JPS62218843A - ガスセンサの信号処理方式 - Google Patents
ガスセンサの信号処理方式Info
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- JPS62218843A JPS62218843A JP6264086A JP6264086A JPS62218843A JP S62218843 A JPS62218843 A JP S62218843A JP 6264086 A JP6264086 A JP 6264086A JP 6264086 A JP6264086 A JP 6264086A JP S62218843 A JPS62218843 A JP S62218843A
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- signal
- gas
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- absorption
- gas sensor
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 6
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［概要］
赤外線半導体レーザを用いて、被測定ガス固有の吸収線
の信号変化を検出して、ガス濃度を測定するガスセンサ
において、吸収線の二次微分信号と一次微分信号とを重
ねる信号処理をする。
の信号変化を検出して、ガス濃度を測定するガスセンサ
において、吸収線の二次微分信号と一次微分信号とを重
ねる信号処理をする。
そうすれば、被測定ガス以外の非測定ガス（妨害ガス）
の吸収線の影響を除外できる。
の吸収線の影響を除外できる。
［産業上の利用分野］
本発明は赤外線半導体レーザを用いたガスセンサの信号
処理方式に関する。
処理方式に関する。
最近、大気汚染による公害が問題にされており、そのた
め、人体に有害なガスの濃度を検出する感知装置が使用
されている。末た、家屋内において、燃焼ガスのガス漏
れを検知する方法も、同様の感知装置が使用されている
。
め、人体に有害なガスの濃度を検出する感知装置が使用
されている。末た、家屋内において、燃焼ガスのガス漏
れを検知する方法も、同様の感知装置が使用されている
。
このようなガス感知装置の検出システムに、例えば、一
定幅の波長をもったレーザを大気中に放射し、被測定ガ
ス特有の吸収線（吸収スペクトル）を検出して、その吸
収スペクトルの変化量から有害ガス量を検出する方式が
検討されている。
定幅の波長をもったレーザを大気中に放射し、被測定ガ
ス特有の吸収線（吸収スペクトル）を検出して、その吸
収スペクトルの変化量から有害ガス量を検出する方式が
検討されている。
しかし、このようなシステムでは、被測定ガス以外のガ
スの吸収線の影響を受ける場合があり、その影響を除去
することが要望されている。
スの吸収線の影響を受ける場合があり、その影響を除去
することが要望されている。
［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］さて、
波長可変の赤外線半導体レーザ素子、例えば、Ｐｂ Ｓ
Ｓｅ素子やＰｂ５ｎＴｅ素子を用いて、有毒ガスの吸
収スペクトルを測定するガスセンサが知られており、そ
れはそれらの素子が６〜ｌＯμｍ程度の中赤外領域に発
振波長を有しているため開発されたシステムで、大気汚
染ガスの多くがその波長領域に吸収線があるからである
。例えば、亜硫酸ガス（ＳＯ２）は７．２μｍの吸収線
をもっており、アンモニア（ＮＨ３）や二酸化窒素（Ｎ
Ｏ２） も°同程度の波長領域に吸収線をもっている。
波長可変の赤外線半導体レーザ素子、例えば、Ｐｂ Ｓ
Ｓｅ素子やＰｂ５ｎＴｅ素子を用いて、有毒ガスの吸
収スペクトルを測定するガスセンサが知られており、そ
れはそれらの素子が６〜ｌＯμｍ程度の中赤外領域に発
振波長を有しているため開発されたシステムで、大気汚
染ガスの多くがその波長領域に吸収線があるからである
。例えば、亜硫酸ガス（ＳＯ２）は７．２μｍの吸収線
をもっており、アンモニア（ＮＨ３）や二酸化窒素（Ｎ
Ｏ２） も°同程度の波長領域に吸収線をもっている。
第３図はそのガスセンサの検出システムの概要図を示し
