JP2001066250A

JP2001066250A - ガス検出装置

Info

Publication number: JP2001066250A
Application number: JP24388299A
Authority: JP
Inventors: Takashi Wada; 隆志和田; Hiroyuki Matsubara; 弘幸松原; Hiroshi Ito; 伊藤　　博
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】検出途中の一部隠蔽などのさまざまなノイズ
の有無に関わらず、零点安定性を維持すると共に、超高
精度なガス漏れ検知を行うことができるガス検出装置の
提供を目的とする。【解決手段】信号発生回路２４により出力信号を変調
信号調整回路２２に入力し、レーザダイオード１６Ａ及
びレーザダイオード１６Ｂが逆位相、並びに、レーザダ
イオード１６Ａ及びレーザダイオード１６Ｂが逆位相に
それぞれなるように変調信号をそれぞれのレーザダイオ
ードに出力することにより、レーザダイオードより変調
光が出力される。そして、それぞれのレーザダイオード
より出力された変調光を分波器１８及び３つの合波器２
０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃによって測定光を生成し、プロー
ブ部１４の対象ガス雰囲気へ出力し、受光器３６により
受光する。そして、同期検波回路２６により変調成分の
みを抽出してガス検知を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス検出装置に関
し、特に、対象ガスの光吸収特性を利用してガス漏れ等
を検出するガス検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスには特定波長の光を吸収する吸収帯
のあることが知られており、これを利用したガス検出装
置が従来より提案されている。

【０００３】例えば、特開平５−２６４４４６号公報に
示されるような、差分吸収法によるものが知られてい
る。これは単一のレーザダイオードの駆動電流を変調し
て、対象ガスに吸収される波長と吸収されない波長の二
種のレーザ光を交互に射出させ、途中ビームスプリッタ
で光束を分岐して、一方を対象ガスを経て受光素子に入
射させ、他方は直接他の受光素子に入射させる。そし
て、各受光素子の出力信号を対数比増幅器に入力し、そ
の出力を矩形波列に変換すると共に、これを帯域通過フ
ィルタに通して変調基本波成分を抽出することによりガ
ス濃度信号を得ている。

【０００４】しかしながら、特開平５−２６４４４６号
公報に示されるガス検出装置では、レーザ光の波長を変
化させるに伴って光出力も大きく変化してしまう問題を
対数比増幅器を使用することによって解決しているが、
該対数比増幅器は、一般に温度依存性が大きく、精度及
び信頼性に難がある。また、特開平５−２６４４４６号
公報に示されるガス検出装置は、受光器を２つ使用して
いるのでノイズが発生しやすい。

【０００５】そこで、特開平５−２６４４４６号公報に
示されるガス検出装置の問題点を解消するために、特開
平１１−１４２３２７号公報に記載のガス検出装置が提
案されている。

【０００６】特開平１１−１４２３２７号公報に示され
るガス検出装置は、対象ガスに吸収される波長のレーザ
光と対象ガスに吸収されない波長のレーザ光のそれぞれ
のレーザ光を同一振幅且つ互いに逆相に変調した変調光
として合成し測定光とする。そして、該測定光を対象ガ
ス雰囲気中を通過させ、受光器で受光させ、その抽出さ
れた変調成分より演算回路でガス濃度を算出している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−１４２３２７号公報に示されるガス検出装置で
は、対象ガスの検知範囲にガスがない場合に測定光を一
部隠蔽しても出力変動がないはずであるが、ナイフエッ
ジ法（ナイフエッジにより測定光を一方向から遮蔽して
いき、その測定光の出力変化をみる方法）などを用いて
実際に測定光を一部隠蔽すると、出力光の変動が生じる
（図５）。これは、２つのレーザ光の逆相の変調光によ
り発生させられた測定光そのものが空間的不均一性（空
間的に全く同一の光強度にできないこと）を有するため
である。測定光の空間不均一性の存在は、吸収、非吸収
の２つの光の波長の違いに基づくもので、レーザ光出射
端あるいは光ファイバー出射端から射出される光は、回
折して広がるがその回折角度をθとすると、θ＝λ／π
ωで定義される。ここでλは波長、ωは出射ビーム径で
あり所定の定数である。従って、波長が異なることによ
り回折角度が異なるので結局、測定のためのコリメート
などを施した場合のビーム径に差を生じることになる。

