JPS6252436A - ガス検知装置 - Google Patents
ガス検知装置Info
- Publication number
- JPS6252436A JPS6252436A JP19276585A JP19276585A JPS6252436A JP S6252436 A JPS6252436 A JP S6252436A JP 19276585 A JP19276585 A JP 19276585A JP 19276585 A JP19276585 A JP 19276585A JP S6252436 A JPS6252436 A JP S6252436A
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- Japan
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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】
［概要コ
本発明は、ガス検知装置であって、高精度のガスの検知
を行うために、光路に設けたエタロン板の温度を変化す
るようにして、エタロンの温度変化によるオフセット特
性を制御し、それによってガス検知信号に発生するオフ
セットを補償するようにして、Ｓ／Ｎの高い高性能のガ
ス検知装置を提案するものである。
を行うために、光路に設けたエタロン板の温度を変化す
るようにして、エタロンの温度変化によるオフセット特
性を制御し、それによってガス検知信号に発生するオフ
セットを補償するようにして、Ｓ／Ｎの高い高性能のガ
ス検知装置を提案するものである。
［産業上の利用分野］
本発明は、ガス検知装置に係り、特に赤外線レーザによ
る微量ガスの検知装置に関するものである。
る微量ガスの検知装置に関するものである。
半導体レーザ光線の温度や動作電流を変化させることに
より、発振波長を連続的に変化して、被検出気体分子に
レーザ光を照射し、気体分子のガス吸収特性を利用して
ガスの濃度や種類を検出する方法が広く利用されている
。
より、発振波長を連続的に変化して、被検出気体分子に
レーザ光を照射し、気体分子のガス吸収特性を利用して
ガスの濃度や種類を検出する方法が広く利用されている
。
通常、赤外光はレーザ光が使用されるが、輝度が高くま
た発振スペクトルの半値幅の単色性も優れているのでガ
スの検知には最適の光である。
た発振スペクトルの半値幅の単色性も優れているのでガ
スの検知には最適の光である。
このように赤外線レーザを用いて、高感度且つ長距離の
状態にあるガス分子を検知することができるが、長距離
になる程、被測定ガスの他に水分等の影響が現れてこれ
らが二次微分信号のオフセット信号となり、Ｓ／Ｎを劣
化させる原因となっているため、この改善が要望されて
いる。
状態にあるガス分子を検知することができるが、長距離
になる程、被測定ガスの他に水分等の影響が現れてこれ
らが二次微分信号のオフセット信号となり、Ｓ／Ｎを劣
化させる原因となっているため、この改善が要望されて
いる。
［従来の技術〕
第５図は、従来の赤外線ガス検知装置の模式要部ブロッ
ク図である。
ク図である。
レーザ光源１から放射された点線で示すレーザ光線は、
レンズ２によって集光されエタロン板３を経由してハー
フミラ−４に投射される。
レンズ２によって集光されエタロン板３を経由してハー
フミラ−４に投射される。
エタロン板３は通常厚さ１０ｍｍ程度のゲルマニウムの
平行平面板を用いるが、これはレーザの動作電流に対す
る波長変化率を調べるために用いられる。
平行平面板を用いるが、これはレーザの動作電流に対す
る波長変化率を調べるために用いられる。
ハーフミラ−４に投射されたレーザ光線は、二方向に分
岐され、一方はミラー５を介して参照セル６に入り、他
方は測定するガス雰囲気中に配置された多重反射セルに
投射される。
岐され、一方はミラー５を介して参照セル６に入り、他
方は測定するガス雰囲気中に配置された多重反射セルに
投射される。
参照セル内には、種類や濃度が既知であるガスが充填さ
れていて、参照セルを透過したレーザ光線は特定の波長
で減衰を受け、出射光はレンズ７で集光されて検知器８
で受光され、信号電流に変換されて信号処理装置９に送
信される。
れていて、参照セルを透過したレーザ光線は特定の波長
で減衰を受け、出射光はレンズ７で集光されて検知器８
で受光され、信号電流に変換されて信号処理装置９に送
信される。
