレク
タREFによつて折り返され再び汚染ガスＧ中を
通つた後凹面鏡M2，M3によつて集光され、濃度
測定用ガスセルＣC中を通つて検出器D1に入力さ
れる。これら両検出器D1，D2の電気的出力は濃
度検出回路ブロツク７０ならびにAFC回路ブロ
ツク９０に供給される。
次にレーザ光波長変動を補正するためのレーザ
駆動電流制御の機構について説明する。
駆動電流制御の機構について説明する。
まず前記のレーザＬは、アナログ入力信号で制
御可能な定電流電源１から供給される駆動電流Ｉ
Dによつて駆動されるのであるが、該電源１は電
圧Ｖ〜電流Ｉ変換特性を有しているので該電源の
制御端子１ａに印加される電圧ＶDに比例した電
流ＩDを出力するものである。
御可能な定電流電源１から供給される駆動電流Ｉ
Dによつて駆動されるのであるが、該電源１は電
圧Ｖ〜電流Ｉ変換特性を有しているので該電源の
制御端子１ａに印加される電圧ＶDに比例した電
流ＩDを出力するものである。
今、発振器OSCからたとえば2KHz程度の周波
数を有する微小振幅の交番電圧が演算増幅器A2
の正入力端子に加えられると、該演算増幅器A2
の負力端子には、電圧源ＶSと可変抵抗ＲVとの組
合せによつて調整可能に出力される電圧ＶEが印
加されているので、該増幅器A2は直流電圧と微
小振幅の交番電圧との重畳電圧を発生する手段と
なるから、該増幅器A2の出力には直流電圧の上
に微小交流電圧が重畳された形の合成電圧が現れ
る。今仮に演算増幅器A3の正入力端子の電圧が
零であるとすると、上記の合計電圧はそのまま前
記のアナログ入力信号で制御可能な定電流電源１
の制御電圧ＶDとして該電源１の制御端子１ａに
加えられる。
数を有する微小振幅の交番電圧が演算増幅器A2
の正入力端子に加えられると、該演算増幅器A2
の負力端子には、電圧源ＶSと可変抵抗ＲVとの組
合せによつて調整可能に出力される電圧ＶEが印
加されているので、該増幅器A2は直流電圧と微
小振幅の交番電圧との重畳電圧を発生する手段と
なるから、該増幅器A2の出力には直流電圧の上
に微小交流電圧が重畳された形の合成電圧が現れ
る。今仮に演算増幅器A3の正入力端子の電圧が
零であるとすると、上記の合計電圧はそのまま前
記のアナログ入力信号で制御可能な定電流電源１
の制御電圧ＶDとして該電源１の制御端子１ａに
加えられる。
したがつてレーザＬの発光波長（または周波
数）は前記の可変電圧ＶEを抵抗ＲVで調整するこ
とによつて所定の値I0に設定できると共に該レー
ザ光の周波数変調は前記の発振器OSCから供給
される微小振幅の正弦波によつてほどこされる。
数）は前記の可変電圧ＶEを抵抗ＲVで調整するこ
とによつて所定の値I0に設定できると共に該レー
ザ光の周波数変調は前記の発振器OSCから供給
される微小振幅の正弦波によつてほどこされる。
第２図ａ中に示した曲線ホは汚染ガスの吸収ス
ペクトルを示すもので、これは第１図の濃度検出
用検知器D1で検知されるのでそれにつながる第
１のロツクイン増幅器LA1に入力されるのである
が該吸収スペクトルは該増幅器LA1の出力に受光
パワーP0として現れる。レーザＬの駆動電流ＩD
はこの吸収スペクトル曲線ホのピークに一致する
ように同図中のI0として示した電流値に設定され
るのであるが、前記の微小信号は△Ｉとして示し
た微小振幅で上記の吸収スペクトル曲線を走査す
る。レーザＬの駆動電流ＩDはこのような処置が
なされているのでこれを第１図中の検知器D2で
検知すればそれにつながる第３のロツクイン増幅
器LA3は１次微分モードに設定されているので該
増幅器LA3の出力には第２図ａ中の曲線ヘで示し
たと同じ微分吸収値P′0が得られる。また第１図
中の濃度検出用検出器D1で検知され出力された
信号は第２のロツクインアンプLA2に入力されて
いるが該増幅器LA2は２次微分モードに設定され
ているので該増幅器LA2の出力には第２図ｂの曲
線トに示したと同じ２次微分吸収値P″0が現れ
る。
ペクトルを示すもので、これは第１図の濃度検出
用検知器D1で検知されるのでそれにつながる第
１のロツクイン増幅器LA1に入力されるのである
が該吸収スペクトルは該増幅器LA1の出力に受光
パワーP0として現れる。レーザＬの駆動電流ＩD
はこの吸収スペクトル曲線ホのピークに一致する
ように同図中のI0として示した電流値に設定され
るのであるが、前記の微小信号は△Ｉとして示し
た微小振幅で上記の吸収スペクトル曲線を走査す
る。レーザＬの駆動電流ＩDはこのような処置が
なされているのでこれを第１図中の検知器D2で
検知すればそれにつながる第３のロツクイン増幅
器LA3は１次微分モードに設定されているので該
増幅器LA3の出力には第２図ａ中の曲線ヘで示し
たと同じ微分吸収値P′0が得られる。また第１図
中の濃度検出用検出器D1で検知され出力された
信号は第２のロツクインアンプLA2に入力されて
いるが該増幅器LA2は２次微分モードに設定され
ているので該増幅器LA2の出力には第２図ｂの曲
線トに示したと同じ２次微分吸収値P″0が現れ
る。
この２次微分吸収値P″0と先に述べた微分され
ていない吸収値つまり受光パワーP0とは除算器
DIFに共に入力されるので該除算器DIFの出力に
は（P″0／P0）なる出力が得られる。これは先の(6)
