JPS63182550A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JPS63182550A JPS63182550A JP1500487A JP1500487A JPS63182550A JP S63182550 A JPS63182550 A JP S63182550A JP 1500487 A JP1500487 A JP 1500487A JP 1500487 A JP1500487 A JP 1500487A JP S63182550 A JPS63182550 A JP S63182550A
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- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 61
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
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- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
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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】
〔積装〕
本発明は、微分計測法を用いた赤外半導体レーザ方式ガ
スセンサにおいて、半導体レーザのバイアス電流に対す
る波長の変化率（以後チューニングレートと記す）の変
動によるガス濃度測定値のゲインドリフトを抑圧するた
め、濃度の変動しにくい、化学的に安定なガスを封入し
た参照セルを用いてチューニングレートを測定し、濃度
測定値のドリフトの補正を行うようにしたものである。
スセンサにおいて、半導体レーザのバイアス電流に対す
る波長の変化率（以後チューニングレートと記す）の変
動によるガス濃度測定値のゲインドリフトを抑圧するた
め、濃度の変動しにくい、化学的に安定なガスを封入し
た参照セルを用いてチューニングレートを測定し、濃度
測定値のドリフトの補正を行うようにしたものである。
本発明は赤外半導体レーザ方式ガスセンサに関し、特に
半導体レーザのチューニングレートの変動による濃度測
定値のドリフトを補正して正確なガス濃度測定を行なう
ようにしたガスセンサに関するものである。
半導体レーザのチューニングレートの変動による濃度測
定値のドリフトを補正して正確なガス濃度測定を行なう
ようにしたガスセンサに関するものである。
ガスセンサは、小型、高感度、短時間測定で、しかも高
信頼性が要求される。赤外半導体レーザ方式ガスセンサ
は可搬型であり、望ましい特徴を備えている。
信頼性が要求される。赤外半導体レーザ方式ガスセンサ
は可搬型であり、望ましい特徴を備えている。
かかる赤外半導体レーザ方式ガスセンサにおいては、特
に半導体レーザのチューニングレートの変動により発生
する濃度測定値の誤差を補正して正確な測定値が得られ
ることが要望されている。
に半導体レーザのチューニングレートの変動により発生
する濃度測定値の誤差を補正して正確な測定値が得られ
ることが要望されている。
第４図は従来の赤外レーザ方式ガスセンサのブロック図
を示している。
を示している。
第４図において、半導体レーザｌより発光したレーザ光
は、レンズ２により平行光線にされて大気中の微量な被
測定ガス３（例えば、二酸化窒素ＮＯ２等の公害ガス）
を通過する。透過した光はレンズ４によって赤外線セン
サ５に集光される。
は、レンズ２により平行光線にされて大気中の微量な被
測定ガス３（例えば、二酸化窒素ＮＯ２等の公害ガス）
を通過する。透過した光はレンズ４によって赤外線セン
サ５に集光される。
半導体レーザｌは、第５図の掃引特性図に示すように、
バイアス電流を変えることにより連続的に波長を掃引で
きる。すなわち、規定電流を正弦波状に増減させること
