JPWO2017014097A1 - ガス検知装置およびガス検知方法 - Google Patents
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Abstract
本発明のガス検知装置およびガス検知方法では、中心周波数に対して周波数変調した検知光(検出光)の反射光に基づいて検知対象のガスが検知され、前記反射光を生成する物体までの距離が測定される。前記ガスの検知では、前記反射光を受光する受光部の出力信号が位相敏感検波される。この位相敏感検波の同期検波タイミングは、前記測定された前記物体までの距離に基づいて調整される。
Description
本発明は、検知対象のガスを検知するガス検知装置およびガス検知方法に関する。
例えば、可燃性ガス、毒性ガスおよび有機溶剤の蒸気等のガスが配管やタンク等から漏洩した場合、早期に対処する必要がある。このため、ガスを検知する装置が研究、開発されている。ガスを検知する技術の一つとして、ガスの光吸収スペクトルにおける吸収線を利用した技術がある。この技術は、吸収線の周波数(波長)を持つ光の減衰量がガス濃度に比例することを利用する。原理的には、まず、吸収線の周波数を持つレーザ光がガスに照射され、ガスを透過したレーザ光の減衰量が測定され、この測定結果に予め設定された変換係数を乗算することで、ガス濃度が測定される。この原理に基づく測定方法は、代表的には、2波長差分方式および周波数変調方式(2f検波法)がある(例えば特許文献1参照)。
この周波数変調方式(2f検波法)では、まず、吸収線の周波数fcを持つレーザ光が変調周波数fmで周波数変調され、この吸収線の周波数fcを中心周波数fcとして変調周波数fmで周波数変調されたレーザ光がガスに照射され、ガスを透過した後に受光部で受光される。ここで、ガスの光吸収スペクトルは、吸収線の周波数近傍の範囲において、例えば2次関数のプロファイルのような、吸収線の周波数fcに対し線対称なプロファイルになっているので、受光部の出力信号には、変調周波数fmの成分だけでなく、2fm(2倍波)の成分も含まれる。この2倍波2fmの成分が位相敏感検波され、この位相敏感検波された2倍波2fmの成分に基づいてガス濃度が求められる。なお、2倍波2fmの成分の位相敏感検波と同時に変調周波数fmの成分も位相敏感検波して受光光量を規格化することによって(変調周波数fmの成分に対する2倍波2fmの成分の比を求めることによって)、ガスを除く他の要因による受光強度変動(ノイズ)の影響が低減できる。
このような周波数変調方式を用いた装置の1つとして、例えば、特許文献2に開示されたガス濃度測定装置がある。この特許文献2に開示されたガス濃度測定装置は、検出光を放射する検出光放射部と、前記検出光が物体に照射された場合に前記物体から反射される反射光を受光する受光部と、前記受光部が受光した前記反射光から、被検出ガスのコラム密度を測定するコラム密度測定部と、前記検出光放射部から前記物体に至る前記検出光の光路長を測定する光路長測定部と、前記コラム密度および前記光路長に基づき、前記被検出ガスの濃度を計算する濃度計算部と、を有する。そして、前記濃度計算部は、前記コラム密度を前記光路長で割ることにより、前記検出光の光路に沿った前記被検出ガスの平均濃度を計算する。
ところで、周波数変調方式(2f検波法)では、変調周波数に同期した同期信号を用いることで位相敏感検波が実行されるが、周波数変調されたレーザ光が放射されてから受光されるまでにレーザ光の伝播時間がかかるため、前記伝播時間で前記同期信号の同期検波タイミング(位相)を補正する必要がある。しかしながら、レーザ光は、検知ごとの検知対象によってどの物体で反射して戻るか区々なので、前記伝播時間を一律に設定することができない。特に、より高速に検知するために、変調周波数をより高周波化すると、伝播時間による同期信号の位相遅れが大きくなり、伝播時間の影響が大きい。例えば、同距離の物体において、相対的に低周波な変調周波数(例えば10kHz等)では、約1度の位相遅れであった場合に、変調周波数を10倍に高周波化すると(上記の例では100kHz)、約10度の位相遅れになってしまう。
一方、前記特許文献2では、測距が実行されているが、この測距は、コラム密度(濃度厚み積)から平均濃度を求めるために、実行されており、前記特許文献2には、同期検波タイミングの補正は、記載も示唆もされていない。
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、同期検波タイミングを調整することで、より高精度にガスを検知できるガス検知装置およびガス検知方法を提供することである。
本発明にかかるガス検知装置およびガス検知方法では、中心周波数に対して周波数変調した検知光(検出光)の反射光に基づいて検知対象のガスが検知され、前記反射光を生成する物体までの距離が測定される。前記ガスの検知では、前記反射光を受光する受光部の出力信号が位相敏感検波される。この位相敏感検波の同期検波タイミングは、前記測定された前記物体までの距離に基づいて調整される。したがって、本発明にかかるガス検知装置およびガス検知方法は、同期検波タイミングを調整することで、より高精度にガスを検知できる。
上記並びにその他の本発明の目的、特徴および利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。
図1は、実施形態におけるガス検知装置の構成を示すブロック図である。図2は、実施形態のガス検知装置における第1位相敏感検波部の構成を示すブロック図である。図3は、実施形態のガス検知装置における第2位相敏感検波部の構成を示すブロック図である。図4は、周波数変調方式(2f検波法)を説明するための図である。
実施形態におけるガス検知装置は、いわゆる周波数変調方式(2f検波法)によって検知対象のガスGAを検知する装置であり、例えば、所定の周波数fcを中心周波数fcとして所定の変調周波数fmで周波数変調した検知光Lcを照射し、この検知光Lcの反射光(戻り光)Lcrを受光し、この受光した反射光Lcrに基づいて検知対象のガスGAを検知するガス検知部と、検知光Lcが照射され検知光Lcに基づく前記反射光Lcrを生成する物体Obまでの距離Dsを測定する測距部とを備える。
このようなガス検知装置Dは、より具体的には、例えば、図1に示すように、第1光源部1と、第2光源部2と、第1駆動部3と、第2駆動部4と、波長選択部5と、第1受光部6と、第2受光部7と、第1位相敏感検波部8と、第2位相敏感検波部9と、増幅部10と、制御処理部11と、記憶部16と、偏向部17と、アナログ−デジタル変換部(AD部)18とを備える。
