JPH0715439B2 - Gas remote sensing device using diffraction grating - Google Patents
Gas remote sensing device using diffraction gratingInfo
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- JPH0715439B2 JPH0715439B2 JP11243691A JP11243691A JPH0715439B2 JP H0715439 B2 JPH0715439 B2 JP H0715439B2 JP 11243691 A JP11243691 A JP 11243691A JP 11243691 A JP11243691 A JP 11243691A JP H0715439 B2 JPH0715439 B2 JP H0715439B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、濃度(圧力)が検出さ
れるガスの吸収スペクトルに応じて光学的に狭帯域フル
タの特性を持つ回折格子を変調させることにより、ガス
の濃度あるいは圧力を検出するガスリモートセンシング
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention changes the concentration or pressure of a gas by modulating a diffraction grating having an optical characteristic of a narrow band filter according to the absorption spectrum of the gas whose concentration (pressure) is detected. The present invention relates to a gas remote sensing device for detecting.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、例えばメタンガス等の濃度(圧
力)を検出するための手段として、図4に示すような回
路構成のものがあった。これは、メタンガスが封入され
たガスセルを透過した光を、ハーフミラー101により
一部を透過させるとともに一部を反射させ、反射光を参
照光としてホトダイオート102で光電変換したあと、
光電変換された直流信号をアンプ103で増幅し、増幅
した直流信号を差動アンプ104の一方の入力端子に印
加する一方、ハーフミラー101を透過した光を、中心
波長がメタンガスの吸収スペクトルと一致する干渉フィ
ルタ105に通し、干渉フィルタ105を通過した光を
計測光としてホトダイオード106で光電交換したあ
と、光電交換された直流信号をアンプ107で増幅し、
増幅した直流信号を差動アンプ104のもう一方の入力
端子に印加することにより、差動アンプ104において
前記参照光対応の直流信号と計測光対応の直流信号との
差を増幅し、差動アンプ104から出力された信号に基
づいてメタンガスの濃度を検出するようになっている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a means for detecting the concentration (pressure) of methane gas or the like, there has been a circuit configuration as shown in FIG. This is because after passing a part of the light transmitted through the gas cell in which methane gas is enclosed by the half mirror 101 and reflecting a part of the light, and photoelectrically converting the reflected light as the reference light by the photodiode 102,
The photoelectrically converted DC signal is amplified by the amplifier 103, and the amplified DC signal is applied to one input terminal of the differential amplifier 104, while the light transmitted through the half mirror 101 has a center wavelength that matches the absorption spectrum of methane gas. After passing through the interference filter 105, the light passing through the interference filter 105 is photoelectrically exchanged by the photodiode 106 as measurement light, and then the photoelectrically exchanged DC signal is amplified by the amplifier 107.
By applying the amplified DC signal to the other input terminal of the differential amplifier 104, the differential amplifier 104 amplifies the difference between the DC signal corresponding to the reference light and the DC signal corresponding to the measurement light, and the differential amplifier The concentration of methane gas is detected based on the signal output from 104.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記従来のガス濃度
(圧力)検出手段は、ハーフミラー101で光路を参照
光と計測光とに分け、それぞれの電気回路を独立させて
いるため、例えば前記アンプ103,107及び差動ア
ンプ104の電気的特性が周囲温度の変化により変動す
ると、それぞれのアンプの増幅率が微妙に変動し、前記
参照光対応の直流信号と計測光対応の直流信号が温度に
対して変動するため、正確な濃度検出ができないという
問題があった。そのため従来は、その電気回路を恒温槽
の中に入れ、温度に対する回路特性を安定させることが
必要であった。そして濃度(圧力)検出精度を上げるた
めには恒温槽の温度制御精度を上げることが必要であっ
た。しかしながら恒温槽の温度制御精度を上げることは
技術的に限界があり、且つ温度制御精度の高い恒温槽は
高価であるという問題があった。In the conventional gas concentration (pressure) detecting means, the optical path is divided into the reference light and the measuring light by the half mirror 101, and the respective electric circuits are made independent. When the electric characteristics of the differential amplifiers 103 and 107 and the differential amplifier 104 fluctuate due to changes in ambient temperature, the amplification factors of the respective amplifiers slightly fluctuate, and the DC signal corresponding to the reference light and the DC signal corresponding to the measurement light change in temperature. However, there is a problem in that it is not possible to accurately detect the concentration because it varies. Therefore, conventionally, it was necessary to put the electric circuit in a constant temperature bath to stabilize the circuit characteristics with respect to temperature. Then, in order to increase the concentration (pressure) detection accuracy, it was necessary to increase the temperature control accuracy of the constant temperature bath. However, there is a technical limitation in increasing the temperature control accuracy of the constant temperature bath, and there is a problem that the constant temperature bath having high temperature control precision is expensive.