ており、１はレーザ発光素子、２．２’は検出素子（デ
テクタ）、３はハーフミラ−又はミラー、４は基準ガス
セル、５は大気中（点線で示す）、６はロックインアン
プ（位相同期増幅回路）、７は信号処理装置、８は変調
回路である。
ており、１はレーザ発光素子、２．２’は検出素子（デ
テクタ）、３はハーフミラ−又はミラー、４は基準ガス
セル、５は大気中（点線で示す）、６はロックインアン
プ（位相同期増幅回路）、７は信号処理装置、８は変調
回路である。
この検出システムの検出概要は、レーザ発光素子ｌから
レーザを発振させ、一定幅の波長間を時間走査して、そ
のレーザをハーフミラ−３で分岐し、一方は基準ガスセ
ル３を透過させたレーザの吸収スペクトルを、検出素子
２゛で検出して、ロックインアンプ６で二次微分信号を
検出する。他方のハーフミラ−で分岐し、ミラーで反射
させたレーザは大気５中を透過させて、その吸収スペク
トルを検出素子２で検出して、同様にロックインアンプ
６で二次微分信号を検出し、次いで、それらの・検出信
号を比較する等の処理を信号処理装置７でおこなって、
検出結果を警報器又は表示器で表出する。変調回路８は
レーザ発光素子１ （光源）を駆動するための回路であ
る。
レーザを発振させ、一定幅の波長間を時間走査して、そ
のレーザをハーフミラ−３で分岐し、一方は基準ガスセ
ル３を透過させたレーザの吸収スペクトルを、検出素子
２゛で検出して、ロックインアンプ６で二次微分信号を
検出する。他方のハーフミラ−で分岐し、ミラーで反射
させたレーザは大気５中を透過させて、その吸収スペク
トルを検出素子２で検出して、同様にロックインアンプ
６で二次微分信号を検出し、次いで、それらの・検出信
号を比較する等の処理を信号処理装置７でおこなって、
検出結果を警報器又は表示器で表出する。変調回路８は
レーザ発光素子１ （光源）を駆動するための回路であ
る。
概要はこのようなシステムであるが、第４図（ａ）〜（
ｄ）によって、このシステムの検出方式の原理を詳しく
説明すると、まず、同図（ａ）は、レーザ素子の発振波
長ωが駆動電流Ｉに逆比していて、駆動電流Ｉを大きく
すると発振波長ωが短（なる特性を示す図で、検出シス
テムはこの性質を利用して、駆動電流を変化させて、レ
ーザ波長を長波長側から短波長側へ、例えば、７．２０
μｍから７．２１μｍへ走査する。
ｄ）によって、このシステムの検出方式の原理を詳しく
説明すると、まず、同図（ａ）は、レーザ素子の発振波
長ωが駆動電流Ｉに逆比していて、駆動電流Ｉを大きく
すると発振波長ωが短（なる特性を示す図で、検出シス
テムはこの性質を利用して、駆動電流を変化させて、レ
ーザ波長を長波長側から短波長側へ、例えば、７．２０
μｍから７．２１μｍへ走査する。
そうすると、第４図（ｂ）に示すように、特定ガスの吸
収スペクトルで、検出素子が受ける信号のパワーＰ（出
力）が低下する。その低下ｆｆ１ａがガス濃度に比例し
ているから、この第４図（ｂｌに示すようなデータを二
次導関数法で二次微分して、同図（Ｃ１に示すような波
長ωとパワーＰ ＩＩとの関係を求め、これから特定ガ
スの濃度すを検出する。このように、二次微分するのは
検出性能を向上するためであり、この二次微分した信号
データの後処理は、すべて信号処理袋″ｌ１８でおこな
われる。
収スペクトルで、検出素子が受ける信号のパワーＰ（出
力）が低下する。その低下ｆｆ１ａがガス濃度に比例し
ているから、この第４図（ｂｌに示すようなデータを二
次導関数法で二次微分して、同図（Ｃ１に示すような波
長ωとパワーＰ ＩＩとの関係を求め、これから特定ガ
スの濃度すを検出する。このように、二次微分するのは
検出性能を向上するためであり、この二次微分した信号
データの後処理は、すべて信号処理袋″ｌ１８でおこな
われる。
次に、第４図（ｄ）は従来のレーザ素子の駆動電流Ｉを
変化させる時間波形を例示している０本例は駆動電流幅
を８分割した時間波形であるが、この時間波形を一般式
で記載すると、次式のようになる。即ち、レーザ素子の
長波長端の駆動電流値をＩＯ１短波長端の駆動電流値を
ｔ、＋Ｌ、駆動電流幅りをデジタル的にＮｏ分割すると
して、その駆動電流値は時間と共に、 Ｌｏ 、ＬＯ＋Ｌ／Ｎｏ 、１０ ＋２Ｌ／Ｎｏ 、−
Ｉｏ ＋（Ｎｏ １） Ｌ／Ｎｏ ＋ Ｉｏ ＋Ｌと
なる。
