JP2012037344A - Optical type gas sensor and gas concentration measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多種類のガスからのラマン散乱光に基づき各ガスのガス濃度を測定することができる光学式ガスセンサおよびガス濃度測定方法に関する。 The present invention relates to an optical gas sensor and a gas concentration measuring method capable of measuring the gas concentration of each gas based on Raman scattered light from various kinds of gases.
従来、大気中の公害物質の測定や、プラント施設での可燃性ガスや毒性ガスの発生監視などにガス検出器が広く使用されている。微量ガス検出方法として光学的方法、特にレーザー分光分析技術が盛んに研究されている。レーザー光を用いたガス検出手法としては、レーザー吸収分光法、レーザー誘起蛍光法、ラマン散乱分光法などがある。 Conventionally, gas detectors are widely used for measuring pollutants in the atmosphere and monitoring generation of flammable gas and toxic gas in plant facilities. An optical method, particularly a laser spectroscopic analysis technique has been actively studied as a trace gas detection method. Gas detection methods using laser light include laser absorption spectroscopy, laser-induced fluorescence, and Raman scattering spectroscopy.
ここで、ラマン散乱は、単色光を分子に照射したときに、散乱光の周波数が分子の振動周波数だけ変移する現象であり、この散乱光の周波数変移量は、照射した単色光の周波数に無関係で、物質に固有の量である。そのため、特定波長のレーザー光を測定対象の物質に照射すると、レーザー光が当たった物質から、レーザー光の波長と異なる波長のラマン散乱光が発生する。また、その散乱光の強度は、その物質の濃度に比例することが知られている。 Here, Raman scattering is a phenomenon in which when the molecule is irradiated with monochromatic light, the frequency of the scattered light changes by the vibration frequency of the molecule, and the frequency shift amount of the scattered light is independent of the frequency of the emitted monochromatic light. This is the amount specific to the substance. Therefore, when laser light having a specific wavelength is irradiated onto a measurement target substance, Raman scattered light having a wavelength different from the wavelength of the laser light is generated from the substance hit with the laser light. Further, it is known that the intensity of the scattered light is proportional to the concentration of the substance.
ラマン散乱分光法を利用したガスの可視化ないし計測に関する技術としては、出願人が提案した、監視対象空間にレーザー光を照射し、表１に記載の監視対象ガスの種別に応じて、照射したレーザー光の波長を表１に記載の数値だけラマンシフトした波長のラマン散乱光を集光し、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ラマン散乱光の空間強度分布を画像化し、監視対象空間の背景画像と重ね合わせることにより、監視対象空間の背景画像上に漏洩ガスを表示することを特徴とするガス漏洩監視方法及びそのシステム（特許文献１参照）、
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及びそのシステム（特許文献２参照）、
対象空間にレーザー光を照射し、窒素ガスからの散乱光を集光機構で集光し、第一の受光機構でラマン散乱光信号強度を測定する第一工程、第一工程と同期して、対象空間にレーザー光を照射し、対象ガスの散乱光を集光機構で集光し、第二の受光機構でラマン散乱光信号強度を測定する第二工程、窒素ガスと対象ガスのラマン散乱光強度の強度比に基づいて対象空間における対象ガスの濃度を計算する第三工程、とを含むガス濃度遠隔計測方法およびその装置（特許文献３参照）がある。
As a technique related to gas visualization or measurement using Raman scattering spectroscopy, the laser proposed by the applicant irradiates a laser beam to the monitored space, and irradiates the laser according to the type of the monitored gas shown in Table 1. Spatial intensity of Raman scattered light of a specific wavelength by condensing the Raman scattered light whose wavelength is shifted by the numerical value shown in Table 1 and condensing it, converting it to an electronic image, amplifying it, and converting it to an optical image again Gas leakage monitoring method and system for displaying leakage gas on the background image of the monitoring target space by imaging the distribution and superimposing it on the background image of the monitoring target space (see Patent Document 1),
The space to be monitored is scanned with laser light, the Raman scattered light is collected by a first optical bandpass filter having a transmission wavelength center at a wavelength obtained by Raman-shifting the wavelength of the laser light, and an electrical signal is received by a single light receiving element. And the first time waveform is measured, and light having a specific wavelength is collected by a second optical bandpass filter that transmits light having a wavelength range different from that of the transmitted light of the first optical bandpass filter. A light receiving element of one element converts it into an electrical signal, measures a time waveform, then takes a difference between the first time waveform and the second time waveform, and monitors the space to be monitored based on the scanning position information of the laser beam A hydrogen gas is visualized by creating a Raman scattered light signal image colored with the corresponding position coordinates of the image and superimposing it on the background image of the space to be monitored. Visualization method and system (see Patent Document 2),
In the first step of irradiating the target space with laser light, condensing the scattered light from nitrogen gas with the condensing mechanism, and measuring the Raman scattered light signal intensity with the first light receiving mechanism, in synchronization with the first step, The second step of irradiating the target space with laser light, condensing the scattered light of the target gas with the condensing mechanism, and measuring the Raman scattered light signal intensity with the second light receiving mechanism, Raman scattered light of nitrogen gas and target gas There is a gas concentration remote measurement method including the third step of calculating the concentration of the target gas in the target space based on the intensity ratio of intensity, and an apparatus therefor (see Patent Document 3).
濃度を測定可能なガスセンサとしては、接触型のものと非接触型のものがあるが、メンテナンスの必要性が少ない非接触型のセンサーのニーズが高い。本発明は、非接触型で、多種類のガスの濃度をほぼリアルタイムで測定することができる光学式ガスセンサを提供することを目的とする。 There are two types of gas sensors that can measure the concentration, a contact type and a non-contact type, but there is a great need for a non-contact type sensor that requires little maintenance. An object of the present invention is to provide an optical gas sensor that is non-contact type and capable of measuring concentrations of various kinds of gases in almost real time.
また、ガスの存在箇所にガスセンサを携行することができること軽量・小型のガスセンサが求められており、さらに、可燃性ガスも測定できるように、ケーブルで接続された可動自在な検出部を電気・電子回路が存在しない完全防爆型とすることも求められている。
また、高濃度ガスのみならず低濃度のガスを測定することも求められている。例えば、水素ガスは常温常圧の空気中で濃度４％から７５％の範囲では急激に燃焼反応が進むため、高圧ガス保安法では、ガスセンサとして爆発下限濃度の１／４の濃度（１％）以下を測定する能力が求められている。
In addition, there is a need for a light and small gas sensor that can carry a gas sensor at the location where the gas is present. In addition, a movable detector connected by a cable is connected to an electric / electronic device so that flammable gas can be measured. There is also a demand for a completely explosion-proof type that does not have a circuit.