第1光源部1は、第1駆動部3に接続され、検知対象のガスGAを検知するために、所定の第1周波数fcを中心周波数fcとして所定の変調周波数fmで周波数変調した検知光Lcを連続光(CW光)で照射する装置であり、例えば、波長を変えてレーザ光を発光できる波長可変半導体レーザ等を備える。変調周波数fmは、適宜に設定され、例えば10kHzや50kHzや100kHz等に設定される。第1周波数(中心周波数)fcは、検知対象のガスGAの光吸収スペクトルにおける所定の吸収線の周波数であり、前記検知対象のガスGAの種類に応じて適宜に設定される。例えば、前記検知対象のガスGAがメタンである場合には、第1周波数(中心周波数)fcは、メタンの光吸収スペクトルにおける所定の吸収線の周波数に設定される。メタンの光吸収スペクトルにおける吸収線は、複数あるが、本実施形態では、メタンの最も吸収の強い、R(3)線である波長1653nmまたはR(4)線である波長1651nmの吸収線が採用され、第1周波数(中心周波数)fcは、波長1653nmまたは波長1651nmに相当する周波数である。
なお、検知対象のガスGAは、メタンに限定されるものではなく、表1に示すように、種々のガスであって良い。表1には、検知対象のガスGAの一例として、ガス種とその吸収線の波長(μm)とが示されている。
第1駆動部3は、制御処理部11に接続され、制御処理部11の制御に従って、前記所定の第1周波数fcを中心周波数fcとして所定の変調周波数fmで周波数変調した検知光Lcを連続光で照射するように、第1光源部1を駆動する装置である。例えば、第1駆動部3は、制御処理部11の制御に従って、検知光Lcを変調周波数fmで周波数変調するために変調された駆動電流を前記可変波長半導体レーザに供給することで、前記検知光Lcを第1光源部1に照射させる。
第2光源部2は、第2駆動部4に接続され、測距するために、検知光Lcの第1周波数fcと異なる第2周波数fx(≠fc)を持つ所定の測距光Ldをパルス光で照射する装置であり、例えば、半導体レーザ等を備える。第2周波数fdは、検知光Lcの第1周波数fcと異なるように適宜に設定される。本実施形態では、検知光Lcの第1周波数fcは、前記検知対象のガスGAにおける吸収線の周波数であるので、測距光Ldの第2周波数fdは、前記検知対象のガスGAにおける吸収線の周波数fcを除く周波数である。一例として、本実施形態では、検知光Lcの第1周波数fcは、波長1651nmまたは波長1653nmに相当する前記周波数であるので、波長1651nmまたは波長1653nmとは異なる、800nmないし1000nmの波長範囲内のいずれかの波長(例えば800nmや870nmや905nmや1000nm等)に相当する周波数である。なお、好ましくは、測距光Ldの第2周波数fdは、前記検知対象のガスGAの存在する空間に存在すると想定される、前記検知対象のガスGAと異なる他のガスにおける吸収線の周波数を除く周波数である。
第2駆動部4は、制御処理部11に接続され、制御処理部11の制御に従って、第2周波数fx(≠fc)を持つ所定の測距光Ldをパルス光で照射するように、第2光源部2を駆動する装置である。例えば、第2駆動部4は、制御処理部11の制御に従って、パルス状の駆動電流を前記半導体レーザに供給することで、前記測距光Ldを第2光源部2に照射させる。
偏向部17は、第1光源部1から射出された検知光Lcが入射され、複数の検知箇所で検知するために、互いに異なる複数の方向へ検知光Lcを順次にそれぞれ照射する装置である。本実施形態では、検知光Lcが照射され検知光Lcに基づく前記反射光Lcrを生成する物体Obまでの距離Dsを測定できるように、偏向部17には、第2光源部2から射出された測距光Ldも入射され、偏向部17は、検知光Lcと同方向へ測距光Ldを順次に照射する。そして、本実施形態では、偏向部17には、検知光Lcが照射された物体Obで検知光Lcに基づいて生成された第1反射光(戻り光)Lcrおよび前記物体Obに測距光Ldが照射されることで前記物体Obで測距光Ldに基づいて生成された第2反射光(戻り光)Ldrも入射され、偏向部17は、これら第1および第2反射光Lcr、Ldrを波長選択部5へ射出する。このような偏向部17は、例えば、平板状の偏向ミラー(反射鏡)と、前記偏向ミラーを所定の軸回りに回転するための例えばモータ等のアクチュエータと備え、前記アクチュエータで前記偏向ミラーを前記所定の軸回りに回転することで、第1光源部1から射出された検知光Lcの第1入射角および第2光源部2から射出された測距光Ldの第2入射角を順次に変える。これによって、偏向部17は、前記互いに異なる複数の方向へ検知光Lcおよび測距光Ldを順次にそれぞれ照射する。なお、図1に示す例では、偏向ミラーは、紙面に垂直であるが傾いていても良い(紙面の法線方向に対し傾いていても良い)。
そして、本実施形態では、図1に示すように、検知光Lcの第1光軸と測距光Ldの第2光軸とは、互いに平行である。すなわち、検知光Lcの第1光軸と測距光Ldの第2光軸とが互いに平行となるように、第1光源部1および第2光源部2が偏向部17に対して配置される(偏向ミラーに対する検知光Lcの第1入射角と前記偏向ミラーに対する測距光Ldの第2入射角とは互いに等しい)。好ましくは、反射光Lcrを生成する前記物体Obまでの距離Dsをより好適に測距するために、検知光Lcの第1光軸と測距光Ldの第2光軸とは、互いに近接して平行であり、より好ましくは、互いに重ならないで最近接して平行である。
波長選択部5は、検知光Lcの第1反射光Lcrおよび測距光Ldの第2反射光Ldrが入射され、検知光Lcの第1反射光Lcrと測距光Ldの第2反射光Ldrとを略別々に射出するための装置である。波長選択部5から射出された検知光Lcの第1反射光Lcrは、第1受光部6に入射され、波長選択部5から射出された測距光Ldの第2反射光Ldrは、第2受光部7に入射される。このような波長選択部5は、例えば、波長選択部5から射出された検知光Lcの第1反射光Lcrを、第1受光部6へ向けて反射し、波長選択部5から射出された測距光Ldの第2反射光Ldrを、第2受光部7で受光するように透過するダイクロイックミラー等を備える。また例えば、波長選択部5は、入射光を2分岐する例えばハーフミラーと、前記ハーフミラーで分岐(反射)した一方が入射され、検知光Lcの第1反射光Lcrを含む波長帯域を透過する第1バンドパスフィルタと、前記ハーフミラーで分岐(透過)した一方が入射され、測距光Ldの第2反射光Ldrを含む波長帯域を透過する第2バンドパスフィルタとを備え、第1受光部6には、前記第1バンドパスフィルタから射出された光(検知光Lcの第1反射光Lcrを主に含む)が入射され、第2受光部7には、前記第2バンドパスフィルタから射出された光(測距光Ldの第2反射光Ldrを主に含む)が入射される。
第1受光部6は、第1および第2位相敏感検波部8、9それぞれに接続され、波長選択部5から射出された検知光Lcの第1反射光Lcrを受光し、光電変換することによって、第1反射光Lcrの光強度に応じたレベルの電気信号(第1出力信号)SG1を第1および第2位相敏感検波部8、9それぞれへ出力する装置である。
第2受光部7は、増幅部10に接続され、波長選択部5から射出された測距光Ldの第2反射光Ldrを受光し、光電変換することによって、第2反射光Ldrの光強度に応じたレベルの電気信号(第2出力信号)SG2を増幅部10へ出力する装置である。