変化させる時間波形を例示している０本例は駆動電流幅
を８分割した時間波形であるが、この時間波形を一般式
で記載すると、次式のようになる。即ち、レーザ素子の
長波長端の駆動電流値をＩＯ１短波長端の駆動電流値を
ｔ、＋Ｌ、駆動電流幅りをデジタル的にＮｏ分割すると
して、その駆動電流値は時間と共に、 Ｌｏ 、ＬＯ＋Ｌ／Ｎｏ 、１０ ＋２Ｌ／Ｎｏ 、−
Ｉｏ ＋（Ｎｏ １） Ｌ／Ｎｏ ＋ Ｉｏ ＋Ｌと
なる。
ところが、被測定ガスの吸収スペクトルは多数存在して
、また、非測定ガスの吸収スペクトルも多数存在する。
、また、非測定ガスの吸収スペクトルも多数存在する。
更に、これら複数種類のガスの吸収スペクトルが多数混
在しているから、非測定ガスの吸収スペクトルの信号強
度が影響し易くて、被測定ガスの検出値が正しく得られ
難いと云う問題がある。そのため、従来より出来るだけ
非測定ガスに影響されない□吸収スペクトルを選択して
、その特定の吸収スペクトルを検出するように考案され
ているが、それでも光源に制約を与える問題が残る。ま
た、この非測定ガスに影響されない吸収スペクトルを選
択するどとが難しい場合もある。
在しているから、非測定ガスの吸収スペクトルの信号強
度が影響し易くて、被測定ガスの検出値が正しく得られ
難いと云う問題がある。そのため、従来より出来るだけ
非測定ガスに影響されない□吸収スペクトルを選択して
、その特定の吸収スペクトルを検出するように考案され
ているが、それでも光源に制約を与える問題が残る。ま
た、この非測定ガスに影響されない吸収スペクトルを選
択するどとが難しい場合もある。
第５図はその問題点を図示した図で、被測定ガスに非測
定ガスが影響した二次微分信号波形、即ち、走査波長ω
とパワーＰ”との関係を示しており、ｉｏが実際に得ら
れる信号カーブ（信号強度曲線）で、それはＩＩＩ （
被測定ガスの信号カーブ）とＡ２ （被測定ガスの信
号カーブ）の合成された信号カーブとなって、被測定ガ
スの吸収スペクトルω０の信号強度は、図示のようにｄ
だけの誤差が含まれている。
定ガスが影響した二次微分信号波形、即ち、走査波長ω
とパワーＰ”との関係を示しており、ｉｏが実際に得ら
れる信号カーブ（信号強度曲線）で、それはＩＩＩ （
被測定ガスの信号カーブ）とＡ２ （被測定ガスの信
号カーブ）の合成された信号カーブとなって、被測定ガ
スの吸収スペクトルω０の信号強度は、図示のようにｄ
だけの誤差が含まれている。
本発明はこのような非測定ガスが近傍に存在していても
、それに影響されないガスセンサの信号処理方式を捉供
するものである。
、それに影響されないガスセンサの信号処理方式を捉供
するものである。
［問題点を解決するための手段］
その目的は、吸収線の二次微分信号に一次微分信号を重
ね合わせる信号処理をおこなえば達成される。
ね合わせる信号処理をおこなえば達成される。
［作用］
即ち、本発明は、赤外線半導体レーザを用いて、ガス濃
度を測定するガスセンサの信号処理回路において、吸収
線の二次微分信号と一次微分信号とを重ねる信号処理を
する。
度を測定するガスセンサの信号処理回路において、吸収
線の二次微分信号と一次微分信号とを重ねる信号処理を
する。
そうすれば、被測定ガス以外の非測定ガスの吸収線の影
響が除外されて、ガスセンサが高感度され、また、光源
の制約も解消する。
響が除外されて、ガスセンサが高感度され、また、光源
の制約も解消する。
［実施例コ
以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第１図（ａｌ、 （ｂｌは本発明にかかる信号処理の原
理を説明する図で、同図（ａ）は被測定ガスに非測定ガ
スが影響した一次微分信号波形、即ち、波長ωとパワー
Ｐ°との関係を示しており、ｍＱが実際に得られる信号
カーブで、それはｍ＋（被測定ガスの信号カーブ）とｍ
２ （非測定ガスの信号カーブ）の合成された信号カ
ーブとなっている。この時、被測定ガスのみ存在して、
非測定ガスが影響しない場合は、被測定ガスの吸収スペ
クトルの中心ω０では、その信号強度は被測定ガスの濃
度に無関係な一定値を示していなければならない。その
信号強度を零と校正しておくと、図示のように、非測定
ガスが存在する場合は、４８分だけの誤差が含まれてい
ることが判る。
理を説明する図で、同図（ａ）は被測定ガスに非測定ガ
スが影響した一次微分信号波形、即ち、波長ωとパワー