In addition, it is required to measure not only high concentration gas but also low concentration gas. For example, since hydrogen gas undergoes a rapid combustion reaction in the range of 4% to 75% in air at normal temperature and pressure, the high-pressure gas safety method uses a gas sensor with a concentration (1%) that is 1/4 of the lower explosion limit. The ability to measure:
本発明は、上記課題を解決することを可能とするガス濃度測定技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a gas concentration measurement technique that can solve the above-described problems.
第１の発明は、測定対象ガスが導入されるガスセルと、ガスセルにレーザー光を照射するレーザー装置と、ガスセルからのラマン散乱光を反射する反射機構と、反射機構により反射された前方および後方ラマン散乱光を集光するための波長選択フィルターを有する受光機構と、前方および／または後方ラマン散乱光に基づき測定対象ガスの濃度を算出する演算部と、を備えたガスセンサであって、検出対象となる一のガスの種別に応じた波長選択フィルターを選択可能に構成されたガスセンサである。
第２の発明は、第１の発明において、前記受光機構が、前方ラマン散乱光を受光する第１の受光系および後方ラマン散乱光を受光する第２の受光系を備え、前記反射機構が、レーザー光を通過させ、かつ、第１の受光系へ前方ラマン散乱光を導光する第１の反射部材（２ａ）と、第２の受光系へ後方ラマン散乱光を導光する第２の反射部材（２ｂ）を備えることを特徴とする。
第３の発明は、第１の発明において、前記反射機構が、レーザー光を通過させ、かつ、受光機構へ前方および後方散乱光を導光する第１の反射部材と、レーザー光およびガスセルからの前方ラマン散乱光を反射する第２の反射部材を備えることを特徴とする。
第４の発明は、第３の発明において、さらに、第１の反射部材とガスセルを光学的に接続し、レーザー光ならびに前方および後方ラマン散乱光を伝送する光ファイバーを備えることを特徴とする。
第５の発明は、第１の発明において、前記反射機構が、凹面回析格子（９）と反射部材（８）を含んで構成され、レーザー光と前方ラマン散乱光を異なる方向に反射する前方散乱光反射機構と、レーザー光を通過させ、前方散乱光反射機構から入射された前方ラマン散乱光およびガスセルからの後方ラマン散乱光を受光機構に導く反射部材（２）を備えることを特徴とする。
第６の発明は、第１の発明において、さらに、レーザー装置とガスセルを光学的に接続し、レーザー光ならびに前方および後方ラマン散乱光を伝送する光ファイバーを含んでなる光伝送経路と、光ファイバーを伝送されるラマン散乱光を分岐する光ファイバーカプラと、光ファイバーカプラと受光機構を光学的に接続する光ファイバーを含んでなるラマン散乱光伝送経路を備えることを特徴とする。
第７の発明は、第１の発明において、さらに、レーザー装置とガスセルを光学的に接続し、レーザー光を伝送する第１の光伝送経路と、ガスセルと受光機構を光学的に接続し、前方および後方ラマン散乱光を伝送する第２の光伝送経路を有する光ファイバーを備えることを特徴とする。
The first invention includes a gas cell into which a measurement target gas is introduced, a laser device that irradiates the gas cell with laser light, a reflection mechanism that reflects Raman scattered light from the gas cell, and front and rear Raman reflected by the reflection mechanism. A gas sensor comprising: a light receiving mechanism having a wavelength selection filter for collecting scattered light; and a calculation unit that calculates a concentration of a measurement target gas based on forward and / or backward Raman scattered light, and a detection target This is a gas sensor configured to be able to select a wavelength selection filter according to the type of one gas.
According to a second invention, in the first invention, the light receiving mechanism includes a first light receiving system that receives forward Raman scattered light and a second light receiving system that receives backward Raman scattered light, and the reflecting mechanism includes: A first reflecting member (2a) that transmits laser light and guides forward Raman scattered light to the first light receiving system, and a second reflection that guides backward Raman scattered light to the second light receiving system. A member (2b) is provided.
According to a third invention, in the first invention, the reflection mechanism transmits a laser beam and guides forward and backward scattered light to the light receiving mechanism, and the laser beam and the gas cell. A second reflecting member that reflects forward Raman scattered light is provided.
According to a fourth aspect, in the third aspect, the optical system further includes an optical fiber that optically connects the first reflecting member and the gas cell and transmits laser light and forward and backward Raman scattered light.
According to a fifth invention, in the first invention, the reflection mechanism includes a concave diffraction grating (9) and a reflection member (8), and reflects the laser beam and the forward Raman scattered light in different directions. And a reflection member (2) for passing the scattered light reflection mechanism and the laser beam, and guiding the forward Raman scattered light incident from the forward scattered light reflection mechanism and the backward Raman scattered light from the gas cell to the light receiving mechanism. .
According to a sixth invention, in the first invention, the laser device and the gas cell are optically connected to each other, an optical transmission path including an optical fiber for transmitting the laser light and the forward and backward Raman scattered light, and the optical fiber is transmitted. An optical fiber coupler for branching the Raman scattered light, and a Raman scattered light transmission path including an optical fiber for optically connecting the optical fiber coupler and the light receiving mechanism.
According to a seventh invention, in the first invention, the laser device and the gas cell are optically connected, the first optical transmission path for transmitting the laser light, the gas cell and the light receiving mechanism are optically connected, and the front And an optical fiber having a second optical transmission path for transmitting backward Raman scattered light.
第８の発明は、受光機構の有する複数の波長選択フィルターから検出対象となる一のガスの種別に応じて波長選択フィルターを選択する第１の工程、ガスセルに導入された混合ガスに所定の繰り返し周波数でレーザー光を照射し、ガスセルからのラマン散乱光を反射する反射機構により反射された前方および後方ラマン散乱光を受光機構へ伝送する第２の工程、前方および／または後方ラマン散乱光に基づき検出対象となる一のガスの濃度を算出する第３の工程、受光機構の有する複数の波長選択フィルターから検出対象となる一のガスの種別に応じて第１の工程とは異なる波長選択フィルターを選択する第４の工程、ガスセルに導入された混合ガスに所定の繰り返し周波数でレーザー光を照射し、ガスセルからのラマン散乱光を反射する反射機構により反射された前方および後方ラマン散乱光を受光機構へ伝送する第５の工程、前方および／または後方ラマン散乱光に基づき検出対象となる一のガスの濃度を算出する第６の工程、を含むガス濃度測定方法である。 The eighth invention is a first step of selecting a wavelength selection filter according to the type of one gas to be detected from a plurality of wavelength selection filters of the light receiving mechanism, a predetermined repetition of the mixed gas introduced into the gas cell A second step of irradiating laser light at a frequency and transmitting forward and backward Raman scattered light reflected by a reflection mechanism that reflects Raman scattered light from the gas cell to the light receiving mechanism, based on forward and / or backward Raman scattered light A third step of calculating the concentration of one gas to be detected, a wavelength selection filter different from the first step depending on the type of one gas to be detected from a plurality of wavelength selection filters of the light receiving mechanism Fourth step of selecting, a laser beam irradiated to the mixed gas introduced into the gas cell at a predetermined repetition frequency and reflecting the Raman scattered light from the gas cell A fifth step of transmitting the forward and backward Raman scattered light reflected by the mechanism to the light receiving mechanism; a sixth step of calculating the concentration of one gas to be detected based on the forward and / or backward Raman scattered light; It is the gas concentration measuring method containing.