【0004】また、直流信号増幅方式のためノイズの除
去が困難であり、ドリフト電流が重畳されてもそれを除
去することが極めて困難であるという問題があった。そ
こで、本発明では上記問題を解決するため、ガスセルを
透過した光を参照光と計測光との二つの光路に分岐する
ことなく単一光路を通し、この単一光路途中に設けられ
た回折格子を、濃度(圧力)が検出されるガスの吸収波
長を中心に僅かに波長を変調するように制御するととも
に、回折格子の波長の変調の中心を自動的に被濃度(圧
力)検出ガスの光の吸収波長に合わせるようにフィード
バック制御することにより、ガス濃度(圧力)を高精度
に検出することを解決すべき技術的課題とするものであ
る。Further, there is a problem in that it is difficult to remove noise due to the DC signal amplification method, and it is extremely difficult to remove it even if a drift current is superimposed. Therefore, in the present invention, in order to solve the above problem, the light transmitted through the gas cell is passed through a single optical path without being branched into two optical paths of a reference light and a measurement light, and a diffraction grating provided in the middle of this single optical path. Is controlled to slightly modulate the wavelength around the absorption wavelength of the gas whose concentration (pressure) is detected, and the center of modulation of the wavelength of the diffraction grating is automatically adjusted to It is a technical issue to be solved to detect the gas concentration (pressure) with high accuracy by performing feedback control so as to match the absorption wavelength of.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題解決のための技
術的手段は、回折格子を用いたガスリモートセンシング
装置を、濃度もしくは圧力が検出されるガスを透過する
際の、そのガスによる吸収率が最も大きな波長を含んだ
波長帯の光を発光する発光手段と、その発光手段から発
光された前記光を前記ガスが封入されたガスセルまで導
いて入射する往光路と、前記ガスセルを透過した前記光
を導く復光路と、前記往光路もしくは前記復光路に設け
られた回折格子と、その回折格子を所定のタイミングで
変調させることにより前記光を前記ガスにより大きく吸
収される波長の第1の光と前記ガスにより吸収されない
波長の第2の光とを生成する回折格子変調制御手段と、
前記復光路の端末部に設けられ、前記第1の光と第2の
光とを受光し、それぞれの光の光量に対応した第1の電
気信号と第2の電気信号とを出力する受光手段と、その
受光手段からの前記それぞれの電気信号の加算値に対応
した前記第1の光と第2の光の合計光量に基づいて前記
回折格子変調制御手段による前記回折格子の変調を補正
する変調制御補正手段と、前記第1の電気信号と第2の
電気信号とに基づいて前記ガスによる前記第1の光の吸
収率を演算し、その吸収率から前記ガスの濃度もしくは
圧力を演算する演算手段とを備えた構成にすることであ
る。The technical means for solving the above-mentioned problems is an absorptivity of a gas remote sensing device using a diffraction grating when a gas whose concentration or pressure is detected is transmitted through the gas remote sensing device. Is a light emitting means that emits light in a wavelength band including the largest wavelength, a forward light path that guides the light emitted from the light emitting means to a gas cell in which the gas is sealed, and an incident light path that passes through the gas cell. A light returning path for guiding light, a diffraction grating provided on the forward light path or the light returning path, and a first light having a wavelength that is largely absorbed by the gas by modulating the diffraction grating at a predetermined timing. And diffraction grating modulation control means for generating second light of a wavelength that is not absorbed by the gas,
A light receiving unit that is provided at a terminal portion of the returning path and receives the first light and the second light and outputs a first electric signal and a second electric signal corresponding to the light amounts of the respective lights. And a modulation for correcting the modulation of the diffraction grating by the diffraction grating modulation control means based on the total light quantity of the first light and the second light corresponding to the added value of the respective electric signals from the light receiving means. Control correction means, and an operation of calculating an absorption rate of the first light by the gas based on the first electric signal and the second electric signal, and calculating a concentration or pressure of the gas from the absorption rate. And a means provided with the means.