【０００８】特開平１１−１４２３２７号公報に示され
るガス検出装置の検出原理からは対象ガス雰囲気中にガ
スがない場合及びその時に測定光を一部隠蔽しても出力
変動がないはずであり高精度測定が可能としているが、
実際には測定光を一部隠蔽すると、上述した理由により
出力光の変動を生じる。

【０００９】２つの変調光の径が異なる場合（図９
（Ａ）の実線及び点線）の出力の変動を、ガスがない場
合の測定範囲の一部隠蔽を模擬検証可能なナイフエッジ
法を例にとって計算すると、図９（Ｂ）のようになり図
５の測定結果と合うことが計算結果により示される。

【００１０】従って、特開平１１−１４２３２７号公報
に示されるガス検出装置では、２つの波長の異なるレー
ザ光を用いているので、原理的に上述の問題を回避する
ことができない。この一部隠蔽により出力の変動が明確
にされた、空間的不均一性が測定精度に与える影響は±
１〜２％程度であり、これが無視できるようなガス漏れ
検知には、特開平１１−１４２３２７号公報に示される
ガス検出装置を適用することができるが、正確なガス濃
度測定、微量なガス検知については重大な問題となる。

【００１１】本発明は、上記問題を解決すべく成された
もので、検出途中の一部隠蔽などのさまざまなノイズの
有無に関わらず、零点安定性を維持すると共に、超高精
度なガス漏れ検知を行うことができるガス検出装置の提
供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、対象ガスに吸収される波長
のレーザ光を発生する第１のレーザ光発生手段と、前記
第１のレーザ光発生手段より出力される波長よりも小さ
い波長で、且つ対象ガスに吸収されない波長のレーザ光
を発生する第２のレーザ光発生手段と、前記第１のレー
ザ光発生手段より出力される波長よりも大きい波長で、
且つ対象ガスに吸収されない波長のレーザ光を発生する
第３のレーザ光発生手段と、前記第１のレーザ光発生手
段及び前記第２のレーザ光発生手段より出力される各レ
ーザ光が、同一振幅且つ互いに逆相となるように変調す
ると共に、前記第１のレーザ光発生手段及び前記第３の
レーザ光発生手段より出力される各レーザ光が、同一振
幅且つ互いに逆相となるように変調する変調手段と、前
記変調手段により変調された各変調光を合成して測定光
とし、該測定光を対象ガス雰囲気中に出力する測定光出
力手段と、対象ガス雰囲気中を通過した前記測定光を受
光する受光手段と、当該受光手段の出力信号中の変調成
分を抽出する変調成分抽出手段と、を具備することを特
徴としている。

【００１３】請求項１に記載の発明によれば、対象雰囲
気ガスの濃度が零であると、測定光を構成する各変調成
分はいずれも減衰されず、これら変調光の変調成分が互
いに相殺し合って測定光の変調成分は問題とならない程
度に小さくなる。一方、対象雰囲気ガスの濃度が増加す
ると、測定光を構成する各変調光のうち対象ガスに吸収
される波長のものがガス濃度に応じて減衰させられる。
これによって、各変調光の変調成分に大小を生じ、この
結果、測定光の変調成分はガス濃度に応じて大きくな
る。従って、測定光の変調成分が所定値を越えた時にこ
れを報知すれば、ガス漏れ検出器として使用できる。ま
た、測定光の変調成分を所定の数式に代入してガス濃度
を算出すれば、ガス濃度測定器として使用できる。

【００１４】また、対象ガスに吸収される波長の第１の
レーザ光、第１のレーザ光よりも小さい波長で且つ対象
ガスに吸収されない第２のレーザ光、及び第１のレーザ
光より大きい波長で且つ対象ガスに吸収されない第３の
レーザ光を変調手段により上述したように、第１のレー
ザ光及び第２のレーザ光が同一振幅且つ互いに逆位相と
なるように変調すると共に、第１のレーザ光及び第３の
レーザ光が同一振幅且つ互いに逆相となるように変調す
る。そして、合成して測定光を生成することにより、一
部隠蔽することによって生じる出力変動を相殺すること
ができる。従って、従来のガス検出装置のように空間的
不均一性を生じることが無い。

【００１５】すなわち、対数比増幅器が不要であると共
に、単一の受光器を設ければよいので、温度変化による
特性変化やノイズの混入による精度低下をきたすことが
なく、高精度なガス検出が可能である。また、測定光の
変調成分のみを抽出するので、各レーザ光発生手段で発
生させられる非変調時のレーザ光強度にある程度の差が
あっても問題とならない。

