JPH11142328A - Isotope analyzer - Google Patents
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- JPH11142328A JPH11142328A JP30619097A JP30619097A JPH11142328A JP H11142328 A JPH11142328 A JP H11142328A JP 30619097 A JP30619097 A JP 30619097A JP 30619097 A JP30619097 A JP 30619097A JP H11142328 A JPH11142328 A JP H11142328A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光吸収スペクトルの強度を安定かつ高精度に検
出するために、測定時における光波長のFM変調効率を
安定化する。
【解決手段】ピーク検出回路13aにより、ロックイン
アンプ12により得られる各2f成分の各ピーク値出力
と、掃引制御回路15aの掃引信号とから測定対象同位
体の2つの光吸収スペクトルのピーク位置のずれ量とピ
ーク位置間隔情報とを演算回路14により求めて出力す
る。この演算回路14の出力に応じて温度制御回路7の
設定値(バイアス)をオフセット補正回路16を通じて
補正することにより、測定対象同位体の2つの光吸収ス
ペクトルのピーク位置を一定に保持することができる。
このため、測定時の光波長のFM変調効率が安定化さ
れ、安定して光吸収スペクトルを検出することができる
ので、高精度に同位体比を検出することができる。
(57) Abstract: To stably and accurately detect the intensity of a light absorption spectrum, stabilize the FM modulation efficiency of a light wavelength at the time of measurement. A peak detection circuit detects a peak position of two optical absorption spectra of an isotope to be measured from a peak value output of each 2f component obtained by a lock-in amplifier and a sweep signal of a sweep control circuit. The arithmetic circuit 14 obtains the shift amount and the peak position interval information, and outputs the obtained information. By correcting the set value (bias) of the temperature control circuit 7 through the offset correction circuit 16 in accordance with the output of the arithmetic circuit 14, the peak positions of the two light absorption spectra of the isotope to be measured can be kept constant. it can.
Therefore, the FM modulation efficiency of the light wavelength at the time of measurement is stabilized, and the light absorption spectrum can be detected stably, so that the isotope ratio can be detected with high accuracy.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、同位体が存在す
る試料ガスに光を照射し、同位体の各光吸収スペクトル
強度から同位体比を検出する同位体分析装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an isotope analyzer for irradiating a sample gas containing an isotope with light and detecting an isotope ratio from the intensity of each light absorption spectrum of the isotope.
【0002】[0002]
【従来の技術】まず、発明の背景について説明する。同
位体の変化をトレース(追跡)する手法は、医療業分野
では病気の診断に、農業分野では光合成の研究や植物の
代謝作用の研究に、地球科学的分野では生態系のトレー
スに利用することができる。2. Description of the Related Art First, the background of the invention will be described. The method of tracing isotope changes should be used for diagnosing diseases in the medical industry, researching photosynthesis and plant metabolism in the agricultural field, and tracing ecosystems in the earth science field. Can be.
【0003】これらの用途に使用される同位体として
は、窒素、炭素などがある。炭素においては、質量数が
12の12Cと質量数が13の13Cの安定同位体があり、
この安定同位体は放射性同位体のような放射線被爆がな
いので取り扱いが容易であり、医療分野での利用が加速
されつつある。[0003] Isotopes used in these applications include nitrogen and carbon. In carbon, there are stable isotopes of 12 C having a mass number of 12 and 13 C having a mass number of 13,
These stable isotopes are easy to handle because they are not exposed to radiation as radioisotopes, and their use in the medical field is being accelerated.
【0004】従来、このような用途における同位体分析
装置として赤外線分光計がある。赤外線分光計は、赤外
域の発光波長範囲の広いランプを光源とし、分散型分光
器などを用いて光波長を選択して同位体の光吸収スペク
トルを観測する装置である。しかし、同位体の光吸収ス
ペクトル波長が極めて近接しているため、分散型分光器
の光波長選択性能が障害となって十分な光波長分解特性
が得られず、赤外線分光計では、同位体の測定精度が十
分であるとは言えなかった。Conventionally, there is an infrared spectrometer as an isotope analyzer for such an application. An infrared spectrometer is a device that uses a lamp having a wide emission wavelength range in the infrared region as a light source, selects a light wavelength using a dispersive spectroscope, and observes the light absorption spectrum of the isotope. However, since the light absorption spectrum wavelengths of the isotopes are very close, the light wavelength selection performance of the dispersive spectrometer is impeded, and sufficient light wavelength resolution characteristics cannot be obtained. The measurement accuracy was not sufficient.
【0005】他の同位体分析装置として質量分析計があ
る。質量分析計は、分子の質量そのものを測定するため
高い精度での同位体の測定が可能である。しかし、装置
が大型であり取り扱いも難しく、非常に高価であるとい
う欠点がある。[0005] Another isotope analyzer is a mass spectrometer. A mass spectrometer can measure isotopes with high accuracy because it measures the mass of a molecule itself. However, there are disadvantages in that the device is large, difficult to handle, and very expensive.
【0006】これらの問題点を解決する手法として、レ
ーザ分光分析手法が注目されている。このレーザ分光分
析手法は、光源として狭帯域の半導体レーザを用いるこ
とにより小型の装置で高い光波長分解能が得られる。こ
のため、操作性が向上し、同位体測定精度も十分であ
る。As a technique for solving these problems, a laser spectroscopic analysis technique has been receiving attention. In this laser spectroscopic analysis method, high light wavelength resolution can be obtained with a small device by using a narrow band semiconductor laser as a light source. Therefore, the operability is improved, and the accuracy of isotope measurement is sufficient.
【0007】このレーザ分光分析手法では、光源として
用いる半導体レーザの温度および電流を安定化すること
により所定の光波長を得、試料ガスを透過した後のレー
ザ光の光強度変化に基づきガス分子による光吸収スペク
トル強度を測定する。In this laser spectroscopic analysis method, a predetermined light wavelength is obtained by stabilizing the temperature and current of a semiconductor laser used as a light source, and the light intensity of a laser beam after passing through a sample gas is changed by gas molecules. The light absorption spectrum intensity is measured.
【0008】しかし、半導体レーザの光波長が温度等の
環境条件に敏感で変化しやすい。したがって、光波長の
高い精度での安定化が、レーザ分光分析手法における基
幹技術、いわゆるキー技術になっている。[0008] However, the light wavelength of the semiconductor laser is sensitive to environmental conditions such as temperature and is easily changed. Therefore, stabilization of the optical wavelength with high accuracy has become a key technology in laser spectroscopic analysis techniques, a so-called key technology.
【0009】図4は、レーザ分光分析手法が適用された
従来技術に係る同位体分析装置の構成を示している。FIG. 4 shows a configuration of a conventional isotope analyzing apparatus to which a laser spectroscopic analysis technique is applied.
【0010】図4例の同位体分析装置は、半導体レーザ
1、保持ブロック2、コリメートレンズ3、温度検出素
子4、温度制御素子5、温度検出回路6、温度制御回路
7、電流制御回路8、試料セル9、光検出素子10、発
振回路11、ロックインアンプ12、ピーク検出回路1
3b、演算回路14および掃引制御回路15aを有して
いる。The isotope analyzing apparatus shown in FIG. 4 comprises a semiconductor laser 1, a holding block 2, a collimating lens 3, a temperature detecting element 4, a temperature controlling element 5, a temperature detecting circuit 6, a temperature controlling circuit 7, a current controlling circuit 8, Sample cell 9, light detection element 10, oscillation circuit 11, lock-in amplifier 12, peak detection circuit 1
3b, an arithmetic circuit 14 and a sweep control circuit 15a.