本発明によれば、多種類のガス濃度をほぼリアルタイムで測定することができる非接触型のガスセンサを提供することが可能となる。
また、軽量・小型であり、ケーブルで接続された可動自在な検出部が完全防爆型のガスセンサを提供することが可能となる。
さらには、高濃度のガスから低濃度のガスまで測定可能なガス濃度測定技術を提供することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to provide a non-contact type gas sensor capable of measuring various kinds of gas concentrations in almost real time.
In addition, it is possible to provide a gas sensor that is light and small and has a movable detection unit connected by a cable and is completely explosion-proof.
Furthermore, it is possible to provide a gas concentration measurement technique capable of measuring from a high concentration gas to a low concentration gas.
本発明の光学式ガスセンサおよびガス濃度測定方法では、複数種類のガスからなる混合ガスにレーザー光を照射し、複数の狭帯域フィルターを用いて各分子スペクトルのピークを検出する。混合ガスにおいて、各ガスのラマンスペクトルがピークを備え、かつ、スペクトル線の重なりが無い場合には、各フィルターにより各ガスの濃度を測定することができる。表１に示すＨ２、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２などのガスにおいては、レーザービームなどの光線の波長からラマンシフトした波長にピークが観測されることが知られている。
《第１の実施形態》
図１は、本発明に係る第１の実施形態の構成図である。第１の実施形態の光学式ガスセンサは、レーザー装置１からパルス状に発振されたレーザー光を、穴あきミラー２ｂの貫通孔を通過させてガス測定空間３に照射し、ガス測定空間３に発生したラマン散乱光を受光器７ａ、７ｂで受光するものである。受光器７ａは、前方ラマン散乱光を受光するためのものであり、受光器７ｂは、後方ラマン散乱光を受光するためのものである。なお、穴あきミラーに代えてダイクロイックミラーを用いてもよい。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment according to the present invention. The optical gas sensor according to the first embodiment irradiates the gas measurement space 3 with laser light oscillated in a pulse form from the laser device 1 through the through-hole of the perforated mirror 2b, and is generated in the gas measurement space 3. The received Raman scattered light is received by the light receivers 7a and 7b. The light receiver 7a is for receiving forward Raman scattered light, and the light receiver 7b is for receiving backward Raman scattered light. A dichroic mirror may be used instead of the perforated mirror.
本実施の形態は、レーザーカットフィルター４ａ、バンドパスフィルター５ａ、集光レンズ６ａ、および受光器７ａからなる第１の受光系（前方散乱光用受光系）と、レーザーカットフィルター４ｂ、バンドパスフィルター５ｂ、集光レンズ６ｂ、および受光器７ｂからなる第２の受光系（後方散乱光用受光系）と、を備えてなる受光機構を有する。すなわち、ガス測定空間３内の混合ガスに起因する前方ラマン散乱光は、第１の反射機構を構成する穴あきミラー２ａに反射され、レーザーカットフィルター４ａ、バンドパスフィルター５ａ、集光レンズ６ａを通過し受光器７ａに検出され、後方ラマン散乱光は、第２の反射機構を構成する穴あきミラー２ｂに反射され、レーザーカットフィルター４ｂ、バンドパスフィルター５ｂ、集光レンズ６ｂを通過し受光器７ｂに検出される。なお、穴あきミラー２ａに入射されたレーザー光は、穴あきミラー２ａの貫通孔を通過するため、受光機構側には反射されない。 In the present embodiment, a first light receiving system (a light receiving system for forward scattered light) including a laser cut filter 4a, a band pass filter 5a, a condenser lens 6a, and a light receiver 7a, a laser cut filter 4b, and a band pass filter 5b, a condenser lens 6b, and a second light receiving system (backscattered light receiving system) including a light receiver 7b. That is, the forward Raman scattered light caused by the mixed gas in the gas measurement space 3 is reflected by the perforated mirror 2a constituting the first reflection mechanism, and passes through the laser cut filter 4a, the bandpass filter 5a, and the condenser lens 6a. Passed and detected by the light receiver 7a, the backward Raman scattered light is reflected by the perforated mirror 2b constituting the second reflection mechanism, passes through the laser cut filter 4b, the band pass filter 5b, and the condenser lens 6b, and receives the light. 7b is detected. The laser light incident on the perforated mirror 2a passes through the through hole of the perforated mirror 2a and is not reflected on the light receiving mechanism side.
レーザーカットフィルター４ａ、４ｂは、レーザー装置１から発せられたレーザー光が受光器７ａ、７ｂに入射するのを防ぐためのものである。微弱なラマン散乱光を精度良く測定するためには、レーザー光線によるノイズを完全に遮断することが望ましいからである。
バンドパスフィルター５ａ、５ｂは、狭帯域の光学フィルターで、検出するガスのラマンスペクトルのピークに透過波長中心を有している。ガスの種別毎に使用するバンドパスフィルターも異なるため、バンドパスフィルターは検出するガスの数と同じ数だけ用意される。例えば、複数の波長選択フィルターを備えた回転式あるいはスライド式のフィルタホルダー（切換機構）を設け、水素ガスの濃度を検出する場合には中心波長４１６．５ｎｍのフィルターを選択し、窒素ガスの濃度を検出する場合には中心波長３８６．５ｎｍのフィルターを選択することが開示される。
The laser cut filters 4a and 4b are for preventing laser light emitted from the laser device 1 from entering the light receivers 7a and 7b. This is because it is desirable to completely block the noise caused by the laser beam in order to accurately measure the weak Raman scattered light.
