JPH01304345A - ガス検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はレーザ光を用いた差分吸収法によりガスを検
知するガス検知装置、特にガス検知精度の向上に関する
ものである。

〔従来の技術〕

ガス分子の化学的、物理的性質である光吸収を利用して
ガスを検知する差分吸収法は、例えば文献「センサ技術
」　（技術調査会、昭和６１年２月号）第２９頁〜第３
１頁に開示されている。この文献に開示されたガス検知
システムは１ｉｅ−Ｎｅレーザの３．３９μｍ帯のメタ
ンガスに強く吸収される波長のレーザ光と、このレーザ
光と波長が僅かに異なりメタンガスに吸収されない波長
のレーザ光をメカニカルチョッパで交互に切換えたり、
あるいは１個のレーザ発振器の発振善良を機械的に変化
させて２波長のレーザ光を得て、この２波長のレーザ光
を路面や壁などの被測定部に向けて照射し、そこからの
乱反射光強度の差から光路中のメタンを検出するように
している。この差分吸収法は２波長のレーザ光を使用す
ることにより検出すべきガス以外の要因によるレーザ光
の光量の減衰を補償しているため精度良くガスを検知す
ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の２波長のレーザ光を使用した差分吸収法は波長が
僅かに異なるレーザ光をメカニカルチョッパにより出射
させたり、あるいは発振善良を機械的に変化させて出射
させているため、２波長のレーザ光の波長安定と高速ス
イッチングに限界があった。このためガス検知センサを
空間的に高速で掃引することができないという問題点が
あった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
であり、空間的に高速で掃引することができるガス検知
装置を得ることを目的とするものであ、る。

〔課題を解決するための手段〕 この発明に係るガス検知装置は、測定ガスの吸収波長に
合った波長のレーザ光を出射する第１半導体レーザ装置
と、第１半導体レーザ装置と波長が僅かに異なり、測定
ガスに吸収されない波長のレーザ光を出射する第２半導
体レーザ装置とを有し、第１半導体レーザ装置から出射
するレーザ光の強度を、周波数ｆ１（Ｈｚ）の信号を発
振する第１発振器の信号で変調し、第２半導体レーザ装
置から出射するレーザ光の強度は第１発振器の発振周波
数Ｌ（ｌｌｚ）とは異なる周波数ｆ　２　（Ｈｚ）の信
号を発振する第２発振器の信号で変調する。そして、こ
の異なる周波数ｆ１．　ｆ２（Ｈｚ）で強度が変調され
たレーザ光を同時に被測定部に向けて投光し、被測定部
から受光したレーザ光の振幅を振幅測定器で測定してガ
スを検知することを特徴とする。

〔作用〕

この発明においては、第１半導体レーザ装置と第２半導
体レーザ装置に与える変調信号を異なった周波数の変調
信号とすることにより、２波長のレーザ光の強度を変化
させて、２波長のレーザ光を電気的に切換えるようにし
たものである。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、
図において１は測定ガスの吸収波長に合った波長のレー
ザ光を出射する第１の半導体レーザ発振器（以下、レー
ザ発振器という）、２はレーザ発振器１を駆動し、かつ
その出力を制御する駆動装置、３はレーザ発振器１から
出射するレーザ光の波長と僅かに異なり、測定ガスに吸
収されない波長のレーザ光を出射する第２の半導体レー
ザ発振器、４はレーザ発振器３の駆動装置である。

５は駆動装置２に接続された第１の発振器であり、発振
器５は周波数ｆ　＋　（Ｈｚ）の信号を発振する。

６は駆動袋Ｎ４に接続された第２の発振器であり、発振
器６は第１の発振器５の発振周波数ｆ　＋　（Ｈｚ）と
は異なる周波数ｆ　２　（）１２）の信号を発振する。

７はレーザ発振器１から出射されるレーザ光とレーザ発
振器３から出射されるレーザ光とを１つの光路にする半
透鏡、８は反射鏡、９は集光レンズ、１０は受光したレ
ーザ光を電気信号に変換する受光器であり、半透鏡７、
反射鏡８、集光レンズ９及び受光器１０でレーザ光を投
受光する光学系を構成している。

１１は受光器１０で受光した、強度が周波数ｆ、で変調
されたレーザ光の電気信号から光路のノイズ等を除去す
るために設りられたバンドパスフィルタ、１２は強度が
周波数ｆ２で変調されたレーザ光の電気信号からノイズ
等を除去するために設けられたバンドパスフィルタ、１
３はバンドパスフィルタ１１゜１２から送られる電気信
号を合成し、合成信号の振幅を測定する振幅測定器、１
４は壁等被測定部の散乱部である。

