KR100758089B1 - Gas detection method and gas detection device - Google Patents

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아이알 마이크로시스템 에스.에이.
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Abstract

본 기체 검출 장치는 하나 이상의 VCSEL 소스를 포함하며, 검출될 기체로 채워진 샘플 챔버를 통과한 광 빔을 검출하기 위한, 하나 이상의 광 센서를 포함한다. 센서의 검출 신호는 직접 제공되거나, 또는 전자 미분기에 의해 시간 미분되어 각각의 락-인 증폭기로 제공되어, 2개의 서로 다른 2f-검출(f는 상기 소스의 파장 변조의 주파수임)이 이뤄지며, 따라서 2개의 대응하는 측정 신호가, 기체 농도의 정확한 값을 제공하는 나눗셈기에 제공될 수 있다. 본 발명은 레이저 소스의 변조 주파수의 2배 주파수를 갖는 제 1 참조 변조 신호와 제 2 참조 변조 신호를 사용한다. 제 1 2f 변조 참조 신호를 제공하는 것은 이점을 가진다. 왜냐하면, 이러한 참조 변조 신호를 이용함으로써, 절대 강도를 측정할 수 있고, 그에 따라 서로 다른 온도에서 같은 결과를 수신할 수 있기 때문이다. 추가적인 이점은 측정의 정확도가 기체의 농도에 독립적이라는 것이다.The gas detection device includes one or more VCSEL sources and includes one or more optical sensors for detecting light beams that have passed through a sample chamber filled with a gas to be detected. The detection signal of the sensor is either provided directly or time-differentiated by an electronic differentiator and provided to each lock-in amplifier, resulting in two different 2f-detections (f being the frequency of the wavelength modulation of the source). Two corresponding measurement signals may be provided to a divider that provides an accurate value of the gas concentration. The present invention uses a first reference modulated signal and a second reference modulated signal having a frequency twice the modulation frequency of the laser source. Providing a first 2f modulated reference signal has an advantage. This is because by using such a reference modulated signal, the absolute intensity can be measured and thus the same result can be received at different temperatures. An additional advantage is that the accuracy of the measurement is independent of the gas concentration.

Description

기체 검출 방법 및 기체 검출 장치{GAS DETECTION METHOD AND GAS DETECTION DEVICE}GAS DETECTION METHOD AND GAS DETECTION DEVICE

도 1은 샘플 챔버로 들어가는 레이저 광 빔의 강도를 도식한 도면이다. 1 is a diagram illustrating the intensity of a laser light beam entering a sample chamber.

도 2는 기체 흡수 후에 검출기로 입사되는 광 빔의 강도를 도식한 도면이다. 2 is a diagram showing the intensity of a light beam incident on a detector after gas absorption.

도 3은 AC 변조 신호와 2f 참조 변조 신호를 시간의 함수로 도식한 도면이다. 3 is a diagram of an AC modulated signal and a 2f reference modulated signal as a function of time.

도 4는 제 1 변조 참조 신호를 갖는 도출 광 신호에 비례하는 검출 신호의 곱셈을 도식한 도면이다.4 is a diagram illustrating multiplication of a detection signal proportional to a derived optical signal having a first modulated reference signal.

도 5는 제 2 변조 참조 신호를 갖는 도출 광 신호에 비례하는 검출 신호의 곱셈을 도식한 도면이다.5 is a diagram illustrating multiplication of a detection signal proportional to a derived optical signal having a second modulated reference signal.

도 6은 도출 광 신호에 정비례하는 검출 신호를 사용하는 본 발명에 따르는 기체 검출기 장치의 첫 번째 실시예의 개략도이다. 6 is a schematic diagram of a first embodiment of a gas detector device according to the present invention using a detection signal that is directly proportional to the derived light signal.

도 7은 도출 광 신호에 정비례하는 검출 신호와, 상기 도출 광 신호의 미분 값에 비례하는 검출 신호를 사용하는 본 발명에 따르는 기체 검출기 장치의 두 번째 실시예를 도식한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a second embodiment of the gas detector apparatus according to the present invention using a detection signal that is directly proportional to the derived light signal and a detection signal proportional to the derivative value of the derived light signal.

도 8은 도출 광 신호에 정비례하는 검출 신호와, 상기 도출 광 신호의 미분 값에 비례하는 검출 신호를 사용하여, 제 1 변조 참조 신호와, 제 2의 2f 변조 참 조 신호와 제 3의 f 변조 참조 신호를 제공하는 본 발명에 따르는 기체 검출기 장치의 세 번째 실시예를 도식한 도면이다.8 shows a first modulation reference signal, a second 2f modulation reference signal, and a third f modulation using a detection signal that is directly proportional to the derived optical signal, and a detection signal that is proportional to the derivative value of the derived optical signal. 3 shows a third embodiment of a gas detector apparatus according to the present invention for providing a reference signal.

본 발명은 특히 WO 2005/026705 A1에서 공개된 저-비용 적외선(IR) 기체 검출에 관한 것이다. The present invention relates in particular to low-cost infrared (IR) gas detection as disclosed in WO 2005/026705 A1.

선행 기술에서 서술되었던 바와 같이, 기체 검출 방법과 기체 검출기 장치는 파장 변조된 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 소스, 또는 DFB(Distributed FeedBack) 레이저 소스를 바탕으로 하며, 파장 변조가 레이저 소스 출력의 강도의 변조에 직접 관련이 있다는 사실을 이용한다. 기체 볼륨을 통과하고, 상기 검출기로 입사하는 광의 강도는 레이저 소스 강도에 관한 제 1 변조와, 기체 흡수에 관련된 제 2 변조를 나타낸다. 왜냐하면, 파장이 기체 흡수 라인을 가로질러 스캔되기 때문이다. 따라서 파장 변조된 레이저 소스에 의하여, 종래의 검출 방법과 장치는 최초 광 신호를 제공한다. As described in the prior art, gas detection methods and gas detector devices are based on wavelength modulated Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) sources, or Distributed FeedBack (DFB) laser sources, where wavelength modulation is the intensity of the laser source output. Use the fact that it is directly related to the modulation of. The intensity of the light passing through the gas volume and entering the detector represents a first modulation related to laser source intensity and a second modulation related to gas absorption. This is because the wavelength is scanned across the gas absorption line. Thus, by means of a wavelength modulated laser source, conventional detection methods and apparatus provide an initial optical signal.