被検知ガスが充満する多重反射セルに向かうレーザ光線
は、レンズ１０で集光されてから多重反射セル１１によ
り、光路が往復されて長くなり、測定するガス雰囲気で
の光路を長距離にすることにより、ガスの検出感度を上
げるようになっている。
は、レンズ１０で集光されてから多重反射セル１１によ
り、光路が往復されて長くなり、測定するガス雰囲気で
の光路を長距離にすることにより、ガスの検出感度を上
げるようになっている。
このようにして検知すべきガス雰囲気中を透過したレー
ザ光線は、被検知ガス空間を透過する際に減衰を受けた
後、レンズ１２で集光されて検知器１３に投射され、電
気信号に変換されて信号処理装置９に入力される。
ザ光線は、被検知ガス空間を透過する際に減衰を受けた
後、レンズ１２で集光されて検知器１３に投射され、電
気信号に変換されて信号処理装置９に入力される。
ガスの検知の方法を説明すると、第７図のごとくレーザ
波長に対する透過光強度の減り具合ｄを計測してガス濃
度を検出するもので、図中点線はガスが無い場合の透過
光強度、実線はガスによる吸収を受けた透過光強度を示
している。
波長に対する透過光強度の減り具合ｄを計測してガス濃
度を検出するもので、図中点線はガスが無い場合の透過
光強度、実線はガスによる吸収を受けた透過光強度を示
している。
更に、計測をより高感度にするために、Ｓのごとく入射
光の波長λをｓｉｎ変調して透過光強度の変化分ｇを検
出し、変化分すがガス濃度に比例することを利用して、
ガス濃度を測定する方法がある。このための入射光波長
を変調するためにダイオードレーザが用いられる。ダイ
オードレーザは電流を変化させることにより、発振波長
を変化することができる。動作電流と発振の関係を第９
図に示しているが、発振波長の変調幅を微小にすること
により、透過光強度の変化分を吸収スペクトルの波長に
関する微分と見なすことができる。
光の波長λをｓｉｎ変調して透過光強度の変化分ｇを検
出し、変化分すがガス濃度に比例することを利用して、
ガス濃度を測定する方法がある。このための入射光波長
を変調するためにダイオードレーザが用いられる。ダイ
オードレーザは電流を変化させることにより、発振波長
を変化することができる。動作電流と発振の関係を第９
図に示しているが、発振波長の変調幅を微小にすること
により、透過光強度の変化分を吸収スペクトルの波長に
関する微分と見なすことができる。
計測には気体の吸収スペクトルの勾配を検出する一次微
分による計測法、及び二次微分によりスペクトルの曲率
を検出する計測法がある。実際にはダイオードレーザに
加える微小な変調電流の周波数ｆに同期した信号を検出
することで、−次微分信号を得、あるいは２ｆに同期し
た信号を検出して二次微分信号を得る。
分による計測法、及び二次微分によりスペクトルの曲率
を検出する計測法がある。実際にはダイオードレーザに
加える微小な変調電流の周波数ｆに同期した信号を検出
することで、−次微分信号を得、あるいは２ｆに同期し
た信号を検出して二次微分信号を得る。
本発明では、二次微分信号を用い、二次微分信号値は第
８図のごとく、吸収ラインの中心ａ″′？：′？：最大
後波長す、ｃで最小となる特性になり、山の高さｈがガ
ス濃度に比例する。
８図のごとく、吸収ラインの中心ａ″′？：′？：最大
後波長す、ｃで最小となる特性になり、山の高さｈがガ
ス濃度に比例する。
参照セルと多重反射セルにレーザ光線を照射することに
より、ガスに特有の吸収波長があるために、それらによ
って吸収されたスペクトルを被検知ガスと参照セルとを
それぞれ比較し、それらのスペクトルの強度比から大気
中のガスの濃度を求めるものである。
より、ガスに特有の吸収波長があるために、それらによ
って吸収されたスペクトルを被検知ガスと参照セルとを
それぞれ比較し、それらのスペクトルの強度比から大気
中のガスの濃度を求めるものである。
第６図は、レーザの波長を変化させた場合の信号処理装
置における、二次微分信号を示しており、この信号の特
定波長にガス吸収帯１５を検知することにより、吸収波
長からガスの種類を、ピーク値からガスの濃度を検知す
ることかできる。
置における、二次微分信号を示しており、この信号の特
定波長にガス吸収帯１５を検知することにより、吸収波
長からガスの種類を、ピーク値からガスの濃度を検知す
ることかできる。
然しながら例えば被検出ガスとして二酸化硫黄（ＳＯ２
）や二酸化窒素（ＮＯ２）等を検知しようとする際に、
被検出ガス以外のガスとして比較的多く存在する水蒸気