【0011】まず、光学系の作用について説明する。保
持ブロック2上に固定されている半導体レーザ1から出
射されたレーザ光Lがコリメートレンズ3を介して平行
光としてのレーザ光Lとされる。このレーザ光Lが、測
定対象としての試料ガスの導入された試料セル9中で光
吸収を受けた後透過し、光検出素子10によりその吸収
スペクトル強度が検出される。First, the operation of the optical system will be described. Laser light L emitted from the semiconductor laser 1 fixed on the holding block 2 is converted into parallel laser light L via the collimating lens 3. The laser light L is transmitted after being absorbed in the sample cell 9 into which the sample gas to be measured is introduced, and the absorption spectrum intensity is detected by the photodetector 10.
【0012】次に、半導体レーザ1に対する光波長安定
化作用について説明する。半導体レーザ1と温度検出素
子4とは、保持ブロック2上に高い密着性をもって固定
されている。このため、半導体レーザ1と温度検出素子
4相互の熱伝導性が良好に保持され、これら半導体レー
ザ1と温度検出素子4とは、保持ブロック2と略同一の
温度になる。したがって、温度検出素子4により半導体
レーザ1の温度を検出することができる。Next, the operation of stabilizing the light wavelength of the semiconductor laser 1 will be described. The semiconductor laser 1 and the temperature detecting element 4 are fixed on the holding block 2 with high adhesion. For this reason, the thermal conductivity between the semiconductor laser 1 and the temperature detecting element 4 is kept good, and the temperature of the semiconductor laser 1 and the temperature detecting element 4 becomes substantially the same as the temperature of the holding block 2. Therefore, the temperature of the semiconductor laser 1 can be detected by the temperature detecting element 4.
【0013】温度検出素子4により検出された半導体レ
ーザ1の温度情報は、温度検出回路6により電気信号に
変換され温度測定値として温度制御回路7に入力され
る。The temperature information of the semiconductor laser 1 detected by the temperature detecting element 4 is converted into an electric signal by a temperature detecting circuit 6 and input to a temperature control circuit 7 as a measured temperature value.
【0014】温度制御回路7は、予め所定の光波長が得
られるように選択された設定値となるように保持ブロッ
ク2に対して一体的に取り付けられている温度制御素子
5を制御する。The temperature control circuit 7 controls the temperature control element 5 integrally attached to the holding block 2 so as to have a set value selected in advance so as to obtain a predetermined light wavelength.
【0015】温度制御素子5は、温度制御回路7による
制御により加熱または吸熱し、温度制御素子5上に熱的
に良好に熱伝導を保って固定されている保持ブロック2
の温度を変化させる。The temperature control element 5 heats or absorbs heat under the control of the temperature control circuit 7, and is fixed on the temperature control element 5 while maintaining good thermal conductivity.
The temperature of the
【0016】以上説明したような温度制御ループが形成
されることで、半導体レーザ1の温度が温度制御回路7
の設定温度に安定する。By forming the temperature control loop as described above, the temperature of the semiconductor laser 1 is controlled by the temperature control circuit 7.
It stabilizes at the set temperature.
【0017】また、半導体レーザ1は、掃引制御回路1
5aからの入力信号に従い安定化した電流を出力する電
流制御回路8から供給される電流により駆動される。The semiconductor laser 1 has a sweep control circuit 1
It is driven by a current supplied from a current control circuit 8 that outputs a stabilized current according to an input signal from 5a.
【0018】したがって、上述した設定温度の安定化、
換言すれば半導体レーザ1のチップ温度を安定化するこ
とと、半導体レーザ1に供給される駆動電流を安定化す
ることにより、レーザ光Lの光波長の安定化を図ること
ができる。Therefore, the above-mentioned stabilization of the set temperature,
In other words, by stabilizing the chip temperature of the semiconductor laser 1 and stabilizing the drive current supplied to the semiconductor laser 1, the light wavelength of the laser light L can be stabilized.
【0019】次に、光吸収スペクトルの検出作用につい
て説明する。Next, the operation of detecting the light absorption spectrum will be described.
【0020】発振回路11は、半導体レーザ1の駆動電
流を変調するための周波数fの変調信号を発生する。周
波数fの変調信号は、電流制御回路8に入力され、電流
制御回路8での安定化電流に加算されて電流制御回路8
から半導体レーザ1に駆動電流として供給される。半導
体レーザ1の駆動電流を変調することにより、レーザ光
Lの光波長がFM変調される。The oscillation circuit 11 generates a modulation signal of a frequency f for modulating the driving current of the semiconductor laser 1. The modulation signal having the frequency f is input to the current control circuit 8, added to the stabilized current in the current control circuit 8, and added to the current control circuit 8.
Is supplied to the semiconductor laser 1 as a drive current. By modulating the drive current of the semiconductor laser 1, the light wavelength of the laser light L is FM-modulated.
【0021】掃引制御回路15aが、電流制御回路8を
出力電流設定値が比例的に増加するように制御した場
合、電流制御回路8から半導体レーザ1に供給される駆
動電流が単調に増加し、この駆動電流の増加に応じて、
半導体レーザ1の光波長が単調に増加して掃引される。
この場合、光波長掃引を所定の光吸収スペクトルが存在
する範囲とすることにより所定の光吸収スペクトルの強
度を光検出素子10により検出することができる。When the sweep control circuit 15a controls the current control circuit 8 so that the output current set value increases proportionally, the drive current supplied from the current control circuit 8 to the semiconductor laser 1 monotonously increases. As the drive current increases,
The light wavelength of the semiconductor laser 1 monotonically increases and is swept.
In this case, the intensity of the predetermined light absorption spectrum can be detected by the light detection element 10 by setting the light wavelength sweep to a range where the predetermined light absorption spectrum exists.
【0022】なお、光波長を周波数fでFM変調した場
合、光吸収スペクトル波形は2f信号に置換されるの
で、2f成分を検出するロックインアンプ12により光
吸収スペクトルの強度を検出することができる。When the light wavelength is FM-modulated at the frequency f, the light absorption spectrum waveform is replaced by the 2f signal, so that the intensity of the light absorption spectrum can be detected by the lock-in amplifier 12 for detecting the 2f component. .
【0023】ピーク検出回路13bでは、光波長の掃引
に伴い光吸収スペクトルの2f成分のピーク値を抽出す
る。演算回路14では、ピーク検出回路13bから得た
2f成分のピーク値情報と掃引制御回路15aから得た
光波長制御情報とから2つの所定の同位体に対応した光
吸収スペクトルの強度を選択し、これらの強度の比をと
ることにより、図4に示した同位体分析装置により同位
体比を検出することができる。The peak detection circuit 13b extracts the peak value of the 2f component of the light absorption spectrum as the light wavelength is swept. The arithmetic circuit 14 selects the intensity of the light absorption spectrum corresponding to two predetermined isotopes from the peak value information of the 2f component obtained from the peak detection circuit 13b and the light wavelength control information obtained from the sweep control circuit 15a, By taking the ratio of these intensities, the isotope ratio can be detected by the isotope analyzer shown in FIG.
【0024】[0024]
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、半
導体レーザ1の光波長のFM変調効率は、半導体レーザ
1のチップ温度と半導体レーザ1に供給される駆動電流
に依存して変化する特性を有する。しかし、光波長のF
M変調効率が変化した場合、2f成分を検出するロック
インアンプ12により検出される光吸収スペクトルの強
度が変動し、検出精度が低下するという問題が生じる。Generally, the FM modulation efficiency of the optical wavelength of the semiconductor laser 1 has a characteristic that varies depending on the chip temperature of the semiconductor laser 1 and the driving current supplied to the semiconductor laser 1. . However, the optical wavelength F
When the M modulation efficiency changes, the intensity of the light absorption spectrum detected by the lock-in amplifier 12 that detects the 2f component fluctuates, causing a problem that the detection accuracy decreases.