Ｐ°との関係を示しており、ｍＱが実際に得られる信号
カーブで、それはｍ＋（被測定ガスの信号カーブ）とｍ
２ （非測定ガスの信号カーブ）の合成された信号カ
ーブとなっている。この時、被測定ガスのみ存在して、
非測定ガスが影響しない場合は、被測定ガスの吸収スペ
クトルの中心ω０では、その信号強度は被測定ガスの濃
度に無関係な一定値を示していなければならない。その
信号強度を零と校正しておくと、図示のように、非測定
ガスが存在する場合は、４８分だけの誤差が含まれてい
ることが判る。
次に、第１図（ｂｌは同図（ａｌの信号波形を二次微分
した信号波形、即ち、波長ωとパワーＰ １１との関係
を示しており、ｎ（１が実際に得られる信号カーブで、
それはｎｌ （被測定ガスの信号カーブ）とｎ２
（非測定ガスの信号カーブ）の合成された信号カーブと
なっている。従って、被測定ガスの吸収スペクトルの中
心ω。では、その信号強度は非測定ガスの影響によって
、図示のようにｄｏ １分だけの誤差が含まれている。
した信号波形、即ち、波長ωとパワーＰ １１との関係
を示しており、ｎ（１が実際に得られる信号カーブで、
それはｎｌ （被測定ガスの信号カーブ）とｎ２
（非測定ガスの信号カーブ）の合成された信号カーブと
なっている。従って、被測定ガスの吸収スペクトルの中
心ω。では、その信号強度は非測定ガスの影響によって
、図示のようにｄｏ １分だけの誤差が含まれている。
この誤差量ｄｏ °は上記に得た誤差信号ｄｏをもとに
計算することができる。そこで、第１図（ｂｌに示す信
号波形において、被測定ガスの吸収スペクトルω０で、
信号を誤差４０分だけ差し引く処理をすれば、正確な検
出値が得られる。
計算することができる。そこで、第１図（ｂｌに示す信
号波形において、被測定ガスの吸収スペクトルω０で、
信号を誤差４０分だけ差し引く処理をすれば、正確な検
出値が得られる。
このような原理によって作成したのが、第２図に示す検
出システムの概要図である。第３図と同一部位には同一
記号が付けであるが、ロックインアンプ６°は一次信号
波形を得る回路、ロックインアンプ６゛°は二次信号波
形を得る回路である。
出システムの概要図である。第３図と同一部位には同一
記号が付けであるが、ロックインアンプ６°は一次信号
波形を得る回路、ロックインアンプ６゛°は二次信号波
形を得る回路である。
かくして、大気５中を透過したレーザの検出素子２で検
出した信号波形を、ロックインアンプ６゜で−次微分し
、検出素子２および２”で検出した信号波形はロックイ
ンアンプ６゛で二次微分して、信号処理装置７で処理す
る。そうすると、その検出値は誤差のない正しい値とな
る。
出した信号波形を、ロックインアンプ６゜で−次微分し
、検出素子２および２”で検出した信号波形はロックイ
ンアンプ６゛で二次微分して、信号処理装置７で処理す
る。そうすると、その検出値は誤差のない正しい値とな
る。
［発明の効果］
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる検出方
式によれば誤差のない検出値が得られるとともに、異種
類のガスが輻較した波長領域の吸収スペクトルをも選択
できて、光源の制約が低減されると云う利点がある。
式によれば誤差のない検出値が得られるとともに、異種
類のガスが輻較した波長領域の吸収スペクトルをも選択
できて、光源の制約が低減されると云う利点がある。
第１図（ａ）、 （ｂ）は本発明にかかる検出システム
の原理を示す図、 第２図は本発明にかかる検出システムの概要図、第３図
は従来の検出システムの概要図、第４図（ａｌ〜（ｄ）
はその検出方式の原理を示す図、第５図はその従来の問
題点を示す図である。 図において、 ωは発振波長、 ■は駆動電流、Ｐ、Ｐ”はパワ
ー、゛ １はレーザ発光素子、 ２゜２“は検出素子、３はミラ
ー、 ４は基準ガスセル、５は大気、 ６．６°、６″はロックインアンプ、 ７は信号処理装置、 ８は変調回路、Ｐ、Ｐ’、Ｐ”
はパワー（信号出力）、ｄ、ｄｏ、ｄｏ ’は誤差、 ｆｆｘ、ｍｘ、ｎには信号カーブ（信号強度曲線）→ω
（凌（） 冷発明１；η・か８才色士システい星理６跣日月ｎｌ力
休Ｒｔ＝ｖ、かシＪシｂシＺデムシＪた１ヒの第 ２
図 ５３ｍ 呻ｕＪに遵（） →Ｖ口玉）程と和、老廻、
