KR20070105875A - 가스 검출 방법 및 가스 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 DC 구동 전류에 의존하는 가스 없이 교정 단계 중에 에탈론 프린지 주기를 결정함으로써 가스 검출 장치 내의 에탈론 압축을 위한 방법을 제공한다. 이전 교정 단계에서 결정된 에탈론 프린지 주기에 대응하는 DC 구동 전류 사이의 차이 존재하는 상태에서, 레이저 소스가 가스 흡수도 피크의 중심에서 동작할 때 제 1 사전 측정 신호를 결정함으로써, 가스 흡수도의 함수이며, 초기 주파수(f)에서 초기 광신호의 세기 변조에 독립적인 측정 신호가 발생하며, 레이저 소스가 검출될 가스의 가스 흡수도 피크 이하에서 DC 구동 전류로 동작될 때 제 2 사전 측정 신호가 결정하고, 그리고 레이저 소스가 가스 흡수도 피크 이상에서 DC 구동 전류와 동작할 때 제 3 사전-측정 신호가 결정된다. 최종 측정 신호는 제 1 사전 측정 신호 및 제 2 사전 측정 신호와 제 3 사전 측정 신호의 산술 평균 사이의 차로써 결정된다. 이러한 에탈론 프린지 압축은 가스 검출기 내의 기준 채널의 실질적인 단순화를 구현하도록 하며, 변조 주파수(f)나 변주 주파수(2f)의 두 배에서 검출 신호를 분석하는 분리된 락-인 채널을 필요로 하지 않는다.
Description
도 1은 제로의 가스 농도를 가지는 메탄 가스 검출기의 에탈론 프린지를 다이어그램(a)에 나타내고, 메탄이 존재하는 상태에서 다이어그램(a)에서와 동일한 장치를 다이어그램(b)에 나타낸다.
도 2는 제 2 독립 파장 변조를 이용하여 산소 검출기의 잔여 에탈론 프린지(제로의 산소 농도)를 다이어그램(a)에 나타내고, 세 개의 산소 흡수도 피크를 가지는 상태에서 다이어그램(a)에서와 동일한 장치를 다이어그램(b)에 도시한다.
도 3은 레이저 DC 구동 전류의 면에서 에탈론 프린지 주기를 측정함으로써(대상 가스가 존재하지 않음) 오프-피크 측정 포인트의 결정법을 나타내는 다이어그램(a)과, 가스 흡수도 피크(0)와 다이어그램(a)에서 결정된 두 개의 오프-피크 위치(1) 및 (2)에서 신호가 측정되는 3-포인트 측정법을 나타내는 다이어그램(b)을 나타낸다.
도 4는 다이어그램(a)에서 가스 흡수도 피크를 벗어나 동작할 때, 광 다이오드에 의해 표시되는 빛의 세기를 시간에 대해 도시하며, 다이어그램(b)에서 가스 흡수도 피크에 집중되어 동작할 때, 광 다이오드에 의해 도시된 빛의 세기를 시간에 대해 나타낸다.
본 발명은 구체적으로 국제특허 출원 WO 2005/026705에 공개된 저비용 적외선(IR) 가스 검출에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 가스 검출 방법 및 가스 검출 장치는 파장 변조 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)이나 DFB(Bistributed FeedBack) 레이저에 의해 형성된 소스(source)에 근거하며, 파장의 변조가 레이저 소스 출력 세기 변조와 직접 연결된다는 사실을 이용한다. 파장이 가스 흡수(absorption) 라인을 가로질러 스캔 됨에 따라, 가스 부피를 통과한 후 검출기에 입사한 빛의 세기가, 레이저 소스 세기 및 가스 흡수(absorption)에 관하여 표시된다. 따라서, 알려진 검출 방법 및 장치는, 파장 변조된 레이저 소스에 의해 초기 광신호를 제공한다.
소스는 초기 광신호를 제공하며, 이는 정해진 가스 주위의 흡수 라인에서 지정된 초기 주파수(f)의 AC 변조 신호를 이용하여 변조된 파장(wavelength)이다. 정해진 농도에서 가스를 입력받기 위한 검출 영역의 주변에 광센서가 각각 배치된다. 광센서는 검출 영역을 통과한 초기 광신호에 의해 형성된 결과 광신호를 수신한다. 다음에 검출 신호가 형성되며, 이는 결과 광신호의 시간 미분값에 실질적으로 비례한다. 나아가, 지정된 주파수(f)에서 제 1 변조 기준 신호를 발생하기 위한 제 1 수단과, 이 주파수의 두 배인 주파수(2f)에서 제 2 변조 기준 신호를 생성하는 제 2 수단이 공개된다. 검출 신호는 제 1 변조 기준 신호와 곱해지며, 이후에 제 1 측정 신호를 제공하기 위해 시간에 대해 적분된다. 제 1 측정 신호는 초기 광신호의 함수이며, 상기 가스 농도에 실질적으로 독립적이다. 검출 신호는 상기 제 2 변조 기준 신호와 추가로 곱해지고, 이후에, 제 2 측정 신호를 제공하기 위해 시간에 대해 적분된다. 제 2 측정 신호는 가스 흡수도의 함수이며 주어진 초기 주파수에서 초기 광신호의 세기 변조에 실질적으로 독립적이다. 제 2 측정 신호를 제 1 측정 신호에 의해 나눔으로써 최종 측정 신호가 수신된다. 이로써, 농도에 관한 신호를 제공하거나 지정된 가스의 존재 여부를 제공한다. 이러한 가수 검출 방법 및 장치는, 단일 센서 유닛이 하나의 레이저 소스에 대해 필요하다는 이점을 가진다. 정확한 가스 농도 값을 결정하는 데 필요한 모든 것이 발생한 검출 신호 처리에 의해 얻어진다. 지정된 가스 샘플을 통과한 후에 센서 유닛에 의해 수신된 광신호의 미분값(derivate)에 발생한 검출 신호가 비례한다.