【0025】半導体レーザ1に電流制御回路8から安定
した駆動電流を供給することは比較的に容易であるが、
半導体レーザ1のチップ温度を安定化することは容易で
はない。Although it is relatively easy to supply a stable drive current from the current control circuit 8 to the semiconductor laser 1,
It is not easy to stabilize the chip temperature of the semiconductor laser 1.
【0026】その理由は、半導体レーザ1と温度検出素
子4の熱的接触のためには保持ブロック2の介在が必須
であるため、たとえ、上述したように、保持ブロック2
上に高い密着性をもって半導体レーザ1と温度検出素子
4とを固定し、相互の熱伝導を良好に保持したとして
も、駆動電流の比例的な増加等の熱的変動要素が半導体
レーザ1に繰り返し印加されたり環境温度が変化した場
合には、半導体レーザ1のチップ温度と温度検出素子4
の検出温度との間には微妙な隔たりが生じてくるからで
ある。その結果、半導体レーザ1のチップ温度は、温度
制御回路7の設定温度と僅かに異なる値になる。The reason is that the interposition of the holding block 2 is indispensable for the thermal contact between the semiconductor laser 1 and the temperature detecting element 4.
Even if the semiconductor laser 1 and the temperature detecting element 4 are fixed with high adhesion on top of each other and the mutual heat conduction is maintained well, thermal fluctuation elements such as a proportional increase in the driving current are repeated in the semiconductor laser 1. When the temperature is applied or the environmental temperature changes, the chip temperature of the semiconductor laser 1 and the temperature detecting element 4
This is because there is a delicate gap from the detected temperature. As a result, the chip temperature of the semiconductor laser 1 has a value slightly different from the set temperature of the temperature control circuit 7.
【0027】しかしながら、光吸収スペクトルの存在す
る光波長は物理的に一定であり変動しないため、半導体
レーザ1の実際のチップ温度がずれた分だけ異なった駆
動電流値において所定の光波長が得られることになる。
この場合、光吸収スペクトルの観測時点での温度検出素
子4により検出される半導体レーザ1のチップ温度と平
均駆動電流が初期条件と異なったものとなる。このた
め、光波長のFM変調効率が変化し、2f成分を検出す
るロックインアンプ12での検出レベルが変化すること
となる。However, since the light wavelength at which the light absorption spectrum exists is physically constant and does not fluctuate, a predetermined light wavelength can be obtained at a different driving current value by an amount corresponding to a shift of the actual chip temperature of the semiconductor laser 1. Will be.
In this case, the chip temperature and the average driving current of the semiconductor laser 1 detected by the temperature detecting element 4 at the time of observation of the light absorption spectrum are different from the initial conditions. For this reason, the FM modulation efficiency of the light wavelength changes, and the detection level of the lock-in amplifier 12 that detects the 2f component changes.
【0028】なお、半導体レーザ1のチップ温度と温度
検出素子4による検出温度との微妙な隔たりは、半導体
レーザ1のチップ自体、正確にはチップ内の発光点と温
度検出素子4とが物理的に一体とはなり得ないために回
避することができない問題である。The slight difference between the chip temperature of the semiconductor laser 1 and the temperature detected by the temperature detection element 4 is caused by the fact that the chip itself of the semiconductor laser 1, more precisely, the light emitting point in the chip and the temperature detection element 4 are physically different. This is a problem that cannot be avoided because it cannot be integrated with a computer.
【0029】この発明はこのような課題を考慮してなさ
れたものであり、光吸収スペクトルの測定時に光波長の
FM変調効率を安定化し、安定して光吸収スペクトルを
検出することを可能とし、同位体比を高精度に求めるこ
とのできる同位体分析装置を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to stabilize the FM modulation efficiency of a light wavelength at the time of measuring a light absorption spectrum and to stably detect the light absorption spectrum. It is an object of the present invention to provide an isotope analyzer capable of determining an isotope ratio with high accuracy.
【0030】[0030]
【課題を解決するための手段】この発明は、例えば、図
1、図3に示すように、測定対象同位体の光吸収スペク
トルより同位体比を検出する同位体分析装置において、
レーザ光Lを出力する半導体レーザ1と、前記半導体レ
ーザの温度を検出する温度検出回路6と、検出された温
度が設定値となるように前記半導体レーザを温度制御す
る温度制御回路7と、前記半導体レーザの駆動電流を制
御する電流制御回路8と、掃引信号に基づき前記半導体
レーザの光波長の掃引を行わせる掃引制御回路15a、
15bと、前記半導体レーザに周波数fの変調をかける
発振回路11と、前記測定対象同位体の試料ガス内を透
過した前記レーザ光から光吸収スペクトルを検出する光
検出素子10と、検出された測定対象同位体の2つの光
吸収スペクトルの各2f成分を検出するロックインアン
プ12と、前記ロックインアンプにより得られる各2f
成分の各ピーク値を検出するピーク検出回路13aと、
前記掃引信号と前記ピーク検出回路の出力とから測定対
象同位体の2つの光吸収スペクトルのピーク位置のずれ
量とピーク位置間隔情報とを求めて出力する演算回路1
4と、前記演算回路の出力に応じて前記温度制御回路7
の前記設定値を補正するオフセット補正回路16とを有
し、前記測定対象同位体の2つの光吸収スペクトルのピ
ーク位置を一定に保持して光吸収スペクトルの強度をそ
れぞれ検出し、検出した各光吸収スペクトルの強度比か
ら前記同位体比を検出することを特徴とする。According to the present invention, there is provided an isotope analyzer for detecting an isotope ratio from a light absorption spectrum of an isotope to be measured, as shown in FIGS. 1 and 3, for example.
A semiconductor laser 1 for outputting laser light L, a temperature detection circuit 6 for detecting the temperature of the semiconductor laser, a temperature control circuit 7 for controlling the temperature of the semiconductor laser so that the detected temperature becomes a set value, A current control circuit 8 for controlling a drive current of the semiconductor laser, a sweep control circuit 15a for performing a sweep of an optical wavelength of the semiconductor laser based on a sweep signal,
15b, an oscillation circuit 11 for modulating the frequency of the semiconductor laser with a frequency f, a light detection element 10 for detecting a light absorption spectrum from the laser light transmitted through the sample gas of the isotope to be measured, and a detected measurement A lock-in amplifier 12 for detecting each 2f component of two light absorption spectra of the target isotope;
A peak detection circuit 13a for detecting each peak value of the component,
An arithmetic circuit 1 for obtaining and outputting information on the amount of shift between the peak positions of two light absorption spectra of the isotope to be measured and the peak position interval from the sweep signal and the output of the peak detection circuit.
4 and the temperature control circuit 7 according to the output of the arithmetic circuit.
And an offset correction circuit 16 that corrects the set values of the two isotopes. The peak positions of the two light absorption spectra of the isotope to be measured are held constant, and the intensities of the light absorption spectra are detected. The isotope ratio is detected from an intensity ratio of an absorption spectrum.