によって、第６図へに示すような、正弦波状に波長が変
化するレーザ光が得られる。
バイアス電流を変えることにより連続的に波長を掃引で
きる。すなわち、規定電流を正弦波状に増減させること
によって、第６図へに示すような、正弦波状に波長が変
化するレーザ光が得られる。
このレーザ光が被測定ガス３を通過する場合、被測定ガ
ス３の吸収スペクトルは、第６図Ｂで表わされ、その透
過パワーは、レーザ光の掃引中心波長で最小となり、最
長波長および最短波長との間にｈの減衰によるパワーの
差が発生する。この減衰によるパワーの差りは被測定ガ
スの濃度にほぼ比例する。
ス３の吸収スペクトルは、第６図Ｂで表わされ、その透
過パワーは、レーザ光の掃引中心波長で最小となり、最
長波長および最短波長との間にｈの減衰によるパワーの
差が発生する。この減衰によるパワーの差りは被測定ガ
スの濃度にほぼ比例する。
被測定ガス３を通過したレーザ光は、第６図Ｃに示すよ
うに、ｈの振幅を持った掃引周波数の２倍の周波数とな
って赤外線センサ５に受光されて電気信号に変換され、
信号処理回路６に出力される。信号処理回路６は、第６
図Ｃの交流を検波して減衰幅りを検出する。
うに、ｈの振幅を持った掃引周波数の２倍の周波数とな
って赤外線センサ５に受光されて電気信号に変換され、
信号処理回路６に出力される。信号処理回路６は、第６
図Ｃの交流を検波して減衰幅りを検出する。
一方、レンズ２を通過直後ハーフミラ−７により分割さ
れて図中上方向に進んだレーザ光は、ミラー８を介して
参照セル９を通りレンズ１ｏにより赤外線センサ１１に
集光される。
れて図中上方向に進んだレーザ光は、ミラー８を介して
参照セル９を通りレンズ１ｏにより赤外線センサ１１に
集光される。
参照セル９には濃度が既知の被測定ガス、例えば、ＮＯ
２等を入れておく。
２等を入れておく。
信号処理回路１２は、前述した信号処理回路６と同様に
動作して濃度が既知のガスに対する減衰幅ｈ′を検出す
る。
動作して濃度が既知のガスに対する減衰幅ｈ′を検出す
る。
割算器１３は、濃度が既知のｈ′に対する未知濃度のｈ
の比を計算して出力する。表示装置１４は割算器１３の
出力、つまり濃度比から被測定ガス３の濃度を換算して
表示する。
の比を計算して出力する。表示装置１４は割算器１３の
出力、つまり濃度比から被測定ガス３の濃度を換算して
表示する。
上記のガスセンサでは、半導体レーザの素子特性が変化
した場合、チューニングレートが変化するので、レーザ
のバイアス電流に重畳する微少交流が同しであっても、
波長振幅が変化し、そのため、第６図の相互関係から明
らかなように透過パワーｈが見掛かけ上変化したことと
なってガス濃度測定値が変動する。
した場合、チューニングレートが変化するので、レーザ
のバイアス電流に重畳する微少交流が同しであっても、
波長振幅が変化し、そのため、第６図の相互関係から明
らかなように透過パワーｈが見掛かけ上変化したことと
なってガス濃度測定値が変動する。
これを防ぐ目的で、参照セルを用い、既知濃度のガスに
対する信号を常に測定し、未知濃度のガスに対する信号
との比を計算することにより、チューニングレートの影
響を避けていた。
対する信号を常に測定し、未知濃度のガスに対する信号
との比を計算することにより、チューニングレートの影
響を避けていた。
しかし、測定対象ガスが二酸化窒素（ＮＯ２）等反応し
易いガスの場合、例えば、参照セルの材＊、１そのもの
と反応してしまうので、参照セル内のガスの濃度が変化
してわからなくなり、チューニングレートの影響を避け
ることができない欠点が生じた。
易いガスの場合、例えば、参照セルの材＊、１そのもの
と反応してしまうので、参照セル内のガスの濃度が変化
してわからなくなり、チューニングレートの影響を避け
ることができない欠点が生じた。
本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、半導
体レーザのチューニングレートが変化しても被測定ガス
の濃度を正確に測定することができるガスセンサを提供
することを目的としている。