【0006】[0006]
【作用】上記構成の回折格子を用いたガスリモートセン
シング装置によれば、回折格子が復光路の途中に設けら
れている場合、発光手段から発光された光は復光路に導
かれてガスセルに入射され、透過される。ガスセルを透
過した光は復光路により導かれ回折格子に入射される。
回折格子は回折格子変調制御手段により変調制御されて
おり、この変調により回折格子はガスにより大きく吸収
される波長の第1の光と前記ガスにより吸収されない波
長の第2の光とを生成し、それぞれの光を受光手段に伝
送する。受光手段は第1の光と第2の光とを受光する
と、それぞれの光を第1の電気信号と第2の電気信号と
に変換して出力する。その第1の電気信号と第2の電気
信号が変調制御補正手段に入力されると、その変調制御
補正手段はそれぞれの電気信号の加算値に対応した前記
第1の光と第2の光の合計光量に基づいて前記回折格子
変調制御手段による前記回折格子の変調を補正する。そ
して演算手段は第1の電気信号と第2の電気信号とに基
づいて前記ガスによる第1の光の吸収率を演算し、その
吸収率から前記ガスの濃度もしくは圧力を演算する。According to the gas remote sensing device using the diffraction grating having the above structure, when the diffraction grating is provided in the return path, the light emitted from the light emitting means is guided to the return path and enters the gas cell. And transmitted. The light transmitted through the gas cell is guided by the returning path and is incident on the diffraction grating.
The diffraction grating is modulated and controlled by the diffraction grating modulation control means, and by this modulation, the diffraction grating generates first light having a wavelength that is largely absorbed by gas and second light having a wavelength that is not absorbed by the gas. Each light is transmitted to the light receiving means. When the light receiving means receives the first light and the second light, it converts the respective light into a first electric signal and a second electric signal and outputs the first electric signal and the second electric signal. When the first electric signal and the second electric signal are input to the modulation control correction means, the modulation control correction means outputs the first light and the second light corresponding to the added value of the respective electric signals. The modulation of the diffraction grating by the diffraction grating modulation control means is corrected based on the total light amount. Then, the calculating means calculates the absorption rate of the first light by the gas based on the first electric signal and the second electric signal, and calculates the concentration or pressure of the gas from the absorption rate.
【0007】尚、回折格子が往光路の途中に設けられて
いる場合には、発光手段から発光された光がガスセル手
前で回折格子により第1の光と第2の光に分けられたあ
と、ガスセルを透過され、そのあと、復光路により導か
れて受光手段により受光され、第1の電気信号と第2の
電気信号に変換されるもので、そのあとの作用は回折格
子が復光路の途中に設けられている場合と同様である。When the diffraction grating is provided in the middle of the outgoing light path, the light emitted from the light emitting means is divided into the first light and the second light by the diffraction grating in front of the gas cell. It is transmitted through the gas cell, then guided by the return path, received by the light receiving means, and converted into a first electric signal and a second electric signal. The subsequent action is that the diffraction grating is in the middle of the return path. It is similar to the case of being provided in.
【0008】[0008]
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.
【0009】図1は、本発明のガスリモートセンシング
装置の全体的な構成を示したブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the gas remote sensing device of the present invention.
【0010】図1において、主ケース1に設けられた定
電流回路2から通電された定電流により、スーパールミ
ネッセントダイオード(SLD)3から例えば1.3マ
イクロメータ帯の波長を有する光が発光されると、この
光は、光コネクタ4、及びマルチモード光ファイバ5を
介して光器具ブラケット6に伝送される。この光ブラケ
ット6には、濃度(圧力)が検出される被濃度(圧力)
検出ガスとしての例えばメタンガスが均一に封入された
ガスセル7が配設されている。光器具ブラケット6に伝
送された上記光は、レンズ8に入射され、レンズ8によ
りビーム状に集光された光線L1がガスセル7を透過す
る。ガスセル7を透過した光線L1はレンズ9により集
光され、マルチモード光ファイバ10、光コネクタ11
を介して主ケース1に設けられたサブケース12に帰還
される。In FIG. 1, light having a wavelength of, for example, 1.3 micrometer band is emitted from the super luminescent diode (SLD) 3 by the constant current supplied from the constant current circuit 2 provided in the main case 1. Then, this light is transmitted to the optical instrument bracket 6 via the optical connector 4 and the multimode optical fiber 5. The optical bracket 6 has a density (pressure) whose density (pressure) is detected.
A gas cell 7 in which, for example, methane gas as a detection gas is uniformly enclosed is provided. The light transmitted to the optical instrument bracket 6 is incident on the lens 8, and the light ray L1 condensed by the lens 8 in a beam shape passes through the gas cell 7. The light ray L1 transmitted through the gas cell 7 is condensed by the lens 9, and the multimode optical fiber 10 and the optical connector 11 are connected.
Is returned to the sub-case 12 provided in the main case 1 via.
