JPH0262938A - ガスセンサの応答特性補正方式 - Google Patents
ガスセンサの応答特性補正方式Info
- Publication number
- JPH0262938A JPH0262938A JP21453388A JP21453388A JPH0262938A JP H0262938 A JPH0262938 A JP H0262938A JP 21453388 A JP21453388 A JP 21453388A JP 21453388 A JP21453388 A JP 21453388A JP H0262938 A JPH0262938 A JP H0262938A
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- JP
- Japan
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- infrared
- sensor
- light
- gas
- measured
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（概要）
発成波長可変の赤外線半導体レーザを光源として光路中
のガスセルのガス濃度を赤外線吸収量から測定するガス
センサに関し、 受光素子である光転ｉ＃型赤外線検知器の応答特性の非
線形性を補正して測定誤差を低減することを目的とし、 赤外線センサに入射する背景赤外光量の変動分を補償す
る連続した赤外光を出力する補助赤外線光源を、ここか
らの赤外光と被測定ガスセルを経た赤外光とを重畳して
赤外線センサに入射するように設け、かつ、被測定ガス
セルからの赤外光が無い期間、赤外線センサの抵抗値を
モニタして該期間該抵抗値が一定になるように補助赤外
線光源からの赤外光のパワーをコントロールする制御回
路を設けた構成とする。
のガスセルのガス濃度を赤外線吸収量から測定するガス
センサに関し、 受光素子である光転ｉ＃型赤外線検知器の応答特性の非
線形性を補正して測定誤差を低減することを目的とし、 赤外線センサに入射する背景赤外光量の変動分を補償す
る連続した赤外光を出力する補助赤外線光源を、ここか
らの赤外光と被測定ガスセルを経た赤外光とを重畳して
赤外線センサに入射するように設け、かつ、被測定ガス
セルからの赤外光が無い期間、赤外線センサの抵抗値を
モニタして該期間該抵抗値が一定になるように補助赤外
線光源からの赤外光のパワーをコントロールする制御回
路を設けた構成とする。
本発明は、発振波長可変の赤外半導体レーザを光源とし
て光路中のガスセルのガス濃度を赤外線吸収量から測定
するガスセンサに関する。
て光路中のガスセルのガス濃度を赤外線吸収量から測定
するガスセンサに関する。
赤外半導体レーザを用いたガスセンサはガス分子による
赤外域での吸収を利用して特定ガスの濃度を測定するも
ので、一般に吸収係数が大ぎいために高感度の検出が期
待されている。このようなガスセンサにおいて更に安定
した測定を行なうには、レーザ光を検知する受光素子で
ある光伝導型赤外線検知器の応答特性の非線形性を補正
して測定誤差を低減することが必要である。
赤外域での吸収を利用して特定ガスの濃度を測定するも
ので、一般に吸収係数が大ぎいために高感度の検出が期
待されている。このようなガスセンサにおいて更に安定
した測定を行なうには、レーザ光を検知する受光素子で
ある光伝導型赤外線検知器の応答特性の非線形性を補正
して測定誤差を低減することが必要である。
第４図は従来のガスセンサの構成図を示す。同図におい
て、半導体レーザ光源１の出射光はビームスプリッタ２
、被測定ガスセル３を透過して赤外線センサ４に集光さ
れ、ここで光電変換され、信号処理回路５に入力される
。半導体レーザ光源１は、レーザ電源６によってレーザ
電流を変化させることにより波長を連続的に掃引でき、
これにより、被測定ガスの吸収スペクトルを測定できる
