JP2007232374A - Hydrogen gas visualization method and system by raman scattering light - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、肉眼で見えない水素ガスを可視画像化することにより水素ガスの漏洩を遠方から高速且つ高精度に行う技術に関し、更に詳しくは、例えば、水素供給ステーションや燃料電池などの水素ガス利用設備の運用のために、誤検知が少なく連続監視が可能なラマン散乱光による水素ガス可視化方法及びシステムに関する。 The present invention relates to a technique for performing hydrogen gas leakage at high speed and high accuracy from a distance by visualizing hydrogen gas invisible to the naked eye, and more specifically, for example, use of hydrogen gas such as a hydrogen supply station or a fuel cell The present invention relates to a hydrogen gas visualization method and system using Raman scattered light that can be continuously monitored with few false detections for the operation of facilities.
従来の可燃性漏洩ガス検知は、吸引したガスをセンサー部分に直接接触させて電気抵抗や電流値などの変化を以てガス濃度を計測するものである。しかしながら、従来のガス検知器では、一つの検知器が監視できる領域が狭く、ガスがその検知器に到達しない限り検知は不可能というセンサー式のものであったため、風向きや設置位置によってはガス漏れの際の失報に繋がる危険性があった。また、例えば、ガス精製所等においては非常に多数のガス検知器の設置が必要となり、費用的な問題も大きかった（特許文献１）。 In the conventional flammable leak gas detection, the gas concentration is measured by bringing the sucked gas into direct contact with the sensor portion and changing electric resistance, current value, and the like. However, in the conventional gas detector, since the area that can be monitored by one detector is narrow and detection is impossible unless gas reaches the detector, gas leakage may occur depending on the wind direction and installation position. There was a risk of misreporting. In addition, for example, in a gas refinery or the like, it is necessary to install a large number of gas detectors, and there is a large cost problem (Patent Document 1).
一方、上記問題を解決するために、遠隔よりガス漏れの存在を監視するガス可視化装置が提案されている。このガス可視化装置では、測定対象ガスの吸収波長をもつ赤外線レーザーを照射するレーザー光源を用いて、背景から反射される赤外線の漏洩ガスによる吸収をイメージセンサーで撮像し、２次元可視画像化して表示するものである。 On the other hand, in order to solve the above problem, a gas visualization device that remotely monitors the presence of a gas leak has been proposed. In this gas visualization device, using a laser light source that irradiates an infrared laser having the absorption wavelength of the gas to be measured, absorption by an infrared leaked gas reflected from the background is captured by an image sensor and displayed as a two-dimensional visible image. To do.
しかしながら、水素ガスは近紫外線波長領域から赤外線波長領域において吸収を示さないことから、このような従来のガス可視化装置では、水素ガスを検知することはできない。
そこで、出願人は、監視対象空間にレーザー光を照射し、レーザー光に起因する水素ガス等のラマン散乱光である特定波長の被検出光を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することで特定波長の空間強度分布を画像化することで、水素ガス等を可視化する技術を提言した（特許文献２および３）。
Therefore, the applicant irradiates the monitoring target space with laser light, collects the detected light of a specific wavelength that is Raman scattered light such as hydrogen gas caused by the laser light, converts it into an electronic image, amplifies it, A technique for visualizing hydrogen gas or the like by imaging a spatial intensity distribution of a specific wavelength by converting it into an optical image again has been proposed (Patent Documents 2 and 3).
レーザー光を照射して水素ガスのラマン散乱光を観測する場合、外乱光によるノイズの発生により監視精度が下がるという問題がある。注意すべき外乱光には、(i)太陽光、(ii)反射光、(iii)監視対象内にある壁材や水・油膜等からの蛍光の３つがある。特にレーザー光に起因する蛍光は、照射レーザー光の波長よりも長波長側に広範囲に出現し水素ガスの検知を妨害する。図１１は、波長３５５ｎｍのレーザー光を照射した際に発生する物質別蛍光である。 When observing Raman scattering light of hydrogen gas by irradiating laser light, there is a problem that monitoring accuracy is lowered due to generation of noise due to disturbance light. There are three types of disturbance light to be noted: (i) sunlight, (ii) reflected light, and (iii) fluorescence from wall materials, water / oil films, etc. in the monitoring target. In particular, the fluorescence caused by the laser light appears over a wide range of wavelengths longer than the wavelength of the irradiated laser light and interferes with the detection of hydrogen gas. FIG. 11 shows substance-specific fluorescence generated when laser light having a wavelength of 355 nm is irradiated.
出願人は、特許文献２および３に記載の技術により、水素ガスの可視化を可能としたが、ラマン散乱光は微弱な光であり、誤検知のおそれを完全に除去するためには、繰り返し計測を行う必要があり、処理速度の点で改善が求められていた。 The applicant made it possible to visualize hydrogen gas by the techniques described in Patent Documents 2 and 3, but the Raman scattered light is weak light, and in order to completely eliminate the possibility of false detection, repeated measurement is performed. There is a need to improve the processing speed.
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、肉眼で見えない水素ガスを高速、且つ高精度に可視画像化する方法及びシステムを提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a method and system for visualizing a hydrogen gas invisible with the naked eye at high speed and with high accuracy.
本発明は、レーザー光を照射すると、分子の吸収エネルギーに相当するエネルギーだけレーザー光の波長がシフトするラマン散乱現象を用い、このラマン散乱光の空間強度分布を画像化することで水素ガスの漏洩を検知することを基本原理とするものである。
さらに、本発明では、水素ガスに起因するラマン散乱光と、このラマン散乱光の波長を含まない差分算出用光とで差分値を取ることにより、外乱光を効果的に除去することを可能とした。
ところで、ラマン散乱光には振動ラマン散乱光及び回転ラマン散乱光があることが知られている。前者の方が、レーリー散乱から波長的に遠く、乱反射により妨害されにくい点で後者に対して優位性があるため、特許文献２および３に記載の技術では、振動ラマン散乱光を利用していた。
しかしながら、ラマンシフトが約５８７ｃｍ−１附近での回転ラマン散乱光のスペクトルは、振動ラマン散乱光比べ桁違いに強いものであるため、回転ラマン散乱光を利用することで上記課題を解決できるのではないかとの知見を得るに至った。
The present invention uses a Raman scattering phenomenon in which the wavelength of a laser beam shifts by an energy corresponding to the absorption energy of the molecule when irradiated with laser light, and the leakage of hydrogen gas by imaging the spatial intensity distribution of this Raman scattered light. It is based on the basic principle to detect.
Furthermore, in the present invention, disturbance light can be effectively removed by taking a difference value between Raman scattered light caused by hydrogen gas and difference calculation light not including the wavelength of the Raman scattered light. did.
By the way, it is known that the Raman scattered light includes vibration Raman scattered light and rotational Raman scattered light. Since the former is superior to the latter in that it is farther away from the Rayleigh scattering and is less likely to be disturbed by diffuse reflection, the techniques described in Patent Documents 2 and 3 use vibration Raman scattered light. .