体レーザのチューニングレートが変化しても被測定ガス
の濃度を正確に測定することができるガスセンサを提供
することを目的としている。
第１図は本発明のガスセンサのブロック図を示しており
、図中の参照セル９中には被測定ガスの吸収線の近傍に
吸収線のある、化学的に安定なガス種の参照ガス１７を
入れた構成とし、前記参照ガス１７による信号処理回路
１２の出力信号値に対応して補正係数を出力する記憶部
１５を設け、乗算器１６において、被測定ガスによる信
号処理回路６の出力信号値に前記補正係数を乗算して正
しい濃度を得るようにしている。
、図中の参照セル９中には被測定ガスの吸収線の近傍に
吸収線のある、化学的に安定なガス種の参照ガス１７を
入れた構成とし、前記参照ガス１７による信号処理回路
１２の出力信号値に対応して補正係数を出力する記憶部
１５を設け、乗算器１６において、被測定ガスによる信
号処理回路６の出力信号値に前記補正係数を乗算して正
しい濃度を得るようにしている。
第２図は補正の原理を説明するための図であり、図中Ａ
は被測定ガス３の吸収スペクトルを示し、図中Ｂは参照
ガス１７の吸収スペクトルを示している。いま、半導体
レーザ１のチューニングレートが変動ずれば、Ｂのスペ
ク；・ルに対する信号値も変化するが、参照ガスの濃度
は既知で、変動しないので、Ｂのスペクトルに対する信
号値はチューニングレートに対応している。
は被測定ガス３の吸収スペクトルを示し、図中Ｂは参照
ガス１７の吸収スペクトルを示している。いま、半導体
レーザ１のチューニングレートが変動ずれば、Ｂのスペ
ク；・ルに対する信号値も変化するが、参照ガスの濃度
は既知で、変動しないので、Ｂのスペクトルに対する信
号値はチューニングレートに対応している。
このことを利用して、Ｂのスペクトルに対する信号値か
らへのスペクトルに対する補正係数が求まる。
らへのスペクトルに対する補正係数が求まる。
この補正係数を信号処理回路６の出力信号値に乗算する
ことによって被測定ガス３の正しい濃度を得る。
ことによって被測定ガス３の正しい濃度を得る。
第３図は本発明の一実施例のガスセンサのブロック図を
示しており、説明を容易とするために第１図、第４図と
同一部位は同一符号をもって示している。
示しており、説明を容易とするために第１図、第４図と
同一部位は同一符号をもって示している。
第３図に示すように、一実施例のガスセンサは、レーザ
光を発生ずる半導体レーザ１と、半導体レーザ１の出力
レーザ光を分離するハーフミラ−７と、ハーフミラ−７
で分離された一方向のレーザ光を透過する長光路セル１
８と、長光路セル１Ｂを通過したレーザ光を検知して電
気信号に変換する赤外線センサ５と赤外線センサ５の出
力信号を検波する信号処理回路６とを備えている。
光を発生ずる半導体レーザ１と、半導体レーザ１の出力
レーザ光を分離するハーフミラ−７と、ハーフミラ−７
で分離された一方向のレーザ光を透過する長光路セル１
８と、長光路セル１Ｂを通過したレーザ光を検知して電
気信号に変換する赤外線センサ５と赤外線センサ５の出
力信号を検波する信号処理回路６とを備えている。
また、ハーフミラ−７で分離された他の一方向のレーザ
光を透過する参照ガス１７が入れられた参照セル９と、
参照セル９を透過したレーザ光を検知して電気信号に変
換する赤外線センサ１１と、赤外線センサ】１の出力信
号を検波する信号処理回路Ｉ２と、予め参照ガス１７に
よる信号処理回路１２の出力信号値に対応した補正係数
格納する記憶部（ＲＯＭ＞１５と、信号処理回路６で得
た被測定ガス３による検波出力に前記補正係数を乗算す
る乗算器１６を設け、該乗算器１６の出力を表示装置１
４で表示する構成としている。
光を透過する参照ガス１７が入れられた参照セル９と、
参照セル９を透過したレーザ光を検知して電気信号に変
換する赤外線センサ１１と、赤外線センサ】１の出力信
号を検波する信号処理回路Ｉ２と、予め参照ガス１７に
よる信号処理回路１２の出力信号値に対応した補正係数
格納する記憶部（ＲＯＭ＞１５と、信号処理回路６で得
た被測定ガス３による検波出力に前記補正係数を乗算す