【0031】この発明によれば、ロックインアンプによ
り得られる各2f成分の各ピーク値出力と掃引信号とか
ら測定対象同位体の2つの光吸収スペクトルのピーク位
置のずれ量とピーク位置間隔情報を演算回路により求め
て出力し、この演算回路の出力に応じて温度制御回路の
設定値をオフセット補正回路を通じて補正することによ
り、測定対象同位体の2つの光吸収スペクトルのピーク
位置を一定に保持して、光吸収スペクトルの強度をそれ
ぞれ検出し、検出した各光吸収スペクトルの強度比から
前記同位体比を検出するようにしているので、測定時の
光波長のFM変調効率が安定化される。安定して光吸収
スペクトルを検出することができるので、高精度に同位
体比を検出することができる。According to the present invention, the shift amount of the peak position and the peak position interval information of the two light absorption spectra of the isotope to be measured are obtained from the peak value output of each 2f component and the sweep signal obtained by the lock-in amplifier. The peak value of the two light absorption spectra of the isotope to be measured is kept constant by correcting the set value of the temperature control circuit through the offset correction circuit in accordance with the output of the calculation circuit. Then, the intensity of the light absorption spectrum is detected, and the isotope ratio is detected from the intensity ratio of each detected light absorption spectrum, so that the FM modulation efficiency of the light wavelength at the time of measurement is stabilized. Since the light absorption spectrum can be detected stably, the isotope ratio can be detected with high accuracy.
【0032】この場合、例えば、図1に示すように、掃
引制御回路15aは、電流制御回路8を制御して半導体
レーザ1の光波長の掃引を行わせるようにしてもよい。In this case, for example, as shown in FIG. 1, the sweep control circuit 15a may control the current control circuit 8 to sweep the light wavelength of the semiconductor laser 1.
【0033】また、例えば、図3に示すように、掃引制
御回路15bは、温度制御回路7を制御して半導体レー
ザ1の光波長の掃引を行わせるようにしてもよい。Further, for example, as shown in FIG. 3, the sweep control circuit 15b may control the temperature control circuit 7 to sweep the light wavelength of the semiconductor laser 1.
【0034】[0034]
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。なお、以下に参照する
図面において、上記図4に示したものと対応するものに
は同一の符号を付けてその詳細な説明は省略する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings referred to below, components corresponding to those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0035】図1は、この発明の一実施の形態の同位体
分析装置の構成を示している。FIG. 1 shows a configuration of an isotope analyzing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【0036】図1例の同位体分析装置は、半導体レーザ
1、保持ブロック2、コリメートレンズ3、温度検出素
子4,温度制御素子5、温度検出回路6、温度制御回路
7、電流制御回路8、試料セル9、光検出素子10、発
振回路11、ロックインアンプ12、ピーク検出回路1
3a、演算回路14、掃引制御回路15aおよびオフセ
ット補正回路16を有している。The isotope analyzer of FIG. 1 includes a semiconductor laser 1, a holding block 2, a collimating lens 3, a temperature detecting element 4, a temperature controlling element 5, a temperature detecting circuit 6, a temperature controlling circuit 7, a current controlling circuit 8, Sample cell 9, light detection element 10, oscillation circuit 11, lock-in amplifier 12, peak detection circuit 1
3a, an arithmetic circuit 14, a sweep control circuit 15a, and an offset correction circuit 16.
【0037】図1例の同位体分析装置において、半導体
レーザ1としては、シングルモードのDFB(ディスト
リビューテッドフィードバック)レーザなどを用いるこ
とができる。そして、同位体として炭素同位体(12C、
13C)の測定には、1.5〜2.0μm程度の赤外波長
域が高感度となり有効である。In the isotope analyzer of FIG. 1, as the semiconductor laser 1, a single mode DFB (distributed feedback) laser or the like can be used. And carbon isotopes ( 12 C,
In the measurement of 13 C), an infrared wavelength region of about 1.5 to 2.0 μm is effective because it has high sensitivity.
【0038】保持ブロック2としては、熱輻射を抑え半
導体レーザ1などとの密着性を高めるため金メッキを施
した熱伝導性の良い銅などの金属を用いる。As the holding block 2, a metal such as copper, which is plated with gold and has good thermal conductivity, is used to suppress heat radiation and increase the adhesion to the semiconductor laser 1 and the like.
【0039】コリメートレンズ3としては、半導体レー
ザ1の光波長に適合したガラスやプラスチップの非球面
レンズを用いる。As the collimating lens 3, a glass or a plus-chip aspheric lens suitable for the light wavelength of the semiconductor laser 1 is used.
【0040】温度検出素子4としては、白金薄膜温度セ
ンサやサーミスタを用いる。As the temperature detecting element 4, a platinum thin film temperature sensor or a thermistor is used.
【0041】温度制御素子5としては、ペルチェ素子や
ヒータを用いる。As the temperature control element 5, a Peltier element or a heater is used.
【0042】温度検出回路6としては、抵抗値検出差動
増幅回路を用いる。As the temperature detecting circuit 6, a resistance value detecting differential amplifier circuit is used.
【0043】温度制御回路7としては、差分回路とPI
D(比例積分微分)回路を用いる。As the temperature control circuit 7, a difference circuit and PI
A D (proportional-integral-derivative) circuit is used.
【0044】電流制御回路8としては、抵抗負荷帰還型
演算回路を用いる。As the current control circuit 8, a resistance load feedback type operation circuit is used.
【0045】試料セル9としては、ガラスや金属製でシ
ングルパスやマルチパスのセルを用いる。As the sample cell 9, a single-pass or multi-pass cell made of glass or metal is used.
【0046】光検出素子10としては、半導体レーザ1
の光波長に適合したフォトダイオードを用いる。同位体
として炭素同位体(12C、13C)の測定には、1.5〜
2.0μm程度の赤外波長帯を検出可能なGeまたはI
nGaAsなどが適している。The semiconductor laser 1 is used as the photodetector 10.
Use a photodiode suitable for the light wavelength of For the measurement of carbon isotopes ( 12 C, 13 C) as isotopes, 1.5 to
Ge or I capable of detecting an infrared wavelength band of about 2.0 μm
nGaAs or the like is suitable.
【0047】発振回路11としては、PLL回路やデジ
タルクロック発生回路を用いる。As the oscillation circuit 11, a PLL circuit or a digital clock generation circuit is used.
【0048】ロックインアンプ12としては、チョッピ
ングアンプとLPFやミキサ回路を用いる。As the lock-in amplifier 12, a chopping amplifier, an LPF and a mixer circuit are used.
【0049】ピーク検出回路13aとしては、サンプル
ホールドやA/DコンバータとMPUを用いる。As the peak detection circuit 13a, a sample hold, an A / D converter and an MPU are used.
【0050】演算回路14としては、MPUとメモリ素
子とA/D・D/Aコンバータなどを用いる。As the arithmetic circuit 14, an MPU, a memory element, an A / D / D / A converter and the like are used.
【0051】掃引制御回路15aとしては、D/Aコン
バータなどを用いる。A D / A converter or the like is used as the sweep control circuit 15a.
【0052】オフセット補正回路16としては、D/A
コンバータや可変ゲインアンプおよび(または)ルック
アップテーブルを用いる。The offset correction circuit 16 has a D / A
Use converters, variable gain amplifiers and / or look-up tables.
【0053】なお、半導体レーザ1の周辺の光学系は、
光波長の安定化を目的とする温度安定化のため、真空ま
たは低圧の容器に収容するようにしてもよい。The optical system around the semiconductor laser 1 is
For stabilizing the temperature for the purpose of stabilizing the light wavelength, it may be housed in a vacuum or low-pressure container.
