JPH08247889A - ガス濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定光路中の反射による半導体レーザへの戻
り光を軽減し、ガス濃度測定システムの測定系を乱すこ
となくガス濃度を校正する。 【構成】 受光部２の本体をなす筐体２１内で、非球面
レンズ２２と受光モジュール２５との間には、気密保持
された校正用ガス室３３を形成するセル筐体３４が収容
される。セル筐体３４には、校正用ガス室３３への校正
用ガスの注入、排出を行うためのガス取入パイプ５３ａ
とガス排出パイプ５３ｂが上面より突出して並設され
る。校正対象となる濃度のガスはガス取入パイプ５３ａ
より注入され、所定濃度間隔でガス濃度検出値の校正が
行なわれる。新たに異なる濃度のガスによる校正を行う
場合には、校正用ガス室３３内のガスをガス排出パイプ
５３ｂより排出し、次の校正対象となる濃度のガスをガ
ス取入パイプ５３ａより注入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザを光源と
し、光の吸収を利用して光学的にガス濃度を測定して例
えば都市ガス、化学プラント等のガス漏洩を検出するに
あたり、測定系を乱すことなくガス濃度測定時や測定シ
ステム構築時等の定期的なガス濃度の校正が行えるガス
濃度測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】メタン、二酸化炭素、アセチレン、アン
モニア等の気体には、分子の回転や構成原子間の振動等
に応じて特定波長の光を吸収する吸収帯があることは既
に知られている。例えば、メタンの場合には、１．６μ
ｍ、１．６６μｍ、３μｍ、７μｍ帯に吸収帯を有して
いる。この吸収帯を利用したガス濃度測定装置として
は、差分吸収レーザレーダ法を応用したものが種々発表
されている（特開昭６２ー２９０１９０号公報）。

【０００３】ところで、この種のガス濃度測定装置にお
いては、測定システム構築時や測定開始前等のように定
期的にガスの検出濃度を校正する手段が必要となる。さ
らに説明すると、ガス濃度測定装置によって測定される
ガス濃度検出値は、測定システム構築時や測定開始前の
光源部と受光部との設定距離光路長の長さにより変化す
る性質がある。また、光源部の半導体レーザが発光する
光量の大きさによっても変化する性質がある。そして、
上記ガス濃度測定装置では、これらの性質を利用してガ
ス濃度の検出感度を設定しているため、ガス濃度を算出
するには、測定開始時に必ずガス濃度検出値の校正をし
なければならない。一般に使用されているガス濃度校正
方法としては、複数の既知の濃度ガスを封入したガスセ
ルを測定光路上に挿入するガス濃度校正方法がある。

【０００４】具体的には、光源部と受光部を例えば１０
ｍの距離を隔てて設置し、まず、０ｐｐｍ濃度のメタン
ガスを封入した長さ１００ｍｍのガスセル、すなわちメ
タンガスを封入していない窒素ガスセルを光源部と受光
部との間の光路上に挿入し、そのときのガス濃度の出力
値を記録する。次に、１００ｐｐｍ濃度のメタンガスを
封入したガスセルを光路上に挿入し、そのときのガス濃
度の出力値を記録する。さらに、２００ｐｐｍ濃度のメ
タンガスを封入したガスセルを光路上に挿入し、そのと
きのガス濃度の出力値を記録する。このように、既知の
濃度ガスが封入されたガスセルを光源部と受光部との間
の光路上に順次交換して挿入し、測定システムを起動さ
せてガス濃度を校正している。

【０００５】ここで、１００ｐｐｍ濃度のメタンガスを
封入したガスセルは、セル長が１００ｍｍなので、セル
長１ｍ当たりの換算値で１０ｐｐｍ・ｍとなる。同様に
２００ｐｐｍ濃度のガスセルは２０ｐｐｍ・ｍとなる。
そして、このガス濃度測定装置では、光路長（光源部と
受光部との間の距離）が１０ｍに設定されているので、
１０ｍ当たりではそれぞれ１ｐｐｍと２ｐｐｍのメタン
ガス濃度に相当する。従って、上記のように３個のガス
セルを光路上に挿入してそれぞれ測定することにより、
０ｐｐｍ，１ｐｐｍ，２ｐｐｍのガス濃度間隔で各検出
値の校正を行ったことになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術では、光源部と受光部との間の光路上に校
正用ガスセルを挿入してガス濃度の校正を行う構成なの
で、光源部の半導体レーザからのレーザ光がガスセルの
ガラス端面で反射し、測定系を乱して誤差の一要因とな
る。しかも、反射光が半導体レーザに戻ると、半導体レ
ーザの発振に歪みが生じ、安定して発振できないことに
なる。