ガス等があると、第２図に示すように二次微分信号のス
ペクトルに水分の影響によるオフセラｌ−Ｌが重畳され
、検出感度が低下する欠点がある。
）や二酸化窒素（ＮＯ２）等を検知しようとする際に、
被検出ガス以外のガスとして比較的多く存在する水蒸気
ガス等があると、第２図に示すように二次微分信号のス
ペクトルに水分の影響によるオフセラｌ−Ｌが重畳され
、検出感度が低下する欠点がある。
［発明が解決しようとする問題点コ
従来の、ガス検知装置では、大量の水蒸気等によるオフ
セットが生じた場合には、そのオフセット分をカットす
ることが不可能であり、そのために感度が低下すること
が問題点である。
セットが生じた場合には、そのオフセット分をカットす
ることが不可能であり、そのために感度が低下すること
が問題点である。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、上記問題点を解決するためのガス検知装置を
提案するもので、その解決の手段は、波長を変化してレ
ーザ照射を行う半導体レーザと、光学系にエタロンと参
照セルと被検知ガス雰囲気を光路とする光学系と、信号
処理装置を備えて、二次微分計測方式を利用したガス検
知装置で、二次微分信号のオフセットを除去するために
、オフセント量を検知した信号処理装置で制御される温
度調整装置により、エタロン板の温度を加減することに
より、発生するオフセットを無くして、それによりガス
の吸収帯を拡大できるようにしたものである。
提案するもので、その解決の手段は、波長を変化してレ
ーザ照射を行う半導体レーザと、光学系にエタロンと参
照セルと被検知ガス雰囲気を光路とする光学系と、信号
処理装置を備えて、二次微分計測方式を利用したガス検
知装置で、二次微分信号のオフセットを除去するために
、オフセント量を検知した信号処理装置で制御される温
度調整装置により、エタロン板の温度を加減することに
より、発生するオフセットを無くして、それによりガス
の吸収帯を拡大できるようにしたものである。
Ｅ作用コ
本発明は、従来のガス検知装置におけるオフセットを除
去するために、エタロン板を利用するもので、温度調節
装置と組み合わせてエタロンを温度変化させるものであ
り、即ち光路中のエタロン板に温度依存性によるオフセ
ット特性のあることを利用し、発生するオフセットをエ
タロン板の温度を変化させることにより、相互補償する
ことでオフセットを無くし、ガス検知感度を大幅に改善
したものである。
去するために、エタロン板を利用するもので、温度調節
装置と組み合わせてエタロンを温度変化させるものであ
り、即ち光路中のエタロン板に温度依存性によるオフセ
ット特性のあることを利用し、発生するオフセットをエ
タロン板の温度を変化させることにより、相互補償する
ことでオフセットを無くし、ガス検知感度を大幅に改善
したものである。
［実施例］
第１図は本発明によるガス検知装置の模式要部ブロック
あるが、回路構成は第５図とほぼ同様であるが、エフロ
ーン板２１に温度関節装置２２を設けて、信号処理装置
２３により適宜温度制御がなされるようにしたものであ
り、エタロン板は両面が平行平面であり、厚みが１０ｍ
＋ａ程度のゲルマニウムの坂である。
あるが、回路構成は第５図とほぼ同様であるが、エフロ
ーン板２１に温度関節装置２２を設けて、信号処理装置
２３により適宜温度制御がなされるようにしたものであ
り、エタロン板は両面が平行平面であり、厚みが１０ｍ
＋ａ程度のゲルマニウムの坂である。
第２図はエタロン板の温度を変化した場合のエタロン板
を通過した光信号の二次微分信号値との関係を示す特性
図である。
を通過した光信号の二次微分信号値との関係を示す特性
図である。
エタロン板の温度が変化することにより、エタロン板の
板厚が膨張収縮によって変化し、また屈折率の温度依存
性もあるために、エタロン板のそのそれぞれの温度によ
って光の波長によって透過光の減衰特性が変化する。
板厚が膨張収縮によって変化し、また屈折率の温度依存
性もあるために、エタロン板のそのそれぞれの温度によ
って光の波長によって透過光の減衰特性が変化する。
従って、エタロンの温度がｔｌの時には、二次微分信号
の出力は零であり、ｔｌより高い温度で−は二次微分信
号の出力はマイナスのオフセットが発生する領域であり
、ｔ３で最もオフセントが大きい状態である。
の出力は零であり、ｔｌより高い温度で−は二次微分信
号の出力はマイナスのオフセットが発生する領域であり