そして、本実施形態では、第1受光部6の第1受光感度波長帯と第2受光部7の第2受光感度波長帯とは、所定の感度閾値(最大感度に対する例えば40%、50%および60%等)以上で互いに異なる。第1受光部6の第1受光感度波長帯と第2受光部7の第2受光感度波長帯とは、所定の感度閾値未満で互いに重畳しても良いが、好ましくは、このような重複部分が無く、互いに異なる。より具体的には、本実施形態では、検知光Lcの波長は、1651nmまたは1653nmであるので、第1受光部6は、波長1600nm帯に対し受光感度を優位に持つInGaAs(インジウムガリウムヒ素)の受光素子(InGaAsホトダイオード)を備える。測距光Ldの波長は、800nmないし1000nmの波長範囲内のいずれかの波長であるので、第2受光部7は、波長800nmないし1000nm帯に対し受光感度を優位に持つSi(シリコン)の受光素子(Siホトダイオード)を備える。高感度であることから、より好ましくは、第2受光部7は、Siのアバランシェホトダイオード(avalanche photodiode)を備える。
第1位相敏感検波部8は、制御処理部11に接続され、検知光Lcを周波数変調した変調周波数fmに基づいて第1受光部6の第1出力信号SG1を位相敏感検波する装置である。第1位相敏感検波部8は、位相敏感検波した結果(第1位相敏感検波結果)を制御処理部11へ出力する。このような第1位相敏感検波部8は、例えば、図2に示すように、第1検波部21と、第1ローパスフィルタ部(第1LPF部)22と、第1同期信号生成部23と、第1移相部24とを備える。
第1同期信号生成部23は、第1移相部24に接続され、変調周波数fmであってディーティ比50%の矩形パルス状である第1同期信号SS1を生成する回路であり、例えば発振器等を備える。第1同期信号生成部23は、この生成した第1同期信号SS1を第1移相部24へ出力する。
第1移相部24は、第1検波部21に接続され、後述のように制御処理部11の制御に従って第1同期信号生成部23の第1同期信号SS1における位相を変える(進める、または、遅らせる)回路であり、例えば位相シフター等を備える。第1移相部24は、所定の位相に変えた第1同期信号SS1を第1検波部21へ出力する。
第1検波部21は、第1LPF部22に接続され、第1移相部24から入力された第1同期信号SS1に基づいて、第1受光部6から入力された第1受光部6の出力信号を同期検波する回路であり、例えば、乗算器等を、またはスイッチング素子等を備える。この同期検波によって第1受光部6の出力信号から第1同期信号SS1と等しい周波数成分、すなわち、変調周波数fmの成分が取り出される。第1検波部21は、同期検波した結果を第1LPF部22へ出力する。
第1LPF部22は、制御処理部11に接続され、第1検波部21から入力された同期検波結果をフィルタリングし、所定の遮断周波数以下の成分のみを通過させる回路である。第1LPF部22は、このフィルタリングした結果を、第1位相敏感検波部8の第1位相敏感検波結果として制御処理部11へ出力する。
第2位相敏感検波部9は、制御処理部11に接続され、検知光Lcを周波数変調した変調周波数fmの2倍の周波数(2倍波)2fmに基づいて第1受光部6の第1出力信号SG1を位相敏感検波する装置である。第2位相敏感検波部9は、位相敏感検波した結果(第2位相敏感検波結果)を制御処理部11へ出力する。このような第2位相敏感検波部9は、基本的に第1位相敏感検波部8と同様であり、例えば、図3に示すように、第2検波部31と、第2ローパスフィルタ部(第2LPF部)32と、第2同期信号生成部33と、第2移相部34とを備える。
第2同期信号生成部33は、第2移相部34に接続され、変調周波数fmの2倍の周波数2fmであってディーティ比50%の矩形パルス状である第2同期信号SS2を生成する回路であり、例えば発振器等を備える。第2同期信号生成部33は、この生成した第2同期信号SS2を第2移相部34へ出力する。
第2移相部34は、第2検波部31に接続され、後述のように制御処理部11の制御に従って第2同期信号生成部33の第2同期信号SS2における位相を変える(進める、または、遅らせる)回路であり、例えば位相シフター等を備える。第2移相部34は、所定の位相に変えた第2同期信号SS2を第2検波部31へ出力する。
第2検波部31は、第2LPF部32に接続され、第2移相部34から入力された第2同期信号SS2に基づいて、第1受光部6から入力された第1受光部6の出力信号を同期検波する回路であり、例えば、乗算器等を、またはスイッチング素子等を備える。この同期検波によって第1受光部6の出力信号から第2同期信号SS2と等しい周波数成分、すなわち、変調周波数fmの2倍の周波数2fmの成分が取り出される。第2検波部31は、同期検波した結果を第2LPF部32へ出力する。
第2LPF部32は、制御処理部11に接続され、第2検波部31から入力された同期検波結果をフィルタリングし、所定の遮断周波数以下の成分のみを通過させる回路である。第2LPF部32は、このフィルタリングした結果を、第2位相敏感検波部9の位相敏感検波結果として制御処理部11へ出力する。
増幅部10は、AD部18に接続され、第2受光部7から入力された第2受光部7の第2出力信号SG2を増幅する回路である。増幅部10は、この増幅した第2出力信号SG2をAD部18を介して制御処理部11へ出力する。
AD部18は、制御処理部11に接続され、増幅部10から出力されたアナログ信号の第2出力信号SG2をデジタル信号の第2出力信号に変換し、この変換したデジタル信号の第2出力信号を制御処理部11へ出力する回路である。
記憶部16は、制御処理部11に接続され、制御処理部11の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、ガス検知装置Dの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、所定の周波数fcを中心周波数fcとして所定の変調周波数fmで周波数変調した検知光(検出光)Lcを照射し、検知光Lcの第1反射光Lcrを受光し、この受光した第1反射光Lcrに基づいて検知対象のガスGAを検知するガス検知プログラムや、検知光Lcが照射され検知光Lcに基づく第1反射光Lcrを生成する物体Obまでの距離Dsを測定する測距プログラム等の制御処理プログラムが含まれる。前記各種の所定のデータには、上述の各プログラムを実行する上で必要なデータや、検知対象のガスGAを検知する上で必要なデータ等が含まれる。記憶部16は、例えば不揮発性の記憶素子であるROM(Read Only Memory)や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等を備える。記憶部16は、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御処理部11のワーキングメモリとなるRAM(Random Access Memory)等を含む。