제 1 및 제 2 기준 변조 신호 모두는 초기 광신호의 세기 변화에 대해 동상(in phase)이다. 이러한 공지된 측정 기술에 대해, 검출 신호는 시간에 대해 미분되고, 미분된 신호는 2-채널 락-인(lock-in) 증폭기로 입력된다. 제 1 채널은 변조 주파수(f) 상에서 동작하고, 출력 신호는 레이저 전류의 함수로서 광학적인 파워의 기울기에 비례한다. 제 2 채널은 변조 주파수의 두 배에서 동작하며, 이의 출력은 레이저 빔에 접촉한 가스 농도에 비례하는 신호를 제공한다. 주파수(f)에서의 측정 신호에 대한 주파수(2f)에서의 측정 신호의 비는 레이저 출력에 독립적인 가스 흡수 농도를 제공한다. 왜냐하면, 레이저 세기의 변화가 빛의 경로(light path) 내의 광학적인 감퇴(degradation)로부터 유래한다는 가정하에, 주파수(f)에서의 측정 신호가 레이저 세기에 관한 정보를 포함하기 때문이다. 이러한 가정은 다음과 같은 두 가지 조건에 대해서만 유지된다
1. 레이저는 모드 하핑(hopping), 즉 파장의 급작스런 변화를 나타내지 않는다. 만일, 이러한 모드 하핑이 발생하는 경우에는 DC 레이저 전류를 변화시킴으로써 파장을 재조정해야한다. 즉, 차례로 레이저 출력 전력을 변경한다. VCSEL에 대해, 주파수(f)에서의 신호에 의해 측정되는 기울기가 반드시 변하는 것은 아니다. DFB 레이저의 경우에, 출력 전력은 DC 전류에 비례하고, DC 전류는 서로 다른 출력 전력에 대해 주파수(f)에서 동일한 신호를 제공한다.
2. 레이저의 온도는 정확히 안정된다. 레이저 온도의 변화에 대해, 파장이 변하고, 이는 차례로 DC 레이저 전류의 재조정으로 이어져 가스 흡수 라인의 파장에 집중되도록 한다. 이러한 전류의 변화는 위의 1에 기술된 바와 같이 세기의 변화를 의미한다.
종래 기술에 따른 특허 출원에 기술된 방법에 대하여, 주파수(f)에서의 변조 기준 신호에 근거한 신호가 가스 흡수 라인의 중심 주변의 기울기를 나타낸다. 이는 가스 농도에 비례한다. 높은 가스 농도에서, 측정의 정확도가 DC 레이저 전류의 정확도에 의해 제한된다. DC 레이저 전류의 에러는 주파수(f)에서의 변조 기준 신호에 영향을 미친다. 전류의 변화는 레이저 신호의 변화를 일으킬 것이며, 이러한 효과가 농도에 대해 증가한다. 이는, 일부 애플리케이션에 대해 종래 기술에 따른 방법 및 장치가 레이저의 온도 제어 면에서 어려움이 있으며, 레이저의 열 장치에 매우 의존한다. DFB 레이저 및 VCSEL은 열 부담 면에서 매우 차별화되며, 따라서 DC 전류의 관점에서 필요한, 가스 흡수 라인의 추적에는 온도 추적도 마찬가지로 포함되어야 한다.
동시 계속 출원(co-pending) 중인 유럽 특허 출원 05 016 948.1은 초기 주파수의 두 배에서 제 1 변조 기준 신호가 개별적인 수단에 의해 생성되며, 이로써, 제 1 변조 기준 신호는 초기 광신호에 대해 45도 위상 각을 가진다. 이러한 제 1 변조 기준 신호는 진폭 레벨 1과 0 사이에서 진동하며, 제 2 변조 기준 신호의 진폭 레벨과 다르다. 마지막으로, 결과 광신호로부터 직접 수신된 검출 신호가 제 1 변조 기준 신호와 곱해진다. 따라서, 제 1 변조 기준 신호는 주파수(f)에서 측정되지 않으나, 주파수(2f)에서는, 진폭 레벨에서 2f 변조 기준 신호에 대한 약간의 변조와 그리고 제 1 변조 기준 신호와 초기 주파수 사이의 45도의 위상 쉬프트를 이용하여 측정된다. 이는 시간에 대한 미분에 의해 획득된 동일한 위상을 제공하는 필요하다. 나아가, 검출 신호는 더 이상 미분되지 않으나, 제 1 측정 신호를 발생하기 위한 락-인 증폭기로 직접 입력되며, 제 1 측정 신호는 초기 광신호의 세기의 함수이다. 가스 흡수(즉, 레이저와 검출기 사이에서의 광선의 감퇴를 포함함)가 없는 경우에, 검출기에 의해 나타낸 바와 같이 결과 신호는 레이저 빛의 세기에 직접 비례한다. 나아가, 가스 검출기의 특정된 애플리케이션에 따라, 안정적인 최종 측정 신호를 획득하기 위해 이는 제 1 2f 변조 기준 신호와 신호 처리를 다른 처리와 결합하도록 제안된다. 추가 실시예에서, 제 2 변조 기준 신호는 초기 주파수(f)의 두 배에서 생성되며, 이로써, 제 1 및 제 2 변조 기준 신호들은 초기 광신호에 상 관된 동일한 위상을 가진다. 따라서, 양쪽의 신호들은 레이저 소스를 위한 AC 변조 신호에 대해 45도 위상 각을 가진다. 나아가, 제 2 변조 기준 신호는 진폭 레벨 1과 -1 사이에서 진동한다. 제 2 측정 신호 발생을 위해, 결과 광신호로부터 직접 수신된 검출 신호가 락-인 증폭기를 통해 제 2 변조 기준 신호와 곱해진다. 최종 측정 신호는 상기 언급한 비율에 의해 획득된다. 이 실시예에서, 최종 측정 신호는 2f 변조 기준 신호에 근거하여 제 1 및 제 2 측정 신호에 의해 획득된다. 양쪽은 결과 광신호로부터 직접 수신된 검출 신호를 이용하여 획득된다. 다른 실시예에서, 제 2 변조 기준 신호는 초기 주파수(f)의 두 배에서 발생되며, 이로써 제 2 변조 기준 신호는 초기 광 신호의 세기 변화를 이용하여 정확히 동상이 된다. 검출 수단에 의해 발생된 검출 신호는 결과 광 신호의 시간 미분 계수에 실질적으로 비례하며, 제 2 측정 신호는 제 2 변조 기준 신호와 검출 신호를 곱함으로써 발생된다. 이러한 신호 처리는 최적 결과를 나타내며, 이는 레이저 온도와 갑작스런 파장 변화에 독립적이다. 이 실시예에서는 또한 2f 변조 기준 신호에 근거하여 최종 측정 신호가 제 1 및 제 2 측정 신호에 의해 획득된다. 그러나 흡수도의 함수인 제 2 측정 신호는 미분된 검출 신호에 의해 획득된다. 추가 전자 장치를 필요로 하는 추가 실시예에서, 주파수(f 및 2f)에서의 두 개의 기준 변조 신호들은 두 개의 측정 신호를 발생하는 데 이용된다. 두 개의 측정 신호는 초기 광신호의 세기에 대한 함수이다. 이는 제 1 2f 변조 기준 신호에 따라 제 1 측정 신호에 추가로 제 3 측정 신호를 발생함으로써 실현된다. 또한 제 3 측정 신호는 초기 광신호의 세기의 함수이다. 초기 주파수(f)에서 제 3 변조 기준 신호와 검출신호를 곱함으로써, 이러한 제 3 측정 신호가 검출 신호로부터 발생된다. 이후에 시간에 대해 적분된다. 나아가, 제 2 측정 신호는, 초기 주파수(f)의 두 배에서 제 2 2f 변조 기준 신호와 검출 신호를 곱함으로써, 검출 신호로부터 발생한다. 제 3 및 제 2 변조 기준 신호는 초기 광신호의 세기 변화와 동상으로 정확히 정의되며, 양 측정 신호들에 대한 검출 신호는 결과 광신호의 시간 미분 계수에 대해 실질적으로 비례한다. 제 1 및 제 3 측정 신호를 상관하고 제 1 측정 신호와 제 1 및 제 2 측정신호의 상관 신호 사이의 비율을 생성함으로써 최종 측정 신호가 획득된다.