【０００７】また、受光部の出力信号から検出される変
調周波数の基本位相敏感検波信号（以下、１ｆ信号とい
う）には、強度変調に起因する大きなオフセットが生じ
るため、特に微少なガス濃度を高感度で測定するには、
１ｆ信号に比べてオフセットのかなり小さい２倍波位相
敏感検波信号（以下、２ｆ信号という）が用いられる。

【０００８】ところが、半導体レーザの発振波長は半導
体レーザの動作温度により変化する性質があり、また半
導体レーザに流す電流値によっても変化する性質があ
る。従って、最大の２ｆ信号を得るには、半導体レーザ
の発振周波数を吸収線の中心に一致させて安定化する必
要があるが、従来のように、光源部と受光部との間の光
路上に反射面を有する校正用セルが存在するので、反射
面での反射光の影響により、実際の測定時と校正時とで
は半導体レーザの発振波長が異なるおそれがある。この
ため、常に精密なガス濃度の測定を行うことが困難であ
り、信頼性に欠けていた。

【０００９】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたものであって、通常、集光レンズは２ｃｍから２０
ｃｍ程度の焦点距離を持っており、受光器モジュールは
必ず集光レンズの焦点距離の位置に設定されることか
ら、その際に生ずる集光レンズと受光器との間の空間を
利用することに着目し、ガス濃度測定システムにおける
レーザ光の測定光路の性質を乱さないようにガス濃度を
校正することができるガス濃度測定装置を提供すること
を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるガス濃度測定装置は、半導体レーザ１
４を有する光源部１と、該光源部より所定距離Ｌ隔てて
前記半導体レーザの光路上に配置され、該半導体レーザ
からの光を集光レンズ２２で集光して受光器モジュール
２５で受光する受光部２と、該受光部が受光した光によ
る電気信号に基づいて前記光源部と前記受光部との間に
おけるガス濃度を計測する計測部３とを備えたガス濃度
測定装置において、前記受光部内の少なくとも前記集光
レンズと前記受光器モジュールとの間に気密保持された
校正用ガス室３３と、該校正用ガス室に連通して校正用
ガスが注入・排出されるガス注入・排出口５３とを備
え、該ガス注入・排出口より前記校正用ガス室に校正用
ガスを注入して前記計測部が計測するガス濃度を校正す
ることを特徴としている。

【００１１】

【作用】受光部２内の集光レンズ２２と受光器モジュー
ル２５との間には、気密保持された空間による校正用ガ
ス室３３が形成される。この校正用ガス室３３には、校
正対象となる濃度のガスがガス注入・排出口５３より注
入され、ガス濃度検出値の校正が行われる。新たに異な
る濃度のガスによる校正を行う場合には、気密空間に注
入されているガスをガス注入・排出口５３より排出して
次の校正対象となる濃度のガスを注入してガス濃度を測
定する。このように、測定光路中に測定誤差の要因とな
る校正用セルを挿入しないので、ガス濃度測定システム
の測定系を乱すことなく校正が可能で、測定時と校正時
の半導体レーザの発振波長が同一となり、より少ない誤
差でのガス濃度の測定が実現できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１は本発明によるガス濃度測定装置の主要部を
構成する受光部の一実施例を示す側断面図、図２は同受
光部の一部に断面を施した平面図、図３は同受光部の正
面図、図４は同受光部における濃度校正用セル筐体と非
球面レンズとの間の連結構造を示す部分断面図、図５は
同受光部における濃度校正用セル筐体と受光器モジュー
ルとの間の連結構造を示す部分断面図、図６は光源部の
側断面図、図７は同光源部の平面図、図８は同光源部の
上蓋を外した状態の正面図、図９は同光源部におけるＬ
Ｄモジュールの内部構成を示す断面図、図１０は同光源
部より出射されるレーザ光の発振波長を安定化する半導
体レーザ発振波長安定化装置の一実施例を示すブロック
図、図１１はガス濃度測定システムの全体構成を示す図
である。