【0011】サブケース12に入射された光L2は、反
射型の回折格子21に入射される。この回折格子21に
は、ピエゾ素子22が取付けられており、このピエゾ素
子22に印加する電圧に応じてピエゾ素子22が長手方
向に伸縮するため、回折格子21は軸21Aを中心とし
て微小角度、すなわち実線と破線で示す位置に回動変位
される。回折格子21がピエゾ素子22により回動変位
されると、前記光L2は、メタンガスの吸収スペクトル
に対応した波長、即ち1.3312マイクロメータの波
長を有する第1の光(λ0)と、この1.3312マイ
クロメータの波長より6nm(ナノメータ)ずれた1.
3372マイクロメータのメタンガスに吸収されない波
長の第2の光(λ1)とに変調される。(図2、図3参
照)The light L2 incident on the sub case 12 is incident on the reflection type diffraction grating 21. A piezo element 22 is attached to the diffraction grating 21, and the piezo element 22 expands and contracts in the longitudinal direction according to the voltage applied to the piezo element 22, so that the diffraction grating 21 has a small angle about the axis 21A. That is, it is rotationally displaced to the positions shown by the solid line and the broken line. When the diffraction grating 21 is rotationally displaced by the piezo element 22, the light L2 is the first light (λ0) having a wavelength corresponding to the absorption spectrum of methane gas, that is, a wavelength of 1.3312 micrometers, and The wavelength is shifted from the wavelength of 3312 micrometers by 6 nm (nanometer).
It is modulated with a second light (λ1) having a wavelength that is not absorbed by methane gas of 3372 micrometers. (See Figures 2 and 3)
【0012】上記変調制御により生成された1.331
2マイクロメータの波長を有する第1の光と、この1.
3312マイクロメータの波長から僅かにずれた1.3
372マイクロメータの波長の第2の光とが反射光とし
てスリット14を交互に通過したあと、それらの光は光
コネクタ13、マルチモード光ファイバ15を介して二
方向分光器24に入射され、その二方向分光器24によ
り分岐光L3とL4とに分けられる。分岐光L3は、被
濃度(圧力)検出ガスのメタンガスと同成分のガスが1
00%濃度で封入された基準セル16に透過されたあ
と、ホトダイオードPD1において光電交換される。
尚、分岐光L3が基準セル16を透過する過程で波長が
1.3312μmの第1の光は、基準セル16中のメタ
ンガスにより吸収され、減衰する一方、1.3372μ
mの波長の第2の光はほとんど減衰することなく透過す
る。従ってホトダイオードPD1で受光される光量は、
前記変調周期に同期して強弱交互に変化する。ホトダイ
オードPD1において光電交換され、ホトダイオードP
D1から出力された直流信号D1は同期制御回路28に
入力される。1.331 generated by the above modulation control
A first light having a wavelength of 2 micrometers and the 1.
1.32 slightly deviated from the wavelength of 3312 micrometers
After the second light having a wavelength of 372 micrometers and the second light alternately pass through the slit 14 as reflected light, those lights are incident on the bidirectional spectroscope 24 through the optical connector 13 and the multimode optical fiber 15, and The bidirectional spectroscope 24 splits the split light into L3 and L4. In the branched light L3, the gas having the same component as the methane gas as the concentration (pressure) detection gas is 1
After passing through the reference cell 16 filled with a concentration of 00%, photoelectric conversion is performed in the photodiode PD1.
In the process of the branched light L3 passing through the reference cell 16, the first light having a wavelength of 1.3312 μm is absorbed and attenuated by the methane gas in the reference cell 16, while 1.3372 μm.
The second light of wavelength m is transmitted with little attenuation. Therefore, the amount of light received by the photodiode PD1 is
The intensity changes alternately in synchronization with the modulation cycle. Photoelectric exchange is performed in the photodiode PD1, and the photodiode P
The DC signal D1 output from D1 is input to the synchronization control circuit 28.
【0013】一方、分岐光L4は、ホトダイオードPD
2において光電交換される。ホトダイオードPD2にお
いて光電交換され、ホトダイオードPD2から出力され
た直流信号D2はゲイン調節可能なプログラマブルゲイ
ンアンプ33によりゲイン調節され、その出力信号D3
は同期制御回路34に入力される。On the other hand, the branched light L4 is generated by the photodiode PD.
Photoelectrically exchanged at 2. The DC signal D2 photoelectrically exchanged in the photodiode PD2 and output from the photodiode PD2 is gain-adjusted by the programmable gain amplifier 33 capable of gain adjustment, and its output signal D3.
Is input to the synchronization control circuit 34.