일반적으로, 파장 변조 레이저 분석법에서, 레이저 파장은 변조 주파수(f)에서 변조된다. 측정될 가스 샘플을 통해 빛을 전송한 후에, 레이저 빛이 광 검출기로 입사한다. 일반적으로, 광 검출기의 신호는 위상-감지 락-인 증폭기로 입력되며, 두 배의 변조 주파수(2f 검출)의 광 검출 신호에 관련된다.
2f 검출은 다음과 같은 다양한 잡음 소스에 의해 제한된다:
레이저 세기 노이즈(이는 레이저 세기를 측정함으로써 부분적으로 보상될 수 있다);
광 검출 및/또는 증폭 회로로부터 유래된 전자 노이즈;
광 간섭-기반 노이즈.
간섭에 기반한 광 노이즈는 광 반점이나 에탈론 프린지(etalon fringe) 형태를 가질 수 있다. 광 반점은 먼지 및 오염 등과 같은 비 규칙적 지점에서 응집된 레이저 빛의 회절에 의해 발생하는 간섭 패턴이다. 광 반점은 본 발명의 대상이 아니다.
에탈론 프린지는 설정된 광 경로 내의 광 인터페이스로(즉, 이는 창이나 렌즈, 거울 등)부터 후방 반사된 빛의 일부에 의해 유발된다. 레이저 빛의 후방-반사 부분이 레이저 빔과 간섭함에 따라, 후방 반사 및 전파 레이저 빛의 상호작용이 가스 흡수 장치의 공동 내(즉, 측청될 가스를 포함하는 자유 공간 흡수 경로)에 정상파(standing wave)를 발생시킬 수 있다.
공동의 길이가 변경되는 경우에, 광 검출기의 위치에서 정상파의 진폭이 주기 최소치 및 최대치 사이에서, 공동 길이의 함수로 변경될 것이다. 동일한 길이가 일정하게 유지되고 레이저 빛 파장이 변경되는 경우에, 동일한 효과가 얻어질 수 있다. 공동 길이나 레이저 파장을 이용한 빛의 진폭의 주기적 변화를 소위 "에탈론 프린지"라 한다. 도 1은 제로 가스 농도를 가지는 메탄 가스 검출기의 에탈톤 프린지를 다이어그램(a)에 나타낸다 (주의: 전자 노이즈 플로어는 이 그래프에 포함되지 않는다). 그리고, 도 1은 메탄 존재하는 상태에서, 다이어그램(a)에서와 동일한 장치를 다이어그램(b)에 나타낸다. 에탈톤 프린지는 흡수도 피크의 중심에 가스 흡수 신호와 거의 동일한 크기이다.
실제 가스 검출 장치에서, 공동의 길이 변화는 기계적 구성요소들의 열적 확장으로부터 비롯된다. 일 예로, 철의 열적 확장 계수(10ppm/℃), 10센티미터의 기계적 길이 그리고 0℃에서 50℃까지의 동작 온도에서, 공동(cavity)은 5마이크로미터 씩 길이가 변한다. 이러한 길이 변화는 레이저 파장의 3-4 배에 대응하며, 이에따라 커다란 에탈론 프린지를 생성할 수 있다. 에탈론 프린지는 레이저 세기에 직접적으로 연관되는 것은 아니며, 따라서 레이저 세기를 측정함으로써 보상될 수 없 다.
주변 온도 상의 에탈론 프린지의 주기이나 레이저 파장(구동 전류)이 기하학적 공동의 길이의 함수이며, 이는 에탈론 프린지를 생성한다. 즉, 공동이 길면 길수록 에탈론 프린지 구간가 짧아진다. 에탈톤 프린지 발생 공동이 수 센티미터의 길이를 가지는 경우에 (이는 흡수 경로의 전형적인 길이임), VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)에 근거하는 가스 검출 장치에 대해, 에탈톤 프린지 주기가 가스 흡수도 피크와 거의 동일하다 (파장 면에서). 매우 작은 공동(즉, 레이저 캡(cap)의 윈도우)는 에탈톤 프린지를 발생하며, 이는 VCSEL의 전체 튜닝 범위보다 긴 길이를 가진다. 이러한 경우에, 주위 온도에 대해 신호 변화가 신호 오프셋의 변화를 닮는다.
가스 검출 장치는 항상 광학 인터페이스(적어도 레이저 칩이 광학 윈도우 아래에 밀봉될 것이다)를 포함하며, 동작 조건은 항상 열 팽창을 발생한다. 따라서, 파장 변조 분석법에 근거한 대부분의 가스 검출 장치는 전자 노이즈에 의해서라기보다는 에탈톤 프린지에 의해 하부 검출 한도에서 제한된다. 에탈톤 프린지 압축은 따라서 가스 검출 장치의 성능(정확도, 정밀도, 검출 한도) 의 향상을 위한 핵심 요소이다.
에탈톤 프린지 압축에 대한 여러 기술이 종래기술로 알려져 있다.