、ｔ３で最もオフセントが大きい状態である。
一方、エタロンの温度がｔｌより低い温度では二次微分
信号の出力はプラスのオフセントが発生する領域であり
、ｔ２では最もオフセットが大きい状態を示している。
信号の出力はプラスのオフセントが発生する領域であり
、ｔ２では最もオフセットが大きい状態を示している。
本発明は、このようエタロン２１に温度調節装置２２を
接続して、信号処理装置２３の制御によりオフセット特
性を適切に変化させて検知信号のオフセットを補償する
ものである。
接続して、信号処理装置２３の制御によりオフセット特
性を適切に変化させて検知信号のオフセットを補償する
ものである。
第３図は、例えばエタロン板の温度をｔｂに設定した際
の、レーザ波長と二次微分信号との関係を示す特性図で
あるが、ガス吸収を示す吸収帯Ｂが波長λｂにあるとす
ると、オフセラｌ−はβｂになるが、これを補償するよ
うにエタロンの温度を調整して、マイナスのオフセット
を発生させ、補償し得る温度ｔｃにすることにより、第
４図に示すように、ガス吸収帯Ｂの帯域を、オフセット
ｌｂを零レベルに移動した状態で検知することができる
。
の、レーザ波長と二次微分信号との関係を示す特性図で
あるが、ガス吸収を示す吸収帯Ｂが波長λｂにあるとす
ると、オフセラｌ−はβｂになるが、これを補償するよ
うにエタロンの温度を調整して、マイナスのオフセット
を発生させ、補償し得る温度ｔｃにすることにより、第
４図に示すように、ガス吸収帯Ｂの帯域を、オフセット
ｌｂを零レベルに移動した状態で検知することができる
。
このような温度調整は、信号処理装置でオフセント量を
計量して温度調整装置にフィードバックすることにより
正確になされる。
計量して温度調整装置にフィードバックすることにより
正確になされる。
オフセントの無くなったスペクトルは十分に拡大するこ
とが可能であり、第４図の点線部の拡大図に示すように
吸収スペクトル帯を明確に表示することができる。
とが可能であり、第４図の点線部の拡大図に示すように
吸収スペクトル帯を明確に表示することができる。
［発明の効果］
以上、詳細に説明したように、本発明によるガス検知装
置は優れた検知精度を有するものであり、高感度のガス
検知装置を提供することができ効果大なるものである。
置は優れた検知精度を有するものであり、高感度のガス
検知装置を提供することができ効果大なるものである。
第１図は本発明によるガス検知装置の模式要部ブロック
図、 第２図はエタロン板の温度と二次微分信号値との関係を
示す特性図、 第３図は、波長と二次微分信号との関係を示す特性図１ 、第４図はエタロン板によってオフセント部が補償され
たことを示す特性図、 することができる。 第５図は、従来の赤外線ガス検知装置の模式要部ブロッ
ク図である。 第６図は、レーザの波長と二次微分信号との特性図、 第７図はレーザ波長と透過光強度の関係図、第８図はガ
ス吸収ラインの二次微分計測値とレーザ波長との関係図
、 第９図は動作電流と発振の関係図、 図において ２１はエタロン板、 ２２は温度調節装置、 ２３は信号処理装置、 をそれぞれ示している 第１図 エフ０＞つメづのしｅ″よごイ（しγｔルニλ乏甜Ｕイ
ｔうの吏テＪ空酌１第２図 第 ３ 図 工°クロレ孝反＋＝、；１７ｔ７７仁・、Ｉ−０力ゞ智
奔帽之Ａ２≧・才ヂト４去図第４図 ″、廷Ｙ：欧伸紗４を号ヒり杆隷回 第６図 し−ｆ光源飢ま左し一１克りを／【トうυゴイｉｃゴ第
７１！Ｉ ＠ ８ 図
図、 第２図はエタロン板の温度と二次微分信号値との関係を
示す特性図、 第３図は、波長と二次微分信号との関係を示す特性図１ 、第４図はエタロン板によってオフセント部が補償され
たことを示す特性図、 することができる。 第５図は、従来の赤外線ガス検知装置の模式要部ブロッ
ク図である。 第６図は、レーザの波長と二次微分信号との特性図、 第７図はレーザ波長と透過光強度の関係図、第８図はガ
ス吸収ラインの二次微分計測値とレーザ波長との関係図
、 第９図は動作電流と発振の関係図、 図において ２１はエタロン板、 ２２は温度調節装置、 ２３は信号処理装置、 をそれぞれ示している 第１図 エフ０＞つメづのしｅ″よごイ（しγｔルニλ乏甜Ｕイ
ｔうの吏テＪ空酌１第２図 第 ３ 図 工°クロレ孝反＋＝、；１７ｔ７７仁・、Ｉ−０力ゞ智
奔帽之Ａ２≧・才ヂト４去図第４図 ″、廷Ｙ：欧伸紗４を号ヒり杆隷回 第６図 し−ｆ光源飢ま左し一１克りを／【トうυゴイｉｃゴ第