制御処理部11は、ガス検知装置Dの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、検知対象のガスGAを検知するための回路である。制御処理部11は、例えば、CPU(Central Processing Unit)およびその周辺回路を備えて構成される。制御処理部11は、前記制御処理プログラムが実行されることによって、制御部12、検知処理部13、タイミング調整処理部14および測距処理部15を機能的に備える。
制御部12は、ガス検知装置Dの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、ガス検知装置Dの全体制御を司るものである。例えば、制御部12は、前記複数の検知箇所で検知するために、互いに異なる複数の方向へ検知光Lcおよび測距光Ldを順次にそれぞれ照射し、その第1および第2反射光Lcr、Ldrを波長選択部5で順次にそれぞれ受光するように、偏向部17を制御する。また例えば、制御部12は、変調周波数fmで周波数変調した検知光LcをCW光で照射するように、第1駆動部3を介して第1光源部1を制御する。また例えば、制御部12は、測距光Ldをパルス光で照射するように、第2駆動部4を介して第2光源部2を制御する。
検知処理部13は、第1受光部6で受光した検知光Lcの第1反射光Lcrに基づいて検知対象のガスGAを検知するものである。より具体的には、検知処理部13は、いわゆる周波数変調方式(2f検波法)を利用して検知対象のガスGAを検知している。ガスの光吸収スペクトルは、図4に示すように、吸収線の周波数fc近傍の範囲において、例えば2次関数のプロファイルのような吸収線の周波数fcに対し線対称なプロファイルになっている。このため、上述したように、吸収線の周波数fcを中心周波数fcとして変調周波数fmで周波数変調されたレーザ光がガスに照射されると、中心周波数fcより短波長側の半周期の振動で、ガスを透過した後のレーザ光の強度は、1周期振動し、中心周波数fcより長波長側の半周期の振動で、ガスを透過した後の前記レーザ光の強度は、もう1周期振動する。この結果、ガスを透過した後のレーザ光は、変調周波数fmに対し2倍の周波数(2倍波)2fmを持つ強度成分を含む。この2倍波2fmの成分の強度は、図4から分かるように、ガス濃度に比例するので、この2倍波2fmの成分を検出することでガス濃度が測定できる。そして、この2倍波2fmの成分を変調周波数fmの成分で規格化することで、検知対象のガスGAによる吸収を除く他の要因による受光強度の変動(ノイズ)が低減できる。このため、より詳しくは、検知処理部13は、変調周波数fmの成分を表す第1位相敏感検波部8の第1位相敏感検波結果および2倍波2fmの成分を表す第2位相敏感検波部9の第2位相敏感検波結果に基づいて検知対象のガスを検知する。
検知処理部13は、検知対象ガスGAの有無を判定することで前記検知対象のガスGAを検知しても良いが、好ましくは、検知処理部13は、第1受光部6で受光した第1反射光Lcr、すなわち、第2位相敏感検波部9の第2位相敏感検波結果に基づいて検知対象のガスGAにおける濃度厚み積を求めることで前記検知対象のガスを検知する。より具体的には、2倍波2fmの成分を変調周波数fmの成分で除算した除算結果と濃度厚み積との対応関係を表す関数式やルックアップテーブル等が予め求められて記憶部16に記憶され、検知処理部13は、第2位相敏感検波部9の第2位相敏感検波結果を第1位相敏感検波部8の第1位相敏感検波結果で除算し、この除算結果を前記関数式や前記ルックアップテーブル等によって濃度厚み積を変換して求めて前記検知対象のガスGAを検知する。
また好ましくは、測距処理部15で後述のように物体Obまでの距離Dsを求めているので、検知処理部13は、上述のように濃度厚み積を求め、この求めた濃度厚み積を前記測距処理部15で測距した距離Dsで除算して平均ガス濃度を求めることで前記検知対象のガスGAを検知する。
タイミング調整処理部14は、測距処理部15で求められた物体Obまでの距離Dsに基づいて位相敏感検波部の同期検波タイミングを調整するものである。本実施形態では、位相敏感検波部は、第1および第2位相敏感検波部8、9から構成されているので、タイミング調整処理部14は、測距処理部15で求められた物体Obまでの距離Dsに基づいて第1および第2位相敏感検波部8、9それぞれの各同期検波タイミングをそれぞれ調整する。
測距処理部15は、測距光Ldを照射した照射時点t1と測距光Ldの第2反射光Ldrを受光した受光時点t2とに基づいて前記物体Obまでの距離Dsを求めるものである。より具体的には、測距処理部15は、受光時点t2から照射時点t1を減算することで、測距光Ldが第2光源部2から射出され前記物体Obで第2反射光Ldrとなりこの第2反射光Ldrが第2受光部7で受光されるまでの伝播時間τ(=t2−t1)を求め、この求めた伝播時間τの半分を測距光の伝播速度に乗算することで当該ガス検知装置Dから前記物体Obまでの距離Dsを求める(TOF(Time Of Fright)方式)。測距処理部15は、この求めた距離Dsをタイミング調整処理部14へ通知する。
次に、ガス検知装置Dの動作について説明する。図5は、第1および第2位相敏感検波部において、出力信号に対する同期信号の検波同期タイミングを説明するための図である。図5Aは、出力信号と同期信号との間で位相差0度の場合を示し、図5Bは、出力信号と同期信号との間で位相差90度の場合を示し、そして、図5Cは、出力信号と同期信号との間で位相差0度の場合を示す。図5Aないし図5Cの各図において、上段から下段へ順に、出力信号、同期信号、検波部の出力およびLPF部の出力それぞれが示されており、その横軸は、時間であり、その縦軸は、信号レベル(信号強度)である。図6は、実施形態におけるガス検知装置の動作を示すフローチャートである。図7は、実施形態におけるガス検知装置の検波同期タイミングの調整を説明するための図である。図7において、上段から下段へ順に、検知光(送信波)Lc、変調周波数(基本波)fmの成分、第1同期信号SS1、2倍波2fmの成分および第2同期信号SS2それぞれが示されており、その横軸は、時間であり、その縦軸は、信号レベル(信号強度)である。