제 1 기술은 가스 검출 장치(바람직하게는 거울) 내의 광학 컴포넌트 중 하나의 위치의 주기적 변화에 포함된다. 예를 들어, 이러한 변화는 피에조 전기 위치 장치에 거울을 배치하고 이러한 장치를 AC 전압으로 구동함으로써 구현될 수 있다 (AC 전압의 주파수는 파장 변조의 주파수와 다르다). 이러한 구현 예의 전체 효과는 에탈론 프린지가 시간에 대해 전체 진폭의 변화를 일으킨다. 광 검출 증폭기의 시간 상수가 피에조 전기 AC 구동 전압의 주기보다 훨씬 큰 동안에는, 증폭기 출력 신호는 모든 가능한 에탈론 프린지 진폭에 대한 평균이며, 따라서 열적 팽창에 기인한 에탈톤 프린지의 변화가 아무런 효과를 나타내지 않는다. 에탈톤 프린지 압축을 최소화하기 위해, 지정된 광학 설정에 대해, 피에조 전기 AC 구동 전압이 주파수 면 및 진폭 면에서 최적화될 수 있다.
제 2 주파수(원래의 변조 주파수와 관련이 없음)에서 레이저 파장를 변조 방법에 에탈론 프린지를 압축하는 제 2 수단이 포함된다. 증폭기의 시간 상수는 제 2 파장 변조의 주기보다 훨씬 큰 조건에서, 상술한 기술에서와 유사한 방법으로, 제 2 변조에 기인한 파장 변화가 에탈톤 프린지 진폭(이는 광 다이오드의 증폭기에 의해 평균됨)의 순간적 변화를 일으킨다. 유사하게, 제 2 파장 변조의 진폭 및 주파수는 지정된 광학 배열에 대해 최대 에탈톤 프린지 압축에 대해 최적화될 필요가 있다.
다른 에탈톤 프린지 압축 기술은 가스 흡수 피크의 파장에서(빠른 파장 변조를 적용하는 동안) 느린 스캔을 이용한다. 여기서, 에탈론 프린지 진폭 및 주기는 2f 신호를 스캔한 결과(이는 진폭 및 주기가 소거되도록 함)로부터 산술적으로 계산된다. 이러한 기술의 주요한 단점은 가스 흡수도 피크에 걸쳐 2f 증폭기 신호의 파장 스캔을 얻어야 한다는 것이며, 이는 측정 주기가 매우 느리다는 것을 의미한다.
모든 에탈톤 압축 기술의 공통 포인트는 절대 압축 기술이 없다는 데 있으며, 그리고 잔여 에탈톤 프린지로부터 기인한 대부분의 가스 검출 장치의 주요 성능 제한에 있다. 도 2는 다이어그램(a)에 산소 검출기의 잔여 에탈론 프린지(제로의 산소 농도에서)를 나타내며, 이는 제 2, 독립 파장 변조(잔여 에탈론은 전자 잡음 플로우보다 약 3배 크다)를 이용한다. 또한, 다이어그램(b)에는 세 개의 산소 흡수도 피크를 가지는 다이어그램(a)에서와 동일한 장치를 나타낸다.
이와 같이, 본 발명의 목적은 가스 검출을 위한 에탈론 프린지 압축 기술을 제공하는 데 있다. 이러한 압축 기술은 온도와 갑작스런 파장길이 변화에 거의 의존하지 않는다.
이러한 에탈론 압축 기술에 근거하여, 본 발명의 다른 목적은 초기 광신호의 세기에 대한 함수이며 가스 농도에 실질적으로 독립적인 제 1 측정 신호를 더 쉽게 발생하도록 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 목적은 가스 검출을 위한 에탈론 프린지 압축 기술을 제공하는 데 있다. 이러한 압축 기술은 온도와 갑작스런 파장 변화에 거의 의존하지 않는다.
이러한 에탈론 압축 기술에 근거하여, 본 발명의 다른 목적은 초기 광신호의 세기에 대한 함수이며 가스 농도에 실질적으로 독립적인 제 1 측정 신호를 더 쉽게 발생하도록 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 문제는 청구항에 기재된 가스 검출 방법 및 검출기 장치에 의해 해결된다. 나아가 추가 특징이 각각의 하위 청구항에 기재된다.
본 발명에 따르면, 이전 교정 단계에서 결정된 에탈론 프린지 주기에 대응하는 DC 구동 전류 사이에 차가 존재하는 상태에서, 가스 검출 방법은 레이저 소스가 가스 흡수도 피크의 중심에서 동작할 때 제 1 사전 측정 신호를 결정하고, 레이저 소스가 측정될 가스의 가스 흡수도 피크 이하에서 DC 구동 전류로 동작할 때 제 2 사전 측정 신호를 결정하며, 그리고 가스 흡수도 피크 이상에서 DC 구동 전류로 동작할 때 제 3 사전 측정 신호를 결정함으로써 제 2 측정 신호를 발생하는 단계를 포함한다. 또한, 제 1 사전 측정 신호와, 제 2 사전 측정 신호 및 제 3 사전 측정 신호의 산술 평균 사이의 차로써, 최종 제 2 측정 신호를 결정하는 단계를 포함한다. 본 발명은 상기 언급한 종래 기술 문서 WO 2005/026705 A1 및 동시계속출원된 유럽 특허출원 05 016 948.1에 기술된 측정 기술에 근거한다. 이러한 문서들의 내용은, 이 명세서에 기술되지 않았을 수도 있는 기술적 배경 및 신호 처리에 관하여 참조문헌으로 포함된다. 에탈론 압축을 위한 본 발명은 상기 언급한 바와 같이 그리고 위의 문서에 기술된 바와 같이, 측정 신호의 발생에 대해 모든 다른 종류 방법에 적용될 수 있다.
레이저 DC 구동 전류 축을 가로질러 이러한 프린지가 위치를 이동할 때, 이러한 3-포인트 측정의 이점은 잔여 에탈론 프린지의 기여분(contribution)을 소거한다는 점에 있다. 주변 온도의 큰 변화에 대한 가스 검출 장치의 안정성이 따라서 크게 강화된다. 위에 언급한 바와 같이 흡수도 피크의 레이저 전류 스캔에 관하여, 3-포인트 측정이 상당히 더 빠른 알고리즘이다.