【００１３】ガス濃度測定装置は、光の吸収を利用して
光学的にガス濃度を測定して例えば都市ガス、化学プラ
ント等のガス漏洩を検出しており、光源部１、受光部
２、計測部３、データ収録部４を備えて構成されてい
る。光源部１および受光部２はそれぞれ別々の三脚５，
６に着脱可能に取り付けられている。図１１に示すよう
に、光源部１および受光部２はガス濃度の測定時に各々
三脚５，６に取り付いた状態で一定間隔Ｌをおいて配置
され、そのときの間隔Ｌによって測定光路長を確定して
いる。また、受光部２における受光レベルが最大になる
ように三脚５，６の高さや角度を操作して光源部１と受
光部２との間の光軸調整が行われている。

【００１４】光源部１は本体が直方体形状の例えばアル
ミニウム等の金属性の筐体７で構成されている。光源部
１は筐体７の底面が三脚５に着脱可能に取り付けられ
る。筐体７内には、ＬＤモジュール８、後方レーザ光検
出増幅用のプリアンプ９、ＬＤドライバ１０、ペルチェ
素子１１、放熱用のヒートシンク１２、温度コントロー
ラ１３が収容されている。矩形状のＬＤモジュール８に
は半導体レーザ１４が内蔵されている。半導体レーザ１
４は発光面が筐体７の一端側に設けられた筒状のレーザ
出射口１５に面し、周波数変調されたコヒーレントなレ
ーザ光を前方および後方の両面から出射している。

【００１５】ここで、図９に従ってＬＤモジュール８の
内部構成について説明する。レーザ出射口１５が位置す
る半導体レーザ１４の前側の光路上には、平な面を持た
ない非球面レンズ１６が配設されている。この非球面レ
ンズ１６を集光用レンズとして使用することにより、半
導体レーザ１４に光が反射し戻るのを防止している。半
導体レーザ１４の後ろ側の光路上には、参照ガスセル１
７が配設されている。参照ガスセル１７は、半導体レー
ザ１４への戻り光を低減するために両端面１７ａ，１７
ｂが斜めに（例えば射光軸に対して約６度）形成されて
いる。参照ガスセル１７は、半導体レーザ１４の後ろ側
に、後方出射光が入射しやすい位置に固定され、参照ガ
スセル１７の後ろ側に置かれたフォト検出器１８に光が
入射する構造とされている。フォト検出器１８は、射光
軸に対して約１０度傾斜しており、フォト検出器１８の
前面にはあらかじめ平凸レンズ（半球レンズ）１９が取
付けられ、受光量が十分にとれるようになっている。

【００１６】半導体レーザ１４は温度コントロールを可
能とするためのペルチェ素子１１の上面に搭載されてい
る。ペルチェ素子１１は上面がＬＤモジュール８の底面
に接触し、底面がヒートシンク１２の上面に接触して配
置されている。ペルチェ素子１１は熱電流の印加が温度
コントローラ１３によって制御され、ＬＤモジュール８
から吸収した熱をヒートシンク１２に発熱している。そ
して、半導体レーザ１４は、測定対象ガスのレーザ吸収
帯のうちの一つの吸収線を利用したときの最大吸収点に
位置するように、その動作温度を変えて発振波長の制御
がなされている。

【００１７】具体的には、図１０に示す半導体レーザ発
振波長安定化装置によって発振波長の安定化を行ってい
る。図において、電流安定化回路８１は、半導体レーザ
バイアス電流と、半導体レーザ変調電流を設定する。こ
れらの電流設定値を加算して半導体レーザ電流として半
導体レーザ１４に流す。半導体レーザ１４に電流が流れ
ると半導体レーザ１４の前方、後方にレーザ光を出射す
る。前方に出射したレーザ光は非球面レンズ１６により
集光され保護ガラス８ａを通りレーザ出射口１５より放
射する。後方に出射したレーザ光は参照ガスセル１７を
通りフォト検出器１８で検出され電流電圧変換プリアン
プ８２により増幅される。