ｔ７式つポｙ−もｔｂｆ４７）凹＠４！Ｉ →時開 餞の困え出方戎の原理１細月９６図 第４図
の原理を示す図、 第２図は本発明にかかる検出システムの概要図、第３図
は従来の検出システムの概要図、第４図（ａｌ〜（ｄ）
はその検出方式の原理を示す図、第５図はその従来の問
題点を示す図である。 図において、 ωは発振波長、 ■は駆動電流、Ｐ、Ｐ”はパワ
ー、゛ １はレーザ発光素子、 ２゜２“は検出素子、３はミラ
ー、 ４は基準ガスセル、５は大気、 ６．６°、６″はロックインアンプ、 ７は信号処理装置、 ８は変調回路、Ｐ、Ｐ’、Ｐ”
はパワー（信号出力）、ｄ、ｄｏ、ｄｏ ’は誤差、 ｆｆｘ、ｍｘ、ｎには信号カーブ（信号強度曲線）→ω
（凌（） 冷発明１；η・か８才色士システい星理６跣日月ｎｌ力
休Ｒｔ＝ｖ、かシＪシｂシＺデムシＪた１ヒの第 ２
図 ５３ｍ 呻ｕＪに遵（） →Ｖ口玉）程と和、老廻、
ｔ７式つポｙ−もｔｂｆ４７）凹＠４！Ｉ →時開 餞の困え出方戎の原理１細月９６図 第４図
Claims (1)
- 赤外線半導体レーザを光源とし、被測定ガス固有の吸収
線の強度を検出して、ガス濃度を測定するガスセンサに
おいて、吸収線の二次微分信号に一次微分信号を重ね合
わせる信号処理によって、非測定ガスの吸収線の影響を
除去するようにしたことを特徴とするガスセンサの信号
処理方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6264086A JPS62218843A (ja) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | ガスセンサの信号処理方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6264086A JPS62218843A (ja) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | ガスセンサの信号処理方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62218843A true JPS62218843A (ja) | 1987-09-26 |
Family
ID=13206129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6264086A Pending JPS62218843A (ja) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | ガスセンサの信号処理方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62218843A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995026497A1 (fr) * | 1994-03-25 | 1995-10-05 | Nippon Sanso Corporation | Analyse de gaz par spectrochimie infrarouge et appareil utilise |
| CN105806898A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-07-27 | 电子科技大学 | 一种用于气体传感器的气体浓度标定方法 |
-
1986
- 1986-03-20 JP JP6264086A patent/JPS62218843A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995026497A1 (fr) * | 1994-03-25 | 1995-10-05 | Nippon Sanso Corporation | Analyse de gaz par spectrochimie infrarouge et appareil utilise |
| CN105806898A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-07-27 | 电子科技大学 | 一种用于气体传感器的气体浓度标定方法 |
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