매우 작은 공동에 의해 발생한 에탈론 프린지의 경우에, 에탈론 프린지 주기를 결정할 수 없다. 왜냐하면, 후자가 레이저의 파장 튜닝보다 더 길기 때문이다. 이 경우에, 후자가 관련 신호에 영향을 미치지 않도록 오프-피크(off-peak) 위치가 가스 흡수도 피크로부터 충분히 떨어져 있는 것이 가능하다.
바람직하게는 상기 교정 단계가, DC 레이저 전류의 함수로 결정될 가스 없이 측정 교정 신호를 발생하고, 동일한 유형의 극한값의 DC 구동 전류 사이의 차로서 에탈론 프린지 주기를 결정함으로써 수행된다.
파장 면에서 이들의 주기를 고려할 때, 에틸론 프린지의 세 개의 일반적인 케이스가 다음과 같이 존재한다.
(1) 가스 흡수도 피크보다 짧거나 동일한 주기를 가지는 에탈론 프린지;
(2) 가스 흡수도 피크의 폭보다 크나 레이저의 전체 튜닝 범위보다 짧은 주기를 가지는 에탈론 프린지;
(3) 레이저의 전체 튜닝 범위보다 긴 주기를 가지는 에탈론 프린지.
(1)의 에탈론 프린지는 수 센티미터의 광학적 공동(이는 가스 흡수 경로의 길이에 대응함)에 의해 발생하며, 보통 추가 레이저 변조 기술에 의해 카운터 액트한다.
(2)의 에탈론 프린지는, 수 밀리미터의 공동에 의해 발생하며, 레이저 칩과 레이저 헤더의 윈도우 사이의 거리에 대응한다. 이러한 에탈론 프린지는 일반적으 로 추가 레이저 변조에 방해가 되며, 기울어진 레이저 헤더 윈도우에 의해 반대로 작용하여야 한다. 그러나, 레이저 빔(10-20°)의 넓은 간극에 기인하여, 레이저 빛의 일부가 헤더의 금속 캡의 에지에 의해 또는 윈도우나 금속 캡에 의해 형성된 에지에 놓인 아교질 잔여물에 의해 뒤쪽으로 반사될 수 있다. 본 발명은 이러한 잔여 에탈론 프린지와 매우 효과적으로 카운터 액트(counter-act)한다.
바람직한 실시예에 따라, 레이저 소스가 상기 가스 흡수도 피크 이하의 DC r구동 전류로 동작할 때 제 1 검출 신호를 결정함으로써, 그리고 레이저 소스가 가스 흡수도 피크 이상의 DC 구동 전류로 동작할 때 제 2 검출 신호를 결정함으로써, 그리고 제 1 검출 신호와 제 2 검출 신호의 산술 평균을 결정함으로써, 상기 제 1 측정 신호가 발생한다. 상술한 바와 같이 3-포인트 측정에 의해 에탈론 프린지 압축이 기준 채널의 실질적인 간소화를 구현하도록 한다. 이는 상기 제 1 측정 신호를 발생하는 간소화된 방법으로 이어지고 이는 알려진 바와 같이 추가로 처리된다. 가스 검출기 장치에서, 미분기 없이 제 1 측정 신호를 제공하는 제 1 수단은 검출 신호를 수신하며, 제 1 검출 신호의 산술 평균을 산출함으로써 제 1 측정 신호를 결정하도록 구성되며, 제 1 측정 신호는 레이저 소스가 가스 흡수도 피크 이하에서 DC 구동 전류로 동작할 때 결정되며, 제 2 측정 신호는 레이저 소스가 가스 흡수도 피크 이상에서 DC 구동 전류로 동작할 때 결정된다. 검출된 신호에 대한 가스 농도 기여분 없이 양쪽의 검출 신호들은 DC 구동 전류로 결정되며, DC 구동 전류 사이의 차는 검출 영역의 광학 시스템의 에탈론 프린지 주기에 대응한다. 이전에 언급한 두 개의 특허 문서에서, 레이저 가스 검출기의 기준 채널은 구분된 락-인 채널로 구성된다. 락-인 채널은 변조 주파수(f)나 두 배의 변조 주파수(2f)에서 검출기 신호를 분석한다. 에탈론 압축에 기반하여 제 1 측정 신호가 결정될 때, 이러한 락-인 채널은 본 발명의 가스 검출기 장치에 필요한 것은 아니다.
이러한 방법의 장점은 매우 직접적이라는 데 있다. 즉, 레이저의 온도가 잘 고정되지 않은 경우에, 레이저 DC 전류는 레이저 세기를 변경하도록 재-조절될 필요가 있으나, f-신호일 필요는 없다. 본 발명에서, 레이저 세기가 직접 측정되어 가스 검출 장치의 교정이 안정적으로 남는다. 직접적인 레이저 세기의 측정은 동시계속 출원된 유럽 특허 출원 05 016 948.1에서 2f/2f-측정이라 한다. 그러나, 본 발명의 2f/dc 측정은 훨씬 구현하기가 간단한데 이는 락-인 채널을 필요로 하지 않기 때문이다. 즉, 사전 증폭된 광 다이오드 신호의 평균만을 필요로 한다.
다음에서 본 발명의 특정한 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이나, 이러한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다(개별적인 특징들은 단일하게 구현되거나 본 발명의 실시예에서 다른 특징과 함께 구현될 수 있다).
이하의 설명은 발명이 속하는 분야의 기술자가 본 발명을 이용할 수 있도록 하기 위한 것이며, 구체적인 응용 예 및 필수 구성요소들을 포함한다. 첨부된 실시예들에 대해 다양한 변경을 할 수 있음은 당업자에게 자명하며, 여기에 정의된 일반적인 개념들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다른 실시예들 및 응용 예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하의 실시예들에 한정되는 것이 아니며, 이하에 포함된 개념 및 특징들을 포함하는 넓은 범위를 포함한다.
이미 논의된 바와 같이, 본 발명은 상기 언급된 애플리케이션에 대한 두 개 의 특허 문서들에 기술된 측정 기술에 근거한다.
튜닝가능한 레이저(1)가 적합한 레이저 DC 구동 전류에 의해 측정될 가스의 가스 흡수도 피크(peak)에 집중된다. 레이저 온도의 드리프트(drift)에 기인한 레이저 파장 드리프트를 피하도록 레이저의 온도는 보통 상수 값에서 유지된다. 주파수(f)의 AC 전류는 DC 레이저 전류에 겹쳐지므로 레이저 파장이 주파수(f)를 가진 가스 흡수도 피크 주위에서 진동한다.