The bandpass filters 5a and 5b are narrow-band optical filters and have a transmission wavelength center at the peak of the Raman spectrum of the gas to be detected. Since the band-pass filter used for each gas type is different, the same number of band-pass filters as the number of gases to be detected are prepared. For example, when a rotary or slide type filter holder (switching mechanism) having a plurality of wavelength selection filters is provided and the concentration of hydrogen gas is detected, a filter having a center wavelength of 416.5 nm is selected and the concentration of nitrogen gas is selected. It is disclosed that a filter having a center wavelength of 386.5 nm is selected in the case of detecting.
ガス濃度の算出は、測定された前方散乱光と後方散乱光のいずれか、或いは、前方散乱光と後方散乱光の強度の和に基づき行われる。ガス濃度を算出するための検量線は、既知濃度の観測対象ガスを充填したガスセルにおいて、予めガス濃度とラマン散乱光強度の相関を求めることにより作成したものを用いる。
ガス濃度の測定時間は、レーザーの発振繰り返し周波数に依存する。機器の組み合わせや加算回数などの条件にもよるので一概にはいえないが、例えば、レーザーの発振繰り返し周波数は数百Ｈｚ以上とするのが好ましく、１ｋＨｚ以上とするのがより好ましい。
第１の実施形態では、穴あきミラーの穴にレーザー光を通過させる構成によりレーザー光の反射・散乱光が低減されるので、ＳＮの向上を図ることが可能である。
The gas concentration is calculated based on one of the measured forward scattered light and backward scattered light, or the sum of the intensities of the forward scattered light and the backward scattered light. As a calibration curve for calculating the gas concentration, a calibration curve prepared in advance by obtaining a correlation between the gas concentration and the Raman scattered light intensity in a gas cell filled with the observation target gas having a known concentration is used.
The measurement time of the gas concentration depends on the laser oscillation repetition frequency. Although it is not unclear because it depends on conditions such as the combination of devices and the number of additions, for example, the laser oscillation repetition frequency is preferably several hundred Hz or more, more preferably 1 kHz or more.
In the first embodiment, since the reflected / scattered light of the laser light is reduced by the configuration in which the laser light is passed through the hole of the perforated mirror, the SN can be improved.
《第２の実施形態》
図２は、本発明に係る第２の実施形態の構成図である。
レーザー装置１、穴あきミラー２、ガス測定空間３、レーザーカットフィルター４、バンドパスフィルター５、対物レンズ６、および受光器７は、第１の形態と同様である。本実施の形態では、前方散乱光を全反射ミラー８で反射し、前方散乱光と後方散乱光を同一の受光系で観察するので、受光機構は単一の受光系とする点で第１の実施形態と異なる。
本実施の形態では、散乱強度の大きい前方ラマン散乱光を全反射ミラーで後方に押し返して、後方散乱光と前方散乱光を合わせて測定することで大きな信号を得ることを可能としている。また、レーザー光も全反射ミラー８で後方に反射することによりさらに多くの前方散乱光を発生することができる。したがって、本実施の形態は、低濃度の測定に特に好適である。
<< Second Embodiment >>
FIG. 2 is a configuration diagram of the second embodiment according to the present invention.
The laser device 1, the perforated mirror 2, the gas measurement space 3, the laser cut filter 4, the band pass filter 5, the objective lens 6, and the light receiver 7 are the same as in the first embodiment. In the present embodiment, the forward scattered light is reflected by the total reflection mirror 8, and the forward scattered light and the back scattered light are observed by the same light receiving system, so that the first light receiving mechanism is a single light receiving system. Different from the embodiment.
In the present embodiment, forward Raman scattered light having a high scattering intensity is pushed back by a total reflection mirror, and a large signal can be obtained by measuring the back scattered light and the forward scattered light together. Further, more forward scattered light can be generated by reflecting the laser beam backward by the total reflection mirror 8. Therefore, this embodiment is particularly suitable for low concentration measurement.
《第３の実施形態》
図３は、本発明に係る第３の実施形態の構成図である。
レーザー装置１、穴あきミラー２、ガス測定空間３、レーザーカットフィルター４、バンドパスフィルター５、対物レンズ６、および受光器７は、第２の形態と同様である。本実施の形態では、全反射ミラー８の代わりに、全反射ミラー８と凹面回析光子９を組み合わせてなる反射機構を用いて、レーザー光を受光機構とは異なる方向に反射させ、前方ラマン散乱光だけを穴あきミラー８に反射させる点で第２の実施形態と異なる。すなわち、本実施の形態では、レーザー光とラマン散乱光の波長が異なることを利用し、回折格子とミラーを用いて特定波長の光だけを後方に反射させることを可能とした。
凹面回析光子９あるいは全反射ミラー８を可動して反射角を変更することにより、任意のガスに起因するラマン散乱光を受光機構側に反射させることが可能である。
<< Third Embodiment >>
FIG. 3 is a configuration diagram of the third embodiment according to the present invention.
The laser device 1, the perforated mirror 2, the gas measurement space 3, the laser cut filter 4, the band pass filter 5, the objective lens 6, and the light receiver 7 are the same as in the second embodiment. In this embodiment, instead of the total reflection mirror 8, a reflection mechanism formed by combining the total reflection mirror 8 and the concave diffraction photon 9 is used to reflect the laser light in a direction different from the light receiving mechanism, and forward Raman scattering. The difference from the second embodiment is that only the light is reflected by the perforated mirror 8. That is, in this embodiment, it is possible to reflect only light of a specific wavelength backward using a diffraction grating and a mirror by utilizing the fact that the wavelengths of laser light and Raman scattered light are different.
By moving the concave diffraction photon 9 or the total reflection mirror 8 to change the reflection angle, it is possible to reflect Raman scattered light caused by an arbitrary gas to the light receiving mechanism side.
《第４の実施形態》
図４は、本発明に係る第４の実施形態の構成図である。
本実施の形態では、レーザー光とラマン散乱光の伝送に光ファイバーを利用する構成であり、例えば、建造物の死角になった部分や暗渠部などにおけるガスを検知するのに適している。この実施の形態によれば、光ファイバーの先端に設けられた完全防爆型の非常に小さな検出部を構成することが可能である。
レーザー装置１からからパルス状に発振されたレーザー光は、ダイクロイックミラー１０を透過し、光ファイバー１２を伝送され、球レンズ１３からガス測定空間３に入射される。ガス測定空間３で生じた前方ラマン散乱光は、全反射ミラー８により反射され、後方ラマン散乱光と共に球レンズ１３を介して光ファイバー１２に入射され、ダイクロイックミラー１０により受光機構に反射される。
凸レンズ１１は、レーザー光を光ファイバー端面に集光する集光レンズとして作用し、同時に光ファイバーから出るラマン散乱光の拡散を防止する（平行光に近くする）コリメートレンズとしての作用を奏する。レーザー光とラマン散乱光の波長が違うため焦点位置が異なるが、本実施の形態では、レーザー光の集光を優先し、ラマン散乱光の平行度を犠牲にしている（バンドパスフィルターは平行光が入射した場合に本来の特性が得られるが、実際の測定においては概ね平行光であれば問題はない）。
レーザー光を透過し、ラマン散乱光を反射するダイクロイックミラー１０によって波長を選択する。前方および後方からのラマン散乱光測定強度はレーザー光の偏光に無関係であるので、シングルモード光ファイバーやマルチモード光ファイバーが利用できる（但し、レーザー光軸に対して横方向から測定する場合は、レーザー光の偏波面によって散乱光強度が大きく異なるため、偏波保持光ファイバーでレーザー光を伝送する必要がある）。
<< Fourth Embodiment >>
FIG. 4 is a configuration diagram of the fourth embodiment according to the present invention.