However, the spectrum of rotational Raman scattered light with a Raman shift around 587 cm −1 is orders of magnitude stronger than vibrational Raman scattered light. Therefore, the above problem cannot be solved by using rotational Raman scattered light. I have come to know that it is.
すなわち、本発明は、次の第１ないし７の水素ガス可視化方法を要旨とする。
第１の発明は、レーザー光により監視対象空間を走査し、当該レーザー光の波長をラマンシフトした波長に透過波長中心を有する第１の光学バンドパスフィルターによりラマン散乱光を集光し、１素子の受光素子により電気信号に変換し、第１の時間波形を測定すると共に、前記第１の光学バンドパスフィルターの透過光と波長域が異なる光を透過する第２の光学バンドパスフィルターにより特定波長の光を集光し、１素子の受光素子により電気信号に変換し、時間波形を測定し、続いて第１の時間波形と第２の時間波形との差分をとり、レーザー光の走査位置情報に基づいて監視対象空間の対応する位置座標を着色したラマン散乱光信号画像を作成し、それを監視対象空間の背景画像上に重畳表示することで水素ガスを可視化することを特徴とする水素ガス可視化方法である。
第２の発明は、第１の発明において、前項第１および第２の光学バンドパスフィルターの透過長幅が±２ｎｍ以下であることを特徴とする。
第３の発明は、第１または２の発明において、前記第１および第２の光学バンドパスフィルターに導かれる光は、前記レーザー光の波長を遮断し、且つ５００cm-1以上離れた長波長の光を透過する光学フィルターを通過した光であることを特徴とする。
第４の発明は、第１、２または３の発明において、前記ラマン散乱光信号画像は、前記差分の信号強度に応じて異なる色に着色した画像であることを特徴とする。
第５の発明は、第１ないし４のいずれかの発明において、前記レーザー光は、直線偏光のレーザー光を波長板により円偏光ないしは楕円偏光にしたレーザー光であり、前記第１の光学バンドパスフィルターは、前記レーザー光の波長を５８６．９ｃｍ−１ラマンシフトした波長に透過波長中心を有することを特徴とする。
第６の発明は、第５の発明において、前記波長板は、１／４波長板であり、波長板の光学軸に対して入射光の偏光軸が角度４５°となるように配置されることを特徴とする。
第７の発明は、第１ないし６のいずれかの発明において、前記受光素子が、光電子増倍管またはアバランシェフォトダイオードであることを特徴とする。
That is, the gist of the present invention is the following first to seventh hydrogen gas visualization methods.
1st invention scans the monitoring object space with a laser beam, condenses the Raman scattered light with the 1st optical bandpass filter which has the transmission wavelength center in the wavelength which carried out the Raman shift of the wavelength of the said laser beam, 1 element The light signal is converted to an electrical signal by the first light receiving element, the first time waveform is measured, and the specific wavelength is measured by the second optical bandpass filter that transmits light having a wavelength range different from that of the transmitted light of the first optical bandpass filter. The laser light is collected, converted into an electric signal by a single light receiving element, the time waveform is measured, and then the difference between the first time waveform and the second time waveform is taken to obtain the scanning position information of the laser beam. Based on the above, a Raman scattered light signal image colored with the corresponding position coordinates in the monitoring target space is created, and this is superimposed on the background image of the monitoring target space to visualize the hydrogen gas. It is hydrogen gas visualization method according to.
A second invention is characterized in that, in the first invention, the transmission length width of the first and second optical bandpass filters is ± 2 nm or less.
According to a third invention, in the first or second invention, the light guided to the first and second optical bandpass filters blocks the wavelength of the laser light and has a long wavelength separated by 500 cm −1 or more. The light is transmitted through an optical filter that transmits light.
According to a fourth invention, in the first, second, or third invention, the Raman scattered light signal image is an image colored in a different color according to the signal intensity of the difference.
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the laser light is laser light obtained by converting linearly polarized laser light into circularly or elliptically polarized light with a wave plate, and the first optical bandpass. The filter has a transmission wavelength center at a wavelength obtained by shifting the wavelength of the laser light by 586.9 cm −1 Raman.
In a sixth aspect based on the fifth aspect, the wave plate is a quarter wave plate and is arranged such that the polarization axis of incident light is at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the wave plate. It is characterized by.
According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the light receiving element is a photomultiplier tube or an avalanche photodiode.
また、本発明は、次の第８ないし１５の水素ガス可視化システムを要旨とする。
第８の発明は、監視対象空間にレーザー光を走査するレーザー光照射手段と、監視対象空間の可視光を撮像する可視光画像撮像手段と、水素ガスからのラマン散乱光スペクトル線波長に透過波長中心を有する光学バンドパスフィルターおよび１素子の受光素子からなる第１の受光手段と、第１の受光手段の透過光と波長域が異なる光を透過する光学バンドパスフィルターおよび１素子の受光素子からなる第２の受光手段と、監視対象空間からの光を第１および第２の受光手段へ導く集光手段と、第１および第２の受光手段からの信号に基づき水素ガスを可視化する画像処理手段と、を備え、前記画像処理手段は、第１の受光手段からの信号に基づき測定した時間波形と第２の受光手段からの信号に基づき測定した時間波形との差分をとり、レーザー光照射手段の走査位置情報に基づいて監視対象空間の対応する位置座標を着色したラマン散乱光信号画像を作成し、それを監視対象空間の可視光画像上に重畳表示することで水素ガスを可視化することを特徴とする水素ガス可視化システムである。
第９の発明は、第８の発明において、前項第１および第２の受光手段の光学バンドパスフィルターの透過長幅が±２ｎｍ以下であることを特徴とする。
第１０の発明は、第８または９の発明において、前記集光手段は、前記レーザー光の波長を遮断し、且つ５００cm-1以上離れた長波長の光を透過する光学フィルターを備えることを特徴とする。
第１１の発明は、第８、９または１０の発明において、前記画像処理手段は、前記差分の信号強度に応じて異なる色に着色したラマン散乱光信号画像を作成することを特徴とする。
第１２の発明は、第８ないし１１のいずれかの発明において、前記レーザー光照射手段は、直線偏光のレーザー光を円偏光ないしは楕円偏光にする波長板を備え、前記第１の受光手段の光学バンドパスフィルターは、当該レーザー光の波長を５８６．９ｃｍ−１ラマンシフトした波長に透過波長中心を有することを特徴とする。
第１３の発明は、第１２の発明において、前記波長板は、１／４波長板であり、波長板の光学軸に対して入射光の偏光軸が角度４５°となるように配置されることを特徴とする。
第１４の発明は、第８ないし１３のいずれかの発明において、前記第１の受光手段の光学バンドパスフィルターと前記第２の受光手段の光学バンドパスフィルターの透過波長中心の差が１０ｎｍ以下であることを特徴とする。
第１５の発明は、第８ないし１４のいずれかの発明において、前記受光素子が、光電子増倍管またはアバランシェフォトダイオードであることを特徴とする。
The present invention also provides the following eighth to fifteenth hydrogen gas visualization systems.