레이저 빛은 측정될 가스를 포함하는 가스 볼륨(4)을 통과하며, 이어서 검출 수단으로서의 광 다이오드에 입사된다. 레이저 구동 전류의 AC 변조가 레이저의 광학적 출력의 세기 진동으로 연결되며, 이러한 세기 진동이 변조 주파수(f)에서 일어난다. 목표 가스가 가스 흡수 경로에 존재하는 경우에, 레이저 파장이 가스 흡수도 파장과 일치할 때마다 레이저 빛의 일부가 흡수될 것이다. 이러한 현상이 변조 사이클당 정확히 두 번씩 발생함에 따라, 레이저 빛을 수신하는 광 다이오드의 신호 출력이 DC 신호와, 주파수(f)에서의 AC 신호와, 그리고 주파수(f)에서의 AC 신호의 조합이다. 위에 언급한 종래 기술 문서 WO 2005/026705 A1 및 동시계속출원 중인 유럽 특허 출원 05 016 948.1은 신호 처리에 대한 내용을 포함한다. 이는 레이저 세기와 가스 농도에 관한 정보를 획득하기 위해, 광 다이오드 신호의 서로 다른 기여분을 구별한다.
본 발명에서, 가스 흡수도 함수이며 초기 주파수(f)에서 초기 광신호(S0)의 세기 변조에 독립적인 측정 신호(SMA)를 생성하는 가스 농도측정이 가스 흡수도 피 크의 중심에서 수행될 뿐 아니라, 세 개의 구분된 측정으로 나뉜다. 교정 중에 제 1 단계에서, 측정 교정 신호(SMC)를 발생하고 동일한 유형의 극한값을 가지는 DC 구동 전류들 사이의 차로서 결정함으로써 레이저 DC 구동 전류에 관한 주요 에탈론 프린지의 주기가 결정된다. 가스 검출 장치(도 3b)의 후속 동작 중에, 레이저가 제 1 사전 측정 신호(SMO)를 제공하는 가스 흡수도 피크(0)의 중심에서 동작하며, 이후에, 제 2 사전 측정 신호(SM1)을 제공하는 가스 흡수도 피크의 좌측으로, 레이저 DC 구동 전류(1)에서 동작하고, 그리고 최종적으로 제 3 사전 측정 신호(SM2)를 제공하는 가스 흡수도 피크의 우측(2)으로, 레이저 DC 구동 전류에서 동작한다. 위치(1) 및 (2)의 전류 차는 도 3(a)에 도시된 바와 같이 결정된 에탈론 프린지 주기에 있을 필요가 있다. 짧은 주기 에탈론 프린지에서, 이러한 차이가 에탈론 프린지 주기의 정수 곱일 수 있다. 에탈론 프린지 주기에 관련하여, 오프-피크 위치(1 및 2)들의 정확한 위치(즉, 프린지 최대치, 최소치 또는 그 사이에 존재하는지 여부)가 관련이 없다.
가스 농도 값이 SMA=SM0-(SM1+SM2)/2에 의해 주어진 측정 신호에 의해 결정된다.
이러한 3-포인트 측정의 이점은, 이러한 프린지가 도 3에 도시된 레이저 DC 구동 전류 축을 가로질러 이들의 위치를 이동시킬 때, 잔여 에탈론 프린지의 기여분을 소거한다.
상술한 바와 같이 3-포인트 측정에 의해 에탈론 프린지가 기준 채널의 실질적인 단순화(simplification)를 구현하도록 한다.
WO 2005/026705 A1 및 동시 계속 출원 유럽 특허 출원 05 019 948.1에 기술된 바와 같이, 기준 측정은 가스 흡수도 라인의 중심에서 장치가 항상 동작하는 원리에 기반한다. 제로가 아닌 대상 가스 농도에서, 광 검출기에 입사하는 빛의 세기가 도 4b에 묘사된 바와 같이 일반적인 아웃 라인을 가지므로, 따라서 락-인 기술은 가스 농도와 레이저 세기 분포를 구별하는 데 필요하다. 상기 언급한 3-포인트 측정기술에서, 구별이 훨씬 쉽게 다루어질 수 있다. 2f 신호는 모든 세 개의 측정 포인트에서 여전히 측정된다. 그러나, 두 개의 측정 포인트(1 및 2)에서, 검출된 신호(도 4a)에 대한 가스 노동 기여분이 존재하지 않는다. 이러한 두 개의 포인트에서, 빛의 세기는 시간에 대한 검출 신호를 평균함으로써 결정될 수 있다. 따라서, 완성된 측정 루틴은 다음과 같이 구성된다:
1. 가스 흡수도 피크 신호의 중심의 주파수(2f)에서 제 1 사전 측정 신호(SM0)의 측정;
2. 가스 흡수도 피크 파장보다 작은 파장에 대응하는 가스 흡수도 피크의 좌측(1)으로 레이저 DC 구동 전류의 주파수(2f)에서 제 2 사전 측정 신호(SM1)의 측정;
3. 가스 흡수도 피크의 좌측(1)으로 레이저 DC 구동 전류에서 초기 광 신호(S0)의 세기 함수인, 가스가 없는 상태의 제 1 검출 신호(SDC1)의 측정;
4. 가스 흡수도 피크 파장보다 큰 파장에 대응하는 가스 흡수도 피크의 오른쪽(2)으로, 레이저 DC 드라이브 전류의 주파수(2f)에서 제 3 사전 측정 신호(SM2)의 측정
5. 가스 흡수 피크의 오른쪽(2)으로 레이저 DC 구동 전류에서, 초기 광 신호(S0)의 세기의 함수인, 가스 없는 상태의, 제 2 검출 신호(SCD2)의 측정
도 3b 및 4b에 도시된 바와 같은 신호에 기인하여, 위치(0)의 DC 레이저 구동 전류에서 신호는 가스 농도의 함수이므로, 세기 측정에 사용될 수 없다.
검출 수단 가스에 입사한 빛의 세기에 독립적인 최종 측정 신호(SM)는 SM=SMA/SMI=[SM0-(SM1+SM2)/2]/[(SDC1+SDC2)/2]로 주어진다.