まず、第1および第2位相敏感検波部8、9における検波同期タイミング(位相調整)の意義について説明する。位相敏感検波では、その位相敏感検波結果は、図5に示すように、検波対象の出力信号と同期信号との間で位相差によって異なる。出力信号と同期信号との間の位相差が0度である場合(すなわち、出力信号と同期信号とが互いに同期(ロック)している場合)には、図5Aに示すように、検波部は、出力信号を適正に検波でき、LPF部から適正な出力が得られる。一方、例えば、出力信号と同期信号との間の位相差が90度である場合や前記位相差が180度である場合(すなわち、出力信号と同期信号とが同期(ロック)していない場合)には、図5Bや図5Cに示すように、検波部は、出力信号を適正に検波できず、LPF部から適正な出力が得られない。このため、位相敏感検波では、出力信号と同期信号との間の位相差が0度となるように同期信号の位相を調整する必要がある。本実施形態では、制御処理部11のタイミング調整処理部14によって第1および第2移相部24、34それぞれを制御することで、測距処理部15で求めた物体Obまでの距離Dsに基づいて、第1出力信号SG1と第1同期信号SS1とが互いに同期し第2出力信号SG2と第2同期信号SS2とが互いに同期するように、第1および第2同期信号SS1、SS2が調整されている。
より具体的には、ガス検知装置Dは、次のように動作している。ガス検知装置Dは、起動すると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始める。制御処理プログラムの実行によって、制御処理部11には、制御部12、検知処理部13、タイミング調整処理部14および測距処理部15が機能的に構成される。そして、ガス検知装置Dは、前記複数の方向(前記複数の測定箇所)それぞれについて、次のように動作している。
図6において、まず、制御処理部11の制御部12は、今回の測定において測定すべき方向に検知光Lcおよび測距光Ldが伝播するように、偏向部17を駆動する。そして、制御部12は、第1光源部1から、中心周波数fcを中心に変調周波数fmで周波数変調した検知光Lcを連続光で射出するように、第1駆動部3を介して第1光源部1を制御し、前記検知光Lcの第1反射光Lcrを波長選択部5を介して第1受光部6で受光し、第1受光部6は、その光電変換した第1受光部6の第1出力信号SG1を第1および第2位相敏感検波部8、9それぞれへ出力する(S1−1)。より詳しくは、第1光源部1から射出された検知光Lcは、偏向部17に入射され、偏向部17で前記今回の測定において測定すべき方向へ偏向され、物体Obに照射される。検知光Lcが照射された物体Obは、例えば、正反射や散乱反射等によって検知光Lcに基づく第1反射光Lcrを生成する。この第1反射光Lcrは、偏向部17に入射され、偏向部17で波長選択部5へ偏向され、波長選択部5を介して第1受光部6に受光される。そして、第1受光部6は、その光電変換した第1受光部6の第1出力信号SG1を第1および第2位相敏感検波部8、9それぞれへ出力する。なお、第1出力信号SG1には、検知光Lcの光路中および第1反射光Lcrの光路中のうちの少なくとも一方に検知対象のガスGAが存在する場合には、変調周波数fmの成分だけでなく2倍波2fmの成分も含まれる。一方、制御部12は、第2光源部2から、測距光Ldをパルス光で射出するように、第2駆動部4を介して第2光源部2を制御し、前記測距光Ldの第2反射光Ldrを波長選択部5を介して第2受光部7で受光し、第2受光部7は、その光電変換した第2受光部7の第2出力信号SG2を増幅部10およびAD部18を介して制御処理部11へ出力し、制御処理部11は、測距処理部15によって前記物体Obまでの距離Dsを求める(S1−2)。より詳しくは、第2光源部2から射出された測距光Ldは、偏向部17に入射され、偏向部17で前記今回の測定において測定すべき方向へ偏向され、前記物体Obに照射される。測距光Ldが照射された前記物体Obは、例えば、正反射や散乱反射等によって測距光Ldに基づく第2反射光Ldrを生成する。この第2反射光Ldrは、偏向部17に入射され、偏向部17で波長選択部5へ偏向され、波長選択部5を介して第2受光部7に受光される。第2受光部7は、その光電変換した第2受光部7の第2出力信号SG2を、増幅部10で増幅し、AD部18でデジタル化して、制御処理部11へ出力する。制御処理部11では、測距処理部15は、受光時点t2から照射時点t1を減算することで、パルス光の測距光Ldを第2光源部2から射出してから前記測距光Ldの第2反射光Ldrを第2受光部7で受光するまでの伝播時間τ(=t2−t1)を求め、この求めた伝播時間τの半分を測距光Ldの伝播速度(この例では光速)に乗算することで当該ガス検知装置Dから前記物体Obまでの距離Dsを求める。測距処理部15は、この求めた距離Dsをタイミング調整処理部14へ通知する。
次に、制御処理部11は、タイミング調整処理部14によって、測距処理部15で求められた物体Obまでの距離Dsに基づいて第1および第2位相敏感検波部8、9それぞれの各同期検波タイミングをそれぞれ調整する(S2)。
ここで、第1受光部6は、ガス検知装置Dから照射されたCW光の検知光Lcが前記物体Obまで伝播し前記物体Obで第1反射光Lcrとなって再びガス検知装置Dまで伝播して来た第1反射光Lcrを受光し、第1出力信号SG1を出力する。このため、第1受光部6から出力される第1出力信号SG1に含まれる変調周波数fmの成分の位相が0度となるタイミング(変調周波数fmの成分において、その振幅がマイナスからプラスへ変わる際の前記振幅が0となるタイミング)は、図7に示すように、検知光Lcの位相が0度となるタイミング(周波数変調された検知光Lcの周波数が中心周波数fcとなるタイミング)から、前記物体Obまでを往復する距離2Dsの伝播時間△T1だけ遅れることになる(第1遅延時間△T1)。そして、第1受光部6から出力される第1出力信号SG1に含まれる2倍波2fmの成分の位相が0度となるタイミング(2倍波2fmの成分において、その振幅がマイナスからプラスへ変わる際の前記振幅が0となるタイミング)も、検知光Lcの位相が0度となるタイミングから、前記伝播時間(遅延時間)△T1だけ遅れることになる。そして、本実施形態では、図7に示すように、例えば回路における遅延や周波数変調の中心ずれ等の影響を考慮して予め設定された調整遅延時間△T12が前記伝播時間(遅延時間)△T1に加えられている。すなわち、第1受光部6から出力される第1出力信号SG1に含まれる2倍波2fmの成分の位相が0度となるタイミングは、第2遅延時間△T2=△T1+△T12で調整されている。