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a laser light irradiating unit that scans laser light into a monitoring target space, a visible light image capturing unit that images visible light in the monitoring target space, and a transmission wavelength of Raman scattered light spectrum line wavelength from hydrogen gas. A first light receiving means comprising an optical bandpass filter having a center and one light receiving element; an optical bandpass filter that transmits light having a wavelength range different from that of the first light receiving means; and one light receiving element. Image processing for visualizing hydrogen gas based on signals from the second light receiving means, a light collecting means for guiding light from the monitored space to the first and second light receiving means, and signals from the first and second light receiving means And the image processing means takes a difference between the time waveform measured based on the signal from the first light receiving means and the time waveform measured based on the signal from the second light receiving means, Based on the scanning position information of the laser light irradiation means, a Raman scattered light signal image in which the corresponding position coordinates of the monitoring target space are colored is created, and this is superimposed on the visible light image of the monitoring target space, so that hydrogen gas is displayed. This is a hydrogen gas visualization system characterized by visualization.
A ninth invention is characterized in that, in the eighth invention, the transmission band width of the optical bandpass filter of the first and second light receiving means in the preceding paragraph is ± 2 nm or less.
According to a tenth aspect, in the eighth or ninth aspect, the condensing means includes an optical filter that blocks the wavelength of the laser beam and transmits light having a long wavelength separated by 500 cm −1 or more. And
An eleventh invention is characterized in that, in the eighth, ninth or tenth invention, the image processing means creates a Raman scattered light signal image colored in a different color according to the difference signal intensity.
In a twelfth aspect of the invention according to any one of the eighth to eleventh aspects, the laser beam irradiation means includes a wave plate that converts linearly polarized laser light into circularly polarized light or elliptically polarized light. The band-pass filter has a transmission wavelength center at a wavelength obtained by shifting the wavelength of the laser light by 586.9 cm −1 Raman.
In a thirteenth aspect based on the twelfth aspect, the wave plate is a quarter wave plate, and is arranged such that the polarization axis of incident light is at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the wave plate. It is characterized by.
In a fourteenth aspect based on any one of the eighth to thirteenth aspects, a difference in transmission wavelength center between the optical bandpass filter of the first light receiving means and the optical bandpass filter of the second light receiving means is 10 nm or less. It is characterized by being.
According to a fifteenth aspect, in any one of the eighth to fourteenth aspects, the light receiving element is a photomultiplier tube or an avalanche photodiode.
本発明によれば、外乱を抑制でき、高速、且つ、高精度な水素ガスの遠隔監視を実現することが可能となる。 According to the present invention, disturbance can be suppressed, and high-speed and highly accurate remote monitoring of hydrogen gas can be realized.
本発明においては、中心透過波長が異なる狭帯域の光学バンドパスフィルターが装着された２つの受光素子を用意し、ラマン散乱光とは異なる波長の光（差分算出用光）を計測し、差分値を取ることで外乱光を効果的に排除している。ここで、差分算出用光を集光するための光学バンドパスフィルターは、ラマン散乱光を集光するための光学バンドパスフィルターと波長が近いものを選択している。これは外乱光のスペクトル分布が波長に対して変化するため、近い波長ほど近似的に同じ強度と見なせるからである。すなわち、ラマン散乱光と差分算出用光の波長が近いほど精度良く外乱光を排除することができる。太陽光の影響が強い屋外での利用を想定した場合、２つの光学バンドパスフィルターの透過波長中心の差は１０ｎｍ以下であることが好ましい。 In the present invention, two light receiving elements equipped with narrow band optical bandpass filters having different central transmission wavelengths are prepared, light having a wavelength different from the Raman scattered light (difference calculating light) is measured, and the difference value is obtained. This effectively eliminates disturbance light. Here, the optical bandpass filter for condensing the difference calculation light is selected to have a wavelength close to that of the optical bandpass filter for condensing the Raman scattered light. This is because the spectral distribution of the disturbance light changes with respect to the wavelength, so that the closer the wavelength, the closer it can be regarded as the same intensity. That is, the disturbance light can be more accurately excluded as the wavelengths of the Raman scattered light and the difference calculation light are closer. Assuming use outdoors where the influence of sunlight is strong, the difference between the transmission wavelength centers of the two optical bandpass filters is preferably 10 nm or less.
また、上述のとおり、水素ガスのラマン光には振動ラマン散乱光と回転ラマン散乱光が存在する。照射するレーザー波長別のラマンシフトは表１のとおりとなる。表１に示すように回転ラマン散乱光のシフト量は少ないため、照射レーザーの反射光をシャープにカットするフィルターが必要であることが分かる。近年開発された照射レーザー光の波長を遮断する遮断急峻度（透過率１０−６から透過率５０％までの急峻度）３ｎｍ以下の長波長透過フィルター（エッジフィルター）を用いるか、透過長幅が±２ｎｍ以下の狭帯域光学バンドパスフィルターを用いること（好ましくは両者を併用すること）により、回転ラマン散乱光の抽出が可能となる。
例えば、照射するレーザー光の波長が３５５ｎｍの場合、エッジフィルターは３５５ｎｍを１０−６に減衰させ３６２ｎｍの光を９０％以上透過する性能を有するものを、光学バンドパスフィルターはラマンシフトした波長である３６２．２ｎｍの波長の近傍に透過波長中心を有するものを、差分算出用光を集光するための光学バンドパスフィルターは、ラマン散乱光を集光するための光学バンドパスフィルターと波長が近く且つラマン散乱光を含まない波長に透過波長中心を有するものを選択し、両光学バンドパスフィルターの透過波長幅は少なくとも±２ｎｍ以下（好ましくは±０．８ｎｍ以下）である必要がある。
回転ラマン散乱光は、レーザー光の照射に対して蛍光の谷間に発生するため、蛍光の影響が少ないという特徴がある。図１１を見ると分かるように、レーザー光に起因する蛍光は照射レーザー光の直近には発生しないため、照射レーザー光の直近には発生する回転ラマン散乱光が蛍光の影響を受け難いことが分かる。
Further, as described above, the Raman light of hydrogen gas includes vibration Raman scattered light and rotational Raman scattered light. Table 1 shows the Raman shift for each laser wavelength to be irradiated. As shown in Table 1, since the shift amount of the rotating Raman scattered light is small, it can be seen that a filter that sharply cuts the reflected light of the irradiation laser is necessary. A recently developed long wavelength transmission filter (edge filter) with a cutoff steepness (a sharpness from 10 −6 to 50% transmittance) of 3 nm or less that blocks the wavelength of the irradiated laser beam is used. By using a narrow band optical bandpass filter of ± 2 nm or less (preferably using both in combination), it becomes possible to extract rotational Raman scattered light.
For example, when the wavelength of the laser beam to be irradiated is 355 nm, the edge filter has a performance of attenuating 355 nm to 10 −6 and transmitting 362 nm light by 90% or more, and the optical bandpass filter has a wavelength shifted by Raman. An optical bandpass filter for condensing difference calculation light having a transmission wavelength center in the vicinity of a wavelength of 362.2 nm is close in wavelength to the optical bandpass filter for condensing Raman scattered light and Those having a transmission wavelength center at a wavelength not including Raman scattered light are selected, and the transmission wavelength width of both optical bandpass filters must be at least ± 2 nm or less (preferably ± 0.8 nm or less).