【0054】上述のように構成される同位体分析装置に
ついて、まず、光学系の作用について説明する。保持ブ
ロック2上に固定されている半導体レーザ1から出射さ
れたレーザ光Lがコリメートレンズ3を介して平行光と
してのレーザ光Lとされる。このレーザ光Lが、測定対
象としての試料ガスが導入された試料セル9中で光吸収
を受けた後透過し、光検出素子10によりその吸収スペ
クトル強度が検出される。First, the operation of the optical system of the isotope analyzing apparatus configured as described above will be described. Laser light L emitted from the semiconductor laser 1 fixed on the holding block 2 is converted into parallel laser light L via the collimating lens 3. This laser light L is transmitted after being absorbed in the sample cell 9 into which the sample gas to be measured is introduced, and the absorption spectrum intensity is detected by the light detection element 10.
【0055】次に、半導体レーザ1に対する光波長安定
化作用について説明する。半導体レーザ1と温度検出素
子4とは、保持ブロック2上に高い密着性をもって固定
されている。このため、半導体レーザ1と温度検出素子
4相互の熱伝導性が良好に保持され、これら半導体レー
ザ1と温度検出素子4とは、保持ブロック2と略同一の
温度になる。したがって、温度検出素子4により半導体
レーザ1の温度を検出することができる。Next, the light wavelength stabilizing action on the semiconductor laser 1 will be described. The semiconductor laser 1 and the temperature detecting element 4 are fixed on the holding block 2 with high adhesion. For this reason, the thermal conductivity between the semiconductor laser 1 and the temperature detecting element 4 is kept good, and the temperature of the semiconductor laser 1 and the temperature detecting element 4 becomes substantially the same as the temperature of the holding block 2. Therefore, the temperature of the semiconductor laser 1 can be detected by the temperature detecting element 4.
【0056】温度検出素子4により検出された半導体レ
ーザ1の温度情報は、温度検出回路6により電気信号に
変換され温度測定値として温度制御回路7に入力され
る。温度制御回路7は、予め所定の光波長が得られるよ
うに選択された設定値となるように温度制御素子5を制
御する。The temperature information of the semiconductor laser 1 detected by the temperature detecting element 4 is converted into an electric signal by the temperature detecting circuit 6 and input to the temperature control circuit 7 as a measured temperature value. The temperature control circuit 7 controls the temperature control element 5 so that a predetermined value is obtained in advance so as to obtain a predetermined light wavelength.
【0057】温度制御素子5は、温度制御回路7による
制御により加熱または吸熱し、温度制御素子5上に熱的
に良好に固定されている保持ブロック2の温度を変化さ
せる。The temperature control element 5 heats or absorbs heat under the control of the temperature control circuit 7 and changes the temperature of the holding block 2 which is thermally fixed on the temperature control element 5 in a good condition.
【0058】以上説明したような温度制御ループが形成
されることで、半導体レーザ1の温度が温度制御回路7
の設定温度に安定する。By forming the temperature control loop as described above, the temperature of the semiconductor laser 1 is controlled by the temperature control circuit 7.
It stabilizes at the set temperature.
【0059】このとき、半導体レーザ1は、掃引制御回
路15aからの入力信号に従い安定化した電流を出力す
る電流制御回路8から供給される電流により駆動され
る。At this time, the semiconductor laser 1 is driven by a current supplied from a current control circuit 8 which outputs a stabilized current according to an input signal from a sweep control circuit 15a.
【0060】このようにして半導体レーザ1のチップ温
度と半導体レーザ1に供給される駆動電流とを安定化す
ることにより光波長の安定化が図られる。As described above, by stabilizing the chip temperature of the semiconductor laser 1 and the drive current supplied to the semiconductor laser 1, the light wavelength can be stabilized.
【0061】次いで、光吸収スペクトルの検出作用につ
いて説明する。光波長の安定化が図られている中、発振
回路11は、半導体レーザ1の駆動電流を変調する周波
数fの変調信号を発生して電流制御回路8に供給する。
電流制御回路8は、前記の安定化した駆動電流に、供給
された周波数fの変調信号による電流変化分を加算して
出力する。このようにして半導体レーザ1の駆動電流を
変調することにより光波長がFM変調される。Next, the operation of detecting the light absorption spectrum will be described. While stabilizing the optical wavelength, the oscillation circuit 11 generates a modulation signal having a frequency f for modulating the driving current of the semiconductor laser 1 and supplies the modulation signal to the current control circuit 8.
The current control circuit 8 adds the current change due to the supplied modulation signal of the frequency f to the stabilized drive current and outputs the result. By modulating the drive current of the semiconductor laser 1 in this manner, the light wavelength is FM-modulated.
【0062】このような状態において、掃引制御回路1
5aが電流制御回路8を出力電流設定値が比例的に増加
するように制御すると、半導体レーザ1の駆動電流が連
続的に単調に増加し、これに伴い光波長が掃引される。
この光波長掃引を所定の2つの同位体の光吸収スペクト
ルが存在する範囲で行うことにより、所定の光吸収スペ
クトルの強度を検出することができる。なお、光波長を
周波数fでFM変調した場合、光吸収スペクトル波形は
2f信号に置換されるので、2f成分(2次微分成分)
を検出するロックインアンプ12によって光吸収スペク
トルの強度を検出することができる。In such a state, the sweep control circuit 1
When 5a controls the current control circuit 8 so that the output current set value increases proportionally, the drive current of the semiconductor laser 1 continuously and monotonically increases, and accordingly, the light wavelength is swept.
By performing the light wavelength sweep in a range where the light absorption spectra of two predetermined isotopes exist, the intensity of the predetermined light absorption spectrum can be detected. When the light wavelength is FM-modulated at the frequency f, the light absorption spectrum waveform is replaced by the 2f signal, and therefore the 2f component (second derivative component)
The intensity of the light absorption spectrum can be detected by the lock-in amplifier 12 that detects
【0063】ピーク検出回路13aでは、光波長の掃引
に伴い光吸収スペクトルの2f成分のピーク値を抽出す
る。演算回路14では、ピーク検出回路13aにより得
られた2f成分のピーク情報と掃引制御回路15aから
得られる光波長制御情報とから、2つの所定の同位体に
対応した光吸収スペクトルの強度を選択し、これらの強
度の比をとることにより同位体比を検出する。The peak detection circuit 13a extracts the peak value of the 2f component of the light absorption spectrum as the light wavelength is swept. The arithmetic circuit 14 selects the intensity of the light absorption spectrum corresponding to two predetermined isotopes from the peak information of the 2f component obtained by the peak detection circuit 13a and the light wavelength control information obtained from the sweep control circuit 15a. The isotope ratio is detected by calculating the ratio of these intensities.
【0064】次に、図2A、Bを参照して、FM変調効
率変動が発生するメカニズムを説明する。図2Aは光吸
収スペクトル波形の初期状態、図2Bは連続測定により
熱的変動要素が半導体レーザ1に繰り返して印加された
後の光吸収スペクトル波形を示している。図2A、Bお
いて、横軸は波長可変要素の制御値、すなわち半導体レ
ーザ1の駆動電流またはチップ温度を表し、縦軸は光検
出素子10により検出されるレーザ光Lに係る2f成分
の信号強度を示している。Next, with reference to FIGS. 2A and 2B, a description will be given of a mechanism in which a variation in FM modulation efficiency occurs. 2A shows the initial state of the light absorption spectrum waveform, and FIG. 2B shows the light absorption spectrum waveform after the thermal fluctuation element is repeatedly applied to the semiconductor laser 1 by continuous measurement. 2A and 2B, the horizontal axis represents the control value of the wavelength variable element, that is, the drive current of the semiconductor laser 1 or the chip temperature, and the vertical axis represents the signal of the 2f component of the laser light L detected by the photodetector 10. Shows the strength.