결정될 기체 흡수 라인 부근에서, 주어진 최초 주파수(f)에서의 AC 변조 신호를 이용하여 파장 변조된 최초 광 신호가 소스에 의해 제공된다. 광 센서는 농도가 판단될 기체를 수신하기 위하여 검출 영역의 주변부에 배치된다. 상기 광 센서는 검출 영역을 통과한 최초 광 신호에 의해 형성되는 도출 광 신호를 수신한다. 그 후, 상기 도출 광 신호의 시간 미분 값에 비례하는 검출 신호가 형성된다. 덧붙 이자면, 주어진 주파수(f)를 갖는 제 1 변조 참조 신호를 생성하기 위한 제 1 수단과, 상기 주파수의 2배 주파수(2f)를 갖는 제 2 변조 참조 신호를 생성하는 제 2 수단이 존재한다. 검출 신호에 제 1 변조 참조 신호가 곱해진 후, 시간에 대해 적분되어, 상기 최초 광 신호의 강도의 함수이면서, 상기 기체의 농도에는 독립적인 제 1 측정 신호가 제공될 수 있다. 상기 검출 신호에, 상기 제 2 변조 참조 신호가 곱해진 후, 시간에 대해 적분되어, 기체 흡수의 함수이면서, 상기 주어진 최초 주파수를 갖는 최초 광 신호의 강도 변조에 독립적인 제 2 측정 신호가 제공될 수 있다. 그 후, 제 2 측정 신호를 제 1 측정 신호로 나눔으로써, 최종 측정 신호가 수신되어, 주어진 기체의 존재 유무, 또는 농도에 관한 신호가 제공될 수 있다. 이러한 기체 검출 방법 및 장치는 하나의 레이저 소스에 대해 하나의 센서 유닛만 필요하다는 이점을 갖는다. 지정 기체의 샘플을 통과한 후, 센서 유닛에 의해 수신된 광 신호의 미분 값에 비례하는 생성된 검출 신호를 처리함으로써, 정확한 기체 농도 값을 결정하기 위해 필요한 모든 정보가 얻어진다. In the vicinity of the gas absorption line to be determined, an initial optical signal that is wavelength modulated using an AC modulated signal at a given initial frequency f is provided by the source. An optical sensor is arranged at the periphery of the detection area to receive the gas whose concentration is to be determined. The optical sensor receives a derived optical signal formed by the first optical signal that has passed through the detection region. Thereafter, a detection signal is formed that is proportional to the time differential value of the derived optical signal. In addition, there are first means for generating a first modulated reference signal having a given frequency f and second means for generating a second modulated reference signal having a frequency 2f twice the frequency. . After the detection signal is multiplied by the first modulated reference signal, it may be integrated over time to provide a first measurement signal that is a function of the intensity of the original optical signal and independent of the concentration of the gas. After the detection signal is multiplied by the second modulation reference signal, it is integrated over time to provide a second measurement signal that is a function of gas absorption and independent of the intensity modulation of the first optical signal having the given initial frequency. Can be. Then, by dividing the second measurement signal by the first measurement signal, the final measurement signal can be received, providing a signal regarding the presence or absence of a given gas or concentration. This gas detection method and apparatus has the advantage that only one sensor unit is needed for one laser source. After passing the sample of the designated gas, by processing the generated detection signal proportional to the derivative value of the light signal received by the sensor unit, all the information necessary to determine the correct gas concentration value is obtained.

제 1 참조 변조 신호와 제 2 참조 변조 신호는 모두 상기 최초 광 신호의 강도 변동에 대응한다. 종래의 측정 기법을 이용하여, 검출 신호는 시간 미분되고, 상기 미분된 신호는 2-채널 락-인 증폭기로 유입된다. 제 1 채널은 변조 주파수 f 상에서 동작하고, 그 출력 신호는 레이저 전류의 함수로서 광학 파워의 경사도에 비례한다. 제 2 채널은 상기 변조 주파수의 2배 주파수에서 동작하며, 그 출력은 레이저 빔에 닿은 기체 농도에 비례하는 신호이다. 주파수 f에서의 측정 신호에 대한 주파수 2f에서의 측정 신호의 비(ratio)는 레이저 출력에 독립적인 기체의 절대 농도를 제공한다. 왜냐하면, 광 경로에서 레이저 강도의 변동이 광학적인 저하(가령, 먼지, 응결, 얼룩)를 방지한다는 가정 하에, 주파수 f에서의 측정 신호가 레이저 강도에 관한 정보를 포함하기 때문이다. 이러한 가정은 두 가지 조건만 충족시키면 된다. Both the first reference modulated signal and the second reference modulated signal correspond to the intensity variation of the first optical signal. Using conventional measurement techniques, the detection signal is time differential and the differential signal is introduced into a two-channel lock-in amplifier. The first channel operates on the modulation frequency f and its output signal is proportional to the slope of the optical power as a function of the laser current. The second channel operates at a frequency twice the modulation frequency, the output of which is a signal proportional to the gas concentration reaching the laser beam. The ratio of the measurement signal at frequency 2f to the measurement signal at frequency f gives the absolute concentration of gas independent of the laser output. This is because the measurement signal at the frequency f contains information about the laser intensity, assuming that variations in the laser intensity in the optical path prevent optical degradation (eg, dust, condensation, spots). This assumption only needs to meet two conditions.

1. 레이저가 모드 호핑(mode hopping)을 나타내지 않는다. 즉, 파장의 갑작스런 변화가 나타나지 않는다. 이러한 모드 호핑이 발생할 경우, DC 레이저 전류를 변화시킴으로써, 파장이 재-조정 되어야만 하며, 이는 레이저 출력 파워를 변화시킨다. VCSEL를 이용하여, 주파수 f의 신호에 의해 측정되는 경사는 변화하지 않는다. DFB 레이저의 경우에 있어서, 출력 파워는 다른 출력 파워에 대하여 주파수 f의 같은 신호를 제공하는 DC 전류에 정비례한다. 1. The laser does not exhibit mode hopping. In other words, there is no sudden change in wavelength. If this mode hopping occurs, by changing the DC laser current, the wavelength must be re-adjusted, which changes the laser output power. Using VCSEL, the slope measured by the signal at frequency f does not change. In the case of a DFB laser, the output power is directly proportional to the DC current which provides the same signal of frequency f for the other output power.

2. 레이저의 온도가 안정된다. 레이저 온도가 변하는 경우에 있어서, 파장이 변하며, 이는 기체 흡수 라인의 파장의 중앙에 머무르기 위한 DC 레이저 전류의 재-조정을 초래한다. 이러한 전류의 변화는 상기 1항에서 서술한 바와 같이, 강도의 변화를 의미한다. 2. The laser temperature is stable. In the case where the laser temperature changes, the wavelength changes, which results in a re-adjustment of the DC laser current to stay at the center of the wavelength of the gas absorption line. Such a change in current means a change in intensity, as described in claim 1 above.

선행 특허에서 설명된 방법을 이용하여, 주파수 f를 갖는 변조 참조 신호를 바탕으로 하는 신호는 기체 흡수 라인의 중앙 부근의 경사를 나타내며, 상기 신호는 기체 농도에 비례한다. 높은 기체 농도에서, 에러가 주파수 f의 변조 참조 신호에 영향을 주는 DC 레이저 전류의 정확성에 의해, 측정의 정확도는 제한된다. 전류의 변동에 의해, 레이저 신호의 변동이 초래될 것이며, 이러한 효과는 농도를 증가시킨다. 이로써, 일부 경우에 있어서, 선행 기술 방법과 장치는 레이저의 온도 제 어 항목을 더 요구할 수 있으며, 열 축적에 좌우된다. DFB 레이저와 VCSEL은 열적 측면에서 서로 매우 다르므로, DC 전류에 관련하여 항상 필요한 기체 흡수 라인을 추정하는 것에는, 온도 추정까지 포함되어야만 한다. Using the method described in the prior patent, a signal based on a modulated reference signal with frequency f exhibits a slope near the center of the gas absorption line, which is proportional to the gas concentration. At high gas concentrations, the accuracy of the measurement is limited by the accuracy of the DC laser current where the error affects the modulation reference signal at frequency f. Fluctuations in the current will result in fluctuations in the laser signal, which effect increases concentration. As such, in some cases, prior art methods and apparatus may further require a temperature control item of the laser, which depends on heat accumulation. Since the DFB laser and the VCSEL are very different from each other in terms of thermal, estimating the gas absorption line that is always needed in relation to the DC current must also include temperature estimation.

이러한 것을 고려하여, 본 발명의 목적은 기체 검출 가능성을 더 제공하는 것이며, 온도와 갑작스런 파장 변화에 대해 덜 종속적이도록 하는 것이다.In view of this, it is an object of the present invention to further provide gas detection possibilities and to be less dependent on temperature and sudden wavelength changes.