【0014】マイクロコンピュータ18は、ガスリモー
トセンシング装置の中枢を成すのもである。そのマイク
ロコンピュータ18に接続された発振回路36は、マイ
クロコンピュータ18からのクロック信号に同期して所
定周波数の信号を発振して出力するもので、この発振信
号S1は加算器37に出力される。加算器37は発振信
号S1と、後述の変調制御補正信号S3とを加算した加
算信号S4を前記ピエゾ素子22を駆動するピエゾドラ
イバ23に出力する。The microcomputer 18 is also the center of the gas remote sensing device. The oscillation circuit 36 connected to the microcomputer 18 oscillates and outputs a signal of a predetermined frequency in synchronization with the clock signal from the microcomputer 18, and the oscillation signal S1 is output to the adder 37. The adder 37 outputs an addition signal S4 obtained by adding an oscillation signal S1 and a modulation control correction signal S3 described later to the piezo driver 23 that drives the piezo element 22.
【0015】一方、マイクロコンピュータ18に接続さ
れた位相制御回路38は、マイクロコンピュータ18か
らのクロックS2を入力し、所定周期の矩形波パルス信
号S5、S6を出力する。上記パルス信号S5は前記同
期制御回路28に、また、もう一方のパルス信号S6は
前記同期制御回路34に入力される。On the other hand, the phase control circuit 38 connected to the microcomputer 18 inputs the clock S2 from the microcomputer 18 and outputs rectangular wave pulse signals S5 and S6 of a predetermined cycle. The pulse signal S5 is input to the synchronization control circuit 28, and the other pulse signal S6 is input to the synchronization control circuit 34.
【0016】同期制御回路28は、上記パルス信号S5
と前記ホトダイオードPD1からの直流信号D1とを入
力し、パルス信号S5に同期して上記信号D1を交流信
号に変換したあと、同期検波する。同期制御回路28に
おいて同期検波された出力信号S7は、PI回路(比例
積分回路)40に入力される。同期検波された出力信号
S7は、前記回折格子21がピエゾ素子22により微小
回動変位されるとき、変位幅が何らかの原因により所定
値から変化し、前記1.3312マイクロメータの波長
を有する第1の光と、この1.3312マイクロメータ
の波長から僅かにずれた1.3372マイクロメータの
波長を有する第2の光が得られなくならないよう、上記
変位幅を所定値に戻すように補正するための信号で、こ
の信号S7を前記PI回路(比例積分回路)40を通
し、より精密な変調制御補正信号S3として前記加算器
37に印加する。従って加算器37からピエゾドライバ
23に出力される信号S4は、前記発振信号S1と、前
記変位幅を補正するための一種のフィードバック信号と
しての変調制御補正信号S3とを加算した信号となる。The synchronization control circuit 28 uses the pulse signal S5.
And the DC signal D1 from the photodiode PD1 are input, the signal D1 is converted into an AC signal in synchronization with the pulse signal S5, and then synchronous detection is performed. The output signal S7 synchronously detected by the synchronous control circuit 28 is input to the PI circuit (proportional integrator circuit) 40. When the diffraction grating 21 is finely rotationally displaced by the piezo element 22, the synchronously detected output signal S7 changes its displacement width from a predetermined value for some reason, and has a wavelength of 1.3312 micrometers. Light and the second light having a wavelength of 1.3372 micrometers slightly deviated from the wavelength of 1.3312 micrometers are corrected so that the displacement width is returned to a predetermined value so as not to be obtained. This signal S7 is applied to the adder 37 as a more precise modulation control correction signal S3 through the PI circuit (proportional integration circuit) 40. Therefore, the signal S4 output from the adder 37 to the piezo driver 23 is a signal obtained by adding the oscillation signal S1 and the modulation control correction signal S3 as a kind of feedback signal for correcting the displacement width.
【0017】また、同期制御回路34は、前記パルス信
号S6と前記出力信号D3とを入力し、信号D3を交流
信号に変換したあと、パルス信号S6に同期してその交
流信号を同期検波する。同期制御回路34において同期
検波された出力信号S8は、AD変換器17によりディ
ジタル信号S9に変換されたあと、マイクロコンピュー
タ18に入力される。The synchronization control circuit 34 receives the pulse signal S6 and the output signal D3, converts the signal D3 into an AC signal, and synchronously detects the AC signal in synchronization with the pulse signal S6. The output signal S8 synchronously detected in the synchronous control circuit 34 is input to the microcomputer 18 after being converted into a digital signal S9 by the AD converter 17.
【0018】マイクロコンピュータ18は、同期制御回
路34から出力された出力信号S8に対応したディジタ
ル信号S9を入力すると、このディジタル信号S9に基
づいて、メタンガスに吸収されたあとの前記1.331
2マイクロメータの波長を有する第1の光の光量に対応
した信号と、メタンガスにより吸収されない前記1.3
372マイクロメータ波長の第2の光の光量に対応した
信号との差を演算し、更に、その差に基づいて前記ガス
セル7のメタンガスの濃度(圧力)を演算検出する。そ
して演算されたメタンガスの濃度(圧力)は、キーボー
ド41の設定操作によりLEDディスプレイ42に表示
される。When the microcomputer 18 receives the digital signal S9 corresponding to the output signal S8 output from the synchronization control circuit 34, the microcomputer 18 receives the digital signal S9 and then outputs the digital signal S9.