【0065】上述したように、半導体レーザ1の駆動電
流を掃引して光波長を変化させ光吸収スペクトルを観測
する図1例の同位体分析装置においては、測定を繰り返
して実施することにより、半導体レーザ1のチップ温度
と温度検出素子4との間の検出温度に微小な隔たりが生
じてくる。そうすると、初期状態時とは異なる駆動電流
で所定の光波長が得られることとなり、ロックインアン
プ12により得られる光吸収スペクトルの2f成分のピ
ーク位置は、図2A、Bに示すように、12CO 2 のピー
ク位置が位置Bから位置B′(以下、位置B→B′とも
いう。)へ移動し、13CO2 のピーク位置が位置Eから
位置E′(位置E→E′)に移動する。この場合、駆動
電流を掃引したときの光波長変化が一般には非直線とな
るため、位置Bと位置B′との間隔(位置ずれ量ともい
う。)BB′と、位置Eと位置E′の間隔(位置ずれ量
ともいう。)EE′は同一の間隔ではない。As described above, the driving power of the semiconductor laser 1 is
Sweep the flow to change the light wavelength and observe the light absorption spectrum
In the example of the isotope analyzer shown in FIG.
The temperature of the chip of the semiconductor laser 1
There is a minute gap in the detected temperature between
Will come. Then, the drive current different from the initial state
, A predetermined light wavelength can be obtained.
Of the 2f component of the light absorption spectrum obtained by
As shown in FIGS. 2A and 2B,12CO TwoThe pea
From position B to position B '(hereinafter, also referred to as position B → B').
Say. Go to13COTwoPeak position from position E
Move to position E '(position E → E'). In this case, drive
The change in optical wavelength when sweeping the current is generally non-linear.
Therefore, the distance between the position B and the position B ′ (also referred to as the displacement amount)
U. ) BB 'and the distance between position E and position E'
Also called. ) EE 'are not the same interval.
【0066】ただし、光吸収スペクトルの波長は物理的
に不変であるため、この位置のずれる現象は、光波長を
制御する系の状態が変化した結果、横軸(波長可変要素
の制御値であり、駆動電流または半導体レーザのチップ
温度)が非直線に変化して生じるものである。However, since the wavelength of the light absorption spectrum is physically invariable, this displacement phenomenon is caused by a change in the state of the system that controls the light wavelength, and the horizontal axis represents the control value of the wavelength variable element. , The driving current or the chip temperature of the semiconductor laser) changes nonlinearly.
【0067】一般に、半導体レーザ1の光波長のFM変
調効率は、半導体レーザ1のチップ温度と駆動電流に依
存して変化する特性を有する。このため、所定の光波長
を得る際にこれらの組合せが変化すると光波長のFM変
調効率にも変化が生じる。そして半導体レーザ1の光波
長のFM変調効率が変化すると、ロックインアンプ12
により検出される光吸収スペクトルの2f成分の強度に
変動を生じ、高精度な光吸収スペクトルの観測ができな
くなる。In general, the FM modulation efficiency of the light wavelength of the semiconductor laser 1 has a characteristic that changes depending on the chip temperature of the semiconductor laser 1 and the drive current. For this reason, when these combinations change when obtaining a predetermined light wavelength, the FM modulation efficiency of the light wavelength also changes. When the FM modulation efficiency of the optical wavelength of the semiconductor laser 1 changes, the lock-in amplifier 12
Fluctuates in the intensity of the 2f component of the light absorption spectrum detected by the above, and it becomes impossible to observe the light absorption spectrum with high accuracy.
【0068】上述したように、図1例の同位体分析装置
において、掃引制御回路15aが電流制御回路8を所定
の掃引信号に基づき出力電流設定値が比例的に増加する
ように制御すると、半導体レーザ1の駆動電流が単調に
増加し、これに伴い光波長が掃引される。このとき、演
算回路14は、前記所定の掃引信号とピーク検出回路1
3aから得られるピーク値b、b′およびピーク値e、
e′との関係から、位置ずれ量BB′と位置ずれ量E
E′を求めるとともに、初期のピーク位置間隔BEと変
動後のピーク位置間隔B′E′を求める。As described above, in the isotope analyzer of FIG. 1, when the sweep control circuit 15a controls the current control circuit 8 so that the output current set value increases proportionally based on a predetermined sweep signal, the semiconductor The drive current of the laser 1 monotonically increases, and the light wavelength is swept accordingly. At this time, the arithmetic circuit 14 determines the predetermined sweep signal and the peak detection circuit 1
3a, peak values b and b 'and peak values e,
e ′, the positional deviation amount BB ′ and the positional deviation amount E
E ′ is obtained, and an initial peak position interval BE and a changed peak position interval B′E ′ are obtained.
【0069】オフセット補正回路16は、この位置ずれ
量BB′と位置ずれ量EE′およびピーク位置間隔BE
とピーク位置間隔B′E′の情報に基づき、温度制御回
路7をフィードバック制御して、光吸収スペクトルのピ
ーク位置が位置B→B′および位置E→E′とずれない
ような補正を行う。このようにして、所定の2つの同位
体の光吸収スペクトルを、それぞれ、一定の光波長FM
変調効率で観測できることとなり、安定に同位体比を測
定することができる。The offset correction circuit 16 calculates the position shift amount BB ', the position shift amount EE', and the peak position interval BE.
The temperature control circuit 7 performs feedback control based on the information of the peak position interval B'E 'and the peak position interval B'E' so that the peak position of the light absorption spectrum does not deviate from the position B → B 'and the position E → E'. In this way, the light absorption spectra of two given isotopes are respectively converted to a fixed light wavelength FM.
It is possible to observe at the modulation efficiency, and it is possible to stably measure the isotope ratio.
【0070】演算回路14とオフセット補正回路16の
作用について、さらに具体的に説明すると、半導体レー
ザ1の所定のチップ温度値において、所定の掃引信号、
すなわち波長可変要素の制御値(図1の実施例では、半
導体レーザ1の駆動電流値)XをX=P〜Q(図2A参
照)の間で変化させたときに、制御値XがX=B(また
はX=E)のオフセット値とそのオフセット値からの振
幅値がX=B〜Eのときの制御値X=E(またはX=
B)のときに、それぞれピーク値b、eが得られるよう
にすることで、一定の光波長FM変調効率を得ようとし
たとする。The operation of the arithmetic circuit 14 and the offset correction circuit 16 will be described more specifically. At a predetermined chip temperature of the semiconductor laser 1, a predetermined sweep signal,
That is, when the control value (the drive current value of the semiconductor laser 1 in the embodiment of FIG. 1) X of the wavelength variable element is changed between X = P to Q (see FIG. 2A), the control value X becomes X = The control value X = E (or X = E) when the offset value of B (or X = E) and the amplitude value from the offset value are X = B to E
At the time of B), it is assumed that the peak value b and the peak value e are obtained to obtain a constant light wavelength FM modulation efficiency.