본 발명의 청구항에 의한 기체 검출 방법과 검출 장치에 의해 이러한 문제가 해결될 것이다. 추가적인 이점은 종속 청구항에 의해 서술된다. This problem will be solved by the gas detection method and the detection apparatus according to the claims of the present invention. Further advantages are described by the dependent claims.

본 발명에 따라서, 상기 최초 주파수의 2배 주파수에서의 제 1 변조 참조 신호가 각각의 수단에 의해 생성되며, 이에 따라 상기 제 1 변조 참조 신호는 상기 최초 광 신호에 대해 45도 위상 각을 갖는다. 이러한 제 1 변조 참조 신호는 진폭 레벨 1과 0 사이의 진폭 레벨에서 진동하고, 이는 제 2 변조 참조 신호의 진폭 레벨과 다르다. 상기 도출 광 신호로부터 수신된 검출 신호에, 제 1 변조 참조 신호가 곱해진다.According to the invention, a first modulated reference signal at a frequency twice the original frequency is produced by each means, so that the first modulated reference signal has a 45 degree phase angle with respect to the original optical signal. This first modulation reference signal vibrates at an amplitude level between amplitude levels 1 and 0, which is different from the amplitude level of the second modulation reference signal. The detection signal received from the derived optical signal is multiplied by a first modulation reference signal.

따라서 2f 변조 참조 신호의 진폭 레벨의 다소간의 변경을 이용하여, 그리고 제 1 변조 참조 신호와 최초 주파수 간의 45도 이동을 이용하여, 제 1 변조 참조 신호가 주파수 f에서 측정되지 않고, 주파수 2f에서 측정되며, 시간에 대한 미분에 의해 획득되어지는 같은 위상을 제공하는데 이는 필수적이다. 덧붙이자면, 검출기 신호는 더 이상 미분되지 않고, 락-인 증폭기로 바로 유입되어, 최초 광 신호의 강도의 함수인 제 1 측정 신호를 생성할 수 있다. 기체 흡수를 이용하지 않는(즉, 레 이저와 검출기 간의 광 빔의 임의의 저하를 포함하는) 검출기에 의해 나타나는 바와 같이, 도출 신호는 레이저의 광 강도에 정비례한다. Thus, using some change in the amplitude level of the 2f modulated reference signal and using a 45 degree shift between the first modulated reference signal and the original frequency, the first modulated reference signal is not measured at frequency f, but measured at frequency 2f. It is necessary to provide the same phase that is obtained by differential over time. In addition, the detector signal is no longer differentiated and can flow directly into the lock-in amplifier to produce a first measurement signal that is a function of the strength of the original optical signal. As shown by a detector that does not use gas absorption (ie, includes any degradation of the light beam between the laser and the detector), the resulting signal is directly proportional to the light intensity of the laser.

제 1 2f 변조 참조 신호를 제공하는 것은 이점을 가진다. 왜냐하면, 이러한 참조 변조 신호를 이용함으로써, 절대 강도를 측정할 수 있고, 그에 따라 서로 다른 온도에서 같은 결과를 수신할 수 있기 때문이다. 추가적인 이점은 측정의 정확도가 기체의 농도에 독립적이라는 것이다.Providing a first 2f modulated reference signal has an advantage. This is because by using such a reference modulated signal, the absolute intensity can be measured and thus the same result can be received at different temperatures. An additional advantage is that the accuracy of the measurement is independent of the gas concentration.

본 발명에 따라, 이러한 제 1 2f 변조 참조 신호와 그 신호 처리를 다른 신호 처리와 조합하는 것이 가능하여, 기체 검출의 특수 상황에 따르는 안정적인 최종 측정 신호를 획득할 수 있다. 본 발명의 추가적인 실시예에서, 제 2 변조 참조 신호가 상기 최초 주파수 f의 2배 주파수에서 생성되며, 이에 따라 상기 제 1 변조 참조 신호와 제 2 변조 참조 신호는 최초 광 신호와 같은 위상 관련도를 갖는다. 따라서 상기 레이저 소스에 대하여, AC 변조 신호에 대해 45도 위상 각을 갖는 신호도 마찬가지이다. 덧붙이자면, 제 2 변조 참조 신호는 진폭 레벨 1과 -1 사이에서 진동한다. 제 2 측정 신호를 생성하기 위해, 락-인 증폭기를 통해, 도출 광 신호로부터 수신된 검출 신호에, 상기 제 2 변조 참조 신호가 곱해진다. 최종 측정 신호가 전술한 비(ratio)에 의해 획득되어진다. 이러한 실시예에서, 2f 변조 참조 신호를 바탕으로 하여, 최종 측정 신호가 제 1 측정 신호와 제 2 측정 신호에 의해 획득되어지며, 상기 제 1 측정 신호와 제 2 측정 신호는 모두 도출 광 신호로부터 직접 수신된 검출 신호에 의해 획득되어진다. According to the present invention, it is possible to combine this first 2f modulated reference signal and its signal processing with other signal processing, so as to obtain a stable final measurement signal according to the special situation of gas detection. In a further embodiment of the invention, a second modulated reference signal is generated at a frequency twice the original frequency f such that the first modulated reference signal and the second modulated reference signal have the same phase relevance as the original optical signal. Have Thus, for the laser source, the same is true for a signal having a 45 degree phase angle with respect to the AC modulated signal. In addition, the second modulated reference signal oscillates between amplitude levels 1 and -1. The second modulated reference signal is multiplied by a detection signal received from the derived optical signal via a lock-in amplifier to produce a second measurement signal. The final measurement signal is obtained by the ratio described above. In this embodiment, based on the 2f modulated reference signal, the final measurement signal is obtained by the first measurement signal and the second measurement signal, both of which are directly from the derived optical signal. It is obtained by the received detection signal.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 2 변조 참조 신호는 상기 최초 주파수 f 의 2배 주파수에서 생성되며, 이에 따라 상기 제 2 변조 참조 신호는 상기 최초 광 신호의 강도 변동에 대응하도록 형성된다. 상기 검출 수단에 의해 생성되는 검출 신호는 상기 도출 광 신호의 시간 미분 값에 비례하고, 상기 검출 신호에 상기 제 2 변조 참조 신호가 곱해져서 제 2 측정 신호가 생성된다. 이러한 신호 처리는 가장 바람직한 결과를 도출하며, 이는 레이저 온도와 갑작스런 파장 변화에 독립적이다. 본 실시예에서, 최종 측정 신호가 2f 변조 참조 신호를 바탕으로 하여 제 1 측정 신호와 제 2 측정 신호에 의해 획득되어진다. 그러나 흡수의 함수인 제 2 측정 신호가 미분된 검출 신호와 함께 획득된다.In a preferred embodiment of the present invention, a second modulated reference signal is generated at a frequency twice the original frequency f, whereby the second modulated reference signal is formed to correspond to the variation in intensity of the original optical signal. The detection signal generated by the detection means is proportional to the time differential value of the derived optical signal, and the detection signal is multiplied by the second modulation reference signal to generate a second measurement signal. This signal processing yields the most desirable results, which are independent of laser temperature and sudden wavelength changes. In this embodiment, the final measurement signal is obtained by the first measurement signal and the second measurement signal based on the 2f modulated reference signal. However, a second measurement signal as a function of absorption is obtained with the differential detection signal.