【００１６】従って、検出途中の一部隠蔽などのさまざ
まなノイズの有無に関わらず、零点安定性を維持すると
共に、超高精度なガス漏れ検知を行うことができるガス
検出装置を提供することができる。

【００１７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記測定光出力手段が、前記第１のレ
ーザ光発生手段より出力される光を２分する分割手段
と、前記第２のレーザ光より出力される光及び前記分割
手段により２分された一方の光を合成する第１の合成手
段と、前記第１のレーザ光発生手段より出力される光及
び前記分割手段により２分された他方の光を合成する第
２の合成手段と、前記第１の合成手段及び前記第２の合
成手段により合成された光をさらに１つの光に合成する
第３の合成手段と、からなることを特徴としている。

【００１８】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明において、測定光出力手段を、第１のレー
ザ光発生手段より出力される光を２分する分割手段と、
第２のレーザ光より出力される光及び分割手段により２
分された一方の光を合成する第１の合成手段と、第１の
レーザ光発生手段より出力される光及び分割手段により
２分された他方の光を合成する第２の合成手段と、第１
及び第２の合成手段により合成された光をさらに１つの
測定光に合成する第３の合成手段により構成することが
可能である。

【００１９】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記測定光出力手段が、前記第２のレ
ーザ光発生手段及び前記第３のレーザ光発生手段より出
力される光を合成する第１の合成手段と、前記第１の合
成手段により合成された光及び前記第１のレーザ光発生
手段より出力される光を合成する第２の合成手段と、か
らなることを特徴としている。

【００２０】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明において、測定光出力手段を、第２のレー
ザ光発生手段及び第３のレーザ光発生手段により出力さ
れる光を合成する第１の合成手段と、第１の合成手段に
より合成された光及び第１のレーザ光発生手段により出
力される光を合成する第２の合成手段より構成すること
が可能である。

【００２１】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］図１にはガス検
出装置１０の構成を示す。ガス検出装置１０はコントロ
ーラ部１２とプローブ部１４よりなり、コントローラ部
１２には３個のレーザダイオード（ＬＤ）１６Ａ、１６
Ｂ、１６Ｃ、分波器１８、３個の合波器２０Ａ、２０
Ｂ、２０Ｃ、変調信号調整回路２２、信号発生回路２
４、同期検波回路２６、演算回路２８及び表示器３０が
設けられている。また、プローブ部１４にはコリメータ
レンズ３２、集光レンズ３４及び受光器３６が設けられ
ている。なお、３個のレーザダイオード１６Ａ、１６
Ｂ、１６Ｃは、それぞれ本発明の第１、第２及び第３の
レーザ光発生手段に、分波器１８及び合波器２０Ａ、２
０Ｂ、２０Ｃは測定光出力手段に、変調信号調整回路２
２は変調手段に、受光器３６は受光手段に同期検波回路
２６は変調成分抽出手段にそれぞれ相当する。また、分
波器１８は分割手段に相当し、合波器２０Ａ、２０Ｂ、
２０Ｃはそれぞれ第１、第２及び第３の合成手段に相当
する。

【００２２】上記レーザダイオード１６Ａは対象ガスに
吸収される波長λ１のレーザ光を発振し、レーザダイオ
ード１６Ｂはレーザダイオード１６Ａより発振される波
長よりも小さい波長λ２のレーザ光を発振し、レーザダ
イオード１６Ｃはレーザダイオード１６Ａより発振され
る波長よりも大きい波長λ３のレーザ光を発振する。な
お、レーザダイオード１６Ａより発振されるレーザ光は
そのスペクトル幅が対象ガスの吸収線幅よりも狭いこと
が望まれる。また、レーザダイオード１６Ｂ、１６Ｃよ
り発生されるレーザ光は、ガス雰囲気中にガスが存在す
る場合に、それらのガスで吸収されない波長であること
が望ましい。本実施形態では、各レーザ光の波長λ１、
λ２、λ３は１．６５μｍ帯を使用しており、これら波
長λ１、λ２、λ３は、屈折率等の光学的特性を類似さ
せるために可能な限り近い波長とするのがよい。