【0071】そして、初期状態において、前記半導体レ
ーザ1の所定のチップ温度値と温度制御回路7の設定値
とが一致していて、制御値X=B、振幅値X=B〜Eに
保持されていたとしても、掃引の繰り返しにより半導体
レーザ1のチップ温度値が変化し、上述した半導体レー
ザ1のチップ温度と温度検出素子4との間の検出温度の
微小な隔たりによりチップ温度値と検出温度とが1対1
に変化しない。そのため、当初の温度設定値のままで
は、ピーク位置が制御値X=B′(ピーク値b′)、制
御値X=E′(ピーク値e′)にずれてしまい。一定の
光波長FM変調効率で光吸収スペクトルを観測すること
ができなくなる。In the initial state, the predetermined chip temperature value of the semiconductor laser 1 and the set value of the temperature control circuit 7 match, and the control value X = B and the amplitude value X = BE are maintained. However, the chip temperature value of the semiconductor laser 1 changes due to the repetition of the sweep. Is one to one
Does not change. Therefore, if the initial temperature set value is maintained, the peak position shifts to the control value X = B '(peak value b') and the control value X = E '(peak value e'). It becomes impossible to observe the light absorption spectrum with a constant light wavelength FM modulation efficiency.
【0072】そこで、制御値X=Bおよび制御値X=
E、換言すれば、所定の電流値範囲で2つの光吸収スペ
クトルのピーク値が得られるように、オフセット補正回
路16で温度制御回路7の設定値を補正する。このとき
の補正方向(補正量を正の値とするのか、負の値とする
のか)と補正量は、予め設定温度値対位置ずれ方向を測
定しておくことにより求めておくことができる。Therefore, control value X = B and control value X =
E, in other words, the offset correction circuit 16 corrects the set value of the temperature control circuit 7 so that the peak values of the two light absorption spectra are obtained in the predetermined current value range. At this time, the correction direction (whether the correction amount is a positive value or a negative value) and the correction amount can be obtained by measuring the set temperature value and the direction of the positional shift in advance.
【0073】なお、上述した補正方法では、チップ温度
と温度検出素子4との間の検出温度の微小な隔たり、換
言すれば、チップ温度にオフセットが発生することを原
因として制御値X=B、Eがずれるのを補正するため
に、オフセット補正回路16により温度制御回路7の設
定値、すなわちバイアスを変化させるようにして、初期
状態(制御値X=B、振幅値X=B〜E)に復帰させる
ようにしており、通常の場合、この方法で十分である。
しかし、チップ温度の変動後、より一層正確に初期状態
に復帰させるようとするためには、オフセット補正回路
16が、位置ずれ量BB′または位置ずれ量EE′に応
じて温度制御回路7のバイアスを変更するとともに、ピ
ーク位置間隔のずれ量(BE−B′E′の差またはBE
/B′E′の比)に応じて掃引制御回路15aの前記所
定の掃引信号のスケールファクタ(目盛係数)を変更す
るように構成してもよい。掃引制御回路15aがD/A
変換器から構成されているとき、スケールファクタを変
更することにより、電流制御回路8に供給される掃引信
号の振幅、すなわち出力電圧値が変化する。In the above-described correction method, the control value X = B and the control value X = B due to the minute gap between the chip temperature and the detected temperature between the temperature detection element 4 and the offset, that is, the chip temperature. In order to correct the deviation of E, the offset correction circuit 16 changes the set value of the temperature control circuit 7, that is, the bias, so that the initial state (control value X = B, amplitude value X = B to E) is restored. In this case, this method is sufficient.
However, in order to more accurately return to the initial state after the change in the chip temperature, the offset correction circuit 16 needs to adjust the bias of the temperature control circuit 7 according to the position shift amount BB 'or the position shift amount EE'. And the deviation amount of the peak position interval (BE-B'E 'difference or BE
/ B′E ′) may be configured to change the scale factor (scale factor) of the predetermined sweep signal of the sweep control circuit 15a. Sweep control circuit 15a is D / A
When constituted by a converter, by changing the scale factor, the amplitude of the sweep signal supplied to the current control circuit 8, that is, the output voltage value changes.
【0074】図1例の同位体分析装置において、光吸収
スペクトルの強度は、図2Aのピーク値bとピーク値e
との比の絶対値または、b−(a+c)/2、e−(d
+g)/2を演算した値の比の絶対値として求めること
ができる。In the example of the isotope analyzer of FIG. 1, the intensity of the light absorption spectrum is determined by the peak value b and the peak value e in FIG. 2A.
Or the absolute value of the ratio or b- (a + c) / 2, e- (d
+ G) / 2 can be obtained as the absolute value of the ratio of the calculated values.
【0075】図3は、この発明の他の実施の形態の構成
を示している。FIG. 3 shows the configuration of another embodiment of the present invention.
【0076】この図3例の同位体分析装置は、半導体レ
ーザ1、保持ブロック2、コリメートレンズ3、温度検
出素子4、温度制御素子5、温度検出回路6、温度制御
回路7、電流制御回路8、試料セル9、光検出素子1
0、発振回路11、ロックインアンプ12、ピーク検出
回路13a、演算回路14、掃引制御回路15bおよび
オフセット補正回路16を有している。The isotope analyzing apparatus shown in FIG. 3 includes a semiconductor laser 1, a holding block 2, a collimating lens 3, a temperature detecting element 4, a temperature controlling element 5, a temperature detecting circuit 6, a temperature controlling circuit 7, and a current controlling circuit 8. , Sample cell 9, photodetector 1
0, an oscillation circuit 11, a lock-in amplifier 12, a peak detection circuit 13a, a calculation circuit 14, a sweep control circuit 15b, and an offset correction circuit 16.
【0077】この図3例において、光波長の掃引を掃引
制御回路15bにより温度制御回路7を介して半導体レ
ーザ1の温度を変化させることにより行う点を除き、光
学系の作用および基本動作は図1例と同一である。In the example of FIG. 3, the operation and the basic operation of the optical system are the same as those of FIG. 3, except that the sweep of the light wavelength is performed by changing the temperature of the semiconductor laser 1 via the temperature control circuit 7 by the sweep control circuit 15b. Same as one example.
【0078】この図3例においても、演算回路14は、
ピーク検出回路13aにより検出された光吸収スペクト
ルのピーク値の位置ずれ量とピーク間隔情報とをオフセ
ット補正回路16に出力する。オフセット補正回路16
により、ピーク値の位置ずれ量に基づき温度制御回路7
の設定値であるバイアスを変更し、必要に応じてピーク
間隔情報に基づき掃引制御回路15bのスケールファク
タを変更する。In the example shown in FIG. 3, the arithmetic circuit 14
The position shift amount of the peak value of the light absorption spectrum detected by the peak detection circuit 13a and the peak interval information are output to the offset correction circuit 16. Offset correction circuit 16
The temperature control circuit 7 based on the amount of displacement of the peak value.
Is changed, and if necessary, the scale factor of the sweep control circuit 15b is changed based on the peak interval information.
【0079】掃引制御回路15bは、オフセット補正回
路16からの出力信号を、初期状態における送信信号に
合成して、例えば、加算して出力することで光吸収スペ
クトルの位置ずれ量が補正される。なお、この図3例に
おいて、電流制御回路8は、予め所定の光波長が得られ
るように選択された設定値に従い安定化された一定の駆
動電流を出力して半導体レーザ1に供給する。The sweep control circuit 15b combines the output signal from the offset correction circuit 16 with the transmission signal in the initial state and, for example, adds and outputs the resultant signal to correct the positional deviation of the light absorption spectrum. In the example of FIG. 3, the current control circuit 8 outputs a constant drive current that is stabilized in accordance with a set value selected so that a predetermined light wavelength is obtained in advance, and supplies the same to the semiconductor laser 1.