전자 부분을 요구하는 또 다른 실시예에서, 두 개의 측정 신호를 생성하기 위해, 주파수 f와 2f에서의 두 개의 참조 변조 신호가 사용되며, 이는 최초 광 신호의 강도의 함수이다. 이는, 제 1 2f 변조 참조 신호를 바탕으로 제 1 측정 신호에 추가로, 상기 최초 광 신호의 강도의 함수인 제 3 측정 신호를 생성함으로써 구현된다. 검출 신호에 최초 주파수 f를 갖는 제 3 변조 참조 신호를 곱한 후, 시간에 대해 적분함으로써, 제 3 측정 신호가 검출 신호로부터 생성된다. 덧붙이자면, 상기 검출 신호에, 상기 최초 주파수 f의 2배 주파수를 갖는 제 2 변조 참조 신호를 곱하고, 적분함으로써, 상기 검출 신호로부터 제 2 측정 신호가 생성된다. 상기 제 3 변조 측정 신호와 제 2 변조 측정 신호는 상기 최초 광 신호의 강도 변동에 대응하고, 두 측정 신호에 대한 검출 신호는 도출 광 신호의 시간 미분에 비례한다. 제 1 측정 신호와 제 3 측정 신호를 관련짓고, 상기 제 2 측정 신호와, 제 1 측정 신호와 제 3 측정 신호의 관련 신호 간의 비(ratio)를 생성함으로써, 최종 측 정 신호가 얻어진다.In another embodiment requiring the electronic portion, to generate two measurement signals, two reference modulated signals at frequencies f and 2f are used, which are a function of the strength of the original optical signal. This is implemented by generating a third measurement signal that is a function of the intensity of the original optical signal in addition to the first measurement signal based on the first 2f modulated reference signal. By multiplying the detected signal by the third modulated reference signal having the original frequency f and then integrating over time, a third measured signal is generated from the detected signal. In addition, a second measurement signal is generated from the detection signal by multiplying and integrating the detection signal with a second modulation reference signal having a frequency twice the initial frequency f. The third modulated measurement signal and the second modulated measurement signal correspond to the intensity variation of the first optical signal, and the detection signal for the two measurement signals is proportional to the time derivative of the derived optical signal. The final measurement signal is obtained by associating the first measurement signal with the third measurement signal and generating a ratio between the second measurement signal and the related signal of the first measurement signal and the third measurement signal.

다음에서, 신호 처리에 있어서, WO 2005/026705 A1에서 언급된 선행 기술과의 다른 점이 자세하게 설명된다. 상기 문서의 내용이 신호 처리가 관련된 부분이 참조로서 인용되며, 이는 본원에서 서술되지 않는다.In the following, in signal processing, differences from the prior art mentioned in WO 2005/026705 A1 are described in detail. The contents of this document are incorporated by reference as to which portions of the signal processing are concerned, which are not described herein.

WO 2005/026705 A1에서 이미 언급된 바와 같이, 파장은 기체 흡수 라인의 중앙과 정확하게 대응하도록 레이저 소스가 DC 전류를 이용하여 동작한다. 이러한 전류는 주파수 f에서 일정하게 변조되고, 증폭되어, AC 변조 신호에 의해, 각각의 주기 동안, 상기 레이저의 파장은 기체 흡수 라인을 스캔할 수 있다. 도 1은 판단될 기체를 이용한 검출 영역을 수신하는 최초 광 신호 S0에서 반영된 레이저 출력을, 시간에 대한 함수로서 나타내며, 도 2는 주어진 기체 농도가 존재하는, 그리고 상기 검출기 신호 SG가 비례하는, 검출기 상에 입사되는 광 강도를 시간에 대한 함수로서 나타낸다. 본원에서는 변조의 파형이 삼각 파형으로 선택되어진다. 그러나 상기 파형은 측정 기술에 있어 중요치 않으며, 정현파 변조가 전자적으로 취급하기에 실제로 더 용이하다.As already mentioned in WO 2005/026705 A1, the laser source is operated with a DC current so that the wavelength corresponds exactly with the center of the gas absorption line. This current is constantly modulated at a frequency f, amplified, and, with each AC period, the wavelength of the laser can scan the gas absorption line. FIG. 1 shows the laser power reflected in the initial optical signal S 0 , which receives a detection zone using a gas to be determined, as a function of time, FIG. 2 shows that a given gas concentration is present and the detector signal S G is proportional to The light intensity incident on the detector is shown as a function of time. The waveform of modulation is selected here as a triangular waveform. However, the waveform is not critical to the measurement technique, and sinusoidal modulation is actually easier to handle electronically.

도 6 ~ 8은 본 발명의 기체 검출기 장치의 3가지 실시예를 나타낸다. 상기 실시예들의 공통 부분은 하우징(6)의 레이저 헤드(head)에 배열되는 레이저 소스(더 많은 레이저 소스와 그에 대응하는 각각의 센서를 가질 수 있음)(1)이다. 상기 헤드는 정확하게 결정된 전기 전류 값이 상기 소스(1)로 공급되도록 하나 이상의 기체로 채워진 밀폐된 셀을 포함하여, 제공된 광 피크의 중앙 파장이 각각의 기체의 흡수 라인의 중앙에 대응할 수 있다. 결과적으로 헤드는 온도 수단(11)에 전기 연결되어 있는 온도 센서(12)를 포함한다. 상기 하우징은 샘플 챔버, 또는 기체가 검출되는 기체 입구(5)를 포함하는 기체 검출 영역(4)을 포함하며, 상기 기체 입구를 통해, 레이저 소스(1)가 제공하는 레이저 빔이 통과한다. 상기 광 센서(8)는 레이저 빔을 수신하고, 강도에 정비례하는 검출 영역(4)에서의 기체 농도로 인한 최초 광 신호 S0의 강도에 대한 변화를 포함하는 도출 신호 SG를 제공한다. 일반적으로, 하나 이상의 측정 신호를 생성하기 위해, 검출 신호 SD0로서의 이러한 도출 신호 SG는 하나 이상의 락-인 증폭기(lock-in amplifier)로 연결된다. 6 to 8 show three embodiments of the gas detector device of the present invention. A common part of these embodiments is a laser source (which may have more laser sources and corresponding respective sensors) 1 arranged in the laser head of the housing 6. The head comprises a sealed cell filled with one or more gases such that a correctly determined electrical current value is supplied to the source 1 so that the central wavelength of the provided light peak corresponds to the center of the absorption line of each gas. As a result, the head comprises a temperature sensor 12 which is electrically connected to the temperature means 11. The housing comprises a gas detection region 4 comprising a sample chamber or a gas inlet 5 in which gas is detected, through which the laser beam provided by the laser source 1 passes. The optical sensor 8 receives the laser beam and provides a derived signal S G comprising a change in intensity of the original optical signal S 0 due to the gas concentration in the detection area 4 which is directly proportional to the intensity. In general, this derived signal S G as detection signal S D0 is connected to one or more lock-in amplifiers in order to generate one or more measurement signals.

도 6 ~ 8의 기체 검출기 장치는 레이저 소스(1)를 위한 전기 공급 수단(3)과, 상기 레이저 소스(1)를 제어하기 위한 DC 전류 신호를 형성하기 위한 DC 공급 제어 수단(13)을 더 포함한다. AC 프로세싱 수단(14)은 기체 흡수 라인 부근에서 교대 스캐닝을 생성하는 AC 변조 신호를 주어진 참조 주파수 f에서 형성하기 위한 AC 공급 제어 수단(15)을 포함한다. 선행 기술에서 알려진 바와 같이, 상기 AC 변조 신호로부터 참조 변조 신호가 생성된다. 상기 AC 프로세싱 수단은 제 1 참조 변조 신호를 상기 초기 주파수의 2배 주파수에서 생성하는 생성 수단(17)을 더 포함하며, 이에 따라 상기 제 1 변조 참조 신호는 상기 최초 광 신호에 대해 45도 위상 각을 갖고, 또 진폭 레벨 1과 0 사이에 있는 다른 변조 참조 신호의 진폭 레벨과는 다른 진폭 레벨로 진동한다.The gas detector apparatus of FIGS. 6 to 8 further comprises an electric supply means 3 for the laser source 1 and a DC supply control means 13 for forming a DC current signal for controlling the laser source 1. Include. The AC processing means 14 comprises an AC supply control means 15 for forming an AC modulated signal at a given reference frequency f which produces alternating scanning in the vicinity of the gas absorption line. As known in the prior art, a reference modulated signal is generated from the AC modulated signal. The AC processing means further comprises generating means 17 for generating a first reference modulated signal at a frequency twice the initial frequency such that the first modulated reference signal is at a 45 degree phase angle with respect to the original optical signal. And oscillate at an amplitude level different from that of another modulated reference signal between amplitude levels 1 and 0.