In this embodiment, an optical fiber is used for transmission of laser light and Raman scattered light, and is suitable for detecting gas in a blind spot or a culvert of a building, for example. According to this embodiment, it is possible to configure a very small detection unit of a complete explosion-proof type provided at the tip of an optical fiber.
Laser light oscillated in a pulse form from the laser device 1 passes through the dichroic mirror 10, is transmitted through the optical fiber 12, and enters the gas measurement space 3 from the spherical lens 13. The forward Raman scattered light generated in the gas measurement space 3 is reflected by the total reflection mirror 8, enters the optical fiber 12 through the spherical lens 13 together with the backward Raman scattered light, and is reflected by the dichroic mirror 10 to the light receiving mechanism.
The convex lens 11 acts as a condensing lens that condenses the laser light onto the end face of the optical fiber, and at the same time, acts as a collimating lens that prevents the diffusion of Raman scattered light emitted from the optical fiber (close to parallel light). The focal positions differ because the wavelengths of the laser light and Raman scattered light are different, but in this embodiment, priority is given to condensing the laser light, and the parallelism of the Raman scattered light is sacrificed (the bandpass filter is a parallel light). The original characteristics can be obtained when light is incident, but in actual measurement there is no problem if it is almost parallel light).
The wavelength is selected by the dichroic mirror 10 that transmits the laser light and reflects the Raman scattered light. Since the intensity of the Raman scattered light measurement from the front and rear is independent of the polarization of the laser light, single-mode optical fibers and multi-mode optical fibers can be used (however, when measuring from the direction transverse to the laser optical axis, the laser light Since the intensity of scattered light varies greatly depending on the polarization plane of the laser, it is necessary to transmit the laser beam using a polarization maintaining optical fiber).
光ファイバー１２の先端に設けた球レンズ１３は、光ファイバーから出るレーザー光の拡散を防止し（ビーム状にする）、ラマン散乱光を光ファイバー端面に集光する作用を奏する。ラマン散乱光の受光面積を広くすることにより強いラマン散乱光信号強度を得ることができる。レーザー光とラマン散乱光の波長が違うため焦点位置が異なるが、レーザー光の作用を優先した。球レンズ１３の代わりにロッドレンズ（セルフォックレンズ）を用いてもよい。
ラマン散乱光の信号強度は、
（レーザー光強度（光子数））×（分子数）×（ラマン散乱断面積）×（受光面積）×（距離）−２
で求められる（ただし吸収が無い場合）。ここで、（ラマン散乱断面積）はcm２・sr−１ 、（受光面積）×（距離）−２は立体角となり、単位はsrである。この関係を図７に模式図的に示す。
The spherical lens 13 provided at the tip of the optical fiber 12 has an effect of preventing the diffusion of laser light emitted from the optical fiber (making it into a beam) and condensing the Raman scattered light on the end face of the optical fiber. By increasing the light receiving area of the Raman scattered light, a strong Raman scattered light signal intensity can be obtained. Although the focus position differs because the wavelength of laser light and Raman scattered light are different, priority was given to the action of laser light. A rod lens (selfoc lens) may be used instead of the spherical lens 13.
The signal intensity of Raman scattered light is
(Laser light intensity (number of photons)) x (number of molecules) x (Raman scattering cross section) x (light receiving area) x (distance) -2
(If there is no absorption). Here, (Raman scattering cross section) is cm 2 · sr −1 , (light receiving area) × (distance) −2 is a solid angle, and the unit is sr. This relationship is schematically shown in FIG.
ラマン散乱光信号強度の見積は、次の手順で行う。
図８は、分子数Ｎの測定対象ガスに強度Ｐのレーザー光線を照射し、Ｏ地点で発生したラマン散乱光を離隔距離Ｌで検出する場合の模式図である。受光開口面積をｓ、光学系効率をＫ、受光素子の量子効率（光→電流変換率）をγ、負荷抵抗をＲとした場合の信号強度Ｓ(Ｒ)は、下記式１により算出することができる。
The estimation of the Raman scattered light signal intensity is performed by the following procedure.
FIG. 8 is a schematic diagram when the measurement target gas having the number N of molecules is irradiated with a laser beam having an intensity P and Raman scattered light generated at the point O is detected at a separation distance L. The signal intensity S (R) when the light receiving aperture area is s, the optical system efficiency is K, the quantum efficiency (light-to-current conversion rate) of the light receiving element is γ, and the load resistance is R is calculated by the following equation 1. Can do.
［式１］
[Formula 1]
式１より、ラマン散乱光の受光面積sを大きくすることにより強いラマン散乱光信号強度を得ることができ、また観測距離Ｌを短くすることでより強いラマン散乱光信号強度が得られる。すなわち、図４のレンズ１３を大きくしてガスに接触させることでより強いラマン散乱光信号強度が得られることとなるから、ラマン散乱光の集光部を小型化してガス中に挿入する方法が有効である。 From Equation 1, a strong Raman scattered light signal intensity can be obtained by increasing the light receiving area s of the Raman scattered light, and a stronger Raman scattered light signal intensity can be obtained by shortening the observation distance L. That is, a stronger Raman scattered light signal intensity can be obtained by enlarging the lens 13 of FIG. 4 and bringing it into contact with the gas. Therefore, there is a method of downsizing the Raman scattered light condensing part and inserting it into the gas. It is valid.