The rotating Raman scattered light is generated in the valley of the fluorescence with respect to the irradiation of the laser beam, and thus has a feature that the influence of the fluorescence is small. As can be seen from FIG. 11, since the fluorescence caused by the laser light does not occur in the immediate vicinity of the irradiation laser light, it can be seen that the rotational Raman scattered light generated in the immediate vicinity of the irradiation laser light is not easily affected by the fluorescence. .
ここで、回転ラマン散乱光は、円偏光ないしは楕円偏光の光源で発光する。そこで、本発明では、直線偏光のレーザーを、波長板を通過させて偏光状態を変化させることにより、水素ガスに起因する回転ラマン散乱光を観測している。 Here, the rotating Raman scattered light is emitted by a circularly polarized light or an elliptically polarized light source. Therefore, in the present invention, rotating Raman scattered light caused by hydrogen gas is observed by changing the polarization state by passing a linearly polarized laser through a wave plate.
本発明の水素ガスの可視化方法は、図１に示すとおりであり、次の手順で行われる。
（１）水素ガスを可視化するための背景画像として、可視光カメラで監視対象空間を撮像する。
（２）レーザー光の走査情報（縦・横、或いは水平・煽り）から監視対象空間におけるレーザー光の照射位置を特定し、レーザー光を監視対象空間に照射する。レーザー光の走査位置情報は、画像処理のために記憶しておく。
（３）水素ガスに起因するレーザーのラマン散乱光と、このラマン散乱光の波長を含まない光（差分算出用光）を、それぞれ光学バンドパスフィルターを用いて集光する。ここで、回転ラマン散乱光を観測する場合には、照射するレーザー光は円偏光であり、ラマンシフトは５８６．９ｃｍ−１である。
（４）集光したラマン散乱光と、差分算出用光を、それぞれ受光素子で電気信号に変換し、レーザー光の照射信号を基準にして時間波形を測定する。ここで、受光素子には、１素子のディテクターを使用する。ＣＣＤカメラ等で画像として捉えようとすると受光した光量は各素子に分散されるが、１素子では全光量を電気信号に変換できるため、強いシグナルを得ることができるからである。好ましい受光素子としては、光が当たると電子を放出する光電陰極を持った遮蔽管である光電子増倍管、或いは、吸収光子によってできた正孔電子による光電流の雪崩効果を活用する器具であるアバランシェフォトダイオード(avalanche photodiode)が例示される。
（５）水素ガスに起因するラマン散乱光波長域の信号強度から、差分算出用光の波長域の信号強度を差し引いた信号を水素ガスの信号とする。このように差分算出用光の信号強度を差し引くことにより、外乱光を効果的に除去することができる。
（６）ラマン散乱光波長域の信号強度から差分算出用光の波長域の信号強度を差し引いた信号が、予め設定した信号強度よりも大きい場合を「ガス有り」、設定した信号強度よりも小さい場合を「ガス無し」として判別する。ガスの信号が検知されなかった場合は（１０）へ進み、ガスの信号が検知された場合は（７）へ進む。
（７）ラマン散乱光信号強度を強度に応じて異なる色に着色し監視対象空間画像のレーザー照射位置に対応する位置に表示する。水素ガスの濃度が増加するにつれてラマン散乱光信号強度も強くなるから、ラマン散乱光波長域の信号強度から差分算出用光の波長域の信号強度を差し引いた信号を強度に応じて異なる色に着色することで、水素ガスの濃度分布を視覚的に把握することができる。
例えば、図９および図１０の場合、信号強度は最大で０．０４Ｖ（１５０ｎｓの信号強度：受光器の回路により異なる）、最小で０Ｖ（差分信号）である。ここで、仮に水素検知の敷居値を０．００２Ｖとして、０．００２Ｖから０．０４Ｖを４ビットに階級化すれば１６段階の着色表示ができることになる。
（８）着色したラマン散乱光信号強度画像を、監視対象空間画像の背景画像に重ねて表示することで水素ガスの位置を視覚的に把握（可視化）することができる。
（９）レーザー光の照射信号を基準にして測定した時間波形と、レーザー光の照射から水素ガスに起因するラマン光信号の時間とから、水素ガスの距離を求め、モニター上に表示する。
（１０）監視対象空間におけるレーザー光の走査が終了するまで（２）〜（９）を繰り返す。
The method for visualizing hydrogen gas according to the present invention is as shown in FIG. 1 and is performed according to the following procedure.
(1) As a background image for visualizing hydrogen gas, the monitoring target space is imaged with a visible light camera.
(2) The irradiation position of the laser beam in the monitoring target space is specified from the scanning information (vertical / horizontal or horizontal / turning) of the laser beam, and the laser beam is irradiated to the monitoring target space. Laser beam scanning position information is stored for image processing.
(3) The laser Raman scattered light caused by hydrogen gas and the light not including the wavelength of the Raman scattered light (difference calculation light) are collected using an optical bandpass filter. Here, when rotating Raman scattered light is observed, the irradiated laser light is circularly polarized light, and the Raman shift is 586.9 cm −1 .
(4) The condensed Raman scattered light and the difference calculation light are each converted into an electrical signal by the light receiving element, and the time waveform is measured with reference to the irradiation signal of the laser light. Here, a single-element detector is used as the light receiving element. This is because the amount of received light is dispersed in each element when trying to capture it as an image with a CCD camera or the like, but since one element can convert the total amount of light into an electrical signal, a strong signal can be obtained. A preferable light receiving element is a photomultiplier tube that is a shielding tube having a photocathode that emits electrons when exposed to light, or an instrument that utilizes the avalanche effect of photocurrent due to hole electrons formed by absorbed photons. An avalanche photodiode is exemplified.
(5) A signal obtained by subtracting the signal intensity in the wavelength region of the difference calculation light from the signal intensity in the Raman scattered light wavelength region caused by hydrogen gas is used as the hydrogen gas signal. In this manner, disturbance light can be effectively removed by subtracting the signal intensity of the difference calculation light.
(6) When the signal obtained by subtracting the signal intensity in the wavelength region of the difference calculation light from the signal intensity in the Raman scattered light wavelength region is larger than the preset signal strength, “gas present”, smaller than the set signal strength The case is determined as “no gas”. When the gas signal is not detected, the process proceeds to (10), and when the gas signal is detected, the process proceeds to (7).
(7) The Raman scattered light signal intensity is colored in a different color according to the intensity and displayed at a position corresponding to the laser irradiation position of the monitoring target space image. As the concentration of hydrogen gas increases, the Raman scattered light signal intensity also increases, so the signal obtained by subtracting the signal intensity in the wavelength range of the difference calculation light from the signal intensity in the Raman scattered light wavelength area is colored in a different color depending on the intensity. By doing so, the hydrogen gas concentration distribution can be visually grasped.
For example, in the case of FIG. 9 and FIG. 10, the signal strength is 0.04 V at the maximum (signal strength of 150 ns, depending on the circuit of the light receiver), and 0 V (difference signal) at the minimum. Here, if the threshold value for hydrogen detection is set to 0.002V and 0.002V to 0.04V is classified into 4 bits, 16-step colored display can be performed.