A signal corresponding to the amount of the first light having a wavelength of 2 micrometers and the above-mentioned 1.3 that is not absorbed by methane gas.
The difference from the signal corresponding to the light amount of the second light having the wavelength of 372 micrometers is calculated, and the concentration (pressure) of the methane gas in the gas cell 7 is calculated and detected based on the difference. Then, the calculated concentration (pressure) of methane gas is displayed on the LED display 42 by the setting operation of the keyboard 41.
【0019】以上のように、被濃度(圧力)検出ガスに
吸収される第1の光の吸収スペクトルに応じた波長と、
上記吸収スペクトル対応波長より僅かにずれた第2の光
の非吸収波長とに変調する回折格子21を制御してガス
濃度(圧力)を高精度に検出する手段は、本実施例で開
示したメタンガスに限らず、任意のガスの濃度(圧力)
を検出し、表示する場合にも有用である。As described above, the wavelength corresponding to the absorption spectrum of the first light absorbed by the concentration (pressure) detection gas,
Means for detecting the gas concentration (pressure) with high accuracy by controlling the diffraction grating 21 that modulates to the non-absorption wavelength of the second light slightly deviated from the absorption spectrum corresponding wavelength is the methane gas disclosed in this embodiment. Not just the concentration of any gas (pressure)
It is also useful when detecting and displaying.
【0020】また、前記回折格子21の配設位置は、前
記実施例のように前記ガスセル7の後でなくても、前記
ガスセル7の前でも良い。The arrangement position of the diffraction grating 21 may be before the gas cell 7 instead of after the gas cell 7 as in the embodiment.
【0021】次に、本発明の応用例を説明する。図5
は、第1の応用例を示したもので、メタンガスが長尺の
パイプ51を流れている場合に、パイプ51の途中に設
けられた複数のガスセル52,53,54それぞれにお
けるメタンガスの濃度を集中的に測定し、長尺のパイプ
51からのメタンガスの漏洩を検出する手段を示したも
のである。この応用例の場合は、前記スーパールミネッ
サントダイオード3、マイクロコンピュータ18、回折
格子21などを収容した本体部55から多芯の光ファイ
バ56の2芯づつをガスセル52,53,54それぞれ
に接続したもので、ガスセル52,53,54それぞれ
から帰還する光を切換え受光したり、あるいは光電変換
された電気信号を時分割制御することにより、ガスセル
52,53,54それぞれのガス濃度を演算し、ガスセ
ル52,53,54それぞれの近辺における長尺パイプ
51からのメタンガスの漏洩を検出することができる。Next, an application example of the present invention will be described. Figure 5
Shows a first application example. When methane gas is flowing through a long pipe 51, the concentration of methane gas in each of a plurality of gas cells 52, 53, 54 provided in the middle of the pipe 51 is concentrated. This is a means for detecting leakage of methane gas from the long pipe 51 by performing a physical measurement. In the case of this application example, two cores of a multi-core optical fiber 56 are connected to the gas cells 52, 53, 54 respectively from the main body 55 accommodating the super luminescent diode 3, the microcomputer 18, the diffraction grating 21 and the like. The gas concentration of each of the gas cells 52, 53, 54 is calculated by switching and receiving the light returning from each of the gas cells 52, 53, 54, or by time-divisionally controlling the photoelectrically converted electric signal. Leakage of methane gas from the long pipe 51 in the vicinity of each of 52, 53, 54 can be detected.
【0022】図6は、第2の応用例を示したもので、L
NG船61からローディングアーム62を用いて天然ガ
スを搬出したり、あるいはLNG船61に天然ガスを搬
入するシステムにおいて、ローディングアーム62の途
中位置に複数のガスセル63,64,65を設け、ロー
ディングアーム62からの天然ガスの漏洩を検出するシ
ステムを示したものである。このシステムにおいて、ガ
スセル63,64,65のガス濃度を演算し、ローディ
ングアーム62からの天然ガスの漏洩を検出する方法は
上記第1の応用例と同じである。FIG. 6 shows a second application example, L
In a system for carrying out natural gas from the NG ship 61 using the loading arm 62 or carrying natural gas into the LNG ship 61, a plurality of gas cells 63, 64, 65 are provided at intermediate positions of the loading arm 62 and the loading arm 62 is provided. 6 shows a system for detecting leakage of natural gas from 62. In this system, the method of calculating the gas concentrations of the gas cells 63, 64, 65 and detecting the leakage of natural gas from the loading arm 62 is the same as in the first application example.