【００２３】信号発生回路２４は、５ＫＨｚの正弦波あ
るいは矩形波を変調信号調整回路２２に出力し、変調信
号調整回路２２は、所定の変調比でレーザダイオード１
６Ａ及びレーザダイオード１６Ｂ、並びに、レーザダイ
オード１６Ａ及びレーザダイオード１６Ｃがそれぞれ逆
位相の変調信号となるように調整して変調信号２２ａ、
２２ｂ、２２ｃをレーザダイオード１６Ａ、１６Ｂ、１
６Ｃに出力する。

【００２４】分波器１８、合波器２０Ａ、２０Ｂ、２０
Ｃは、それぞれ方向性結合器からなり、分波器１８は、
レーザダイオードＬａより出力されるレーザ光Ｌａを変
調光Ｌａ１及び変調光Ｌａ２に２分する。合波器２０Ａ
は変調光Ｌａ１及びレーザダイオード１６Ｂより出力さ
れる変調光Ｌｂを合波して測定光Ｌｓ１を生成し、合波
器２０Ｂは変調光Ｌａ２及びレーザダイオード１６Ｃよ
り出力される変調光Ｌｃを合波して測定光Ｌｓ２を生成
し、合波器２０Ｃは測定光Ｌｓ１及び測定光Ｌｓ２を合
波して最終的な測定光Ｌｓを生成する。なお、各レーザ
ダイオード１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃに対する強度変調比
において、レーザダイオード１６Ａでは変調光Ｌａを分
波器１８にて２分した変調光Ｌａ１、Ｌａ２に対して強
度変調比を調整する。合波器２０Ａ、及び合波器２０Ｂ
における変調光Ｌａ１、Ｌｂ、及び変調光Ｌａ２、Ｌｃ
の混合比率をＭａ１、Ｍｂ，及びＭａ２、Ｍｃとし、受
光器３６における各変調光Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの感度をγ
ａ、γｂ、γｃとして、変調光Ｌａ１と変調光Ｌｂに対
してＭｂγｂ：Ｍａ１γａとなるように、また変調光Ｌ
ａ２と変調光Ｌｃに対してＭｃγｃ：Ｍａ２γａとなる
ようにして、合波器２０Ｃにおいて測定光Ｌｓ１、Ｌｓ
２を合波する。レーザダイオード１６Ａ、１６Ｂ、１６
Ｃから出力される各変調光Ｌａ（Ｌａ１、Ｌａ２）、Ｌ
ｂ、Ｌｃの光強度の経時変化を図２（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）に示し、それぞれ非変調時の所定強度Ｉ１、Ｉ
２、Ｉ３を中心に５ｋＨｚでほぼ同一振幅且つ互いに逆
位相に変調されている。また、分波器１８、合波器２０
Ａ、２０Ｂ、２０Ｃとしては、方向性結合器を使用する
以外に、例えば、ハーフミラー等を使用することもでき
る。

【００２５】同期検波回路２６は、信号発生回路２４よ
り出力される５ＫＨｚ信号が入力されると共に、受光器
３６の出力のうち変調成分ＩＭのみを抽出するように構
成されており、演算回路２８は、抽出された変調成分Ｉ
Ｍから下式（１）によってガス濃度αを算出し、表示器
３０は演算回路２８によって算出された結果を表示する
ように構成されている。 α＝−１／ＫＬ・ｌｏｇ（１−ＩＭ／Ｉ０）・・・（１）＝−１／ＫＬ・ｌｏｇ（１−（Ｉｂ＋Ｉｃ−Ｉａ）／（Ｉｂ＋Ｉｃ））＝−１／ＫＬ・ｌｏｇ（Ｉａ／（Ｉｂ＋Ｉｃ））なお、上式（１）において、Ｉ０（＝Ｉｂ＋Ｉｃ）は変
調光Ｌａをカットした時の対象ガス通過後の測定光Ｌｓ
中における変調成分強度であり、Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃはそ
れぞれ、対象ガス通過後の測定光Ｌｓ中の変調光Ｌａ、
Ｌｂ、Ｌｃの変調成分強度である。また、Ｋは対象ガス
の吸収係数、Ｌは対象ガス雰囲気中の光路長である。

【００２６】コントローラ部１２とプローブ部１４は光
ファイバーによって接続されており、プローブ部１４の
コリメータレンズ３２は、コントローラ部１２より出力
された測定光Ｌｓを平行光に変換し対象ガス雰囲気中に
出力する。