(8) The position of hydrogen gas can be visually grasped (visualized) by displaying the colored Raman scattered light signal intensity image superimposed on the background image of the monitoring target space image.
(9) The distance of the hydrogen gas is obtained from the time waveform measured with reference to the irradiation signal of the laser beam and the time of the Raman light signal resulting from the hydrogen gas from the irradiation of the laser beam, and displayed on the monitor.
(10) Repeat (2) to (9) until the scanning of the laser beam in the monitoring target space is completed.
図２は、本発明の原理を検証するための装置構成であり、レーザー光照射系、受光系および分光測定系より構成される。
レーザー光照射系は、レーザー光発信装置５の前に波長板７（直径２５ｍｍ、厚さ約３ｍｍ）を配置したものであり、直線偏光のレーザー光を円偏光に変換して監視対象空間を走査する。波長板７は、１／４波長板であり、波長板７の光学軸に対して入射光の偏光軸が角度４５°となるように配置することで、直線偏光を円偏光に変換している。符号５は、レーザー発振装置である。今回は、ＱスイッチＹＡＧの第３高調（波長：概３５５ｎｍ）を使用したが、レーザー発振装置に制約はなく、出力の小さい半導体レーザーでもよい。
FIG. 2 shows an apparatus configuration for verifying the principle of the present invention, which includes a laser light irradiation system, a light receiving system, and a spectroscopic measurement system.
In the laser beam irradiation system, a wave plate 7 (diameter: 25 mm, thickness: about 3 mm) is arranged in front of the laser beam transmitter 5, and the monitoring target space is scanned by converting linearly polarized laser beam into circularly polarized light. To do. The wave plate 7 is a quarter wave plate, and linearly polarized light is converted to circularly polarized light by arranging the incident light so that the polarization axis of incident light is at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the wave plate 7. . Reference numeral 5 denotes a laser oscillation device. This time, the third harmonic (wavelength: approximately 355 nm) of the Q switch YAG is used. However, the laser oscillation device is not limited, and a semiconductor laser having a small output may be used.
受光系は、レーザーカットフィルター１１，２１を介して分光器３１，３２に入射する。分光器３１は、前方散乱光を観測し、分光器３２は穴あきミラー１７を介して反射した後方散乱光を観測する。
図２の装置構成により、測定した振動ラマン散乱光と回転ラマン散乱光の強度比較を図４および５に示す（縦軸は対数目盛を用いて広範囲の信号強度範囲を表示している）。
図４は、分光器３１で観測した前方散乱光であり、１／４波長板７の回転角に対する振動ラマン散乱光と回転ラマン散乱光の強度変化を示している。図４から、波長板を回転させてレーザー光の偏光を変化させることで、回転ラマン散乱光強度は振動ラマン散乱光に比べ最大数桁以上強くなることが分かる。
図５は、波長板７の回転角度を４５°とした際に分光器３２で観測した後方散乱光である。図５からも、回転ラマン散乱光は振動ラマン散乱光よりも数桁強く観測されることが分かる。
以上の検証試験から、水素ガスの回転ラマン散乱光を測定することにより、振動ラマン散乱光を測定する場合と比べ桁違いに大きな信号を得ることができることを確認できた。
The light receiving system enters the spectroscopes 31 and 32 via the laser cut filters 11 and 21. The spectroscope 31 observes forward scattered light, and the spectroscope 32 observes backscattered light reflected through the perforated mirror 17.
FIG. 4 and FIG. 5 show a comparison of the intensities of the measured vibration Raman scattered light and rotational Raman scattered light with the apparatus configuration of FIG. 2 (the vertical axis indicates a wide signal intensity range using a logarithmic scale).
FIG. 4 shows forward scattered light observed by the spectroscope 31 and shows changes in intensity of vibration Raman scattered light and rotational Raman scattered light with respect to the rotation angle of the quarter-wave plate 7. FIG. 4 shows that the rotation Raman scattered light intensity is increased by several orders of magnitude or more as compared with the vibration Raman scattered light by changing the polarization of the laser light by rotating the wave plate.
FIG. 5 shows backscattered light observed by the spectroscope 32 when the rotation angle of the wave plate 7 is 45 °. FIG. 5 also shows that rotational Raman scattered light is observed several orders of magnitude stronger than vibrational Raman scattered light.
From the above verification test, it was confirmed that an extremely large signal can be obtained by measuring the rotational Raman scattered light of hydrogen gas as compared with the case of measuring the vibrational Raman scattered light.
以下では、本発明を実施するための実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 Examples for carrying out the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
本実施例の装置は、図６に示すように、レーザー光照射系、集光系、受光系、および画像処理系を主たる要素とする。
レーザー光照射系は、レーザー光発信装置５の前に波長板７（直径２５ｍｍ、厚さ約３ｍｍ）を配置したものであり、直線偏光のレーザー光を円偏光に変換した後、レーザービームスキャナー８によって監視対象空間を走査するものである。レーザービームスキャナー８から出たレーザー光は鏡Ｍ１によって集光系の中心に配置された反射鏡Ｍ２に導入され、集光系のほぼ中心から監視対象空間に放射される。ここで、波長板７は、１／４波長板であり、波長板７の光学軸に対して入射光の偏光軸が角度４５°となるように配置することで、直線偏光を円偏光に変換している。符号５は、ＱスイッチＹＡＧの第３高調（波長：概３５５ｎｍ）レーザー発振装置である。
As shown in FIG. 6, the apparatus of the present embodiment includes a laser beam irradiation system, a light collection system, a light receiving system, and an image processing system as main elements.
In the laser beam irradiation system, a wave plate 7 (diameter 25 mm, thickness about 3 mm) is disposed in front of the laser beam transmitter 5. After converting linearly polarized laser beam into circularly polarized light, a laser beam scanner 8 is used. Is used to scan the space to be monitored. The laser beam emitted from the laser beam scanner 8 is introduced by the mirror M1 into the reflecting mirror M2 disposed at the center of the condensing system, and is emitted from the substantially center of the condensing system to the monitoring target space. Here, the wave plate 7 is a quarter wave plate, and is arranged so that the polarization axis of incident light is at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the wave plate 7, thereby converting linearly polarized light into circularly polarized light. is doing. Reference numeral 5 denotes a third harmonic (wavelength: approximately 355 nm) laser oscillation device of the Q switch YAG.
監視空間からの光は集光系で集光される。集光系は対物レンズ１８とリレーレンズ１９とで構成され、監視空間からの光をほぼ平行光にして受光系に導く。図６では集光系を対物レンズで構成しているが、対物レンズの代わりに凹面鏡を用いて反射型の望遠鏡を構成しても良い。
なお、レーザー光に起因する水素ガスの誘導ラマン散乱光を観測する時間帯の光のみを集光することにより、太陽光や照明光等の外乱光の影響を最小限とするよう構成するのが好ましい。
Light from the monitoring space is collected by a light collecting system. The condensing system is composed of an objective lens 18 and a relay lens 19, and guides light from the monitoring space to the light receiving system as substantially parallel light. In FIG. 6, the condensing system is configured by an objective lens, but a reflective telescope may be configured by using a concave mirror instead of the objective lens.