【0023】図7は、第3の応用例を示したもので、前
記ローディングアーム62あるいは一般のパイプライン
の内径部におけるガスが充分にパージされたことを検出
するシステムを示したものである。このシステムを第2
の応用例で示したローディングアーム62を例にして説
明すると、ローディングアーム62が休止しているとき
には一般に窒素ガスが充填されており、ローディングア
ーム62に天然ガスを通すときには予め充填されている
窒素ガスを十分にパージする必要がある。その手順とし
て、ローディングアーム62にメタンガスを送り込んで
窒素ガスを排出させたあと、ローディングアーム62に
連通されたガスセル71の中のメタンガス濃度を検出
し、窒素ガスが十分に排出されたことを確認したあと、
液化天然ガスを流す作業に入り、その作業の終了後に再
度、ローディングアーム62の中のメタンガス濃度を検
出し、その濃度が十分に小さくなった状態で窒素ガスを
封入するものである。FIG. 7 shows a third application example, and shows a system for detecting that the gas in the inner diameter portion of the loading arm 62 or a general pipeline is sufficiently purged. This system is second
Taking the loading arm 62 shown in the application example as an example, the loading arm 62 is generally filled with nitrogen gas when the loading arm 62 is in a rest state, and the nitrogen gas that is previously filled when passing the natural gas through the loading arm 62. Need to be thoroughly purged. As the procedure, methane gas was sent to the loading arm 62 to discharge nitrogen gas, and then the concentration of methane gas in the gas cell 71 communicated with the loading arm 62 was detected to confirm that nitrogen gas was sufficiently discharged. after,
The operation of flowing the liquefied natural gas is started, and after the operation is finished, the concentration of methane gas in the loading arm 62 is detected again, and nitrogen gas is sealed when the concentration is sufficiently low.
【0024】[0024]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、濃度(圧
力)が検出される任意のガスが封入されたガスセルにビ
ーム状の光を透過させ、上記ガスにより吸収される波長
の第1の光の吸収度に応じてガスの濃度を演算検出する
とき、ガスセルの後の光路、あるいはガスセルの前の光
路に設けられた回折格子を変調することにより、計測光
としての上記第1の光と、ガスにより吸収されない波長
の参照光としての第2の光とを所定のタイミングで生成
させ、第1の光と第2の光の合計光量をモニターし、こ
の合計光量に応じて回折格子の変調の中心を被濃度(圧
力)検出ガスの光の吸収波長に自動的に合わせるように
フィードバック制御するとともに、前記第1の光と第2
の光を光電変換した第1の電気信号と第2の電気信号と
に基づいて被濃度(圧力)検出ガスによる第1の光の吸
収率を演算し、この吸収率から前記被濃度(圧力)検出
ガスの濃度(圧力)を演算することができるため、ガス
の濃度(圧力)を高精度に検出することができるという
効果がある。As described above, according to the present invention, beam-shaped light is transmitted through a gas cell in which an arbitrary gas whose concentration (pressure) is detected is sealed, and the first wavelength of the wavelength absorbed by the gas is transmitted. When the gas concentration is calculated and detected according to the light absorption degree of the first light, the first light as the measurement light is modulated by modulating the diffraction grating provided in the light path after the gas cell or in the light path before the gas cell. And a second light as a reference light having a wavelength that is not absorbed by the gas are generated at a predetermined timing, the total light quantity of the first light and the second light is monitored, and the diffraction grating of the diffraction grating is adjusted according to the total light quantity. Feedback control is performed so that the center of modulation is automatically adjusted to the absorption wavelength of the light of the concentration (pressure) detection gas, and the first light and the second light are controlled.
The absorption rate of the first light by the concentration (pressure) detection gas is calculated on the basis of the first electric signal and the second electric signal obtained by photoelectrically converting the above-mentioned light, and the concentration (pressure) is calculated from the absorption rate. Since the concentration (pressure) of the detection gas can be calculated, there is an effect that the concentration (pressure) of the gas can be detected with high accuracy.
【図1】本発明の一実施例の全体的な構成を示す系統図
である。FIG. 1 is a system diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.
【図2】メタンガスの吸収スペクトル特性図である。FIG. 2 is an absorption spectrum characteristic diagram of methane gas.
【図3】回折格子による変調特性説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of modulation characteristics by a diffraction grating.
【図4】従来のガス濃度(圧力)検出装置の構成系統図
である。FIG. 4 is a configuration system diagram of a conventional gas concentration (pressure) detection device.
【図5】第1の応用例を示した説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a first application example.