【００２７】集光レンズ３４は、対象ガス雰囲気中を通
過した測定光を受光器３６に集光するように構成されお
り、受光器３６は、フォトダイオードあるいは光電子増
倍管を使用して測定光Ｌｓを受光するように構成されて
いる。

【００２８】続いて、上述のように構成されたガス検出
装置１０の作用について説明する。

【００２９】信号発生回路２４から出力される５ＫＨｚ
の正弦波あるいは矩形波の出力信号は変調信号調整回路
２２に入力され、変調信号調整回路２２で上述した変調
比を、変調光Ｌａ１と変調光Ｌｂに対してＭｂγｂ：Ｍ
ａ１γａとなるように、また変調光Ｌａ２と変調光Ｌｃ
に対してＭｃγｃ：Ｍａ２γａとなるようにして、レー
ザダイオード１６Ａ及びレーザダイオード１６Ｂが逆位
相、並びに、レーザダイオード１６Ａ及びレーザダイオ
ード１６Ｃが逆位相にそれぞれなるように、すなわち、
レーザダイオード１６Ｂ及びレーザダイオード１６Ｃで
は同位相になるように、変調信号２２ａ、２２ｂ、２２
ｃをレーザダイオード１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃに出力す
ることによってレーザダイオード１６Ａ、１６Ｂ、１６
Ｃより変調光Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃが出力される。

【００３０】各レーザダイオード１６Ａから出力された
変調光Ｌａは分波器１８に入力され、変調光Ｌａが変調
光Ｌａ１及び変調光Ｌａ２に２分される。２分された変
調光Ｌａの一方の変調光Ｌａ１及びレーザダイオード１
６Ｂから出力された変調光Ｌｂは、合波器２０Ａに入力
され、ここで合波されて第１の測定光Ｌｓ１が生成され
る。また、２分された変調光Ｌａの他方の変調光Ｌａ２
及びレーザダイオード１６Ｃから出力された変調光Ｌｃ
は、合波器２０Ｂに入力され、ここで合波されて第２の
測定光Ｌｓ２が生成される。

【００３１】そして、第１の測定光Ｌｓ１及び第２の測
定光Ｌｓ２は合波器２０Ｃに入力され、ここで合波され
て最終的に測定光Ｌｓが生成される。ここで、測定光Ｌ
ｓの光強度の経時変化を図２（Ｄ）に示し、変調成分が
互いに相殺されて殆ど脈動の無い一定強度となってい
る。

【００３２】測定光Ｌｓは光ファイバ３８によってプロ
ーブ部１４へ導入され、コリメータレンズ３２で平行光
に変換されて対象ガス雰囲気中へ送出される。対象ガス
雰囲気中を通過した測定光Ｌｓは集光レンズ３４によっ
て、受光器３６に入力される。

【００３３】測定光Ｌｓのうち波長λ１の成分は対象ガ
スの濃度が零であれば波長λ１の測定光成分は全く減衰
させられないから、変調分が互いに相殺しあった一定強
度の測定光Ｌｓが受光器３６に入力され、受光器３６の
出力は図３（Ａ）に示すように一定となる。一方、対象
ガスの濃度が零以外であると、波長λ１の測定光成分は
吸収によってガス濃度に応じて減衰させられ（図２
（Ａ）の破線参照）、このため、受光器３６の出力には
波長λ１の測定光成分と、波長λ２及び波長λ３の測定
光成分との差分に応じた変調成分が現れる（図４
（Ａ））。

【００３４】そして、受光器３６の出力はコントローラ
部１２の同期検波回路２６に入力され、同期検波回路２
６では、受光器３６より入力された変調信号から信号発
生回路２４より出力された信号を取り出すことによって
受光器３６の出力の信号のうち変調成分ＩＭのみが抽出
される（図４（Ｂ））。この変調成分ＩＭは対象ガス濃
度が零の場合には零となる（図３（Ｂ））。また、抽出
された変調成分ＩＭは演算回路２８に出力され、演算回
路２８によってガス濃度αが算出され、表示器３０上に
算出結果が表示される。

【００３５】続いて、測定範囲の一部隠蔽を模擬検証可
能なナイフエッジ法を用いて、出力変動の検証を行った
結果について説明する。

【００３６】特開平１１−１４２３２７号公報に記載の
ガス検出装置では、ナイフエッジ法を用いて、測定光を
一部隠蔽すると、図５に示すように出力光の変動を生
じする。これは、上述したように、空間的不均一性によ
るものであり、波長が異なることにより、回折角度が異
なる。従って、測定のためにコリメートを施したビーム
径に差を生じる。