。
て、半導体レーザ光源１の出射光はビームスプリッタ２
、被測定ガスセル３を透過して赤外線センサ４に集光さ
れ、ここで光電変換され、信号処理回路５に入力される
。半導体レーザ光源１は、レーザ電源６によってレーザ
電流を変化させることにより波長を連続的に掃引でき、
これにより、被測定ガスの吸収スペクトルを測定できる
。
信号処理回路５において、透過率最大点と透過率最小点
との差が測定され、この差に比例する濃度が算出される
。
との差が測定され、この差に比例する濃度が算出される
。
一方、ビームスプリッタ２で反射された光は、同じ温度
環境の基準ガスセルフ（被測定ガスセル３のガスと同秤
で、予め既知の濃度のガスが封入されているカプセル）
を透過し、赤外線センサ８に集光され、ここで光電変換
され、信号処理回路５に入力され、基準ガスセルフの濃
度が算出される。
環境の基準ガスセルフ（被測定ガスセル３のガスと同秤
で、予め既知の濃度のガスが封入されているカプセル）
を透過し、赤外線センサ８に集光され、ここで光電変換
され、信号処理回路５に入力され、基準ガスセルフの濃
度が算出される。
信号処理回路５において、被測定ガスセル３側の信号の
基準ガスセルフ側の信号に対する比が計算され、表示？
Ｍ９に濃度表示される。
基準ガスセルフ側の信号に対する比が計算され、表示？
Ｍ９に濃度表示される。
このようなレーザ方式のガスセンサでは、本出願人が先
に提案した特願昭６１−２８９８２５号（発明の名称［
ガスセンサの信号処理方式］）及び特願昭６２−１３２
９５７号（発明の名称「ガスセンサの温度補正方法１）
の各明細書に記されている如く、受光素子である光伝導
型赤外線センサの応答特性は非線形となり、これが測定
誤差の原因となる。
に提案した特願昭６１−２８９８２５号（発明の名称［
ガスセンサの信号処理方式］）及び特願昭６２−１３２
９５７号（発明の名称「ガスセンサの温度補正方法１）
の各明細書に記されている如く、受光素子である光伝導
型赤外線センサの応答特性は非線形となり、これが測定
誤差の原因となる。
第５図はレーデ方式のガスセンサの応答特性図を示す。
同図中、横軸がセンサに入射する赤外線強度、縦軸がそ
れに対応したセンサの電気抵抗（出力信号）変化量を示
し、理想的なセンサの特性は破線で示す線形であるが、
実際には実線で示す非線形となる。レーＩＪ’方式ガス
センサは、一般に、横軸上のＰａ（ガスが無い場合のレ
ーデ光透過強度）及びＰｂ（ガスの吸収を受けた場合の
レーザ光透過強度）に夫々対応するセンサ出力Ｒａ。
れに対応したセンサの電気抵抗（出力信号）変化量を示
し、理想的なセンサの特性は破線で示す線形であるが、
実際には実線で示す非線形となる。レーＩＪ’方式ガス
センサは、一般に、横軸上のＰａ（ガスが無い場合のレ
ーデ光透過強度）及びＰｂ（ガスの吸収を受けた場合の
レーザ光透過強度）に夫々対応するセンサ出力Ｒａ。
Ｒｂの差ΔＲ＝Ｒａ−Ｒｂ＠Ｒａで規格化してガス濃度
を算出する。この場合、出力信号量ΔＲ／Ｒａはガス濃
度に依存しており、濃いほど大きい。
を算出する。この場合、出力信号量ΔＲ／Ｒａはガス濃
度に依存しており、濃いほど大きい。
ところで、主として環境温度の変化によって背景赤外ｖ
ＡｆｆｉＰＢが変化しく例えばＰｓが小さくなる）、Ｐ
ａがＰａ−に相当する点に変化した場合（Ｐｓが原点移
動したため）、ＰｂはＰｂ−に、ＲａはＲａ′に、Ｒｂ
はＲｂ−１，：なり、前述ノヨうに応答特性が非線形で
あるために（ＰＢ−Ｐｂ）及び（ＰＢ＝−Ｐｂ−）が等
しくても（Ｒａ−Ｒｂ）及び（Ｒａ−−Ｒｂ−）は等し
くならず、環境温度変化後の出力信号量ΔＲ”／Ｒａ−
は環境温度変化前の出力信号量ΔＲ／Ｒａに比して大に
なる。従って、ガス濃度が一定（即ち、光減衰率Ｐ ｂ
／Ｐ ａが一定）であっても環境温度変化によってセン
サ出力信号値は一定とならず、測定誤差を生じる問題点
があった。
ＡｆｆｉＰＢが変化しく例えばＰｓが小さくなる）、Ｐ