Note that it is possible to minimize the influence of ambient light such as sunlight and illumination light by collecting only the light in the time zone in which the stimulated Raman scattering light of hydrogen gas caused by the laser light is observed. preferable.
受光系の装置構成は、図７に示すとおりであり、集光系からの光線のうち、反射（或いは散乱）したレーザー光がレーザー光遮断長波長透過フィルター（エッジフィルター）１３によって遮断され、ラマン散乱光と差分算出用光が光分配器１５によって２分され、受光素子１および受光素子２でラマン散乱光と差分算出用光が電気信号に変換される。本実施例で用いたエッジフィルター１３の波長透過特性グラフを図３に示す。 The device configuration of the light receiving system is as shown in FIG. 7, and the reflected (or scattered) laser light out of the light from the condensing system is blocked by the laser light blocking long wavelength transmission filter (edge filter) 13 and Raman. The scattered light and the difference calculation light are divided into two by the light distributor 15, and the Raman scattered light and the difference calculation light are converted into electric signals by the light receiving element 1 and the light receiving element 2. A wavelength transmission characteristic graph of the edge filter 13 used in this embodiment is shown in FIG.
受光素子１，２は、光電子増倍管である。光学バンドパスフィルター１２は、回転ラマン散乱光の波長に透過波長中心を有する狭帯域のラマン光透過フィルターであり、光学バンドパスフィルター２２は差分算出用光波長に透過波長中心を有する。すなわち、光学バンドパスフィルター１２と受光素子１の組み合わせでラマン光を分離・検知し、光学バンドパスフィルター２２と受光素子２の組み合わせ差分算出用光を分離・検知する。なお、光学バンドパスフィルター１２と２２の配置は逆でもよい。
本実施例で用いた光学バンドパスフィルター１２は、中心透過波長が３６２．２ｎｍ、透過波長幅が±０．８ｎｍのものであり、光学バンドパスフィルター２２は、中心透過波長が３６５．３ｎｍ、透過波長幅が±０．８ｎｍのものである。
The light receiving elements 1 and 2 are photomultiplier tubes. The optical band-pass filter 12 is a narrow-band Raman light transmission filter having a transmission wavelength center at the wavelength of the rotational Raman scattered light, and the optical band-pass filter 22 has a transmission wavelength center at the optical wavelength for difference calculation. That is, the combination of the optical bandpass filter 12 and the light receiving element 1 separates and detects Raman light, and the combination band calculating light between the optical bandpass filter 22 and the light receiving element 2 is separated and detected. The arrangement of the optical bandpass filters 12 and 22 may be reversed.
The optical bandpass filter 12 used in this example has a center transmission wavelength of 362.2 nm and a transmission wavelength width of ± 0.8 nm, and the optical bandpass filter 22 has a center transmission wavelength of 365.3 nm and transmission. The wavelength width is ± 0.8 nm.
受光素子で検出した電気信号はＡ／Ｄコンバーターでデジタル化され、レーザー照射開始時間を時間基準として電気信号強度の時間変化（受光光量の時間変化）が画像処理系に出力される。
画像処理系は、画像処理プログラムを有するパーソナルコンピュータである。画像処理プログラムは、受光系による回転ラマン散乱光信号強度画像と、可視カメラ６からの背景画像撮像を一つのモニター画面の中に同時に表示する機能を有している。受光系からの信号は、時間の経過と共に変化する電気信号の波形に過ぎないため、画像処理プログラムにより、レーザー光照射系の走査制御情報（レーザー照射方向位置情報）と、監視対象空間の空間位置座標をマッチングすることで、監視対象空間の回転ラマン散乱光信号強度画像を作成する。
本実施例の装置による水素ガスの可視化の様子を図８に示す。
The electrical signal detected by the light receiving element is digitized by the A / D converter, and the time change of the electrical signal intensity (time change of the amount of received light) is output to the image processing system with the laser irradiation start time as a time reference.
The image processing system is a personal computer having an image processing program. The image processing program has a function of simultaneously displaying the rotational Raman scattered light signal intensity image by the light receiving system and the background image captured from the visible camera 6 on one monitor screen. Since the signal from the light receiving system is only a waveform of an electric signal that changes with time, the image processing program scans the laser light irradiation system (laser irradiation direction position information) and the spatial position of the monitoring target space. By matching the coordinates, a rotating Raman scattered light signal intensity image of the monitoring target space is created.
FIG. 8 shows how hydrogen gas is visualized by the apparatus of this example.
本実施例の装置はレーザー光照射系、集光系および受光系、画像処理の構成は、実施例１と同じであるがレーザー光照射系においては、波長板７が着脱自在に構成されており、受光系の光学バンドパスフィルターを交換することで振動ラマン散乱光の受光も可能に構成されている。
水素ガスの可視化画像を作成するための、水素ガスの振動ラマン散乱光あるいは回転ラマン散乱光の検知信号波形と、差分処理の結果を図９および図１０に示す。ここでは、受光素子１でラマン散乱光を測定し、受光素子２で差分算出用光を測定した。
The apparatus of the present embodiment has the same laser light irradiation system, condensing system and light receiving system, and image processing configuration as in the first embodiment, but in the laser light irradiation system, the wave plate 7 is configured to be detachable. In addition, it is possible to receive vibration Raman scattered light by exchanging the optical bandpass filter of the light receiving system.
FIG. 9 and FIG. 10 show the detection signal waveform of the vibration Raman scattering light or the rotation Raman scattering light of the hydrogen gas and the result of the difference processing for creating a visualized image of the hydrogen gas. Here, Raman scattered light was measured by the light receiving element 1, and difference calculation light was measured by the light receiving element 2.
（１）振動ラマン散乱光による水素ガスの検知
図９は、波長３５５ｎｍのレーザー光を照射し、振動ラマン散乱光と差分算出用光を観測した結果である。図９中、１００ｎｓの時間帯において、一番上に示されている波形が、受光素子１により観測した振動ラマン散乱光の波形である。光学バンドパスフィルター１２は、中心透過波長が４１６．５ｎｍであり、透過波長幅は±０．５ｎｍである。
図９中、１００ｎｓの時間帯において、上から二番目に示されている波形が、受光素子２により観測した差分算出用光の波形である。光学バンドパスフィルター２２は、中心透過波長が４１３．２ｎｍであり、透過波長幅は±０．７ｎｍである。
受光素子１による波形は水素ガスであり、受光素子２による波形は水素ガス以外の外乱等の波形である。両者の差分値を取ることにより、図９中、１００ｎｓの時間帯において、一番下に示されている波形である、外乱光の除去された水素ガスの波形（振動ラマン散乱光）を得ることができる。
また、水素ガスが検出された時間帯により、本実施例の装置からの水素ガスの距離を算出することができる。光の速度が概ね３０ｃｍ／１ナノ秒であるため、１００ｎｓの時間帯に水素ガスが検出されたことから、水素ガスまでの距離は３０ｃｍ×１００／２＝約１５ｍであることが分かる。
(1) Detection of hydrogen gas by vibrational Raman scattered light FIG. 9 shows the result of irradiating laser light with a wavelength of 355 nm and observing vibrational Raman scattered light and difference calculation light. In FIG. 9, the waveform shown at the top in the time zone of 100 ns is the waveform of the vibration Raman scattered light observed by the light receiving element 1. The optical bandpass filter 12 has a center transmission wavelength of 416.5 nm and a transmission wavelength width of ± 0.5 nm.