７１！Ｉ ＠ ８ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 波長を変化してレーザ照射を行う半導体レーザ光源（１
）と、エタロン板（２１）と参照セル（６）と被検知ガ
ス雰囲気を含み、その間に光路を有する光学系と、二次
導関数計測法によりガス濃度を計測する信号処理装置（
２３）を具備したガス検知装置において、 上記エタロン板（２１）の温度を調整する温度調整装置
（２２）を設け、該温度調整装置（２２）が該信号処理
装置（２３）によって制御されて、二次微分信号のオフ
セットが補償されるようにしたことを特徴とするガス検
知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19276585A JPS6252436A (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | ガス検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19276585A JPS6252436A (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | ガス検知装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6252436A true JPS6252436A (ja) | 1987-03-07 |
Family
ID=16296668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19276585A Pending JPS6252436A (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | ガス検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6252436A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63274842A (ja) * | 1987-05-02 | 1988-11-11 | Agency Of Ind Science & Technol | 水蒸気光吸収線の２次微分曲線を利用した高精度湿度測定方法 |
| JPH01250834A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-05 | Canon Inc | 干渉計 |
| WO2005078880A1 (ja) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Anritsu Corporation | 波長可変半導体レーザ及びそれを用いるガス検知装置 |
| JP2009014661A (ja) * | 2007-07-09 | 2009-01-22 | Fuji Electric Systems Co Ltd | ガス濃度計測装置 |
-
1985
- 1985-08-30 JP JP19276585A patent/JPS6252436A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63274842A (ja) * | 1987-05-02 | 1988-11-11 | Agency Of Ind Science & Technol | 水蒸気光吸収線の２次微分曲線を利用した高精度湿度測定方法 |
| JPH01250834A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-05 | Canon Inc | 干渉計 |
| JP2749815B2 (ja) * | 1988-03-31 | 1998-05-13 | キヤノン株式会社 | 干渉計 |
| WO2005078880A1 (ja) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Anritsu Corporation | 波長可変半導体レーザ及びそれを用いるガス検知装置 |
| JP2009014661A (ja) * | 2007-07-09 | 2009-01-22 | Fuji Electric Systems Co Ltd | ガス濃度計測装置 |
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