ａがＰａ−に相当する点に変化した場合（Ｐｓが原点移
動したため）、ＰｂはＰｂ−に、ＲａはＲａ′に、Ｒｂ
はＲｂ−１，：なり、前述ノヨうに応答特性が非線形で
あるために（ＰＢ−Ｐｂ）及び（ＰＢ＝−Ｐｂ−）が等
しくても（Ｒａ−Ｒｂ）及び（Ｒａ−−Ｒｂ−）は等し
くならず、環境温度変化後の出力信号量ΔＲ”／Ｒａ−
は環境温度変化前の出力信号量ΔＲ／Ｒａに比して大に
なる。従って、ガス濃度が一定（即ち、光減衰率Ｐ ｂ
／Ｐ ａが一定）であっても環境温度変化によってセン
サ出力信号値は一定とならず、測定誤差を生じる問題点
があった。
本発明は、受光素子である光伝導型赤外線検知器の応答
特性の非線形性を補正して測定誤差を低減するガスセン
サの応答特性補正方式を提供することを目的とする。
特性の非線形性を補正して測定誤差を低減するガスセン
サの応答特性補正方式を提供することを目的とする。
第１図は本発明の原理図を示す。同図中、２０は間欠的
に出力される赤外線レーザ光源、２１は被測定ガスセル
、２２は被測定ガスセル２１内のガスによる赤外線吸収
間を検出する赤外線センサである。又、２３は赤外線セ
ンサ２２に入射する前日赤外光ｆｉｌＰｓの変動分を補
償する連続した赤外光Ｂを出力する補助赤外線光源で、
ここからの赤外光Ｂと被測定ガスセル２１を経た赤外光
Ａとを重畳して赤外線センサ２２に入射する。
に出力される赤外線レーザ光源、２１は被測定ガスセル
、２２は被測定ガスセル２１内のガスによる赤外線吸収
間を検出する赤外線センサである。又、２３は赤外線セ
ンサ２２に入射する前日赤外光ｆｉｌＰｓの変動分を補
償する連続した赤外光Ｂを出力する補助赤外線光源で、
ここからの赤外光Ｂと被測定ガスセル２１を経た赤外光
Ａとを重畳して赤外線センサ２２に入射する。
２４は制ａ１１回路で、被測定ガスセル２１からの赤外
光Ａが無い期間、赤外線センサ２２の抵抗値をモニタし
て該期間該抵抗値が一定になるように補助赤外線光源２
３からの゛赤外光Ｂのパワーをコントロールする。
光Ａが無い期間、赤外線センサ２２の抵抗値をモニタし
て該期間該抵抗値が一定になるように補助赤外線光源２
３からの゛赤外光Ｂのパワーをコントロールする。
環境温度が変化して背景赤外光量Ｐ８が変ｆ７１すると
、赤外線センサ２２の抵抗値が変化し、制御回路２４で
抵抗値変化が検出される。この検出は被測定ガスセル２
１からの赤外光Ａが無い期間に行ない、これにより、被
測定ガスセル２１とは無関係に前日赤外光Ｂ、 Ｐ Ｂ
の変化が検出される。制御回路２４において、上記期間
、赤外線センサ２２の抵抗値が一定となるように補助赤
外線光源２３からの赤外光Ｂのパワーをコントロールす
る。
、赤外線センサ２２の抵抗値が変化し、制御回路２４で
抵抗値変化が検出される。この検出は被測定ガスセル２
１からの赤外光Ａが無い期間に行ない、これにより、被
測定ガスセル２１とは無関係に前日赤外光Ｂ、 Ｐ Ｂ
の変化が検出される。制御回路２４において、上記期間
、赤外線センサ２２の抵抗値が一定となるように補助赤
外線光源２３からの赤外光Ｂのパワーをコントロールす
る。
このため、環境温度が変化しても赤外線センサ２２の非
線形性の応答特性が補正され、測定誤差を低減できる。
線形性の応答特性が補正され、測定誤差を低減できる。
第２図は本発明の一実施例のブロック図を示し、同図中
、第４図と同一構成部分には同一符号を付してその説明
を省略σる。第２図中、破線で包囲した部分が新たにｊ
Ｑ加した１０ツク図である。このものは、被測定ガスセ
ル３とセンサ４の間に新たに別の赤外線゛ト導体レーザ
光源１０を設け、ビームスプリッタ１１でもとの半導体
レーザ光源１からのレーザ光Ａと半導体レーザ光ｍｉｏ
からのレーザ光Ｂとを重畳してセンサ４に入射セしめる
。
、第４図と同一構成部分には同一符号を付してその説明
を省略σる。第２図中、破線で包囲した部分が新たにｊ
Ｑ加した１０ツク図である。このものは、被測定ガスセ