したがって、このような第1受光部6から出力される第1出力信号SG1に含まれる変調周波数fmの成分を同期検波するために、タイミング調整処理部14は、測距処理部15で求められた物体Obまでの距離Dsから、前記物体Obまでを往復する距離2Dsの伝播時間△T1を求めて前記第1遅延時間△T1を求め、検知光Lcの位相が0度となるタイミングから第1遅延時間△T1だけ遅れて0度の位相(パルスの立ち上がり)となる第1同期信号SS1を第1検波部21へ出力するように、第1移相部24を制御する第1位相調整信号を第1移相部24へ出力し、第1移相部24を制御する。これによって第1位相敏感検波部8では、変調周波数fmの成分と第1同期信号SS1とが互いに同期し(変調周波数fmの成分において、その振幅がマイナスからプラスへ変わる際の前記振幅が0となるタイミング=第1同期信号SS1におけるパルスの立ち上がりタイミング)、第1出力信号SG1に含まれる変調周波数fmの成分が検波され、第1位相敏感検波部8から制御処理部11へ出力される。同様に、このような第1受光部6から出力される第1出力信号SG1に含まれる2倍波2fmの成分を同期検波するために、タイミング調整処理部14は、測距処理部15で求められた物体Obまでの距離Dsから、前記物体Obまでを往復する距離2Dsの伝播時間△T1を求めて前記第2遅延時間△T2(=△T1+△T12)を求め、検知光Lcの位相が0度となるタイミングから前記第2遅延時間△T2だけ遅れて0度の位相(パルスの立ち上がり)となる第2同期信号SS2を第2検波部31へ出力するように、第2移相部34を制御する第2位相調整信号を第2移相部34へ出力し、第2移相部34を制御する。これによって第2位相敏感検波部9では、2倍波2fmの成分と第2同期信号SS2とが互いに同期し(2倍波2fmの成分において、その振幅がマイナスからプラスへ変わる際の前記振幅が0となるタイミング=第2同期信号SS2におけるパルスの立ち上がりタイミング)、第1出力信号SG1に含まれる2倍波2fmの成分が検波され、第2位相敏感検波部9から制御処理部11へ出力される。
そして、制御処理部11は、検知処理部13によって、第1受光部6で受光した検知光Lcの第1反射光Lcrに基づいて検知対象のガスGAを検知し、この検知結果を他の機器へ出力する(S3)。本実施形態では、検知処理部13は、第2位相敏感検波部9の第2位相敏感検波結果(2倍波2fmの成分)を第1位相敏感検波部8の第1位相敏感検波結果(変調周波数fmの成分)で除算し、この除算結果を、予め記憶部16に記憶された例えば前記ルックアップテーブル等によって濃度厚み積に変換して求めて前記検知対象のガスを検知する。好ましくは、検知処理部13は、さらに、この求めた濃度厚み積を測距処理部15で求めた前記距離Dsで除算して平均ガス濃度を求めてもよい。
これによって、今回の測定において測定すべき方向に関する動作が終了する。そして、このような動作が前記複数の方向それぞれに対し、実施される。
なお、上述から分かるように、第1光源部1、第1駆動部3、偏向部17、波長選択部5、第1受光部6、第1および第2位相敏感検波部8、9および制御処理部11がガス検知部の一例に相当し、第2光源部2、第2駆動部4、偏向部17、波長選択部5、第2受光部7、増幅部10、AD部18および制御処理部11が測距部の一例に相当する。
以上説明したように、本実施形態におけるガス検知装置Dおよびこれに実装されたガス検知方法は、検知光Lcが照射され前記検知光Lcに基づく第1反射光Lcrを生成する物体Obまでの距離Dsを測距処理部15等を用いて実測するので、検知ごとに前記物体Obが変わっても(異なっても)、検知光Lcおよび第1反射光Lcrの伝播時間△T1を求めることができ、前記伝播時間△T1に基づく同期検波タイミングを求めることができる。そして、上記ガス検知装置Dおよびガス検知方法は、この求めた同期検波タイミングで第1および第2位相敏感検波部8、9の同期検波タイミングを調整するので、より高精度にガスを検知できる。このように第1および第2位相敏感検波部8、9の同期検波タイミングを調整するので、上記ガス検知装置およびガス検知方法は、変調周波数fmの高周波化を可能とし、より高速な検知を可能とする。すなわち、上記ガス検知装置およびガス検知方法は、より高速な検知化に好適である。例えば、従来変調周波数fmは、10kHz程度であるが、本実施形態におけるガス検知装置Dおよびガス検知方法は、変調周波数fmを例えば50kHzや100kHz等に高周波化できる。
上記ガス検知装置Dおよびガス検知方法は、検知光Lcの第1光軸および測距光Ldの第2光軸が互いに平行であるので、検知光Lcと測距光Ldとの干渉を防止できるから、より高精度にガスを検知できる。特に、前記第1および第2光軸は、互いに近接して平行、より好ましくは、互いに重ならないで最近接して平行とすることで、このようなガス検知装置Dおよびガス検知方法は、互いの干渉を防止しつつ、前記物体Obまでの距離をより正確に測距できるから、より高精度にガスを検知できる。
上記ガス検知装置Dおよびガス検知方法は、第1受光部6の受光感度波長帯と第2受光部7の第2受光感度波長帯とが所定の感度閾値以上で互いに異なるので、第1受光部6で第2反射光Ldrの受光を低減でき、第2受光部7で第1反射光Lcrの受光を低減できる。このため、上記ガス検知装置Dおよびガス検知方法は、第1受光部6で第2反射光Ldrの受光によるノイズを低減でき、第2受光部7で第1反射光Lcの受光によるノイズを低減できるから、より高精度にガスを検知できる。また、このため、上記ガス検知装置Dおよびガス検知方法は、第1受光部6における、第2反射光Ldrの受光を低減するためのフィルタや、第2受光部7における、第1反射光Lcrの受光を低減するためのフィルタを、上記ガス検知装置Dおよびガス検知方法に要求される精度によっては省略できる可能性がある。
上記ガス検知装置Dおよびガス検知方法は、検知光Lcとしてメタンの最も吸収の強い、R(3)線である波長1653nmまたはR(4)線である波長1651nmのレーザ光を用いるので、検知対象のガスGAとしてメタンを好適に検知できる。また、検知光Lcの波長を波長1653nmまたは波長1651nmに設定することで、上記ガス検知装置Dおよびガス検知方法は、波長1600nm帯に対し受光感度を持つInGaAsの受光素子を好適に第1受光部6として利用できる。
上記ガス検知装置Dおよびガス検知方法は、測距光Ldの波長を800nmないし1000nmの波長範囲のいずれかの波長に設定するので、この波長範囲800nm〜1000nmに対し受光感度を持つSiの受光素子を好適に第2受光部7として利用できる。
上記ガス検知装置Dおよびガス検知方法は、検知対象のガスGAを検知するシステム系と測距するシステム系とは、別系統で独立している。
なお、上述の実施形態では、検知光Lcの第1光軸と測距光Ldの第2光軸とは、互いに近接して平行であったが、検知光Lcの第1光軸と測距光Ldの第2光軸とは、略同軸であってもよい。すなわち、検知光Lcの第1光軸と測距光Ldの第2光軸とが互いに略同軸となるように、第1光源部1および第2光源部2が偏向部17に対して配置される。これによれば、前記第1および第2光軸が互いに略同軸であるので、このようなガス検知装置Dは、確実に、反射光Lcrを生成する物体Obまでの距離Dsを測距できるから、より高精度にガスを検知できる。
また、これら上述の実施形態において、第1および第2光源部1、2が半導体レーザを備える場合に、前記半導体レーザを安定的に動作させるために、例えば温度センサおよびペルチェ素子等を備え、温度管理されても良い。
また、これら上述の実施形態において、ガス検知装置Dは、ノイズを低減するために、第1受光部6の入射側に、検知光Lcの反射光Lcrの波長を含む所定の波長帯域内の光を透過する第1バンドパスフィルタをさらに備えて良い。同様に、ガス検知装置Dは、ノイズを低減するために、第2受光部7の入射側に、測距光Ldの反射光Ldrの波長を含む所定の波長帯域内の光を透過する第2バンドパスフィルタをさらに備えて良い。