도 6의 실시예에서, 두 개의 변조 참조 신호, 즉 제 1 변조 참조 신호 S2f0와 제 2 변조 참조 신호 S2f1가 최초 변조 주파수 f의 2배 주파수에서, 생성 수단(16)에 의해 생성된다. 두 참조 신호는 AC 변조 신호에 대하여 모두 같은 위상 상관관계를 갖는다. 도 3에서는 제 2 참조 신호만 도식되었다. 두 개의 참조 신호 간의 차이는 그들은 진폭 레벨일 뿐이며, 상기 변조 참조 신호 S2f1은 레벨1과 -1 사이의 사각 진동이며, 그에 비해, 상기 참조 신호 S2f0는 레벨1과 0 사이의 사각 진동이다. In the embodiment of Fig. 6, two modulation reference signals, namely the first modulation reference signal S 2f0 and the second modulation reference signal S 2f1 , are generated by the generating means 16 at a frequency twice the original modulation frequency f. Both reference signals have the same phase correlation with respect to the AC modulated signal. In FIG. 3, only the second reference signal is illustrated. The difference between the two reference signals is that they are only amplitude levels, and the modulation reference signal S 2f1 is a square vibration between level 1 and -1, whereas the reference signal S 2f0 is a square vibration between level 1 and 0.

본 발명에 따라서, 제 1 변조 참조 신호 S2f0과 제 2 변조 참조 신호 S2f1는 두 개의 락-인 증폭기(20, 19)에게로 각각 제공되며, 상기 락-인 증폭기에서 이러한 참조 신호들은 각각 광 센서(8)에서 전-증폭기 수단(23)을 통해 상기 락-인 증폭기(19, 20)로 제공되는 검출 신호 SD0에 의해 곱해진 후, AC 변조 신호의 수 시간 주기에 걸쳐 적분된다.According to the invention, the first modulated reference signal S 2f0 and the second modulated reference signal S 2f1 are provided to two lock-in amplifiers 20 and 19, respectively, in which these reference signals are each optical. It is multiplied by the detection signal S D0 provided to the lock-in amplifiers 19, 20 via the pre-amplifier means 23 at the sensor 8 and then integrated over a few time periods of the AC modulated signal.

제 1 락-인 증폭기(20)는 기체 흡수에 독립적인 제 1 측정 신호 SM1을 제공한다. 도 4에서 나타나는 바와 같이, 상기 제 1 변조 참조 신호 S2f0와의 곱은 기체 흡수에 관한 정보를 포함하는 검출기 신호 SD0(=SG)의 부분을 제거하는 단순한 효과를 가진다. 이러한 방식으로, 시간에 대한 적분에 의해, DC 레이저 강도에 관한 정보가 제거되지 않으며, 실제로 출력 신호는 광 센서에 의해 나타나는 바와 같이 S0 의 시간 평균이면서, 2로 나눠진 기체 흡수 피크의 중앙에서의 SG와 동일하다. 이러한 채널은 락-인 검출에 대응하지 않고, 오히려 상기 검출기 신호의 부분의 시간 평균에 대응한다. 제 2 락-인 증폭기(19)에서, 이는 광 강도의 DC 파트뿐 아니라 상기 변조 주파수 상의 진동도 삭제되는 45도의 위상 각에서 2f 락-인 검출에 대응한다. 결과물은 측정 신호 SMA이며(도 5), 이는 기체 농도에 비례하며, 광 센서(8)에 의해 나타나는 바와 같이 기체 흡수 피크의 중앙에서의 레이저 강도 SG에 정비례한다. 선행 특허에서, 시간에 따른 검출기 신호를 이용하여 서로 다른 위상 각에서 같은 결과가 획득되어졌다. The first lock-in amplifier 20 provides a first measurement signal S M1 that is independent of gas absorption. As shown in FIG. 4, the product with the first modulated reference signal S 2f0 has a simple effect of removing a portion of the detector signal S D0 (= SG ) that contains information on gas absorption. In this way, the integration over time does not remove the information about the DC laser intensity and the output signal is actually at the center of the gas absorption peak divided by 2, which is the time average of S 0 as shown by the light sensor. Same as S G. This channel does not correspond to lock-in detection, but rather to a time average of a portion of the detector signal. In the second lock-in amplifier 19, this corresponds to 2f lock-in detection at a phase angle of 45 degrees in which not only the DC part of the light intensity but also the vibration on the modulation frequency is eliminated. The result is the measurement signal S MA (FIG. 5), which is proportional to the gas concentration and is directly proportional to the laser intensity S G at the center of the gas absorption peak as shown by the optical sensor 8. In the prior patents, the same results were obtained at different phase angles using detector signals over time.

그 후 최종 측정 신호가 SMA/SMI로서 주어지며, 이는 레이저 광 강도에 독립적이다. The final measurement signal is then given as S MA / S MI , which is independent of the laser light intensity.

준비 단계에서, 상기 DC 전류 레벨이 선형적으로(linearly) 변화할 때, 제 2 측정 신호 S2f1가 사용되어, 상기 제 2 측정 신호 S2f1의 최대치를 검출함으로써, DC 전류 신호를 형성할 수 있다. 상기 레이저 소스를 위해 매우 정확한 온도 제어를 제공하는 장치가 장착될 때, 이러한 준비 단계는 생략될 수 있다.In the preparation step, when the DC current level changes linearly, a second measurement signal S 2f1 may be used to form a DC current signal by detecting the maximum value of the second measurement signal S 2f1 . . This preparatory step can be omitted when equipped with a device that provides very accurate temperature control for the laser source.

이러한 방법의 주요 이점은, 온도 변화를 통한 레이저 출력물의 변경이 보상되고, 레이저의 모드 호핑(mode hopping)이 기체 흡수 피크가 추정될 수 있는 만큼 보상된다는 것이다. 선행 기술에 관련하여, 상기 측정의 정밀도는 기체 농도에 독립적이다. 따라서 온도 추정(temperature tracking)을 제공할 필요가 더 이상 없으 며, 이로써 기체 검출 장치에 대해 비용이 절약된다. The main advantage of this method is that the change in the laser output through temperature changes is compensated and the mode hopping of the laser is compensated as long as the gas absorption peak can be estimated. In relation to the prior art, the precision of the measurement is independent of the gas concentration. It is therefore no longer necessary to provide temperature tracking, which saves costs for gas detection devices.