ル３とセンサ４の間に新たに別の赤外線゛ト導体レーザ
光源１０を設け、ビームスプリッタ１１でもとの半導体
レーザ光源１からのレーザ光Ａと半導体レーザ光ｍｉｏ
からのレーザ光Ｂとを重畳してセンサ４に入射セしめる
。
半導体レープ光［１からのレーザ光Ａは一般に、ガス検
出方式（２数機分計測法）の原理に基づいて第３図に示
すような波形に変調されており、掃引のためにレーザ電
流が順次変化されている。ここで、一般に、レーザ電流
の発生タイミングは連続ではなく、レーザ光遮断期間Ｔ
を間に入れられた間欠タイミングとされており、期間Ｔ
においてレーザ光へのパワーを測定して２散機分計測の
際に用いている。この期間Ｔでは、センサ４にはレー÷
ア光△は入射されず、背’ｉ４ ”ｋ Ｍ！ Ｐ ａ及
びレーザ光８１０からの連続したレーザ光Ｂが重畳され
て入射され、これにより、センサ４の抵抗値（出力信号
）は背景光ｆｆ１Ｐｅに応じて変化する。
出方式（２数機分計測法）の原理に基づいて第３図に示
すような波形に変調されており、掃引のためにレーザ電
流が順次変化されている。ここで、一般に、レーザ電流
の発生タイミングは連続ではなく、レーザ光遮断期間Ｔ
を間に入れられた間欠タイミングとされており、期間Ｔ
においてレーザ光へのパワーを測定して２散機分計測の
際に用いている。この期間Ｔでは、センサ４にはレー÷
ア光△は入射されず、背’ｉ４ ”ｋ Ｍ！ Ｐ ａ及
びレーザ光８１０からの連続したレーザ光Ｂが重畳され
て入射され、これにより、センサ４の抵抗値（出力信号
）は背景光ｆｆ１Ｐｅに応じて変化する。
そこで、本発明ではこのパワー測定のためのレーザ光遮
断期間Ｔを利用し、期間Ｔにおけるセンサ４の抵抗値（
被測定ガスセル３の系路からのレーザ光Ａとは関係なく
、背景光ｆｆ１Ｐｓ及びレーザ光Ｂに依存）を測定回路
１２で測定し、コントロール回路１３によってセンサ４
の期間Ｔ中の抵抗値が一定になるようにレーザ光源１０
の駆動電流を制御する。この場合、赤外線半導体レーザ
光源の出射強度は一般に駆動電流に応じて容易に変化さ
せることが可能である。
断期間Ｔを利用し、期間Ｔにおけるセンサ４の抵抗値（
被測定ガスセル３の系路からのレーザ光Ａとは関係なく
、背景光ｆｆ１Ｐｓ及びレーザ光Ｂに依存）を測定回路
１２で測定し、コントロール回路１３によってセンサ４
の期間Ｔ中の抵抗値が一定になるようにレーザ光源１０
の駆動電流を制御する。この場合、赤外線半導体レーザ
光源の出射強度は一般に駆動電流に応じて容易に変化さ
せることが可能である。
このにうに、環境温度変化によって背景光ｆｆ１Ｐ８が
例えば減少（増加）した場合、期間Ｔにおけるセンサ４
の抵抗値が大（小）に変化したことが検出され、期間Ｔ
においてセンサ４の抵抗値が一定となるように、つまり
、レーザ光源１０からのレーザ光Ｂの強度を大（小）に
なるように制御する。これにより、背景光ｍＰＢの変化
分は補償され、例えばガス１度が一定の場合、センサー
４からの出力信号量は環境温度変化に関係なく一定とな
り、即ち、第５図のＰ８は原点移動せず略一定となり、
非線形性による測定誤差を低減できる。
例えば減少（増加）した場合、期間Ｔにおけるセンサ４
の抵抗値が大（小）に変化したことが検出され、期間Ｔ
においてセンサ４の抵抗値が一定となるように、つまり
、レーザ光源１０からのレーザ光Ｂの強度を大（小）に
なるように制御する。これにより、背景光ｍＰＢの変化
分は補償され、例えばガス１度が一定の場合、センサー
４からの出力信号量は環境温度変化に関係なく一定とな
り、即ち、第５図のＰ８は原点移動せず略一定となり、
非線形性による測定誤差を低減できる。
なお、コントロール回路１３により、被測定ガスセル３
前の半導体レーザ光′ｇＡ１の出射強度を制御せず被測
定ガスセル３後のレーザ光源１０の出射強度を制御する
理由は、レーザ光源１を制御してしまうと期間Ｔにおい
て背景光にＰＬ３を補償できなくなるからである（被測