る乗算器１６を設け、該乗算器１６の出力を表示装置１
４で表示する構成としている。
ここで、測定対象ガス３をＮＯ２とした場合、参照ガス
１７はＮＯ２ガスの吸収線に近傍した吸収線を有するア
ンモニア（Ｎ１１３ ）ガスを用いる。アンモニアガス
は比較的に化学的に安定で、参照セル材料との反応が抑
制できる。
１７はＮＯ２ガスの吸収線に近傍した吸収線を有するア
ンモニア（Ｎ１１３ ）ガスを用いる。アンモニアガス
は比較的に化学的に安定で、参照セル材料との反応が抑
制できる。
第３図において、赤外線半導体レーザ１はヘリウム循環
式冷凍機１９によって冷却され、赤外レーザ光を出力す
る。この出力レーザ光は、レンズ２で平行光となり、ハ
ーフミラ−７で分離される。
式冷凍機１９によって冷却され、赤外レーザ光を出力す
る。この出力レーザ光は、レンズ２で平行光となり、ハ
ーフミラ−７で分離される。
ハーフミラ−７で分離された一方向のレーザ光は参照セ
ル９中の参照ガス１７を通過し、レンズ１０を介して赤
外線センサ１１で受光され、電気信号に変換されて信号
処理回路１２に出力される。
ル９中の参照ガス１７を通過し、レンズ１０を介して赤
外線センサ１１で受光され、電気信号に変換されて信号
処理回路１２に出力される。
信号処理回路１２は、赤外線センサ１１の出力を受けて
参照ガス１７による信号を出力するが、参照セル９中の
濃度が一定なので、これはチューニングレートに対応し
ている。ＲＯＭ１５は信号処理回路１２の出力を受けて
補正係数を出力する。
参照ガス１７による信号を出力するが、参照セル９中の
濃度が一定なので、これはチューニングレートに対応し
ている。ＲＯＭ１５は信号処理回路１２の出力を受けて
補正係数を出力する。
ハーフミラ−７で分離された他の一方向のレーザ光は、
球面鏡３個で形成された長光路セル１８を通過し、大気
中の測定ＲＪ象ガスによって吸収を受けた、第６図１ｃ
Ｉに示すような、掃引周波数の２倍の周波数で被測定ガ
ス濃度にほぼ比例した大きさの振幅りを持った光となっ
て赤外線センサ５で受光され、電気信号に変換された後
、信号処理回路６によって検波されて検波値りを得、乗
算器Ｉ６に出力する。
球面鏡３個で形成された長光路セル１８を通過し、大気
中の測定ＲＪ象ガスによって吸収を受けた、第６図１ｃ
Ｉに示すような、掃引周波数の２倍の周波数で被測定ガ
ス濃度にほぼ比例した大きさの振幅りを持った光となっ
て赤外線センサ５で受光され、電気信号に変換された後
、信号処理回路６によって検波されて検波値りを得、乗
算器Ｉ６に出力する。
乗算器１６は、信号処理回路６より出力される被測定ガ
スの検波値りにＲＯＭ１５より出力される補正係数を乗
し、被測定ガスの正しい濃度を算出して表示装置１４を
介して濃度表示を行う。
スの検波値りにＲＯＭ１５より出力される補正係数を乗
し、被測定ガスの正しい濃度を算出して表示装置１４を
介して濃度表示を行う。
以上説明したように本発明によれば、半導体レーザのチ
ューニングレートの変動によるガス濃度測定値のゆらぎ
が抑圧されるので、ＮＯ２等反応し易い気体に対しても
、長期間安定に測定できる高信頼度のガスセンサが得ら
れる。
ューニングレートの変動によるガス濃度測定値のゆらぎ
が抑圧されるので、ＮＯ２等反応し易い気体に対しても
、長期間安定に測定できる高信頼度のガスセンサが得ら
れる。
第１図は本発明のガスセンサのブロック図、第２図は吸
収スペクトル図、 第３図は一実施例のガスセンサのブロック図、第４図は
従来のガスセンサのブロック図、第５図は半導体レーザ
の掃引特性図、 第６図は吸収スペクトルを説明するための図である。 図において、１は赤外線半導体レーザ、２，４゜１０は
レンズ、３は被測定ガス、５．１１は赤外線センサ、６
．１２は信号処理回路、７はハーフミラ−１８はミラー
、９は参照セル、１３は割算器、１４は表示装置、１５
は記憶部（ＲＯＭ）、−１６は乗算器、１７は参照ガス
、１８は長光路セル、１９は冷凍機を示している。 ？トメが一１シカ”°ス乞ツブめ７・・ａヮ７ＣＺＩ第
１図 →；疫玉 Ｕ及９Ｚズ穴７トル１ 第２図 一ガ稀ダ’Ｊ／ｌガ′スしすｎ７田・／７Ｔ第３図 むし朱４方１＋ズ！ ＞Ｔｒ／ｌブｌ：］−、／７ ｍ