また、これら上述の実施形態において、第1および第2位相敏感検波部8、9は、例えばDSP(Digtal Signal Processor)等に機能的に構成され、デジタル信号処理によって位相敏感検波が実行されても良い。この場合、第1受光部6の第1出力信号SG1は、アナログ−デジタル変換器を介して前記DSP等に入力される。
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
一態様にかかるガス検知装置は、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光(検出光)を照射し、前記検知光の物体による反射光を受光し、前記受光した反射光に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知部と、前記物体までの距離を測定する測距部とを備え、前記ガス検知部は、前記反射光を受光する受光部と、前記受光部の出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波部と、前記測距部で測定された前記物体までの距離に基づいて前記位相敏感検波部の同期検波タイミングを調整するタイミング調整処理部とを備える。周波数変調方式(2f検波法)で検知対象のガスを検知する観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記位相敏感検波部は、前記所定の変調周波数に基づいて前記受光部の出力信号を位相敏感検波する第1位相敏感検波部と、前記所定の変調周波数に対する2倍の周波数に基づいて前記受光部の出力信号を位相敏感検波する第2位相敏感検波部とを備え、前記タイミング調整処理部は、前記測距部で測定された前記物体までの距離に基づいて前記第1および第2位相敏感検波部それぞれの各同期検波タイミングをそれぞれ調整する。前記検知対象のガスにおける濃度厚み積を求める観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記ガス検知部は、前記受光した反射光に基づいて検知対象のガスにおける濃度厚み積を求めることで前記検知対象のガスを検知する。測距部で距離を測定していることを活用する観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記ガス検知部は、前記受光した反射光に基づいて検知対象のガスにおける濃度厚み積を求め、この求めた濃度厚み積を前記測距部で測距した距離で除算して平均ガス濃度を求めることで前記検知対象のガスを検知する。複数の検知箇所で検知する観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、互いに異なる複数の方向へ前記検知光をそれぞれ照射する偏向部をさらに備える。
このようなガス検知装置は、前記物体までの距離を前記測距部で実測するので、検知ごとに前記物体が変わっても(異なっても)、前記検知光および前記反射光の伝播時間を求めることができ、前記伝播時間に基づく同期検波タイミングを求めることができる。そして、前記ガス検知装置は、この求めた同期検波タイミングで位相敏感検波部の同期検波タイミングを調整するので、より高精度にガスを検知できる。このように位相敏感検波部の同期検波タイミングを調整するので、上記ガス検知装置は、変調周波数の高周波化を可能とし、より高速な検知を可能とする。すなわち、上記ガス検知装置は、より高速な検知化に好適である。
他の一態様では、上述のガス検知装置において、前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる周波数を持つ所定の測距光を照射し、前記測距光の前記物体による第2反射光を受光し、前記測距光を照射した照射時点と前記測距光の第2反射光を受光した受光時点とに基づいて前記物体までの距離を測定する光学式測距部を備え、前記ガス検知部における前記検知光の第1光軸と前記測距部における前記測距光の第2光軸とは、略同軸である。好ましくは、上述のガス検知装置において、前記検知光の周波数は、前記検知対象のガスにおける吸収線の周波数であり、前記測距光の周波数は、前記検知対象のガスにおける吸収線の周波数を除く周波数である。
このようなガス検知装置は、前記第1および第2光軸が互いに略同軸であるので、確実に、反射光を生成する前記物体までの距離を測距できるから、より高精度にガスを検知できる。
他の一態様では、上述のガス検知装置において、前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる所定の測距光を照射し、前記測距光の第2反射光を受光し、前記測距光を照射した照射時点と前記測距光の第2反射光を受光した受光時点とに基づいて前記物体までの距離を測定する光学式測距部を備え、前記ガス検知部における前記検知光の第1光軸と前記測距部における前記測距光の第2光軸とは、平行である。好ましくは、上述のガス検知装置において、前記第1および第2光軸は、互いに近接して平行であり、より好ましくは、互いに重ならないで最近接して平行である。
このようなガス検知装置は、前記第1および第2光軸が互いに平行であるので、前記検知光と前記測距光との干渉を防止できるから、より高精度にガスを検知できる。
他の一態様では、これら上述のガス検知装置において、前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる所定の測距光を照射し、前記測距光の第2反射光を受光し、前記測距光を照射した照射時点と前記測距光の第2反射光を受光した受光時点とに基づいて前記物体までの距離を測定する光学式測距部を備え、前記ガス検知部における前記受光部の受光感度波長帯と、前記光学式測距部における前記測距光の第2反射光を受光する第2受光部の第2受光感度波長帯とは、所定の感度閾値以上で互いに異なる。波長1600nm帯の光を好適に受光する観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記ガス検知部における前記受光部は、InGaAs(インジウムガリウムヒ素)の受光素子を備える。波長800nmないし1000nm帯の光を好適に受光する観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記光学式測距部における前記第2受光部は、Si(シリコン)の受光素子を備え、より好ましくは、Siのアバランシェホトダイオード(avalanche photodiode)を備える。