【0080】このような構成により、この図3例の同位
体分析装置においても、所定の2つの同位体の光吸収ス
ペクトルを、それぞれ一定の光波長FM変調効率で観測
することが可能となるので、安定に同位体比を測定する
ことができる。With such a configuration, also in the isotope analyzing apparatus shown in FIG. 3, it is possible to observe the light absorption spectra of two predetermined isotopes at a constant light wavelength FM modulation efficiency. The isotope ratio can be stably measured.
【0081】なお、この発明は、上述の実施の形態に限
らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成
を採り得ることはもちろんである。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can adopt various configurations without departing from the gist of the present invention.
【0082】[0082]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ロックインアンプにより得られる各2f成分の各ピ
ーク値出力と掃引信号とから測定対象同位体の2つの光
吸収スペクトルのピーク位置のずれ量とピーク位置間隔
情報を演算回路により求めて出力し、この演算回路の出
力に応じて温度制御回路の設定値をオフセット補正回路
を通じて補正することにより、所定の2つの同位体の光
吸収スペクトルをそれぞれ一定の光波長FM変調効率で
観測することができるという効果が達成される。As described above, according to the present invention, the peak positions of the two light absorption spectra of the isotope to be measured are determined from the peak value output of each 2f component and the sweep signal obtained by the lock-in amplifier. The shift amount and the peak position interval information are obtained and output by the arithmetic circuit, and the set value of the temperature control circuit is corrected through the offset correction circuit in accordance with the output of the arithmetic circuit, thereby obtaining the light absorption spectrum of two predetermined isotopes. Can be observed at a constant light wavelength FM modulation efficiency.
【0083】これにより、2つの同位体の存在量を安定
に検出することができ、結果として高精度に同位体比の
測定を行うことができる。As a result, the abundances of the two isotopes can be stably detected, and as a result, the isotope ratio can be measured with high accuracy.
【図1】この発明の一実施の形態の構成を示すブロック
図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
【図2】光波長のFM変調効率変動の現象説明に供され
る波形図であって、図2Aは、初期状態における光吸収
スペクトルの2f(2次微分)波形図、図2Bは、変動
後の光吸収スペクトルの2f(2次微分)波形図であ
る。2A and 2B are waveform diagrams for explaining the phenomenon of FM modulation efficiency fluctuation of light wavelength, where FIG. 2A is a 2f (second derivative) waveform diagram of an optical absorption spectrum in an initial state, and FIG. FIG. 3 is a 2f (second derivative) waveform diagram of the light absorption spectrum of FIG.
【図3】この発明の他の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of another embodiment of the present invention.
【図4】従来技術の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional technique.
1…半導体レーザ 2…保持ブロック 3…コリメートレンズ 4…温度検出素子 5…温度制御素子 6…温度検出回路 7…温度制御回路 8…電流制御回路 9…試料セル 10…光検出素子 11…発振回路 12…ロックイン
アンプ 13a、13b…ピーク検出回路 14…演算回路 15a、15b…掃引制御回路 16…オフセット
補正回路DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser 2 ... Holding block 3 ... Collimating lens 4 ... Temperature detection element 5 ... Temperature control element 6 ... Temperature detection circuit 7 ... Temperature control circuit 8 ... Current control circuit 9 ... Sample cell 10 ... Light detection element 11 ... Oscillation circuit 12: lock-in amplifier 13a, 13b: peak detection circuit 14: arithmetic circuit 15a, 15b: sweep control circuit 16: offset correction circuit
Claims (3)
位体比を検出する同位体分析装置において、 レーザ光を出力する半導体レーザと、 前記半導体レーザの温度を検出する温度検出回路と、 検出された温度が設定値となるように前記半導体レーザ
を温度制御する温度制御回路と、 前記半導体レーザの駆動電流を制御する電流制御回路
と、 掃引信号に基づき前記半導体レーザの光波長の掃引を行
わせる掃引制御回路と、 前記半導体レーザに周波数fの変調をかける発振回路
と、 前記測定対象同位体の試料ガス内を透過した前記レーザ
光から光吸収スペクトルを検出する光検出素子と、 検出された測定対象同位体の2つの光吸収スペクトルの
各2f成分を検出するロックインアンプと、 前記ロックインアンプにより得られる各2f成分の各ピ
ーク値を検出するピーク検出回路と、 前記掃引信号と前記ピーク検出回路の出力とから測定対
象同位体の2つの光吸収スペクトルのピーク位置のずれ
量とピーク位置間隔情報とを求めて出力する演算回路
と、 前記演算回路の出力に応じて前記温度制御回路の前記設
定値を補正するオフセット補正回路とを有し、 前記測定対象同位体の2つの光吸収スペクトルのピーク
位置を一定に保持して光吸収スペクトルの強度をそれぞ
れ検出し、検出した各光吸収スペクトルの強度比から前
記同位体比を検出することを特徴とする同位体分析装
置。1. An isotope analyzer for detecting an isotope ratio from an optical absorption spectrum of an isotope to be measured, a semiconductor laser for outputting a laser beam, a temperature detection circuit for detecting a temperature of the semiconductor laser, A temperature control circuit for controlling the temperature of the semiconductor laser so that the temperature becomes a set value, a current control circuit for controlling a drive current of the semiconductor laser, and sweeping an optical wavelength of the semiconductor laser based on a sweep signal. A sweep control circuit; an oscillation circuit that modulates the semiconductor laser at a frequency f; a photodetector that detects a light absorption spectrum from the laser light transmitted through the sample gas of the isotope to be measured; and a detected measurement. A lock-in amplifier for detecting each 2f component of the two light absorption spectra of the target isotope; and a 2f component for each 2f component obtained by the lock-in amplifier. A peak detection circuit for detecting a peak value; and a calculation for obtaining and outputting information on a peak position shift amount and peak position interval information of two light absorption spectra of the isotope to be measured from the sweep signal and the output of the peak detection circuit. And an offset correction circuit that corrects the set value of the temperature control circuit according to the output of the arithmetic circuit, and holds the peak positions of the two light absorption spectra of the isotope to be measured constant. An isotope analyzing apparatus, wherein the isotope ratio is detected from the intensity ratio of each detected light absorption spectrum, and the isotope ratio is detected.
半導体レーザの光波長の掃引を行わせることを特徴とす
る同位体分析装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein the sweep control circuit controls the current control circuit to sweep the light wavelength of the semiconductor laser.
半導体レーザの光波長の掃引を行わせることを特徴とす
る同位体分析装置。3. The isotope analyzer according to claim 1, wherein said sweep control circuit controls said temperature control circuit to sweep the light wavelength of said semiconductor laser.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30619097A JPH11142328A (en) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | Isotope analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30619097A JPH11142328A (en) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | Isotope analyzer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11142328A true JPH11142328A (en) | 1999-05-28 |
Family
ID=17954104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30619097A Pending JPH11142328A (en) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | Isotope analyzer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11142328A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008096524A1 (en) * | 2007-02-02 | 2008-08-14 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | Laser gas analyzer |
JP2010019780A (en) * | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Laser type gas analyzer |
JP2010032422A (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-12 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Laser type gas analyzer and concentration measuring method of oxygen gas |
-
1997
- 1997-11-07 JP JP30619097A patent/JPH11142328A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008096524A1 (en) * | 2007-02-02 | 2008-08-14 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | Laser gas analyzer |
JP2009047677A (en) * | 2007-02-02 | 2009-03-05 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Laser gas analyzer |
JP2010019780A (en) * | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Laser type gas analyzer |
JP2010032422A (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-12 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Laser type gas analyzer and concentration measuring method of oxygen gas |
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