定ガスセル３を介したレーザ光へからでは背景光ｆａＰ
ｅの変化のみによるセンサ４の抵抗値変化を検出できな
い）。
前の半導体レーザ光′ｇＡ１の出射強度を制御せず被測
定ガスセル３後のレーザ光源１０の出射強度を制御する
理由は、レーザ光源１を制御してしまうと期間Ｔにおい
て背景光にＰＬ３を補償できなくなるからである（被測
定ガスセル３を介したレーザ光へからでは背景光ｆａＰ
ｅの変化のみによるセンサ４の抵抗値変化を検出できな
い）。
又、基準ガスセルフ、赤外線センサ８の系格によって求
められた基準ガスセルフの濃度は一度測定して信号処理
回路１４に保持しておけば、後はこの値をヰにして被測
定ガスセル３のガス濃度を計算できるので、赤外線セン
サ８側には前述のような背景光ａ補償用の手段（第２図
中破線で包囲したブロック）を設ける必要はない。
められた基準ガスセルフの濃度は一度測定して信号処理
回路１４に保持しておけば、後はこの値をヰにして被測
定ガスセル３のガス濃度を計算できるので、赤外線セン
サ８側には前述のような背景光ａ補償用の手段（第２図
中破線で包囲したブロック）を設ける必要はない。
更に、背景光吊補償用の光源としては赤外線半導体レー
ジ光１１Ｐ１１０に限定されるものではなく、その代わ
りに例えば黒体（黒体放射によって赤外線が放出される
）等でもよい。
ジ光１１Ｐ１１０に限定されるものではなく、その代わ
りに例えば黒体（黒体放射によって赤外線が放出される
）等でもよい。
（発明の効果）
以上説明した如く、本発明によれば、環境温度が変化し
て赤外線センサに入射する総赤外線吊が変動した場合で
も、補助赤外線光源によってその分が補償され、赤外線
センサの非線形性の応答特性に起因する測定誤差を低減
でき、又、補正データや補７Ｆ係数等を用いて補償して
いるのではないため、信号処理回路における演算が容易
である。
て赤外線センサに入射する総赤外線吊が変動した場合で
も、補助赤外線光源によってその分が補償され、赤外線
センサの非線形性の応答特性に起因する測定誤差を低減
でき、又、補正データや補７Ｆ係数等を用いて補償して
いるのではないため、信号処理回路における演算が容易
である。
第１図は本発明の原理図、
第２図は本発明の一実施例のブロック図、第３図はレー
ザ光源１の電流の出力タイミングを承り図、 第４図は従来例のブロック図、 第５図は赤外線セン９゛の応答特性図である。 図において、 １．１０は赤外線半導体レーザ光源、 ３．２１は被測定ガスセル、 ４．２２は赤外線センサ、 １１はビームスプリッタ、 １２は測定回路、 １３はコントロール回路、 １４は信号処理回路、 ２０は赤外線レー１１ ２３は補助赤外線光源、 ２４は制御回路、 △は被測定ガスセルからの赤外光、 Ｂは補助赤外線光源からの赤外光。 Ｐｓは背景赤外光量 を示す。 特許出願人 富 士 通 株式会社 第１図 第２図 レーデ六ノ衣１の絶句が役シク゛玄ホオ藺第３図 状」汐ｌのブロア２図
ザ光源１の電流の出力タイミングを承り図、 第４図は従来例のブロック図、 第５図は赤外線セン９゛の応答特性図である。 図において、 １．１０は赤外線半導体レーザ光源、 ３．２１は被測定ガスセル、 ４．２２は赤外線センサ、 １１はビームスプリッタ、 １２は測定回路、 １３はコントロール回路、 １４は信号処理回路、 ２０は赤外線レー１１ ２３は補助赤外線光源、 ２４は制御回路、 △は被測定ガスセルからの赤外光、 Ｂは補助赤外線光源からの赤外光。 Ｐｓは背景赤外光量 を示す。 特許出願人 富 士 通 株式会社 第１図 第２図 レーデ六ノ衣１の絶句が役シク゛玄ホオ藺第３図 状」汐ｌのブロア２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 赤外線を間欠的に出力する赤外線レーザ（２０）を光源
として、光路中の被測定ガスセル（２１）内のガスによ
る赤外線吸収量を赤外線センサ（２２）で検出してこれ