【００３７】そこで、本実施の形態では、レーザダイオ
ード１６Ａより出力された変調光Ｌａ１とレーザダイオ
ード１６Ｂより出力される変調光Ｌａ１よりも小さい波
長の変調光Ｌｂにより測定光Ｌｓ１を生成する。また、
レーザダイオード１６Ａより出力された変調光Ｌａ２と
レーザダイオード１６Ｃより出力される変調光Ｌａ２よ
りも大きい波長の変調光Ｌｃにより測定光Ｌｓ２を生成
する。そして、測定光Ｌｓ１及び測定光Ｌｓ２を合成し
て測定光Ｌｓを生成する。

【００３８】このように２つの測定光Ｌｓ１、Ｌｓ２を
合成して測定光Ｌｓを生成することにより、ナイフエッ
ジ法を用いた出力変動は、測定光Ｌｓ１及び測定光Ｌｓ
２により、図６に示すように従来の出力変動を補償・相
殺する。従って、出力変動がなくなる。なお、図６の点
線は、従来のガス検出装置による出力変動、或いは、例
えば本実施形態における測定光Ｌｓ１単独の出力変動を
示し、実線は、本実施形態における、従来の出力変動、
或いは測定光Ｌｓ１の出力変動を補償・相殺する測定光
Ｌｓ２単独の逆相の出力変動を示す。

【００３９】すなわち、検出中の一部隠蔽などのさまざ
まなノイズの有無に関わらず、零点安定を維持すると共
に、超高精度なガス漏れ検知を行うことができる。［第２実施形態］コントローラ部１２の構成は図７に示
すようなものとしてもよい。すなわち、図７において
は、コントローラ部１２には、第１実施形態と同様に、
レーザダイオード１６Ａ、レーザダイオード１６Ｂ、及
びレーザダイオード１６Ｃが設けられている。

【００４０】第２実施形態では、レーザダイオード１６
Ｂ及びレーザダイオード１６Ｃより出力される変調光Ｌ
ｂ、Ｌｃが合波器２１Ａにより合成されて変調光Ｌｂｃ
を生成し、レーザダイオード１６Ａより出力された変調
光Ｌａ、及びレーザダイオード１６Ｂ及びレーザダイオ
ード１６Ｃから出力された合成変調光Ｌｂｃを合波器２
１Ｂにより合成することによって測定光Ｌｓを生成する
構成となっている。なお、合波器２１Ａ、２１Ｂは本発
明の第１及び第２の合成手段に相当する。

【００４１】このような構成としても第１実施形態と同
様の作用効果が得られる。更に、合成器を設ける数を減
らすことができコントローラ部１２を小型化することが
できると共に、各種の調整を容易に行うことができる。
また、レーザダイオード１６Ａより出力される変調光Ｌ
ａを分波することがないのでレーザダイオード１６Ａの
出力損失が少ない。

【００４２】なお、上記実施形態において、プローブ部
１４の構成は図８に示すようなものとしてもよい。すな
わち、図８において、プローブ部１４にはコリメータレ
ンズ３２、集光レンズ３４、及び受光器３６に加えて、
ハーフミラー４０が設けられている。他の構成は第１実
施形態及び第２実施形態と同様である。

【００４３】コントローラ部１２（図１参照）から至っ
た光ファイバ３８によりコリメータレンズ３２に測定光
Ｌｓが導入され、これはハーフミラー４０で反射されて
対象ガス雰囲気中へ送出される。対象ガス雰囲気を通過
した測定光Ｌｓは室壁Ｗ等の反射体あるいは散乱体で反
射ないし散乱される。測定光Ｌｓのうち反射等されて対
象ガス雰囲気中を再び戻った光はハーフミラー４０を通
過して集光レンズ３４にいたり、受光器３６に入射させ
られる。

【００４４】このような構成によっても、第１実施形態
及び第２実施形態と同様の作用効果が得られると共に、
コリメータレンズ３２と集光レンズ３４を第１実施形態
及び第２実施形態のように対象ガス雰囲気を挟んで対称
位置に設ける必要がなく、同じ側に設けることができる
から、プローブ部１４が小型化されると共に、対象ガス
雰囲気から離れた遠隔からのガス検出が可能となる。