WO 2005/026705 A1 및 동시 계속 유럽 특허 출원 02 016 948.1에 기술된 가스 검출 장치에 의해 그리고 독자 가스 검출 장치를 이용하여, 에탈론 압축이 단독으로 동작될 수 있다. 도 5는 본 발명의 가스 검출기의 실시예를 나타낸다. 이는 에탈론 압축을 위한 교정 이득 및 에탈론 압축을 이용한다. 가스 검출 장치는 하우징(6)의 레이저 헤드에 배치된 레이저 소스(1)(레이저 소스와 개별 센서일 수 있음)를 이용한다. 이전에 설명되었으며 일반적으로 알려진 바와 같이, 제공된 빛 피크의 중앙 파장이 개별적인 가스의 흡수 라인의 중앙에 대응되도록 하기 위해, 이러한 헤드는 하나 이상의 가스로 채워진 밀봉된 셀을 포함한다. 하나 이상의 가스는 공급된 소스(1)가 될 전기 전류 값을 정확히 결정하기 위한 것이다. 최종적으로, 헤드는 온도 센서(12)를 포함하며, 필요한 경우에, 온도 수단(11)에 전기적으 로 연결된 제어 히터를 포함한다. 하우징은, 레이저 소스(1)에 의해 제공되는 레이저 빔이 통과하는 검출될 가스를 위한 가스 입구를 가지는 샘플 챔버나 가스 검출 영역(4)을 포함한다. 광 센서(8)는 레이저 빔을 수신하고, 세기에 직접 비례하는 검출 영역(4) 내의 가스 농도에 기인한 초기 광신호(S0)의 세기 변화를 포함하는 결과 신호(SG)를 제공한다. 검출 신호(SD)로서의 이러한 결과 신호(SG)가 최종 측정 신호(SM)를 제공하는 수단을 향한다.
가스 검출 장치는 레이저 소스(1)를 위한 전기 공급 수단(3)과 레이저 소스(1)를 제어하기 위한 DC 전류 신호를 정의하는 DC 공급 제어 수단(13)을 추가로 포함한다. AC 처리 수단(14)은 이전에 설명한 바와 같은 가스 흡수 라인 주위의 선택적인 스캐닝을 발생하는 지정된 기준 주파수(f)에서 AC 변조 신호를 정의하기 위한 AC 공급 제어 수단(15)을 포함한다. AC 변조 신호로부터, 종래기술에 알려진바와 같이, 기준 변조 신호가 발생한다. AC 처리 수단은 초기 변조 주파수(f)의 두 배에서 변조 기준 신호(S2f)를 발생하기 위한 발생 수단(16)을 더 포함한다.본 발명에 따르면, 변조 기준 신호(S2f)는 락-인 증폭기(19)로 제공된다. 락-인 증폭기(19)는 광 센서(8)에 의해 미분기(25)와 사전 증폭 수단(23)을 거쳐 락-인 증폭기(19)로 제공되는 검출 신호(SDA)를 수신한다. 미분기는 시간에 대해 검출 신호(SDA)를 미분한다. 락-인 증폭기(19)에서, 기준 신호는 검출 신호(SDA)와 곱해진 후, AC 변조 신호의 여러 시간 주기에 대해 적분된다. 결과는 측정 신호(SM0, SM1, SM2)이며, 이는 광 센서(8)에 의해 나타낸 봐와 같은 개별 위치에서의 가스 농도에 비례한다. 측정 신호(SM0, SM1, SM2)는 프로세싱 유닛(22)으로 전송된다.
레이저 소스가 가스 흡수 피크 이하의 DC 드라이브 전류로 동작할 때의 제 1 검출 신호(SDC1)와, 레이저 소스가 가스 흡수도 피크 이하의 DC 구동 전류로 동작할 때의 제 2 검출 신호(SDC2)가 사전 증폭 수단(24)을 거쳐 프로세싱 유닛(22)에 다다른다.
프로세싱 유닛(22)은 위에 설명한 바와 같이 SM=SMA/SMI로 주어진 최종 측정 신호(SM)을 결정한다. 최종 측정 신호(SM)는 엘라톤 프린지를 고려하며, 레이저 빛의 세기에 대해 독립적이다.
따라서 본 발명에 따르면, 온도와 갑작스런 파장길이 변화에 의존하지 않는 가스 검출을 위한 에탈론 프린지 압축 기술을 제공할 수 있다.
이러한 에탈론 압축 기술에 근거하여, 초기 광신호의 세기에 대한 함수이며 가스 농도에 실질적으로 독립적인 제 1 측정 신호를 더 쉽게 발생할 수 있다.
Claims (4)
- DC 구동 전류로 파장 변조된 레이저 소스(1)에 의해 초기 광 신호(S0)를 제공하는 단계와;농도 및 존재 여부가 결정될 가스 흡수 라인 주위로 대칭적인 초기 주파수(f)에서 상기 초기 광 신호(S0)의 파장 변조를 위한 초기 주파수에서의 AC 변조 신호를 제공하는 단계와;상기 가스 중 하나를 수신하기 위한 가스 검출 영역(4)을 통해, 상기 가스 흡수 라인 주변의 선택적 스캐닝으로부터 생성된 시간에 대한 세기 변화를 포함하는 상기 초기 광신호(S0)를 통과시키는 단계와;검출 신호(SD)를 제공하는 검출 수단(8)에 의해 가스 검출 영역(4)을 여기시키는 결과 광 신호(SG) 수신하는 단계로서, 상기 결과 광 신호(SG)는 검출 영역(4) 내의 가스 농도에 기인한 초기 광 신호(S0)의 세기를 변경하는 상기 수신 단계와;상기 검출 신호(SD, SDC1, SDC2)로부터, 상기 초기 광 신호(S0)의 세기 함수인 하나 이상의 측정 신호(SMI)를 발생하는 단계와;가스 흡수도의 함수이며, 상기 초기 주파수(f)에서 상기 초기 광신호의 세기 변조에 독립적인 제 2 측정 신호(SMA)를 발생하는 단계로서, 상기 제 2 측정 신 호(SMA)는 상기 결과 광신호의 시간 미분 값에 비례하는 미분된 검출 신호(SDA)를 제공하고, 상기 초기 주파수(f)의 두 배에서 상기 미분된 검출 신호(SDA)와 제 2 변조 기준 신호(S2f)를 곱한 후 시간에 대해 적분함으로써 생성되며, 이로써, 제 2 변조 기준 신호(S2f)는 정의된 증폭 레벨과 상기 초기 광신호(S0)의 세기 변화에 대해 정의된 위상 관계를 포함하는 상기 발생 단계와; 그리고상기 하나 이상의 측정 신호(SMI)로 상기 제 2 측정 신호(SMA)를 나눔으로써 검출 수단(8)에 입사하는 빛의 세기와 독립적인 최종 측정 신호를 제공하고, 이로써 지정된 가스의 존재 및 농도에 관한 신호를 제공하는 단계를 포함하되,교정 단계에서 결정된 엘라톤 프린지 주기에 대응하는 상기 DC 구동 전류 사이의 차가 존재하는 채로, 레이저 소스가 가스 흡수 피크의 중앙에서 동작 때, 제 1 사전 측정 신호(SM0)를 결정함으로써 상기 제 1 측정 신호(SMA)를 제공하고, 레이저 소스가 검출될 가스의 가스 흡수도 피크 이하의 DC 구동 전류로 동작할 때 제 2 사전 측정 신호(SM1)를 제공하고, 레이저 소스가 상기 가스 흡수도 피크 이상의 DC 구동 전류로 동작할 때 제 3 사전 측정 신호(SM2)를 제공하는 단계와; 그리고제 1 사전 측정 신호(SM0)와 제 2 사전 측정 신호(SM1)의 산술 평균 및 제 3 사전 측정 신호(SM2) 사이의 차로써 최종 제 2 측정 신호(SMA)를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 방법.