第４図 牛を杯し一す“遁掃グ１柱付図 第５図
収スペクトル図、 第３図は一実施例のガスセンサのブロック図、第４図は
従来のガスセンサのブロック図、第５図は半導体レーザ
の掃引特性図、 第６図は吸収スペクトルを説明するための図である。 図において、１は赤外線半導体レーザ、２，４゜１０は
レンズ、３は被測定ガス、５．１１は赤外線センサ、６
．１２は信号処理回路、７はハーフミラ−１８はミラー
、９は参照セル、１３は割算器、１４は表示装置、１５
は記憶部（ＲＯＭ）、−１６は乗算器、１７は参照ガス
、１８は長光路セル、１９は冷凍機を示している。 ？トメが一１シカ”°ス乞ツブめ７・・ａヮ７ＣＺＩ第
１図 →；疫玉 Ｕ及９Ｚズ穴７トル１ 第２図 一ガ稀ダ’Ｊ／ｌガ′スしすｎ７田・／７Ｔ第３図 むし朱４方１＋ズ！ ＞Ｔｒ／ｌブｌ：］−、／７ ｍ
第４図 牛を杯し一す“遁掃グ１柱付図 第５図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体レーザ（１）のバイアス電流を所定範囲変化させ
て所定の幅内で波長の変化する赤外レーザ光を作成し、
該レーザ光を被測定ガス（３）内を透過してその吸収ス
ペクトルを赤外線センサ（５）と信号処理回路（６）で
検出し、該検出値より前記被測定ガス（３）の濃度測定
を行うガスセンサにおいて、 前記被測定ガスの吸収線の近傍に吸収線を持つ化学的に
安定なガス種（１７）を入れた参照セル（９）と、前記
赤外レーザ光を前記参照セル（９）を透過して得られた
参照ガス（１７）による信号値をアドレスとし、補正係
数をデータとする記憶部（１５）と、前記信号処理回路
（６）の検出値に前記補正係数を乗算する乗算器（１６
）を備えて成ることを特徴とするガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1500487A JPS63182550A (ja) | 1987-01-23 | 1987-01-23 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1500487A JPS63182550A (ja) | 1987-01-23 | 1987-01-23 | ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63182550A true JPS63182550A (ja) | 1988-07-27 |
Family
ID=11876750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1500487A Pending JPS63182550A (ja) | 1987-01-23 | 1987-01-23 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63182550A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0957547A2 (en) * | 1998-05-01 | 1999-11-17 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising an improved superlattice quantum cascade laser |
| EP0964488A2 (en) * | 1998-06-12 | 1999-12-15 | Lucent Technologies Inc. | Improved quantum cascade laser |
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-
1987
- 1987-01-23 JP JP1500487A patent/JPS63182550A/ja active Pending
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