からガス濃度を測定するレーザ方式ガスセンサにおいて
、 上記赤外線センサ（２２）に入射する背景赤外光量（Ｐ
＿Ｂ）の変動分を補償する連続した赤外光（Ｂ）を出力
する補助赤外線光源（２３）を、該補助赤外線光源（２
３）からの赤外光（Ｂ）と上記被測定ガスセル（２１）
を経た赤外光（Ａ）とを重畳して上記赤外線センサ（２
２）に入射するように設け、 かつ、上記被測定ガスセル（２１）からの赤外光（Ａ）
が無い期間、上記赤外線センサ（２２）の抵抗値をモニ
タして該期間該抵抗値が一定になるように上記補助赤外
線光源（２３）からの赤外光（Ｂ）のパワーをコントロ
ールする制御回路（２４）を設けてなることを特徴とす
るガスセンサの応答特性補正方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21453388A JPH0262938A (ja) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | ガスセンサの応答特性補正方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21453388A JPH0262938A (ja) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | ガスセンサの応答特性補正方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0262938A true JPH0262938A (ja) | 1990-03-02 |
Family
ID=16657308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21453388A Pending JPH0262938A (ja) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | ガスセンサの応答特性補正方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0262938A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0815225A (ja) * | 1994-07-04 | 1996-01-19 | Kankyocho Kokuritsu Kankyo Kenkyusho | 高速ガス濃度計の応答特性試験方法及び装置 |
| JPH0815226A (ja) * | 1994-07-04 | 1996-01-19 | Kankyocho Kokuritsu Kankyo Kenkyusho | 高速ガス濃度計の応答特性試験装置 |
| JP2016085073A (ja) * | 2014-10-23 | 2016-05-19 | 株式会社島津製作所 | レーザ式分析装置 |
-
1988
- 1988-08-29 JP JP21453388A patent/JPH0262938A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0815225A (ja) * | 1994-07-04 | 1996-01-19 | Kankyocho Kokuritsu Kankyo Kenkyusho | 高速ガス濃度計の応答特性試験方法及び装置 |
| JPH0815226A (ja) * | 1994-07-04 | 1996-01-19 | Kankyocho Kokuritsu Kankyo Kenkyusho | 高速ガス濃度計の応答特性試験装置 |
| JP2016085073A (ja) * | 2014-10-23 | 2016-05-19 | 株式会社島津製作所 | レーザ式分析装置 |
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