- 제 1 항에 있어서,DC 레이저 전류의 함수로써 결정된 가스가 존재하지 않는 상태에서 측정 교정 신호(SMC)를 발생시킴으로써 상기 교정을 수행하며, 동일한 형태의 극한값을 가지는 DC 구동 전류 사이의 차로써 상기 에탈론 프린지 주기을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 방법.
- 제 1 항에 있어서,레이저 소스가 상기 가스 흡수도 피크 이하의 상기 DC 구동 전류로 동작할 때 제 1 검출 신호(SDC1)를 결정함으로써 상기 제 1 측정 신호(SMI)를 발생하고, 레이저 소스가 상기 가스 흡수도 피크 이상의 상기 DC 구동 전류도 동작할 때 제 2 검출 신호(SDC2)를 발생하며, 상기 제 1 검출 신호(SDC1) 및 상기 제 2 검출 신호(SDC2)의 산술 평균을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 방법.
- 초기 광 신호(S0)를 제공하는 하나 이상의 파장 변조 레이저 소스(1)와;농도 및 존재 여부가 결정될 하나 이상의 가스를 수신하기 위한 검출 영역(4)과;상기 가스 중 하나의 가스 흡수 라인 주위로 대칭적인 초기 주파수(f)에서 상기 초기 광 신호(S0)를 파장 변조하고, 시간에 대한 세기 변화를 가지는 상기 초기 광신호(S0)를 제공하는 공급 제어 수단(13, 14)으로써, 상기 공급 제어 수단은 DC 전류 신호를 정의하기 위한 DC 공급 제어 수단(13)과 상기 가스 흡수 라인 주위로 상기 초기 광 신호(S0)의 빛의 세기의 선택 스캐닝 값을 제공하기 위한 상기 지정된 초기 주파수(f)에서의 AC 전류 신호를 제공하는 AC 공급 제어 수단(14)을 포함하는 상기 공급 제어 수단과;상기 검출 영역(4)의 주변 영역에 배치된 광 센서(8)로서, 상기 광 센서(8)는 결과 광 신호(SG)를 수신하며, 상기 검출 영역(4)을 통과한 초기 광 신호(S0)의 세기 변화를 포함하고, 상기 결과 광신호(SG)의 빛의 세기 변화에 비례하는 검출 신호(SD, SDC1, SDC2)를 제공하는 상기 광센서와;상기 검출 영역(4) 내의 지정된 가스의 농도 및 존재 여부에 관하여 상기 검출 신호(SD)로부터 신호(SA)를 제공하기 위한 프로세싱 수단(16-25)으로서, 상기 프로세싱 수단은,- 상기 결과 광신호(SG)의 시간 미분에 비례하는 비분된 검출 신호(SDA)를 제공하는 수단(23)과;- 지정된 제 1 주파수에서 제 1 변조 기준 신호(Sf)를 발생하는 제 1 발생 신호(15)와 상기 초기 주파수(f)의 두 배에서 제 2 변조 기준 신호(S2f)를 발생하는 제 2 발생 수단(16)으로서, 양쪽의 변조 기준 신호(Sf, S2f)는 상기 초기 광 신호(S0)의 세기 변화로 위상에 대한 관계를 정하는 상기 제 2 발생 수단과- 상기 초기 광 신호(S0)의 세기에 대한 함수이며 상기 가스의 농도에 독립적인 제 1 측정 신호(SMI)를 제공하는 제 1 수단(4)과;- 가스 흡수도의 함수이며 상기 초기 주파수(f)에서 상기 초기 광신호(S0)의 세기 변조에 독립적인 제 2 측정 신호(SMA)를 제공하기 위해, 상기 검출 신호와(SDA)와 상기 제 2 변조 기준 신호(S2f)를 곱하고 시간에 대해 적분하는 제 2 수단과; 그리고- 지정된 가스의 존재 여부 및 농도에 관한 최종 측정 신호(SM)를 제공하는 제 1 측정 신호(SMI)로 상기 제 2 측정 신호(SMA)를 나누는 프로세싱 유닛(22)을 포함하는 상기 프로세싱 수단을 포함하는 상기 프로세싱 수단을 포함하되,제 1 측정 신호(SMI)를 제공하는 상기 제 1 수단(4)은 미분기 없이 상기 검출 신호(SD, SDC1, SDC2)를 수신하고, 레이저 소스가 검출될 가스의 가스 흡수도 피크 이하에서 DC 구동 전류로 동작할 때 결정된 제 1 검출 신호(SDC1)와, 레이저 소스가 상기 가스 흡수도 피크 이상의 DC 구동 전류로 동작할 때 결정되는 제 2 검출 신호(SDC2)의 산술 평균을 산출함으로써 상기 제 1 측정 신호(SMI)를 결정하도록 구 성되고, 각각의 검출 신호는 검출 신호에 대한 가스 농도 기여분 없는 DC 구동 전류를 포함하고, DC 구동 전류 사이의 차이는 검출 영역(4)의 광학 시스템의 에탈론 프린지 주기에 대응하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치.
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