도 7에서 도식된 실시예에서, 생성 수단(16)이 제 2 변조 참조 신호 S2f를 생성하며, 이는 상기 최초 광 신호 S0의 강도 변동과 정확히 대응하며, 미분기(25)가 상기 광 센서(8)에 의해 생성되는 상기 도출 광 신호의 시간 미분 값에 비례하는 검출 신호 SD1을 생성한다. 상기 미분기(25)는 선-증폭기 수단(23)에 연결되어 있는 반면에, 추가적인 선-증폭기 수단(24)이 상기 최초 광 신호 S0의 강도 변화를 포함하는 검출기 신호 SG를 위해 제공된다. 또한 본 실시예에 의해, 도 7의 실시예의 제 2 측정 신호 SMA가 도 6의 실시예의 제 2 측정 신호 SMA와 다르기 때문에, 바람직한 결과가 제공된다. 작은 기체 농도에서, 미분된 제 2 측정 신호 SMA는 미분되지 않은 제 2 측정 신호 SMA보다 특히 더 크다. 서로 다른 위상은 미분이 발생했느냐 아니냐로부터 초래된다. In the embodiment illustrated in FIG. 7, the generating means 16 generates a second modulated reference signal S 2f , which corresponds exactly to the intensity variation of the original optical signal S 0 , and the differentiator 25 is connected to the optical sensor ( Generate a detection signal S D1 proportional to the time differential value of the derived optical signal generated by 8). The differentiator 25 is connected to a pre-amplifier means 23, while an additional pre-amplifier means 24 is provided for the detector signal S G which comprises a change in intensity of the original optical signal S 0 . Also, since according to the present embodiment, the embodiment of Figure 7, the second measurement signal S MA embodiment of Figure 6 the second measurement signal S varies with MA, a preferable result is provided. In the small gas concentration, the finely divided second measurement signal S MA is especially larger than the non-differential second measurement signal S MA. The different phases result from whether or not a derivative occurs.

도 8의 실시예에 따라서, 3개의 락-인 증폭기(19, 20, 21)와, AC 프로세싱 수단(14) 내에 추가적인 생성 수단(18)을 사용함으로써, 제 1 측정 신호 SMI와 제 2 측정 신호 SMA에 추가적으로 제 3 측정 신호 SMI1를 생성하는 것이 가능하다. 상기 생성 수단(18)은 제 3 변조 참조 신호 Sf를 최초 주파수 f에서 생성하고, 시간에 대해 적분하며, 이는 상기 초기 광 신호 S0의 강도 변화에 정확히 대응하도록 형성된 다. 미분기(25)에 의해 미분된 검출 신호 SD1을 제 3 변조 참조 신호 Sf를 곱함으로써, 제 3 측정 신호 SMI1가 생성된다. 상기 제 3 측정 신호 SMI1은, 선행 기술에서 설명되었던 바와 같이, 상기 최초 광 신호 S0의 강도의 함수이며, 따라서 레이저 소스의 온도에 좌우된다. 상기 두 개의 측정 신호 SMI와 SMI1은 더 많은 정보를 제공한다. 왜냐하면, 상기 제 1 측정 신호 SMI는 절대 강도를 나타내고, 상기 제 3 측정 신호 SMI1은 상기 최초 광 신호의 강도의 경사를 나타내기 때문이다. 전술한 바와 같이 프로세싱 유닛(22)을 이용하여, 최종 측정 신호를 생성하기 위해, 상기 제 1 측정 신호 SMI과 제 3 측정 신호 SMI1은 프로세싱 수단(22)에 연결되어 있는 상관 수단(26)에 의해 상관관계가 검출되어, 도출 신호에 대하여 두 개의 측정 신호 SMI과 SMI1에 의해 제공되는 추가적인 정보를 사용할 수 있다. According to the embodiment of FIG. 8, the first measurement signal S MI and the second measurement are achieved by using three lock-in amplifiers 19, 20, 21 and additional generating means 18 in the AC processing means 14. It is possible to generate a third measurement signal S MI1 in addition to the signal S MA . The generating means 18 generates a third modulated reference signal S f at the original frequency f and integrates over time, which is formed to exactly correspond to the change in intensity of the initial optical signal S 0 . The third measurement signal S MI1 is generated by multiplying the detection signal S D1 differentiated by the differentiator 25 by the third modulation reference signal S f . The third measurement signal S MI1 , as described in the prior art, is a function of the intensity of the original optical signal S 0 and thus depends on the temperature of the laser source. The two measurement signals S MI and S MI1 provide more information. Because, the first measurement signal S MI represents the absolute strength and the third measurement signal S MI1 is due to indicate the slope of intensity of said initial light signal. Using the processing unit 22 as described above, in order to generate the final measurement signal, the first measurement signal S MI and the third measurement signal S MI1 are connected to the processing means 22 by a correlation means 26. The correlation is detected so that additional information provided by the two measurement signals S MI and S MI1 can be used for the derived signal.

본 발명에 따라, 제 1 2f 변조 참조 신호와 그 신호 처리를 다른 신호 처리와 조합하는 것이 가능하여, 기체 검출의 특수 상황에 따르는 안정적인 최종 측정 신호를 획득할 수 있다. According to the present invention, it is possible to combine the first 2f modulated reference signal and its signal processing with other signal processing to obtain a stable final measurement signal in accordance with the special situation of gas detection.

Claims (5)