式に示した結果そのものであるからこれをレコー
ダRECに描かせれば有害ガス（大気中の汚染ガ
ス）の濃度が求められる。
ていない吸収値つまり受光パワーP0とは除算器
DIFに共に入力されるので該除算器DIFの出力に
は（P″0／P0）なる出力が得られる。これは先の(6)
式に示した結果そのものであるからこれをレコー
ダRECに描かせれば有害ガス（大気中の汚染ガ
ス）の濃度が求められる。
ところで第３図は前記第２図中の微分吸収値
P′0とレーザ駆動電流の関係を改めて大きく書き
表したものであるが、これはAFC専用光路に挿
入されたガスセル中のガスによつてもたらされた
ものである。そして前記第２図中の吸収曲線ホの
ピークが設定電流I0に一致している時すなわち光
周波数の変動を生じていない時には第１図中のロ
ツクイン増幅器LA3の出力電圧は零である。ただ
し駆動電流ＩDをI0の上下に動かして見れば、第
３図の微分吸収曲線リが得られ、その上下２つの
ピークはそれぞれ３図に見られるごとく＋Ｖ，−
Ｖなるピーク値を呈する。
P′0とレーザ駆動電流の関係を改めて大きく書き
表したものであるが、これはAFC専用光路に挿
入されたガスセル中のガスによつてもたらされた
ものである。そして前記第２図中の吸収曲線ホの
ピークが設定電流I0に一致している時すなわち光
周波数の変動を生じていない時には第１図中のロ
ツクイン増幅器LA3の出力電圧は零である。ただ
し駆動電流ＩDをI0の上下に動かして見れば、第
３図の微分吸収曲線リが得られ、その上下２つの
ピークはそれぞれ３図に見られるごとく＋Ｖ，−
Ｖなるピーク値を呈する。
今、上記電流をI0なる値に固定しておいてもレ
ーザ温度が変化し波長が長い方にずれてP′曲線が
第３図の点線ルのごとく変化したとする。かくな
る状態に到れば同図中に示したごとくロツクイン
増幅器LA3の出力には＋△V1だけの出力電圧が生
じるがこの電圧は第１図中の演算増幅器A1の負
入力端子に加わつているので、AFC電圧を発生
する手段としての該増幅器A1の出力端子には負
の出力電圧つまり−G1，△V1なる電圧が現れ
る。この出力電圧はやはり第１図中の演算増幅器
A3の正入力端子に印加されるので、該増幅器A3
の出力には−G1，G3，△V1なる電圧が出力され
る。ただし上記のG1，G3は各演算増幅器A1，A3
の利得であり、このうち利得G1は演算増幅器A1
の帰還抵抗ＲSを調整することによつて変化する
ようになつている。
ーザ温度が変化し波長が長い方にずれてP′曲線が
第３図の点線ルのごとく変化したとする。かくな
る状態に到れば同図中に示したごとくロツクイン
増幅器LA3の出力には＋△V1だけの出力電圧が生
じるがこの電圧は第１図中の演算増幅器A1の負
入力端子に加わつているので、AFC電圧を発生
する手段としての該増幅器A1の出力端子には負
の出力電圧つまり−G1，△V1なる電圧が現れ
る。この出力電圧はやはり第１図中の演算増幅器
A3の正入力端子に印加されるので、該増幅器A3
の出力には−G1，G3，△V1なる電圧が出力され
る。ただし上記のG1，G3は各演算増幅器A1，A3
の利得であり、このうち利得G1は演算増幅器A1
の帰還抵抗ＲSを調整することによつて変化する
ようになつている。
上記の演算増幅器A3は演算増幅器A2の出力と
演算増幅器A1の出力とを加算するものである
が、このうち演算増幅器A1の出力に基づいて加
算増幅器として働く演算増幅器A3の出力に現れ
た負の電圧つまり−G1，G2，△V1はアナログ信
号で制御可能な定電流電源１の制御電圧となるた
めに、該定電流電源１から出力され、レーザＬを
励起する駆動電流ＩDの値は低下する。この駆動
電流ＩDが低下すればレーザＬから放射される光
の波長は長い方にシフトされるので、ここにレー
ザー光に関する自動波長制御（または自動周波数
制御：AFC）がとり行われることになる。
演算増幅器A1の出力とを加算するものである
が、このうち演算増幅器A1の出力に基づいて加
算増幅器として働く演算増幅器A3の出力に現れ
た負の電圧つまり−G1，G2，△V1はアナログ信
号で制御可能な定電流電源１の制御電圧となるた
めに、該定電流電源１から出力され、レーザＬを
励起する駆動電流ＩDの値は低下する。この駆動
電流ＩDが低下すればレーザＬから放射される光
の波長は長い方にシフトされるので、ここにレー
ザー光に関する自動波長制御（または自動周波数
制御：AFC）がとり行われることになる。
このAFC動作は、第３図のP′0曲線におけるヨ
で示した部分の傾斜を利用したものであることが
以上の説明から理解されるが、たとえばアナログ
信号で制御可能な定電流電源のＶ−Ｉ変解特性が
たとえば第４図中のワで示したごとき変化であ
り、それに対して第３図中のヨの部分の傾斜が上
記の変化ワの傾斜に及ばず不足して第４図中のカ
で示したごとき変化であれば、第１図中の演算増
幅器A1の帰還抵抗を変化させて利得G1を増加さ
せ、前記の変化カを変化ワに一致せしめればよ
い。
で示した部分の傾斜を利用したものであることが
以上の説明から理解されるが、たとえばアナログ
信号で制御可能な定電流電源のＶ−Ｉ変解特性が
たとえば第４図中のワで示したごとき変化であ
り、それに対して第３図中のヨの部分の傾斜が上
記の変化ワの傾斜に及ばず不足して第４図中のカ