【図6】第2の応用例を示した説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a second application example.
【図7】第3の応用例を示した説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a third application example.
3 スーパールミネッセントダイオード 7 ガスセル 18 マイクロコンピュータ 21 回折格子 22 ピエゾ素子 23 ピエゾドライバ 24 分光器 28 同期制御回路 PD1,PD2 ホトダイオード 34 同期制御回路 36 発振回路 37 加算器 38 位相制御回路 3 Super Luminescent Diode 7 Gas Cell 18 Microcomputer 21 Diffraction Grating 22 Piezo Element 23 Piezo Driver 24 Spectroscope 28 Synchronous Control Circuit PD1, PD2 Photodiode 34 Synchronous Control Circuit 36 Oscillation Circuit 37 Adder 38 Phase Control Circuit
フロントページの続き (72)発明者 安 精治 愛知県小牧市大字上末122番地 サンテッ ク株式会社内 (72)発明者 村上 知広 愛知県小牧市大字上末122番地 サンテッ ク株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−145547(JP,A) 特開 昭54−71685(JP,A) 特開 昭62−257044(JP,A) 特開 昭63−167244(JP,A)Front Page Continuation (72) Inventor Seiji Aji 122, Kamishima, Aichi Prefecture, Osamu 122, Suntech Co., Ltd. Documents JP-A-1-145547 (JP, A) JP-A-54-71685 (JP, A) JP-A-62-257044 (JP, A) JP-A-63-167244 (JP, A)
Claims (1)
透過する際の、そのガスによる吸収率が最も大きな波長
を含んだ波長帯の光を発光する発光手段と、その発光手
段から発行された前記光を前記ガスが封入されたガスセ
ルまで導いて入射する往光路と、前記ガスセルを透過し
た前記光を導く復光路と、前記往光路もしくは前記復光
路に設けられた回折格子と、その回折格子を所定のタイ
ミングで変調させることにより前記光を前記ガスにより
大きく吸収される波長の第1の光と前記ガスにより吸収
されない波長の第2の光とを生成する回折格子変調制御
手段と、前記復光路の端末部に設けられ、前記第1の光
と第2の光とを受光し、それぞれの光の光量に対応した
第1の電気信号と第2の電気信号とを出力する受光手段
と、その受光手段からの前記それぞれの電気信号の加算
値に対応した前記第1の光と第2の光の合計光量に基づ
いて前記回折格子変調制御手段による前記回折格子の変
調を補正する変調制御補正手段と、前記第1の電気信号
と第2の電気信号とに基づいて前記ガスによる前記第1
の光の吸収率を演算し、その吸収率から前記ガスの濃度
もしくは圧力を演算する演算手段とを備えたことを特徴
とする回折格子を用いたガスリモートセンシング装置。1. A light emitting means for emitting light in a wavelength band including a wavelength having a maximum absorptance by the gas when the light is transmitted through the gas whose concentration or pressure is detected, and the light emitting means. A forward light path for guiding the light to the gas cell in which the gas is sealed and entering the light, a backward light path for guiding the light transmitted through the gas cell, a diffraction grating provided in the forward light path or the backward light path, and its diffraction Diffractive grating modulation control means for generating first light having a wavelength that is largely absorbed by the gas and second light having a wavelength that is not absorbed by the gas by modulating a grating at a predetermined timing; A light receiving means which is provided at a terminal portion of the return path, receives the first light and the second light, and outputs a first electric signal and a second electric signal corresponding to the light quantities of the respective lights. , Its light receiving means Modulation control correction means for correcting the modulation of the diffraction grating by the diffraction grating modulation control means based on the total light amount of the first light and the second light corresponding to the added value of the respective electric signals. The first gas by the gas based on the first electrical signal and the second electrical signal.
A gas remote sensing device using a diffraction grating, comprising: a light-absorption rate of light, and a calculation means for calculating the concentration or pressure of the gas from the light absorption rate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11243691A JPH0715439B2 (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Gas remote sensing device using diffraction grating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11243691A JPH0715439B2 (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Gas remote sensing device using diffraction grating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04318443A JPH04318443A (en) | 1992-11-10 |
| JPH0715439B2 true JPH0715439B2 (en) | 1995-02-22 |
Family
ID=14586587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11243691A Expired - Fee Related JPH0715439B2 (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Gas remote sensing device using diffraction grating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715439B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6128079A (en) * | 1999-03-25 | 2000-10-03 | Electric Power Research Institute, Inc. | Fiber optic probe and system for measurement of moisture in steam turbines |
-
1991
- 1991-04-17 JP JP11243691A patent/JPH0715439B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04318443A (en) | 1992-11-10 |
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