このようなガス検知装置は、前記受光部の受光感度波長帯と前記第2受光部の第2受光感度波長帯とが所定の感度閾値以上で互いに異なるので、前記受光部で前記第2反射光の受光を低減でき、前記第2受光部で前記反射光の受光を低減できる。このため、上記ガス検知装置は、前記受光部で前記第2反射光の受光によるノイズを低減でき、前記第2受光部で前記反射光の受光によるノイズを低減できるから、より高精度にガスを検知できる。また、このため、上記ガス検知装置は、前記受光部における、前記第2反射光の受光を低減するためのフィルタや、前記第2受光部における、前記反射光の受光を低減するためのフィルタを、上記ガス検知装置に要求される精度によっては省略できる可能性がある。
他の一態様では、これら上述のガス検知装置において、前記ガス検知部における検知光の波長は、1651nmまたは1653nmである。
波長1651nmまたは波長1653nmは、メタンの最も吸収の強いR(4)線やR(3)線であり、上記ガス検知装置は、前記検知対象のガスとしてメタンを好適に検知できる。また、前記検知光の波長を波長1651nmまたは波長1653nmに設定することで、上記ガス検知装置は、波長1600nm帯に対し受光感度を持つInGaAsの受光素子を好適に前記ガス検知部における前記受光部として利用できる。
他の一態様では、これら上述のガス検知装置において、前記光学式測距部における測距光の波長は、800nmないし1000nmの波長範囲内のいずれかの波長である。
前記測距光の波長を800nmないし1000nmの波長範囲のいずれかの波長に設定することで、上記ガス検知装置は、この波長範囲800nm〜1000nmに対し受光感度を持つSiの受光素子を好適に前記光学式測距部における前記第2受光部として利用できる。
他の一態様にかかるガス検知方法は、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を照射し、前記検知光の物体による反射光を受光し、前記受光した反射光に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知工程と、前記物体までの距離を測定する測距工程とを備え、前記ガス検知工程は、前記反射光を受光部で受光する受光工程と、前記受光部の出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波工程と、前記測距工程で測定された前記物体までの距離に基づいて前記位相敏感検波工程の同期検波タイミングを調整するタイミング調整工程とを備える。
このようなガス検知方法は、前記物体までの距離を前記測距工程で実測するので、検知ごとに前記物体が変わっても(異なっても)、前記検知光および前記反射光の伝播時間を求めることができ、前記伝播時間に基づく同期検波タイミングを求めることができる。そして、前記ガス検知方法は、この求めた同期検波タイミングで位相敏感検波工程の同期検波タイミングを調整するので、より高精度にガスを検知できる。このように位相敏感検波工程の同期検波タイミングを調整するので、上記ガス検知方法は、変調周波数の高周波化を可能とし、より高速な検知を可能とする。すなわち、上記ガス検知方法は、より高速な検知化に好適である。
この出願は、2015年7月17日に出願された日本国特許出願特願2015−143044を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
本発明によれば、ガス検知装置およびガス検知方法を提供できる。
Claims (7)
- 所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を照射し、前記検知光の物体による反射光を受光し、前記受光した反射光に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知部と、
前記物体までの距離を測定する測距部とを備え、
前記ガス検知部は、
前記反射光を受光する受光部と、
前記受光部の出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波部と、
前記測距部で測定された前記物体までの距離に基づいて前記位相敏感検波部の同期検波タイミングを調整するタイミング調整処理部とを備える、
ガス検知装置。 - 前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる周波数を持つ所定の測距光を照射し、前記測距光の前記物体による第2反射光を受光し、前記測距光を照射した照射時点と前記測距光の第2反射光を受光した受光時点とに基づいて前記物体までの距離を測定する光学式測距部を備え、
前記ガス検知部における前記検知光の第1光軸と前記測距部における前記測距光の第2光軸とは、略同軸である、
請求項1に記載のガス検知装置。 - 前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる所定の測距光を照射し、前記測距光の第2反射光を受光し、前記測距光を照射した照射時点と前記測距光の第2反射光を受光した受光時点とに基づいて前記物体までの距離を測定する光学式測距部を備え、
前記ガス検知部における前記検知光の第1光軸と前記測距部における前記測距光の第2光軸とは、平行である、
請求項1に記載のガス検知装置。 - 前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる所定の測距光を照射し、前記測距光の第2反射光を受光し、前記測距光を照射した照射時点と前記測距光の第2反射光を受光した受光時点とに基づいて前記物体までの距離を測定する光学式測距部を備え、
前記ガス検知部における前記受光部の受光感度波長帯と、前記光学式測距部における前記測距光の第2反射光を受光する第2受光部の第2受光感度波長帯とは、所定の感度閾値以上で互いに異なる、
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のガス検知装置。 - 前記ガス検知部における検知光の波長は、1651nmまたは1653nmである、
請求項1ないし請求項4のいずれか1項にガス検知装置。 - 前記光学式測距部における測距光の波長は、800nmないし1000nmの波長範囲内のいずれかの波長である、
請求項2ないし請求項5のいずれか1項にガス検知装置。 - 所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を照射し、前記検知光の物体による反射光を受光し、前記受光した反射光に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知工程と、
前記物体までの距離を測定する測距工程とを備え、
前記ガス検知工程は、
前記反射光を受光部で受光する受光工程と、
前記受光部の出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波工程と、
前記測距工程で測定された前記物体までの距離に基づいて前記位相敏感検波工程の同期検波タイミングを調整するタイミング調整工程とを備えること
を特徴とするガス検知方法。
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