で示したごとき変化であれば、第１図中の演算増
幅器A1の帰還抵抗を変化させて利得G1を増加さ
せ、前記の変化カを変化ワに一致せしめればよ
い。
以上に述べた本発明に係るガス濃度検出装置は
その中にデイジタル的な要因を含んでいないので
該装置に用いられる上記のごときAFC動作には
デイジタル回路における演算時間をかける必要が
なく、このため高速のAFC動作が行えるゆえ
に、実用上多大の効果が期待できる。
その中にデイジタル的な要因を含んでいないので
該装置に用いられる上記のごときAFC動作には
デイジタル回路における演算時間をかける必要が
なく、このため高速のAFC動作が行えるゆえ
に、実用上多大の効果が期待できる。
第１図は本発明に係るガス濃度分析装置の系統
図、第２図は該装置で求められる吸収特性、１次
微分吸収特性ならびに２次微分吸収特性を表す
図、第３図は上記の１次微分吸収特性を用いてレ
ーザ光のAFCを行う手順を示す図、第４図はア
ナログ信号で制御可能な定電流電源の電圧電流特
性と上記１次微分吸収特性曲線の傾斜から求めら
れる電圧電流特性のそれぞれを示す図である。 １ａ：アナログ信号で制御可能な定電流電源１
の制御端子、BS1，BS2：ビームスプリツタ、Ｃ
A，ＣC：ガスセル、D1，D2：検知器、A1，A2，
A3：演算増幅器、Ｇ：大気汚染ガス、ＲS：帰還
抵抗、ＲV：演算増幅器の負入力端子への印加電
圧ＶE調整用抵抗、LA1，LA2，LA3：ロツクイン
増幅器、DIF：除算器、REC：レコーダ、
CHO：チヨツパ。
図、第２図は該装置で求められる吸収特性、１次
微分吸収特性ならびに２次微分吸収特性を表す
図、第３図は上記の１次微分吸収特性を用いてレ
ーザ光のAFCを行う手順を示す図、第４図はア
ナログ信号で制御可能な定電流電源の電圧電流特
性と上記１次微分吸収特性曲線の傾斜から求めら
れる電圧電流特性のそれぞれを示す図である。 １ａ：アナログ信号で制御可能な定電流電源１
の制御端子、BS1，BS2：ビームスプリツタ、Ｃ
A，ＣC：ガスセル、D1，D2：検知器、A1，A2，
A3：演算増幅器、Ｇ：大気汚染ガス、ＲS：帰還
抵抗、ＲV：演算増幅器の負入力端子への印加電
圧ＶE調整用抵抗、LA1，LA2，LA3：ロツクイン
増幅器、DIF：除算器、REC：レコーダ、
CHO：チヨツパ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ アナログ信号で制御可能な定電流電源で励起
される波長可変型赤外線レーザを含んだガス濃度
分析装置において、 ガス濃度検出用光路と並行して既知濃度のガス
セルＣAを含んだレーザ光周波数制御用光路を設
ける一方、 前記定電流電源１に対する制御用アナログ信号
としての可変直流電圧ＶEに微小交流信号（OSC
出力）を加えた重畳電圧ＶDを発生する手段A2を
設け、 さらに上記ガスセルの吸収スペクトルホのピー
ク波長に対応したレーザ駆動電流I0を基準として
微小振幅で当該スペクトル曲線を波長走査するよ
う前記微小交流信号を重畳したとき、上記周波数
制御用光路を通過したレーザ光の吸収量に基づく
微分吸収曲線リの傾斜特性ヨから上記基準駆動電
流I0に対するレーザ光の周波数の変化に対応した
検出信号ΔV1を得てAFC電圧を発生する回路
LA3およびA1を設け、該AFC電圧発生回路から
の出力電圧と前記重畳電圧を発生する手段A2か
らの出力電圧とを合成する加算増幅器A3を配設
し、該加算増幅器の出力を前記アナログ信号で制
御可能な定電流電源１に供給することによつて、
レーザの発振周波数を自動制御するようにしたこ
とを特徴とするガス濃度分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10593280A JPS5729933A (en) | 1980-07-31 | 1980-07-31 | Analytical apparatus for concentration of gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10593280A JPS5729933A (en) | 1980-07-31 | 1980-07-31 | Analytical apparatus for concentration of gas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5729933A JPS5729933A (en) | 1982-02-18 |
| JPS6216371B2 true JPS6216371B2 (ja) | 1987-04-13 |
Family
ID=14420618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10593280A Granted JPS5729933A (en) | 1980-07-31 | 1980-07-31 | Analytical apparatus for concentration of gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5729933A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007136124A1 (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | ガス分析装置及びガス分析装置におけるレーザの波長掃引制御方法 |