【００１８】参照ガスセル１７内部には測定対象ガスが
封入されており、測定対象ガスの吸収線によりレーザ光
が吸収され２倍波が生成される。電流電圧変換プリアン
プ８２により増幅された信号は、基本波信号増幅器８３
で増幅され、信号微分検出器８４により位相微分検波さ
れる。また、２倍波は２倍波信号増幅器８５で増幅さ
れ、信号同期検出器８６によりレベル検出される。温度
安定化ＰＩＤ回路８７は、温度センサ８８の誤差入力を
ＰＩＤ演算し、その演算結果をペルチェ素子１１に出力
し、半導体レーザ１４の動作温度を所定の温度に設定す
る。

【００１９】波長安定化制御回路８９は、信号微分検出
器８４の出力を監視し、その出力が最小値及び最大値と
なる半導体レーザ１４の動作温度の中間の動作温度を温
度安定化ＰＩＤ回路８７に設定し、信号微分検出器８４
の出力がほぼ零であることが確認された状態で、動作温
度を増減してその出力の変動を確認し、スイッチ９０を
オンして信号微分検出器８４の出力を温度安定化ＰＩＤ
回路８７にフィードバックしている。この際、温度が安
定していればフィードバックが正しく動作していること
になる。また、波長安定化制御回路８９は、信号同期検
出器８６の出力を監視し、出力が２倍波信号のピークを
示す最大値になる動作温度バイアス値を温度安定化ＰＩ
Ｄ回路８７に設定し、信号ピーク検出出力値が常に極大
値になるように動作温度バイアス値を変化させている。
この処理を短い間隔で繰り返すことにより測定対象ガス
の最大吸収点に半導体レーザ１４の発振波長を維持し安
定化することができる。

【００２０】受光部２は光源部１と同様に、本体が直方
体形状の例えばアルミニウム等の金属性の筐体２１で構
成されている。受光部２は筐体２１の底面が三脚６に着
脱可能に取り付けられる。筐体２１の一端側には、非球
面レンズ２２を保持したレンズ保持部材２３が取り付け
られている。非球面レンズ２２は例えば直径１５０ｍｍ
で焦点距離１８０ｍｍであり、半導体レーザ１４からの
レーザ光を集光している。レンズ保持部材２３は外径が
筐体２１の外径とほぼ同一寸法の筒状に形成され、非球
面レンズ２２の外周縁部を例えば接着剤により固着保持
している。非球面レンズ２２の曲面と相反するレンズ保
持部材２３の端面側には、レンズ保持部材２３の外径よ
り小さく、筐体２１の内径とほぼ同一寸法の段付嵌合部
２４が形成されている。レンズ保持部材２３は非球面レ
ンズ２２の曲面側が外方に向くように段付嵌合部２４を
筐体２１の開口部２１ａに嵌合した状態でネジ等の固定
手段によって固定されている。

【００２１】筐体２１内の他端側には、非球面レンズ２
２の中心軸線上に矩形状の受光器モジュール２５が配設
されている。受光器モジュール２５は非球面レンズ２２
側の端面中央に貫通穴２６が形成され、貫通穴２６には
受光窓を構成する例えばガラス等の透光性部材２７が、
その端面を例えば金属蒸着しハンダ付けすることにより
固着されている。筐体２１内における非球面レンズ２２
の中心軸線上には、受光面２８ａが非球面レンズ２２の
焦点距離に位置するようにフォトデテクタ２８が内蔵さ
れている。フォトデテクタ２８は非球面レンズ２２で集
光された測定レーザ光を透光性部材２７を介して受光面
２８ａより効率よく受光し、受光された測定レーザ光を
電気信号に変換する機能を有している。