上記のように構成されたガス検知装置によりガスを検知
するときは、まず駆動装置２と駆動装置４を駆動して各
レーザ発振器１，３を安定状態とする。次に第１の発振
器５と第２の発振器６を発振させ、第１の発振器５から
駆動装置２に発振周波数ｆ　Ｉ（Ｈｚ）の信号を送り、
駆動装置２により例えば第２図のａに示すようにレーザ
発振器１で出射するレーザ光の強度に変調を与える。同
様に第２の発振器６から駆動装置４に発振周波数ｆ　ｚ
　（Ｈｚ）の信号を送り、駆動装置４により第２図のｂ
に示すようにレーザ発振器３で出射するレーザ光の強度
に変調を与える。

二のように波長が僅かに異なり、レーザ光の強度分布の
周波数が異なる２波長のレーザ光をレーザ発振器１，３
から同時に出射して、半透鏡７、反射鏡８を介して散乱
部１４に投光する。散乱部１イに投光されたレーザ光は
、散乱部１４で散乱２反射され、集光を介して受光器１
０に入１．１する。入射したレーザ光は受光器１０で電
気信号に変換され、バンドパスフィルタＩＬ　１２を介
して振幅測定器１３に送られ、振幅測定器１３で合成　
ｊｆＱ幅されてその強度分布すなわち振幅が測定される
。

このレーザ発振器１．３から散乱部１４にレーザ光を投
光したときに、レーザ光の光路中にガスが存在しないと
、レーザ発振器１から投光したレーザ光もレーザ発振器
３から投光したレーザ光と同様に吸収されず、同じ散乱
強度で受光器１０に入射する。したがって振幅測定器１
３には第２回のａｌｂて示した強度分布波形と同し周波
数の電気信号が送られる。この２つの周波数が相違し、
振幅が同一な電気信号を合成すると第２図のＣに示すよ
うに大きな振幅となる。

一方、レーザ光の光路中にガスが存在すると、レーザ発
振器１から投光したガスの吸収波長と同じ波長を有する
レーザ光は、そのガスの濃度、ガスの存在する距離に応
してガスに吸収され、受光器】０に入射したときＧこば
、第３図ｄに示すように強度分布が小さいレーザ光とな
っている。したがって、この強度分布が小さいレーザ光
と第３図のｂに示ずレーザ発振器３で出射したレーザ光
による電気信号を振Ｉｆｌｌｆ測定器１３で合成すると
、この合成信号は第３図のｅに示すようにガスにより吸
収されたレーザ光の強度分だけ小さな振幅となる。

この振幅の減少を測定することにより、レーザ光の光路
中のガスの存在及びその濃度を測定することができる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、波長の僅かに異なるレ
ーザ光を出射する第１半導体レーザ装置と第２半導体レ
ーザ装置に与える変調信号を異なった周波数とすること
により、２波長のレーザ光の強度を変化させて、２波長
のレーザ光を切換えるようにしたので高速スイッチング
を行なうことができる。

また、この高速スイッチングにより、空間を高速に掃引
することができ、ガス検知速度を大幅に向上させること
ができる。

さらに、２波長のレーザ光の強度を切換えるときに、レ
ーザ光の波長の変動がないため、安定した波長でガスを
検知することができ、ガス検知精度を高めることができ
る効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図、
第３図は各々レーザ光の強度分布を示す説明図である。 １．３・・・半導体レーザ発振器、２．４・・・駆動装
置、５．６・・・発振器、■・・・半透鏡、８・・・反
射鏡、９・・・集光レンズ、１０・・・受光器、１１．
１２・・・バンドパスフィルタ、１３・・振幅測定器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定ガスの吸収波長に合った波長のレーザ光を出射する
   第１半導体レーザ装置と、該第１半導体レーザ装置から
   出射するレーザ光の波長と僅かに異なり測定ガスに吸収
   されない波長のレーザ光を出射する第２半導体レーザ装
   置と、周波数ｆ＿１（Ｈｚ）の信号を発振し第１半導体
   レーザ装置に入力して、第１半導体レーザ装置から出射
   するレーザ光の強度を変調する第１発振器と、該第１発
   振器の発振周波数ｆ＿１（Ｈｚ）とは異なる周波数ｆ＿
   ２（Ｈｚ）の信号を発振し第２半導体レーザ装置に入力
   して、第２半導体レーザ装置から出射するレーザ光の強
   度を変調する第２発振器と、第１半導体レーザ装置と第
   ２半導体レーザ装置から出射するレーザ光を同時に投光
   し、受光する光学系と、該光学系で受光したレーザ光の
   振幅を測定する振幅測定器とを備えたことを特徴とする
   ガス検知装置。