| US8208143B2 (en) | 2005-04-28 | 2012-06-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas analyzer |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5963336A (en) | 1995-10-10 | 1999-10-05 | American Air Liquide Inc. | Chamber effluent monitoring system and semiconductor processing system comprising absorption spectroscopy measurement system, and methods of use |
| DE19713928C1 (de) * | 1997-04-04 | 1998-04-09 | Draegerwerk Ag | Meßvorrichtung zur Infrarotabsorption |
-
1980
- 1980-07-31 JP JP10593280A patent/JPS5729933A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8208143B2 (en) | 2005-04-28 | 2012-06-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas analyzer |
| WO2007136124A1 (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | ガス分析装置及びガス分析装置におけるレーザの波長掃引制御方法 |
| JP2009216385A (ja) * | 2006-05-19 | 2009-09-24 | Toyota Motor Corp | ガス分析装置及びガス分析装置におけるレーザの波長掃引制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5729933A (en) | 1982-02-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4849637A (en) | Method and apparatus for continuously measuring the concentration of a gas component | |
| US6274879B1 (en) | Process and device for the quantitative detection of a given gas | |
| US7180595B2 (en) | Gas detection method and gas detector device | |
| JPH11258156A (ja) | ガスの分光分析装置および分光分析方法 | |
| JP2844503B2 (ja) | ガス測定装置 | |
| JPS6216371B2 (ja) | ||
| KR100316487B1 (ko) | 가스중의 불순물의 분광분석방법 | |
| US11796468B2 (en) | Gas measurement device and gas measurement method | |
| US5209567A (en) | Apparatus for measuring the radiation capacity of lasers | |
| JP2744728B2 (ja) | ガス濃度測定方法およびその測定装置 | |
| JP5359832B2 (ja) | ガス分析装置 | |
| JP2703835B2 (ja) | ガス濃度測定方法及びその測定装置 | |
| JPH0526804A (ja) | 多種ガス検出装置 | |
| JP2792782B2 (ja) | ガス濃度測定方法およびその測定装置 | |
| JP2011220758A (ja) | ガス分析装置 | |
| JPH11148898A (ja) | 同位体分析装置 | |
| JPS6140336B2 (ja) | ||
| JPS6140335B2 (ja) | ||
| JPS6249575B2 (ja) | ||
| JP2561210B2 (ja) | 同位体分析装置 | |
| JPS60253952A (ja) | ガス濃度測定方式 | |
| EP0495874A1 (en) | Apparatus for stabilizing the wavelength of a signal-modulated light beam | |
| JPH04248423A (ja) | ルミネッセンス測定装置 | |
| JP2796649B2 (ja) | ガス検知装置 | |
| JP2878871B2 (ja) | ガス検知装置 |