【００２２】筐体２１の内壁面と受光器モジュール２５
の上面との間には、紙面に対して垂直な平面（光軸に対
して垂直な平面）上で受光器モジュール２５の位置調整
を行うための微動台２９が設けられている。微動台２９
の上面側には、微動台２９を図１の矢印Ａ方向に移動さ
せるための移動調整部材３０が取り付けられている。ま
た、微動台２９の側面側にも、微動台２９を図２の矢印
Ｂ方向に移動させるための同様の移動調整部材３０が取
り付けられている。移動調整部材３０は微動台２９に螺
合されるネジ溝が先端部に形成された駆動軸３１と、筐
体２１の壁面より外方に突出して駆動軸３１の基端部に
固定された焦点調整ツマミ３２とを備えている。移動調
整部材３０では、焦点調整ツマミ３２が回転操作される
と、その回転が駆動軸３１を介して微動台２９に伝達さ
れ、ネジ溝のピッチに従った分だけ微動台２９が移動す
るようになっている。そして、二つの焦点調整用ツマミ
３２を適宜操作することにより、非球面レンズ２２の焦
点位置に対する受光器モジュール２５のフォトデテクタ
２８の位置調整を精密に行うことができる。

【００２３】また、微動台２９の上面側には、微動台２
９を図１の矢印Ｃ方向に移動させて非球面レンズ２２と
の間の集光距離を調整するための集光距離調整部材３５
が取り付けられている。集光距離調整部材３５は移動調
整部材３０と同様に、微動台２９に螺合されるネジ溝が
先端部に形成された駆動軸３６と、筐体２１の壁面より
外方に突出して駆動軸３６の基端部に固定された調整ツ
マミ３７とを備えている。集光距離調整部材３５では、
調整ツマミ３７の回転操作によりネジ溝のピッチに従っ
た分だけ微動台２９が図１の矢印Ｃ方向に移動して集光
距離の調整を行うことができる。

【００２４】非球面レンズ２２と受光器モジュール２５
との間には、内部の空間が気密保持された校正用ガス室
３３を形成する濃度校正用セル筐体（以下、セル筐体と
いう）３４が収容されている。セル筐体３４は例えばア
ルミニウム等の金属性で構成されており、非球面レンズ
２２側の端面全体が開口して開口部４１を形成してい
る。

【００２５】図４に示すように、開口部４１の端面は樹
脂性のリング状ガスケット４２を挟んでネジ等の固定手
段４３によってレンズ保持部材２３に固定されている。
セル筐体３４における開口部４１と相反する壁面３４ａ
の中央には、貫通穴４４が形成されている。貫通穴４４
が形成された壁面３４ａの外側には、貫通穴４４とほぼ
同径の内径を有する中空筒型形状の連結部材４５が取り
付けられている。連結部材４５はセル筐体３４と対面す
る側にフランジ部４６が形成されている。

【００２６】図５に示すように、フランジ部４６は樹脂
性のリング状ガスケット４７を挟んでセル筐体３４の壁
面３４ａにネジ等の固定手段４８により固定されてい
る。連結部材４５におけるフランジ部４６と相反する受
光側壁面４５ａは、樹脂性のリング状ガスケット４９を
挟んで受光器モジュール２５の筐体壁面２５ａにネジ等
の固定手段５０により固定されている。受光側壁面４５
ａの中央には、受光器モジュール２５の受光窓（透光性
部材２７）とほぼ同径の貫通穴５１が形成されており、
校正用ガス室３３を通過した測定レーザ光が受光器モジ
ュール２５側に導かれるようになっている。連結部材４
５における軸方向の中途部分には、伸縮自在な蛇腹状の
弾性体（例えばゴム）５２が介在し、連結部材４５の外
周に接着固定されている。弾性体５２は光軸に対する調
整時の受光器モジュール２５の移動に伴って変形するこ
とでセル筐体３４内の気密性を保証している。

【００２７】セル筐体３４には、校正用ガス室３３に対
する校正用ガスの注入・排出を行うためのガス注入・排
出口５３が設けられている。ガス注入・排出口５３は校
正用ガス室３３内に校正用ガスを注入するための校正用
ガス取入パイプ５３ａと、校正用ガス室３３内の校正用
ガスを排出するための校正用ガス排出パイプ５３ｂとか
ら構成され、これらのパイプ５３ａ，５３ｂはセル筐体
３４の上面より突出して並設されている。

【００２８】計測部３は校正時に校正用ガス室３３内の
ガス雰囲気中、又は測定時に光源部１と受光部２との間
のガス雰囲気中を透過して受光部２のフォトデテクタ２
８が受光したときの出力信号から１ｆ信号と２ｆ信号を
検出し、この１ｆ信号と２ｆ信号の比からガス濃度を計
測している。