기체 검출 방법에 있어서, 상기 방법은In the gas detection method, the method 파장 변조된 레이저 소스(1)에 의해, 최초 광 신호(S0)를 제공하는 단계,Providing, by the wavelength modulated laser source 1, an initial optical signal S 0 , 농도와 그 존재 유무가 결정될 기체의 흡수 라인의 대칭으로 주위에 존재하는 최초 주파수(f)의 상기 최초 광 신호(S0)를 파장 변조하기 위한 AC 변조 신호를 상기 최초 주파수에서 제공하는 단계,Providing an AC modulated signal at said initial frequency for wavelength modulating said initial optical signal S 0 at an initial frequency f present around it in symmetry of the absorption line of the gas to be determined for concentration and presence, 기체들 중 하나 이상을 수신하기 위한 기체 검출 영역(4)을 통과하는 상기 기체 흡수 라인 주위를 교대 스캐닝함으로써 야기된, 시간에 따르는 강도 변화를 갖는 상기 최초 광 신호(S0)를 통과시키는 단계,Passing the initial light signal S 0 with a change in intensity over time caused by alternating scanning around the gas absorption line passing through gas detection region 4 for receiving one or more of the gases, 검출 수단(8)에 의해 상기 기체 검출 영역(4)을 활성화시키는 도출 광 신호(SG)를 수신하는 단계로서, 이때 상기 도출 광 신호(SG)는, 상기 검출 영역(4)의 기체 농도로 인한 상기 최초 광 신호(S0)의 강도 변화를 포함하는 단계,Receiving the derived light signal S G for activating the gas detection region 4 by the detection means 8, wherein the derived light signal S G is the gas concentration of the detection region 4. Including a change in intensity of the original optical signal S 0 due to 상기 최초 광 신호(S0)의 강도의 함수인 제 1 측정 신호(SMI)를 생성하는 단계로서, 이때 상기 도출 광 신호(SG)로부터 수신된 검출 신호(SD0, SD1)에, 지정 최초 주파수의 제 1 변조 참조 신호(Sf, S2f0)를 곱한 후, 시간에 대해 적분함으로써, 제 1 측정 신호(SMI)가 생성되며, 이에 따라 제 1 변조 참조 신호(Sf, S2f0)는 지정 진폭 레벨과, 상기 최초 광 신호(S0)의 강도 변동과의 지정 위상 관계를 포함하는 단계,Generating a first measurement signal S MI which is a function of the intensity of the first optical signal S 0 , wherein the detection signal S D0 , S D1 received from the derived optical signal S G , By multiplying the first modulated reference signal S f , S 2f0 of the designated initial frequency and integrating over time, a first measured signal S MI is generated, whereby the first modulated reference signal S f , S 2f0 ) includes a specified phase relationship between a specified amplitude level and a variation in intensity of the original optical signal S 0 , 기체 흡수에 대한 함수이면서, 상기 최초 주파수(f)에서 상기 최초 광 신호의 강도 변조에는 독립적인, 제 2 측정 신호(SMA)를 생성하는 단계로서, 이때 상기 도출 광 신호(SG)로부터 수신된 검출 신호(SD0, SD1)에, 상기 최초 주파수(f)의 2배의 주파수의 제 2 변조 참조 신호(S2f, S2f1)를 곱한 후, 시간에 대해 적분됨으로써, 상기 제 2 측정 신호(SMA)가 생성되며, 이에 따라 상기 제 2 변조 참조 신호(S2f, S2f1)가 지정 진폭 레벨과, 상기 최초 광 신호(S0)의 강도 변동과의 지정 위상 관계를 갖는 단계,Generating a second measurement signal S MA , which is a function of gas absorption and independent of the intensity modulation of the original optical signal at the initial frequency f, wherein it is received from the derived optical signal S G. The second measurement by multiplying the detected detection signals S D0 , S D1 by a second modulation reference signal S 2f , S 2f1 at a frequency twice the initial frequency f, and then integrating with time. A signal S MA is generated, whereby the second modulation reference signals S 2f and S 2f1 have a specified phase relationship between a specified amplitude level and an intensity variation of the original optical signal S 0 , 상기 제 2 측정 신호(SMA)를 상기 제 1 측정 신호(SMI)로 나누고, 그에 따라 주어진 기체의 존재 여부나 농도에 비례하는 신호가 제공됨으로써, 상기 검출 수단(8)으로 입사되는 광의 강도에 독립적인 최종 측정 신호를 제공하는 단계The second measurement signal S MA is divided by the first measurement signal S MI , and thus a signal proportional to the presence or concentration of a given gas is provided, whereby the intensity of light incident on the detection means 8. Providing a final measurement signal independent of the 를 포함하며, 이때 Including, where 상기 최초 주파수의 2배 주파수를 갖는 제 1 변조 참조 신호(S2f0)가 생성되며, 이에 따라 상기 제 1 변조 참조 신호(S2f0)는 상기 최초 광 신호(S0)에 대해 45도 위상 각을 가지며,A first modulation reference signal S 2f0 having a frequency twice the original frequency is generated, whereby the first modulation reference signal S 2f0 has a 45 degree phase angle with respect to the original optical signal S 0 . Has, 상기 제 2 변조 참조 신호(S2f1)의 진폭 레벨과는 다른 진폭 레벨에서, 즉 진 폭 레벨 1과 진폭 레벨 0 사이에서 상기 제 1 변조 참조 신호(S2f0)는 진동되며, 그리고The first modulation reference signal S 2f0 is vibrated at an amplitude level different from the amplitude level of the second modulation reference signal S 2f1 , ie between amplitude level 1 and amplitude level 0, and 상기 도출 광 신호(SG)로부터 수신된 상기 검출 신호(SD0)를 미분하지 않고, 상기 제 1 변조 참조 신호(S2f0)와 곱하는 것을 특징으로 하는 기체 검출 방법.And the detection signal (S D0 ) received from the derived optical signal (S G ) is multiplied by the first modulation reference signal (S 2f0 ) without differentiation. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 최초 주파수(f)의 2배 주파수를 갖는 제 2 변조 참조 신호(S2f1)를 생성하며, 이에 따라 상기 제 1 변조 참조 신호(S2f0)와 상기 제 2 변조 참조 신호(S2f1)는 상기 최초 광 신호(S0)와 같은 위상 관계를 가지며,Generate a second modulation reference signal S 2f1 having a frequency twice the original frequency f, whereby the first modulation reference signal S 2f0 and the second modulation reference signal S 2f1 are generated. Has the same phase relationship as the original optical signal S 0 , 상기 제 2 변조 참조 신호(S2f1)를 진폭 레벨 1과 -1 사이에서 진동시키며,Vibrating the second modulation reference signal S 2f1 between amplitude levels 1 and -1, 상기 도출 광 신호(SG)로부터 직접 수신된 상기 검출 신호(SD0)에 상기 제 2 변조 참조 신호(S2f1)를 곱하는 것을 특징으로 하는 기체 검출 방법.And a second modulation reference signal (S 2f1 ) multiplied by said detection signal (S D0 ) received directly from said derived light signal (S G ). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 최초 주파수(f)의 2배 주파수를 갖는 제 2 변조 참조 신호(S2f)를 생성하며, 이에 따라 상기 제 2 변조 참조 신호(S2f)는 상기 최초 광 신호(S0)의 강도 변동에 대응하며,Generates a second modulated reference signal S 2f having a frequency twice the initial frequency f, whereby the second modulated reference signal S 2f is subject to an intensity variation of the initial optical signal S 0 . In response, 시간 미분된 상기 도출 광 신호(SG)에 비례 관계인 검출 신호(SD1)를 생성하며,Generating a detection signal S D1 that is proportional to the time-differentiated derived light signal S G , 상기 검출 신호(SD1)에, 상기 제 2 변조 참조 신호(S2f)를 곱함으로써, 상기 제 2 측정 신호(SMA)를 생성하는 것을 특징으로 하는 기체 검출 방법.The second detection signal (S MA ) is generated by multiplying the detection signal (S D1 ) by the second modulation reference signal (S 2f ). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 검출 신호(SD1)로부터 상기 최초 광 신호(S0)의 강도에 대하여 함수관계인 제 3 측정 신호(SMI1)를 생성하며, 이때, 상기 검출 신호(SD1)에 최초 주파수(f)를 갖는 제 3 변조 참조 신호(Sf)를 곱한 후, 시간에 걸쳐 적분함으로써, 상기 측정 신호(SMI1)는 생성되며, 이에 따라 제 3 변조 참조 신호(Sf)는 상기 최초 광 신호(S0)의 강도 변동에 대응하도록 형성되며,From the detection signal S D1 , a third measurement signal S MI1 , which is a function of the intensity of the first optical signal S 0 , is generated, and at this time, an initial frequency f is applied to the detection signal S D1 . By multiplying by having a third modulated reference signal S f and then integrating over time, the measurement signal S MI1 is generated, whereby a third modulated reference signal S f is generated by the first optical signal S 0. ) To respond to variations in intensity, 상기 검출 신호(SD1)로부터, 기체 흡수에 대하여 함수관계이면서 최초 주파수(f)를 갖는 최초 광 신호의 강도 변조에는 독립적인 제 2 측정 신호(SMA)를 생성하며, 상기 검출 신호(SD1)에 상기 최초 주파수(f)의 2배 주파수를 갖는 제 2 변조 참조 신호(S2f)를 곱한 후, 시간에 대해 적분함으로써, 상기 제 2 측정 신호(SMA)는 생성되며, 이에 따라, 상기 제 2 변조 참조 신호(S2f)는 상기 최초 광 신호(S0)의 강도 변동에 대응하도록 형성되며, From the detection signal S D1 , a second measurement signal S MA is generated which is a function of gas absorption and independent of the intensity modulation of the first optical signal having an initial frequency f, wherein the detection signal S D1 ) Is multiplied by a second modulated reference signal S 2f having a frequency twice the original frequency f and then integrated over time to generate the second measurement signal S MA , whereby The second modulation reference signal S 2f is formed to correspond to the intensity variation of the first optical signal S 0 , 상기 제 1 측정 신호(SMI)와 상기 제 3 측정 신호(SMI1)를 관련시키고 상기 관련된 신호와 제 2 측정 신호(SMA) 간의 비(ratio)를 생성하는 것을 특징으로 하는 기체 검출 방법. And correlates the first measurement signal (SMI) with the third measurement signal (SMI1) and generates a ratio between the associated signal and the second measurement signal (SMA). 기체 검출 장치에 있어서, 상기 장치는In the gas detection device, the device is 최초 광 신호(S0)를 제공하는 하나 이상의 파장 변조된 레이저 소스(1),One or more wavelength modulated laser sources (1) providing an initial optical signal (S 0 ), 농도, 또는 그 존재 유무가 판단될 하나 이상의 기체를 수신하기 위한 검출 영역(4),A detection area 4 for receiving one or more gases whose concentration or presence is to be determined, 상기 기체들 중 하나의 흡수 라인 주위에서 대칭되는 최초 주파수(f)를 갖는 상기 최초 광 신호(S0)를 파장 변조하고, 시간에 걸친 강도 변동을 갖는 최초 광 신호(S0)를 공급하는 공급 제어 수단(13, 15)으로서, 이때, 상기 주어진 최초 주파수(f)에서, 상기 기체 흡수 라인 주위에 대한 상기 최초 광 신호(S0)의 광 강도의 교대 스캐닝을 발생시키기 위해, DC 전류 신호를 형성하기 위한 DC 공급 제어 수단(13)과, AC 전류 신호를 형성하기 위한 AC 공급 제어 수단(15)을 포함하는 상기 공급 제어 수단,A supply that wavelength modulates the original optical signal S 0 with an initial frequency f symmetric around an absorption line of one of the gases, and supplies an initial optical signal S 0 with an intensity variation over time Control means 13, 15, wherein at the given initial frequency f, a DC current signal is generated to generate alternating scanning of the light intensity of the original light signal S 0 around the gas absorption line. Said supply control means comprising a DC supply control means 13 for forming and an AC supply control means 15 for forming an AC current signal, 상기 검출 영역(4)의 외곽부에서 각각 배열된 광 센서(8)로서, 이때 상기 검출 영역(4)을 통과한 상기 최초 광 신호(S0)의 강도의 변화를 포함하는 도출 광 신 호(SG)를 수신하고, 상기 도출 광 신호(SG)의 광 강도 변경에 비례하는 검출 신호(SD0, SD1)를 제공하는 상기 광 센서(8),An optical sensor 8 arranged at the periphery of the detection region 4, wherein the derived optical signal comprises a change in intensity of the initial optical signal S 0 passing through the detection region 4; The optical sensor 8 for receiving S G ) and providing detection signals S D0 , S D1 proportional to a change in the light intensity of the derived light signal S G , 상기 검출 영역(4)에서의 주어진 기체의 농도, 또는 존재 유무에 관련된 신호를 상기 검출 신호(SD0, SD1)로부터 제공하는 프로세싱 수단(16 ~ 26)으로서, 상기 프로세싱 수단(16 ~ 26)은, 상기 도출 광 신호(SG)의 시간 미분 값에 비례하는 검출 신호(SD1)를 제공하기 위한 수단(25)과, 지정 제 3 주파수를 갖는 제 3 변조 참조 신호(Sf)를 생성하기 위한 제 3 생성 수단(18)과, 상기 최초 주파수(f)의 2배 주파수를 갖는 제 2 변조 참조 신호(S2f)를 생성하는 제 2 생성 수단(16)을 포함하며, 이때, 변조 참조 신호(Sf, S2f)는 상기 최초 광 신호(S0)의 강도 변동에 대응하도록 형성되며, 상기 프로세싱 수단(16 ~ 26)은, 제 3 측정 신호(SMI1)를 제공하기 위해, 상기 제 3 변조 참조 신호(Sf)에 상기 검출 신호(SD1)를 곱한 후, 도출 신호를 시간에 대해 적분하기 위한 제 3 수단(21)을 더 포함하며, 이때 상기 제 3 측정 신호(SMI1)는 상기 최초 광 신호(S0)의 강도의 함수이면서, 상기 기체의 농도에는 독립적인 상기 프로세싱 수단(16 ~ 26),Processing means (16 to 26) for providing a signal relating to a given concentration or presence of a gas in the detection area (4) from the detection signals (S D0 , S D1 ), the processing means (16 to 26) Generates means 25 for providing a detection signal S D1 proportional to the time derivative of the derived optical signal S G , and a third modulated reference signal S f having a specified third frequency. And third generating means (18) for generating a second modulation reference signal (S 2f ) having a frequency twice the original frequency (f), wherein modulation reference The signals S f and S 2f are formed to correspond to the intensity variation of the initial optical signal S0, and the processing means 16 to 26 are configured to provide the third measurement signal S MI1 , in order to provide a third measurement signal S MI1 . Third means for integrating the derived signal with respect to time after multiplying the third modulation reference signal S f by the detection signal S D1 ( 21) wherein the third measurement signal S MI1 is a function of the intensity of the original optical signal S 0 and the processing means 16 to 26 independent of the concentration of the gas, 기체 흡수에 대해 함수 관계이면서, 상기 최초 주파수(f)를 갖는 상기 최초 광 신호(S0)의 강도 변조에 독립적인 제 2 측정 신호(SMA)를 제공하기 위해, 상기 제 2 변조 참조 신호(S2f)에, 상기 검출 신호(SD1)를 곱한 후, 시간에 대해 적분하는 제 2 수단(19)In order to provide a second measurement signal S MA that is a function of gas absorption and independent of the intensity modulation of the original optical signal S 0 having the original frequency f, the second modulation reference signal ( Second means 19 for multiplying S 2f ) by the detection signal S D1 and integrating over time 을 포함하며, 이때Including, where 제 1 생성 수단(17)은 상기 최초 광 신호(S0)에 대해 45도 위상 각을 갖는 상기 최초 주파수(f)의 2배 주파수를 갖는 제 1 변조 참조 신호(S2f0)를 생성하는데 적합하고, 상기 제 1 변조 참조 신호(S2f0)를 진폭 레벨 1과 0 사이에서 진동시키는데 적합하며,The first generating means 17 is suitable for generating a first modulated reference signal S 2f0 having a frequency twice the initial frequency f having a 45 degree phase angle with respect to the original optical signal SO, Suitable for oscillating the first modulation reference signal S 2f0 between amplitude levels 1 and 0, 제 1 수단(20)은 상기 제 1 변조 참조 신호(S2f0)에, 상기 광 센서(8)로부터 수신된 도출 광 신호(SG)를, 검출 신호(SD0)로서 미분기를 사용하지 않고 곱함으로써, 상기 최초 광 신호(S0)의 강도의 함수이면서, 상기 기체의 농도에는 독립적인 제 1 측정 신호(SMI)를 제공하며,The first means 20 multiplies the first modulated reference signal S 2f0 by the derived optical signal S G received from the optical sensor 8 without using a differentiator as the detection signal S D0 . Thereby providing a first measurement signal S MI that is a function of the intensity of the original optical signal S 0 and independent of the concentration of the gas, 프로세싱 유닛(26)은 상기 제 1 측정 신호(SMI)를 상기 제 3 측정 신호(SMI1)에 관련시키며,The processing unit 26 associates the first measurement signal S MI with the third measurement signal S MI1 , 프로세싱 유닛(22)은 상기 제 2 측정 신호(SMA)를 상기 프로세싱 유닛(26)으로부터 수신된 상기 관련된 측정 신호(SMIC)로 나누어서, 주어진 기체의 존재 유무, 또는 그 농도에 관한 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 기체 검출 장치.The processing unit 22 divides the second measurement signal S MA by the related measurement signal S MIC received from the processing unit 26 to generate a signal relating to the presence or absence of a given gas or its concentration. Gas detection device, characterized in that.
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