In FIG. 9, the second waveform from the top in the time zone of 100 ns is the waveform of the difference calculation light observed by the light receiving element 2. The optical bandpass filter 22 has a center transmission wavelength of 413.2 nm and a transmission wavelength width of ± 0.7 nm.
The waveform by the light receiving element 1 is hydrogen gas, and the waveform by the light receiving element 2 is a waveform of disturbances other than hydrogen gas. By obtaining the difference value between them, in the time zone of 100 ns in FIG. 9, the waveform of hydrogen gas from which disturbance light is removed (vibration Raman scattered light), which is the waveform shown at the bottom, is obtained. Can do.
Moreover, the distance of the hydrogen gas from the apparatus of a present Example can be calculated with the time slot | zone when hydrogen gas was detected. Since the speed of light is approximately 30 cm / 1 nanosecond, hydrogen gas was detected in the time zone of 100 ns, and it can be seen that the distance to the hydrogen gas is 30 cm × 100/2 = about 15 m.
（２）回転ラマン散乱光による水素ガスの検知
図１０は、波長３５５ｎｍのレーザー光を照射し、回転ラマン散乱光と差分算出用光を観測した結果である。光学バンドパスフィルター１２および２２は、実施例１と同じのものを用いた。
図１０中、１００ｎｓの時間帯において、一番上に示されている波形が、受光素子１により振動ラマン散乱光を観測した波形である。 図１０中、１００ｎｓの時間帯において、一番下に示されている波形が、受光素子２により観測した差分算出用光の波形である。
受光素子１による波形は水素ガスであり、受光素子２による波形は水素ガス以外の外乱等の波形である。両者の差分値を取ることにより、図１０中、１００ｎｓの時間帯において、真ん中に示されている波形である、外乱光の除去された水素ガスの波形（回転ラマン散乱光）を得ることができる。
(2) Detection of hydrogen gas by rotating Raman scattered light FIG. 10 shows the result of irradiating laser light having a wavelength of 355 nm and observing rotating Raman scattered light and difference calculation light. The same optical bandpass filters 12 and 22 as in Example 1 were used.
In FIG. 10, the waveform shown at the top in the time zone of 100 ns is a waveform obtained by observing the vibration Raman scattered light by the light receiving element 1. In FIG. 10, the waveform shown at the bottom in the time zone of 100 ns is the waveform of the difference calculation light observed by the light receiving element 2.
The waveform by the light receiving element 1 is hydrogen gas, and the waveform by the light receiving element 2 is a waveform of disturbances other than hydrogen gas. By taking the difference between the two, in the time zone of 100 ns in FIG. 10, the waveform of hydrogen gas from which disturbance light is removed (rotational Raman scattered light), which is the waveform shown in the middle, can be obtained. .
本発明の水素ガス可視化方法及びシステムによれば、処理速度が速いため、水素供給ステーションや燃料電池などの水素ガス利用設備において、リアルタイムで水素ガスの可視化を行うことが可能となる。 According to the hydrogen gas visualization method and system of the present invention, since the processing speed is high, it is possible to visualize the hydrogen gas in real time in a hydrogen gas utilization facility such as a hydrogen supply station or a fuel cell.
１，２ 受光素子
５ レーザー発振装置
６ 可視カメラ
７ 波長板
８ スキャナー
９ 水素セル
１１，２１ レーザーカットフィルター
１３ エッジフィルター
１２，２２ 光学バンドパスフィルター
１５ 光分配鏡
１７ 穴あきミラー
１８ 対物レンズ
１９ リレーレンズ
２３，２４ Ａ／Ｄコンバーター
３１，３２ 分光器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Light receiving element 5 Laser oscillator 6 Visible camera 7 Wave plate 8 Scanner 9 Hydrogen cell 11, 21 Laser cut filter 13 Edge filter 12, 22 Optical band pass filter 15 Light distribution mirror 17 Perforated mirror 18 Objective lens 19 Relay lens 23, 24 A / D converter 31, 32 Spectrometer
Claims (15)
前記第１の光学バンドパスフィルターは、前記レーザー光の波長を５８６．９ｃｍ−１ラマンシフトした波長に透過波長中心を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの水素ガス可視化方法。 The laser beam is a laser beam obtained by making a linearly polarized laser beam into a circularly polarized light or an elliptically polarized light with a wave plate,
5. The hydrogen gas visualization method according to claim 1, wherein the first optical bandpass filter has a transmission wavelength center at a wavelength obtained by shifting the wavelength of the laser light by 586.9 cm −1 Raman.
監視対象空間の可視光を撮像する可視光画像撮像手段と、
水素ガスからのラマン散乱光スペクトル線波長に透過波長中心を有する光学バンドパスフィルターおよび１素子の受光素子からなる第１の受光手段と、
第１の受光手段の透過光と波長域が異なる光を透過する光学バンドパスフィルターおよび１素子の受光素子からなる第２の受光手段と、
監視対象空間からの光を第１および第２の受光手段へ導く集光手段と、
第１および第２の受光手段からの信号に基づき水素ガスを可視化する画像処理手段と、を備え、
前記画像処理手段は、第１の受光手段からの信号に基づき測定した時間波形と第２の受光手段からの信号に基づき測定した時間波形との差分をとり、レーザー光照射手段の走査位置情報に基づいて監視対象空間の対応する位置座標を着色したラマン散乱光信号画像を作成し、それを監視対象空間の可視光画像上に重畳表示することで水素ガスを可視化することを特徴とする水素ガス可視化システム。 Laser light irradiation means for scanning the monitoring target space with laser light;
Visible light image capturing means for capturing visible light in the monitoring target space;
A first light receiving means comprising an optical bandpass filter having a transmission wavelength center at a Raman scattered light spectral line wavelength from hydrogen gas, and one light receiving element;
An optical bandpass filter that transmits light having a wavelength range different from that of the transmitted light of the first light receiving means, and a second light receiving means comprising one light receiving element;
Condensing means for guiding light from the monitoring target space to the first and second light receiving means;
Image processing means for visualizing hydrogen gas based on signals from the first and second light receiving means,
The image processing means takes the difference between the time waveform measured based on the signal from the first light receiving means and the time waveform measured based on the signal from the second light receiving means, and provides the scanning position information of the laser light irradiation means. A hydrogen gas characterized by creating a Raman scattered light signal image in which the corresponding position coordinates of the monitoring target space are colored based on the visible light image of the monitoring target space and displaying the superimposed image on the visible light image of the monitoring target space Visualization system.