【００４５】また、上記の実施の形態では、演算回路２
８でガス濃度αを算出するようにしたが、単にガス漏れ
検出の用途に使用する場合には、演算回路２８を設け
ず、同期検波回路２６の出力すなわち変調成分ＩＭが所
定値を越えた時に警報信号を発するような構成とすれば
よい。

【００４６】変調成分抽出手段としては上記実施形態の
同期検波回路に代えて、受光器の出力をフーリエ変換し
て変調成分強度を測定するもの、あるいは受光器出力と
変調信号との相互相関をとるもの等が採用できる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、検
出途中の一部隠蔽などのさまざまなノイズの有無に関わ
らず、零点安定性を維持すると共に、超高精度なガス漏
れ検知を行うことができるガス検出装置の提供するこが
できる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す、ガス検出装置の
ブロック構成図である。

【図２】光強度の経時変化を示す図である。

【図３】受光器出力と同期検波出力の経時変化を示す図
である。

【図４】受光器出力と同期検波出力の経時変化を示す図
である。

【図５】ナイフエッジ法を用いた従来のガス検出装置の
出力変動を示す図である。

【図６】ナイフエッジ法を用いて本発明の実施の形態に
関わるガス検出装置の出力変動を示す図である。

【図７】本発明の第２実施形態を示す、ガス検出装置の
ブロック構成図である。

【図８】プローブ部の別の構成を示す、ブロック構成図
である。

【図９】（Ａ）光ビーム径の異なる場合の光強度分布、
（Ｂ）光ビーム径の異なる測定光の場合にナイフエッジ
で遮蔽した時の様子を示す図である。

【符号の説明】

１０ガス検出装置１６Ａレーザダイオード（第１のレーザ光発生手段）１６Ｂレーザダイオード（第２のレーザ光発生手段）１６Ｃレーザダイオード（第３のレーザ光発生手段）２２変調信号調整回路（変調手段）１８分波器（分割手段）２０Ａ合波器（測定光出力手段）２０Ｂ合波器（測定光出力手段）２０Ｃ合波器（測定光出力手段）２１Ａ合波器（測定光出力手段）２１Ｂ合波器（測定光出力手段）２６同期検波回路（変調成分抽出手段）３６受光器（受光手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤博愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内Ｆターム(参考） 2G059 AA05 EE01 EE11 GG01 GG02 GG03 GG09 JJ11 JJ17 KK01 KK02 2G067 BB15 BB17 CC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象ガスに吸収される波長のレーザ光を
発生する第１のレーザ光発生手段と、前記第１のレーザ光発生手段より出力される波長よりも
小さい波長で、且つ対象ガスに吸収されない波長のレー
ザ光を発生する第２のレーザ光発生手段と、前記第１のレーザ光発生手段より出力される波長よりも
大きい波長で、且つ対象ガスに吸収されない波長のレー
ザ光を発生する第３のレーザ光発生手段と、前記第１のレーザ光発生手段及び前記第２のレーザ光発
生手段より出力される各レーザ光が、同一振幅且つ互い
に逆相となるように変調すると共に、前記第１のレーザ
光発生手段及び前記第３のレーザ光発生手段より出力さ
れる各レーザ光が、同一振幅且つ互いに逆相となるよう
に変調する変調手段と、前記変調手段により変調された各変調光を合成して測定
光とし、該測定光を対象ガス雰囲気中に出力する測定光
出力手段と、対象ガス雰囲気中を通過した前記測定光を受光する受光
手段と、当該受光手段の出力信号中の変調成分を抽出する変調成
分抽出手段と、を具備するガス検出装置。
【請求項２】前記測定光出力手段が、前記第１のレー
ザ光発生手段より出力される光を２分する分割手段と、
前記第２のレーザ光より出力される光及び前記分割手段
により２分された一方の光を合成する第１の合成手段
と、前記第１のレーザ光発生手段より出力される光及び
前記分割手段により２分された他方の光を合成する第２
の合成手段と、前記第１の合成手段及び前記第２の合成
手段により合成された光をさらに１つの光に合成する第
３の合成手段と、からなることを特徴とする請求項１に
記載のガス検出装置。
【請求項３】前記測定光出力手段が、前記第２のレー
ザ光発生手段及び前記第３のレーザ光発生手段より出力
される光を合成する第１の合成手段と、前記第１の合成
手段により合成された光及び前記第１のレーザ光発生手
段より出力される光を合成する第２の合成手段と、から
なることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。