《第５の実施形態》
図５は、本発明に係る第５の実施形態の構成図である。
レーザー装置１からからパルス状に発振されたレーザー光は、光源側光ファイバー１７に入射され、光ファイバーカプラ１４、光ファイバー１２および球レンズ１３を介してガス測定空間３に照射される。ガス測定空間３で生じた前方ラマン散乱光は、全反射ミラー８により反射され、後方ラマン散乱光と共に球レンズ１３を介して光ファイバー１２に入射され、光ファイバーカプラ１４により受光側光ファイバー１８に入射され、受光機構に伝送される。
光学フィルターは平行光が入射した場合に本来の特性が得られるため、コリメートレンズ１５により光ファイバーから出るラマン散乱光を平行光に近い状態にしている。
<< Fifth Embodiment >>
FIG. 5 is a block diagram of the fifth embodiment according to the present invention.
Laser light oscillated in a pulse form from the laser device 1 is incident on the light source-side optical fiber 17 and irradiated to the gas measurement space 3 through the optical fiber coupler 14, the optical fiber 12, and the spherical lens 13. The forward Raman scattered light generated in the gas measurement space 3 is reflected by the total reflection mirror 8, is incident on the optical fiber 12 through the spherical lens 13 together with the backward Raman scattered light, is incident on the light receiving side optical fiber 18 by the optical fiber coupler 14, It is transmitted to the light receiving mechanism.
Since the optical filter obtains its original characteristics when parallel light is incident, the Raman scattered light emitted from the optical fiber is made close to parallel light by the collimating lens 15.
《第６の実施形態》
図６は、本発明に係る第６の実施形態の構成図である。
第６の実施形態では、レーザー光の伝送とラマン散乱光の伝送を２芯の光ファイバー１９を用いて行う構成である。第５の実施形態の光ファイバーカプラ１４と光ファイバー１２が２芯の光ファイバー１９に置き換えられた点以外は、第６の実施形態と同じである。
<< Sixth Embodiment >>
FIG. 6 is a block diagram of the sixth embodiment according to the present invention.
In the sixth embodiment, laser light transmission and Raman scattered light transmission are performed using a two-core optical fiber 19. The sixth embodiment is the same as the sixth embodiment except that the optical fiber coupler 14 and the optical fiber 12 of the fifth embodiment are replaced with a two-core optical fiber 19.
以下では、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to the examples.
実施例１は、２枚の穴あきミラーを用いてラマン散乱光を測定するガスセンサに関し、上述の第１の実施形態に係る実施例である。
レーザー装置１からパルス状に発振された波長３５５ｎｍのレーザー光は、球面両凹レンズ２１および球面両凸レンズ２２で拡径され、偏光ビームスプリッタ２３、偏光解消板２４、スペイシャルフィルター２５を介して、照射断面積の大きい平行光としてガスセル３内に照射される。
本実施例では、ガスセル３からの前方ラマン散乱光を検出する第１の受光系と、後方ラマン散乱光を検出する第２の受光系を備える。第１の受光系は、カラーフィルター４１ａ、エッジフィルター４２ａ、バンドパスフィルター５ａ、球面平凸レンズ６ａおよび受光器７ａを備え、第２の受光系は、カラーフィルター４１ｂ、エッジフィルター４２ｂ、バンドパスフィルター５ｂ、球面平凸レンズ６ｂおよび受光器７ｂを備える。
Example 1 relates to a gas sensor that measures Raman scattered light using two perforated mirrors, and is an example according to the first embodiment described above.
Laser light having a wavelength of 355 nm oscillated in a pulse shape from the laser device 1 is expanded in diameter by the spherical biconcave lens 21 and the spherical biconvex lens 22, and irradiated through the polarization beam splitter 23, the depolarization plate 24, and the spatial filter 25. The gas cell 3 is irradiated as parallel light having a large cross-sectional area.
In the present embodiment, a first light receiving system that detects forward Raman scattered light from the gas cell 3 and a second light receiving system that detects backward Raman scattered light are provided. The first light receiving system includes a color filter 41a, an edge filter 42a, a band pass filter 5a, a spherical plano-convex lens 6a, and a light receiver 7a. The second light receiving system includes a color filter 41b, an edge filter 42b, and a band pass filter 5b. And a spherical plano-convex lens 6b and a light receiver 7b.
波長３５５ｎｍのレーザー光が受光器に入射するのを防ぐレーザーカットフィルターとして、３９０ｎｍより短波長の光を吸収するカラーフィルター４１と、３５９．６−８００．８ｎｍの透過帯域を有する３枚のエッジフィルター４２が、各受光系に設けられている。
バンドパスフィルター５は、検出するガスに対応するものが選択されて使用される。異なるガスの濃度を順次測定できるように、受光器７ａ、７ｂの前には複数のバンドパスフィルターを備えたフィルター切換機構（図示せず）が設けられている。表２に各機器の仕様を示す。
As a laser cut filter for preventing laser light having a wavelength of 355 nm from entering the light receiver, a color filter 41 that absorbs light having a wavelength shorter than 390 nm and three edge filters having a transmission band of 359.6 to 800.8 nm 42 is provided in each light receiving system.
The band pass filter 5 is selected and used corresponding to the gas to be detected. A filter switching mechanism (not shown) including a plurality of band pass filters is provided in front of the light receivers 7a and 7b so that the concentrations of different gases can be measured sequentially. Table 2 shows the specifications of each device.
受光器７ａ、７ｂで検出された電気信号に基づき、演算部がガス濃度を算出する。演算部は、パーソナルコンピュータと専用のソフトウェアにより構成され、予め作成した検量線に基づきガス濃度を算出する。この専用のソフトウェアにおいては、分析を行う時間間隔、分析の回数、発光スペクトル強度の加算回数、発光スペクトル信号強度の平均回数、信号強度から濃度を求めるための係数を個々に入力しておき、分析対象ガスを指定することで最適分析条件に設定することも可能である。
実施例における測定条件は、レーザーの発振繰り返し周波数４０Ｈｚ、光電子増倍管の印加電圧−６５０Ｖ、加算回数（平均化処理回数）２５６回、一回の測定時間６．４秒、データ処理時間０．１秒、測定間隔７秒であった。
ここで測定時間は、レーザーの発振繰り返し周波数を高くすることで短縮することができる。例えば、市販されているレーザー装置には、発振繰り返し周波数が１ｋＨｚのものがあり、これを使用すると測定時間は０．３秒程度となる。測定時間とデータ処理時間を合わせて０．４秒程度の時間となるので、０．５秒間隔での測定が実行可能となる。
Based on the electrical signals detected by the light receivers 7a and 7b, the calculation unit calculates the gas concentration. The calculation unit is composed of a personal computer and dedicated software, and calculates the gas concentration based on a calibration curve created in advance. In this dedicated software, the analysis time interval, the number of analyzes, the number of additions of emission spectrum intensity, the average number of emission spectrum signal intensities, and the coefficient for determining the concentration from the signal intensity are individually input and analyzed. It is also possible to set optimum analysis conditions by specifying the target gas.