【００２９】データ収録部４は、計測部３とＧＰ−ＩＢ
等の通信用インターフェイスを介して接続される例えば
ノート型のパーソナルコンピュータで構成されており、
計測部３で計測されたガス濃度を収録して、所定時間毎
のガス濃度の変化、複数種類のガスの占める割合の比較
等、必要に応じてガス濃度の情報が表示や印字により得
られるようになっている。

【００３０】上記のように構成された装置では、ガス濃
度測定システム設定時、又は測定開始時において、従来
のガスセルを取り替える代わりに、校正用ガス取入パイ
プ５３より校正用ガス室３３内に校正用ガスを注入す
る。この状態で、従来技術と同様に、所定のガス濃度間
隔、例えば１ｐｐｍ間隔の濃度で計測してガス濃度検出
値の校正を行う。また、ガスの種類を変えて校正を行う
場合には、校正用ガス室３３内のガスを校正用ガス排出
パイプ５４より排出した後、新たな校正用ガスを校正用
ガス取入パイプ５３より注入する。そして、上記のガス
濃度の校正が終了すると、光源部１の半導体レーザ１４
よりレーザ光が出射される。このレーザ光は測定対象ガ
スの雰囲気を通って受光部２に受光される。計測部３で
は、受光部２が受光したレーザ光の出力信号から１ｆ信
号と２ｆ信号を検波し、１ｆ信号と２ｆ信号の比から光
源部１と受光部２との間に存在する測定対象ガスのガス
濃度が測定される。

【００３１】従って、上記実施例のガス濃度測定装置で
は、非球面レンズ２２と受光器モジュール２５との間の
空間を気密保持して校正用のセル筐体３４を構成し、受
光部２の筐体２１と一体型にすることにより、ガス濃度
校正時に、新たに校正用ガスセルを測定光路中に挿入し
ない構造にした。このため、測定光路上に測定誤差の要
因となる校正用セルのガラス端面によるレーザ光の反射
等がなくなり、半導体レーザへの戻り光が軽減でき、よ
り少ない誤差でガス濃度を測定することができる。しか
も、光源部１と受光部２との間の測定光路上での構成部
品を減らすことで、光学的にも安定したガス濃度測定装
置を小型、安価に実現できる。

【００３２】次に、図１２（ａ）は光路長可変型のガス
濃度測定装置を示す平面図、図１２（ｂ）は同側面図で
ある。なお、光源部の内部構成は図６〜図８と同一なの
で、その説明を省略し、また、上記実施例と同一の構成
要素には同一番号を付して説明する。

【００３３】この実施例では、受光部２の筐体２１自体
がセル筐体３４を構成しており、セル筐体３４の上面に
は、校正用ガス取入パイプ５３ａと校正用ガス排出パイ
プ５３ｂとが上面より突出して並設されている。受光部
２における非球面レンズ２２は、受光部２全体の小型化
を図るために、例えば直径３０ｍｍで焦点距離４０ｍｍ
に設計されている。光源部１と受光部２とはレール７１
が形成された保持部材７２に移動可能に保持されてい
る。光源部１及び受光部２の筐体７，２１の底面両側部
には、レール７１を挟持するように取付片７３が取り付
けられている。取付片７３には筐体７，２１をレール７
１に対して固定するための固定ネジ７４が取り付けられ
ている。光源部１及び受光部２は固定ネジ７４を緩めた
状態で半導体レーザ１４の光軸に沿った方向（図中の矢
印Ｄ方向）にレール７１上を移動する。これにより、光
源部１と受光部２との間の測定光路長を任意に可変でき
る。なお、光源部１と受光部２とは、測定光路長が一度
調整設定されると、その後は固定して使用される。

【００３４】この構成によれば、受光部２の筐体２１自
体がセル筐体３４を構成しているので、前述した実施例
の効果に加え、受光部２の本体をなす筐体２１とは別に
セル筐体を設ける必要がなく構成の簡素化が図れ、一つ
の筐体２１で光学部品や電子部品等の収容と校正用ガス
室３３とを共用することができる。また、保持部材７２
を例えば車両や飛行機等の移動体に搭載すれば、移動し
ながらガス濃度の測定を行うことも可能である。