前記第１の受光手段の光学バンドパスフィルターは、当該レーザー光の波長を５８６．９ｃｍ−１ラマンシフトした波長に透過波長中心を有することを特徴とする請求項８ないし１２のいずれかの水素ガス可視化システム。 The laser beam irradiation means includes a wave plate that converts linearly polarized laser beam into circularly polarized light or elliptically polarized light,
13. The hydrogen gas according to claim 8, wherein the optical band-pass filter of the first light receiving means has a transmission wavelength center at a wavelength obtained by shifting the wavelength of the laser light by 586.9 cm −1 Raman. Visualization system.
15. The hydrogen gas visualization system according to claim 8, wherein the light receiving element is a photomultiplier tube or an avalanche photodiode.
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Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009101659A1 (en) * | 2008-02-13 | 2009-08-20 | Shikoku Research Institute Incorporated | Method and apparatus for remote measurement of gas concentration |
| WO2010024397A1 (en) * | 2008-08-28 | 2010-03-04 | 独立行政法人理化学研究所 | Raman scattering measurement device |
| JP2012037344A (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-23 | Shikoku Res Inst Inc | Optical type gas sensor and gas concentration measuring method |
| DE102013101610A1 (en) | 2013-02-19 | 2014-08-21 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | 1Device and method for the non-contact detection of a non-infrared-active target gas |
| WO2015005073A1 (en) * | 2013-07-11 | 2015-01-15 | 株式会社島津製作所 | Raman spectroscopy device |
| KR101762384B1 (en) * | 2016-08-30 | 2017-08-04 | 서강대학교산학협력단 | Observation system and method for 2-dimensional materials |
| JP2018109568A (en) * | 2017-01-05 | 2018-07-12 | 東レエンジニアリング株式会社 | Spectrometry method and spectrometry device |
| KR101901207B1 (en) | 2018-02-13 | 2018-09-21 | 한국원자력기술 주식회사 | Matching method for detecting position of remote detection systems for hydrogen gas |
| WO2020012906A1 (en) * | 2018-07-11 | 2020-01-16 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Display device, image processing device, and control method |
| JP2020017265A (en) * | 2018-07-11 | 2020-01-30 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Display device, image processing device, and control method |
| CN113075181A (en) * | 2021-03-25 | 2021-07-06 | 昆明市生态环境局安宁分局生态环境监测站 | Linear transformation gain method for water pollution tracing three-dimensional fluorescent digital signal |
| JP6918194B1 (en) * | 2020-12-17 | 2021-08-11 | 東京瓦斯株式会社 | Display devices, programs, gas leak detection systems and gas leak detection methods |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105466908B (en) * | 2015-12-31 | 2018-04-20 | 安徽芯核防务装备技术股份有限公司 | A kind of sample bottle fixes the Raman spectrum minimizing technology of interference noise |
| KR102076997B1 (en) * | 2018-01-29 | 2020-02-14 | 한국원자력연구원 | Raman lidar apparatus for monitoring status of optical axis arragement and method of monitoring status of optical axis arragement |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6186636A (en) * | 1984-10-05 | 1986-05-02 | Kawasaki Steel Corp | Emission spectrochemical analysis method of steel using laser |
| JPH10504650A (en) * | 1994-08-20 | 1998-05-06 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニー | Explosive detector |
| JP2003534087A (en) * | 2000-05-31 | 2003-11-18 | ミューラー−デトレフス，クラオス | Method and apparatus for detecting substances in body fluids using Raman spectroscopy |
| JP2005091343A (en) * | 2003-03-07 | 2005-04-07 | Shikoku Res Inst Inc | Method and system for gas leakage monitoring |
-
2006
- 2006-02-27 JP JP2006050563A patent/JP4749890B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6186636A (en) * | 1984-10-05 | 1986-05-02 | Kawasaki Steel Corp | Emission spectrochemical analysis method of steel using laser |
| JPH10504650A (en) * | 1994-08-20 | 1998-05-06 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニー | Explosive detector |
| JP2003534087A (en) * | 2000-05-31 | 2003-11-18 | ミューラー−デトレフス，クラオス | Method and apparatus for detecting substances in body fluids using Raman spectroscopy |
| JP2005091343A (en) * | 2003-03-07 | 2005-04-07 | Shikoku Res Inst Inc | Method and system for gas leakage monitoring |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009101659A1 (en) * | 2008-02-13 | 2009-08-20 | Shikoku Research Institute Incorporated | Method and apparatus for remote measurement of gas concentration |
| JP5159799B2 (en) * | 2008-02-13 | 2013-03-13 | 株式会社四国総合研究所 | Gas concentration remote measurement method and apparatus |
| WO2010024397A1 (en) * | 2008-08-28 | 2010-03-04 | 独立行政法人理化学研究所 | Raman scattering measurement device |
| JP2012037344A (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-23 | Shikoku Res Inst Inc | Optical type gas sensor and gas concentration measuring method |
| DE102013101610A1 (en) | 2013-02-19 | 2014-08-21 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | 1Device and method for the non-contact detection of a non-infrared-active target gas |
| WO2014128161A2 (en) | 2013-02-19 | 2014-08-28 | Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device and method for detecting a non-infrared active target gas in a contactless manner |
| DE102013101610B4 (en) * | 2013-02-19 | 2015-10-01 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Apparatus and method for remote detection of a non-infrared active target gas |
| WO2015005073A1 (en) * | 2013-07-11 | 2015-01-15 | 株式会社島津製作所 | Raman spectroscopy device |
| KR101762384B1 (en) * | 2016-08-30 | 2017-08-04 | 서강대학교산학협력단 | Observation system and method for 2-dimensional materials |
| WO2018128146A1 (en) * | 2017-01-05 | 2018-07-12 | 東レエンジニアリング株式会社 | Spectral measurement method and spectral measurement device |
| JP2018109568A (en) * | 2017-01-05 | 2018-07-12 | 東レエンジニアリング株式会社 | Spectrometry method and spectrometry device |
| KR101901207B1 (en) | 2018-02-13 | 2018-09-21 | 한국원자력기술 주식회사 | Matching method for detecting position of remote detection systems for hydrogen gas |
| WO2020012906A1 (en) * | 2018-07-11 | 2020-01-16 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Display device, image processing device, and control method |
| JP2020017265A (en) * | 2018-07-11 | 2020-01-30 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Display device, image processing device, and control method |
| CN112041665A (en) * | 2018-07-11 | 2020-12-04 | 松下知识产权经营株式会社 | Display device, image processing device, and control method |
| JP7113375B2 (en) | 2018-07-11 | 2022-08-05 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Display device, image processing device and control method |
| US11694659B2 (en) | 2018-07-11 | 2023-07-04 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Display apparatus, image processing apparatus, and control method |
| JP6918194B1 (en) * | 2020-12-17 | 2021-08-11 | 東京瓦斯株式会社 | Display devices, programs, gas leak detection systems and gas leak detection methods |
| JP2022096495A (en) * | 2020-12-17 | 2022-06-29 | 東京瓦斯株式会社 | Display device, program, gas leakage detection system, and method for detecting gas leakage |
| CN113075181A (en) * | 2021-03-25 | 2021-07-06 | 昆明市生态环境局安宁分局生态环境监测站 | Linear transformation gain method for water pollution tracing three-dimensional fluorescent digital signal |
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