The measurement conditions in the examples are: laser oscillation repetition frequency 40 Hz, photomultiplier tube applied voltage −650 V, number of additions (average processing number) 256 times, one measurement time 6.4 seconds, data processing time 0. The measurement interval was 1 second and the measurement interval was 7 seconds.
Here, the measurement time can be shortened by increasing the laser oscillation repetition frequency. For example, some commercially available laser devices have an oscillation repetition frequency of 1 kHz. If this is used, the measurement time is about 0.3 seconds. Since the total measurement time and data processing time are about 0.4 seconds, measurement at intervals of 0.5 seconds can be performed.
実施例１のガスセンサにおいて、水素ガス検出用のバンドパスフィルター（中心波長４１６．５ｎｍ）を選択し、水素ガスの濃度を測定した。図１０は、濃度１００％の水素ガスの前方および後方ラマン散乱光の測定結果を示すグラフである。 In the gas sensor of Example 1, a bandpass filter (center wavelength 416.5 nm) for hydrogen gas detection was selected, and the concentration of hydrogen gas was measured. FIG. 10 is a graph showing measurement results of forward and backward Raman scattered light of 100% hydrogen gas.
続いて、実施例１のガスセンサにおいて、窒素ガス検出用のバンドパスフィルター（中心波長３８６．５ｎｍ）を選択し、窒素ガスの濃度を測定した。ここでは、便宜上ガスセル３を異なる形状のもの（図１１参照）に置き換えて、窒素ガスの濃度測定を行った。図１１のガスセル３には、アルゴンガスを供給するための管が接続されており、レーザー光が通過する窓以外の部分は、シグマサイバーテック社の遮光・吸光シート（ＳＢＩＲ）で覆われている。この測定においては、ガスセル３の窒素ガス（濃度８０％）のラマン散乱光強度と、ガスセル３にアルゴンガスを放出して空気を排除したとき（窒素濃度０％）の信号強度との差を求めた。
図１２は、大気中の窒素ガス（濃度約８０％）の前方および後方ラマン散乱光の測定結果を示すグラフである。
Subsequently, in the gas sensor of Example 1, a bandpass filter for detecting nitrogen gas (center wavelength: 386.5 nm) was selected, and the concentration of nitrogen gas was measured. Here, for convenience, the gas cell 3 was replaced with one having a different shape (see FIG. 11), and the concentration of nitrogen gas was measured. A tube for supplying argon gas is connected to the gas cell 3 in FIG. 11, and the portions other than the window through which the laser beam passes are covered with a light shielding / absorbing sheet (SBIR) manufactured by Sigma Cybertech. . In this measurement, the difference between the Raman scattered light intensity of the nitrogen gas (concentration 80%) in the gas cell 3 and the signal intensity when the air is discharged by releasing argon gas into the gas cell 3 (nitrogen concentration 0%) is obtained. It was.
FIG. 12 is a graph showing measurement results of forward and backward Raman scattered light of nitrogen gas (concentration of about 80%) in the atmosphere.
以上のとおり、実施例１のガスセンサにより、前方散乱光と後方散乱光のいずれか、或いは、前方散乱光と後方散乱光の強度の和から水素ガス、窒素ガスの濃度を計測できることが確認された。
実施例１のガスセンサによれば、穴あきミラーの穴にレーザー光を通過させる構成を採用することで、レーザー光の反射・散乱光を低減することでき、ＳＮの向上を図ることが可能である。
As described above, it was confirmed that the concentration of hydrogen gas and nitrogen gas can be measured from the forward scattered light and the back scattered light or the sum of the intensity of the forward scattered light and the back scattered light by the gas sensor of Example 1. .
According to the gas sensor of the first embodiment, by adopting a configuration that allows laser light to pass through the hole of the perforated mirror, reflected / scattered light of the laser light can be reduced, and SN can be improved. .
実施例２は、１枚の穴あきミラーを用いてラマン散乱光を測定するガスセンサに関し、上述の第２の実施形態に係る実施例である。
符号１のレーザー装置、２の穴あきミラー、３のガスセル、５のバンドパスフィルター、６の対物レンズ、２１の球面両凹レンズ、２２の球面両凸レンズ、２３の偏光ビームスプリッタ、２４の偏光解消板、２５のスペイシャルフィルターは、４１のカラーフィルター、４２のエッジフィルターおよびフィルター切換機構（図示せず）は、実施例１と同じである。
本実施例では、ガスセル３を挟んで穴あきミラー２と対向する全反射ミラー８を設けることにより、前方および後方ラマン散乱光を一の受光系により検出する点で実施例１と相違する。図１３に、実施例２のガスセンサの構成図を、表３に全反射ミラー８の仕様を示す。
Example 2 relates to a gas sensor that measures Raman scattered light using a single perforated mirror, and is an example according to the second embodiment described above.
1 laser apparatus, 2 perforated mirror, 3 gas cell, 5 bandpass filter, 6 objective lens, 21 spherical biconcave lens, 22 spherical biconvex lens, 23 polarizing beam splitter, 24 depolarizing plate , 25 spatial filters, 41 color filters, 42 edge filters, and a filter switching mechanism (not shown) are the same as in the first embodiment.
The present embodiment is different from the first embodiment in that the front and rear Raman scattered light is detected by one light receiving system by providing the total reflection mirror 8 facing the perforated mirror 2 with the gas cell 3 interposed therebetween. FIG. 13 shows a configuration diagram of the gas sensor according to the second embodiment, and Table 3 shows specifications of the total reflection mirror 8.
実施例２のガスセンサにおいて、水素ガス検出用のバンドパスフィルター（中心波長４１６．５ｎｍ）を選択し、水素ガスの濃度を測定した。図１４は、濃度１００％の水素ガスの前方および後方ラマン散乱光の測定結果を示すグラフである。 In the gas sensor of Example 2, a bandpass filter for detecting hydrogen gas (center wavelength 416.5 nm) was selected, and the concentration of hydrogen gas was measured. FIG. 14 is a graph showing measurement results of forward and backward Raman scattered light of 100% concentration hydrogen gas.