【００３５】次に、図１３は上記ガス濃度測定装置を多
重反射セルに適用した場合の応用例を示す図である。多
重反射セル６１は基部が気密構造の直方体形状の管６２
で構成されている。管６２の内壁面両端部には、複数の
反射ミラー（図示の例では管６２の両端部に一つずつ）
６３（６３ａ，６３ｂ）が配置されている。管６２の一
端側の上部には図１２の構成による光源部１が着脱可能
に取り付けられ、また、下部には図１２の構成による受
光部２が着脱可能に取り付けられている。管６２の上部
には、測定対象ガスの注入、排出を行うためのガス取入
パイプ６４とガス排出パイプ６５とが並設されている。
この多重反射セル６１では、光源部１からの光が管６２
内の反射ミラー６３ａ，６３ｂにより多重反射されて受
光部２に導かれる。

【００３６】この構成によれば、装置全体の小型化が図
れ、しかも、小さいスペースで測定光路長を長く設定し
て測定感度を向上できるので、特に低濃度のガスを測定
する場合に最適である。また、レーザ光の投受光には図
１２の構成の光源部１と受光部２が使用されるので、校
正用ガス室３３を含めて筐体自体の体積を小さくでき、
校正用ガスの消費が少なく、校正も迅速に行うことがで
きる。

【００３７】ところで、上述した各実施例では、光源部
１及び受光部２の本体を構成する筐体７，２１を角型形
状としているが、用途に応じて円筒型にすることも可能
である。

【００３８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のガス濃
度測定装置によれば、測定光路中に従来のような校正用
のセルがないため、反射による半導体レーザへの戻り光
を軽減でき、ガス濃度測定システムの測定系を乱すこと
なくガス濃度の校正が可能となり、測定時と校正時にお
いて半導体レーザが同一の発振波長で安定化され、より
誤差を少なくして精密なガス濃度の測定を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガス濃度測定装置の主要部を構成
する受光部の一実施例を示す側断面図

【図２】同受光部の一部に断面を施した平面図

【図３】同受光部の正面図

【図４】同受光部における濃度校正用セル筐体と非球面
レンズとの間の連結構造を示す部分断面図

【図５】同受光部における濃度校正用セル筐体と受光器
モジュールとの間の連結構造を示す部分断面図

【図６】光源部の側断面図

【図７】同光源部の上蓋を外した状態の平面図

【図８】同光源部の正面図

【図９】同光源部におけるＬＤモジュールの内部構成を
示す断面図

【図１０】同光源部より出射されるレーザ光の発振波長
を安定化する半導体レーザ発振波長安定化装置の一実施
例を示すブロック図

【図１１】ガス濃度測定システムの全体構成を示す図

【図１２】（ａ）光路長可変型のガス濃度測定装置を示
す平面図 （ｂ）同側面図

【図１３】多重反射セルに適用した場合の応用例を示す
図

【符号の説明】

１…光源部、２…受光部、３…計測部、１４…半導体レ
ーザ、２２…非球面レンズ、２５…受光器モジュール、
２８…フォトデテクタ、３３…校正用ガス室、３４…セ
ル筐体、５３…ガス注入・排出口、Ｌ…間隔。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 21/39 Ｇ０１Ｎ 21/39 (72)発明者 田井 秀男 千葉県習志野市東習志野１丁目10番５号 ライオンズマンション東習志野107号室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ（１４）を有する光源部
   （１）と、該光源部より所定距離（Ｌ）隔てて前記半導
   体レーザの光路上に配置され、該半導体レーザからの光
   を集光レンズ（２２）で集光して受光器モジュール（２
   ５）で受光する受光部（２）と、該受光部が受光した光
   による電気信号に基づいて前記光源部と前記受光部との
   間におけるガス濃度を計測する計測部（３）とを備えた
   ガス濃度測定装置において、 前記受光部内の少なくとも前記集光レンズと前記受光器
   モジュールとの間に気密保持された校正用ガス室（３
   ３）と、該校正用ガス室に連通して校正用ガスが注入・
   排出されるガス注入・排出口（５３）とを備え、 該ガス注入・排出口より前記校正用ガス室に校正用ガス
   を注入して前記計測部が計測するガス濃度を校正するこ
   とを特徴とするガス濃度測定装置。