続いて、実施例１のガスセンサにおいて、窒素ガス検出用のバンドパスフィルター（中心波長３８６．５ｎｍ）を選択し、窒素ガスの濃度を測定した。ここでは、便宜上ガスセル３を異なる形状のもの（図１１参照）に置き換えて、窒素ガスの濃度測定を行った。この測定においては、ガスセル３の窒素ガス（濃度８０％）のラマン散乱光強度と、ガスセル３にアルゴンガスを放出して空気を排除したとき（窒素濃度０％）の信号強度との差を求めた。
図１５は、大気中の窒素ガス（濃度約８０％）濃度８０％の窒素ガスの前方および後方ラマン散乱光の測定結果を示すグラフである。なお、後方散乱光のみの測定は、全反射ミラー８を外して行った。
Subsequently, in the gas sensor of Example 1, a bandpass filter for detecting nitrogen gas (center wavelength: 386.5 nm) was selected, and the concentration of nitrogen gas was measured. Here, for convenience, the gas cell 3 was replaced with one having a different shape (see FIG. 11), and the concentration of nitrogen gas was measured. In this measurement, the difference between the Raman scattered light intensity of the nitrogen gas (concentration 80%) in the gas cell 3 and the signal intensity when the air is discharged by releasing argon gas into the gas cell 3 (nitrogen concentration 0%) is obtained. It was.
FIG. 15 is a graph showing measurement results of forward and backward Raman scattered light of nitrogen gas in the atmosphere (concentration of about 80%) with a concentration of 80%. The measurement of only the backscattered light was performed with the total reflection mirror 8 removed.
以上のとおり、実施例２のガスセンサにより、前方散乱光と後方散乱光のいずれか、或いは、前方散乱光と後方散乱光の強度の和から水素ガス、窒素ガスの濃度を計測できることが確認された。 As described above, it was confirmed that the gas sensor of Example 2 can measure the concentration of hydrogen gas or nitrogen gas from either the forward scattered light and the back scattered light, or the sum of the intensities of the forward scattered light and the back scattered light. .
１ レーザー装置
２ 穴あきミラー
３ ガス測定空間（ガスセル）
４ レーザーカットフィルター
５ バンドパスフィルター
６ 集光レンズ
７ 受光器
８ 全反射ミラー
９ 凹面回析格子
１０ ダイクロイックミラー
１１ 凸レンズ
１２ 光ファイバー
１３ 集光レンズ（球レンズ）
１４ 光ファイバーカプラ（ビームスプリッタ）
１５ コリメートレンズ
１７ 光源側光ファイバー
１８ 受光側光ファイバー
１９ ２芯光ファイバー
２１ 球面両凹レンズ
２２ 球面両凸レンズ
２３ 偏光ビームスプリッタ
２４ 偏光解消板
２５ スペイシャルフィルター
２６ レーザービームダンパ
1 Laser device 2 Perforated mirror 3 Gas measurement space (gas cell)
4 Laser cut filter 5 Band pass filter 6 Condensing lens 7 Light receiver 8 Total reflection mirror 9 Concave diffraction grating 10 Dichroic mirror 11 Convex lens 12 Optical fiber 13 Condensing lens (spherical lens)
14 Optical fiber coupler (beam splitter)
15 Collimating lens 17 Light source side optical fiber 18 Light receiving side optical fiber 19 Two-core optical fiber 21 Spherical biconcave lens 22 Spherical biconvex lens 23 Polarizing beam splitter 24 Depolarization plate 25 Spatial filter 26 Laser beam damper
Claims (8)
ガスセルにレーザー光を照射するレーザー装置と、
ガスセルからのラマン散乱光を反射する反射機構と、
反射機構により反射された前方および後方ラマン散乱光を集光するための波長選択フィルターを有する受光機構と、
前方および／または後方ラマン散乱光に基づき測定対象ガスの濃度を算出する演算部と、を備えたガスセンサであって、
検出対象となる一のガスの種別に応じた波長選択フィルターを選択可能に構成されたガスセンサ。 A gas cell into which a gas to be measured is introduced;
A laser device for irradiating the gas cell with laser light;
A reflection mechanism that reflects Raman scattered light from the gas cell;
A light receiving mechanism having a wavelength selective filter for condensing forward and backward Raman scattered light reflected by the reflecting mechanism;
A gas sensor comprising: a calculation unit that calculates a concentration of a measurement target gas based on forward and / or backward Raman scattered light;
A gas sensor configured to be able to select a wavelength selection filter according to the type of one gas to be detected.
前記反射機構が、レーザー光を通過させ、かつ、第１の受光系へ前方ラマン散乱光を導光する第１の反射部材（２ａ）と、第２の受光系へ後方ラマン散乱光を導光する第２の反射部材（２ｂ）を備えることを特徴とする請求項１のガスセンサ。 The light receiving mechanism includes a first light receiving system that receives forward Raman scattered light and a second light receiving system that receives backward Raman scattered light;
The reflection mechanism transmits laser light and guides forward Raman scattered light to the first light receiving system, and guides backward Raman scattered light to the second light receiving system. The gas sensor according to claim 1, further comprising a second reflecting member (2b).
ガスセルに導入された混合ガスに所定の繰り返し周波数でレーザー光を照射し、ガスセルからのラマン散乱光を反射する反射機構により反射された前方および後方ラマン散乱光を受光機構へ伝送する第２の工程、
前方および／または後方ラマン散乱光に基づき検出対象となる一のガスの濃度を算出する第３の工程、
受光機構の有する複数の波長選択フィルターから検出対象となる一のガスの種別に応じて第１の工程とは異なる波長選択フィルターを選択する第４の工程、
ガスセルに導入された混合ガスに所定の繰り返し周波数でレーザー光を照射し、ガスセルからのラマン散乱光を反射する反射機構により反射された前方および後方ラマン散乱光を受光機構へ伝送する第５の工程、
前方および／または後方ラマン散乱光に基づき検出対象となる一のガスの濃度を算出する第６の工程、
を含むガス濃度測定方法。 A first step of selecting a wavelength selection filter according to the type of one gas to be detected from a plurality of wavelength selection filters of the light receiving mechanism;
A second step of irradiating the mixed gas introduced into the gas cell with laser light at a predetermined repetition frequency and transmitting the forward and backward Raman scattered light reflected by the reflecting mechanism that reflects the Raman scattered light from the gas cell to the light receiving mechanism. ,
A third step of calculating the concentration of one gas to be detected based on forward and / or backward Raman scattered light;
A fourth step of selecting a wavelength selection filter different from the first step according to the type of one gas to be detected from the plurality of wavelength selection filters of the light receiving mechanism;
A fifth step of irradiating the mixed gas introduced into the gas cell with laser light at a predetermined repetition frequency and transmitting the forward and backward Raman scattered light reflected by the reflecting mechanism that reflects the Raman scattered light from the gas cell to the light receiving mechanism. ,
A sixth step of calculating the concentration of one gas to be detected based on forward and / or backward Raman scattered light;
A gas concentration measuring method including:
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Publications (2)
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