(57)【要約】【課題】オフセット成分の変動を抑制する光式ガス濃度検出方法及び光式ガス濃度検出装置を提供する。【解決手段】波長が変調され変調中心波長が所定の掃引範囲内で掃引されたレーザ光を出射させ、該レーザ光を被測定雰囲気に透過させ、該透過光を受光した受光信号から位相敏感検波により検波信号を検波し、該検波信号からガス濃度を示すガス信号を抽出する光式ガス濃度検出方法において、上記レーザ光の強度が一定になるように強度変調する。【選択図】図１
2008298638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長変調され変調中心波長が所定の掃引範囲内で掃引されたレーザ光を出射させ、該レーザ光を被測定雰囲気に透過させ、該透過光を受光した受光信号から位相敏感検波により検波信号を検波し、該検波信号からガス濃度を示すガス信号を抽出する光式ガス濃度検出方法において、上記レーザ光の強度が一定になるように強度変調することを特徴とする光式ガス濃度検出方法。
【請求項２】
強度変調したレーザ光の一部を分岐し、その分岐光の強度から強度変調の変調量を求めることにより、上記レーザ光の強度を一定にさせることを特徴とする請求項１記載の光式ガス濃度検出方法。
【請求項３】
上記分岐光の強度と目標の強度とを比較し、その差から強度変調の変調量を求めることを特徴とする請求項２記載の光式ガス濃度検出方法。
【請求項４】
制御信号に応じて透過率が変化する特性を有する強度変調器を用いて強度変調し、上記レーザ光の強度を一定にさせることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の光式ガス濃度検出方法。
【請求項５】
ＤＢＲレーザを用い、その光波長と光強度の制御により、波長が変調され変調中心波長が所定の掃引範囲内で掃引されると共に強度が一定のレーザ光を出射させ、該レーザ光を被測定雰囲気に透過させ、該透過光を受光した受光信号から位相敏感検波により検波信号を検波し、該検波信号からガス濃度を示すガス信号を抽出することを特徴とする光式ガス濃度検出方法。
【請求項６】
波長変調され変調中心波長が所定の掃引範囲内で掃引されたレーザ光を出射させる光源部と、該レーザ光を被測定雰囲気に透過させる光学系と、該透過光を受光した受光信号から位相敏感検波により検波信号を検波する受光検波部と、該検波信号からガス濃度を示すガス信号を抽出する信号処理部とを備えた光式ガス濃度検出装置において、上記光学系に挿入され上記レーザ光の強度が一定になるように強度変調する強度変調部を備えたことを特徴とする光式ガス濃度検出装置。
【請求項７】
上記強度変調部は、透過する光の強度を変調する強度変調器と、該強度変調器を通ったレーザ光の一部を分岐する光分岐器と、その分岐光の強度から上記強度変調器に与える変調信号を求める制御回路を備えたことを特徴とする請求項６記載の光式ガス濃度検出装置。
【請求項８】
上記強度変調部は、上記分岐光の強度と目標の強度との差を求める差分器と、その差に定数を乗じる乗算器と、その積を上記強度変調器の制御信号に加算する加算器を備えたことを特徴とする請求項７記載の光式ガス濃度検出装置。
【請求項９】
上記強度変調部は、制御信号に応じて透過率が変化する特性を有する強度変調器と、上記レーザ光の強度に応じて制御信号を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項６〜８いずれか記載の光式ガス濃度検出装置。
【請求項１０】
ＤＢＲレーザを用い、その光波長と光強度の制御により、波長が変調され変調中心波長が所定の掃引範囲内で掃引されると共に強度が一定のレーザ光を出射させる光源部と、該レーザ光を被測定雰囲気に透過させる光学系と、該透過光を受光した受光信号から位相敏感検波により検波信号を検波する受光検波部と、該検波信号からガス濃度を示すガス信号を抽出する信号処理部とを備えたことを特徴とする光式ガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オフセット成分の変動を抑制する光式ガス濃度検出方法及び光式ガス濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス分子は吸収帯と呼ばれる特定波長帯の光を吸収する性質を持っており、ガス濃度によって吸収量が左右されることから、この性質を利用してガスの濃度を検出することができる。この光式ガス濃度検出方法は、工業計測、公害監視などの分野で用いられる。この光を光ファイバで伝送することにより、ガスの遠隔検出ができる。
【０００３】
特許文献１等の従来技術においては、光源部では、半導体レーザの駆動電流を所定の電流値を中心として高周波数の正弦波で変調することにより、波長及び強度が変調されたレーザ光を発振させる。半導体レーザの駆動電流を三角波状に掃引することにより、発振波長を対象ガスの吸収帯を中心として所定の波長範囲を所定の掃引周期で掃引する。
【０００４】
このレーザ光を光ファイバに入射させて光学系に導き、光学系内の未知濃度の対象ガスを透過させる。透過光を光ファイバで受光検波部に導き、透過光を受光した受光信号から位相敏感検波により１倍検波信号と２倍検波信号を検波する。
【０００５】
１倍検波信号と２倍検波信号の比を変調中心波長の掃引周期分求めてガス信号とし、ガス信号の波形からピーク値（波高値）を求め、波高値から光学系内の対象ガスの濃度を検出する。
【０００６】
ガスにおける光の吸収係数の一般的な波長依存性（吸収特性）を図９に示す。図示のように、吸収帯のほぼ中央に光吸収の中心波長（ガスの吸収ピークの波長という）λ０があり、この中心波長λ０において吸収係数は最大値ΓＧ０となる。中心波長λ０の短波長側及び長波長側では吸収係数が小さくなる。
【０００７】
光式ガス濃度検出方法においては、レーザ光の波長を、対象ガスの吸収帯の中心波長λ０を中心にして、振幅Δλ、周波数ωで振動（変調）させる。このレーザ光が対象ガスを透過すると、図示の吸収特性（逆に見れば透過特性）から、波長振動周波数の倍波成分
（周波数２ω）の強度変調が生じる。この倍波成分を受光し検波することで、ガス濃度が検知できる。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２５６７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術では、前述の受光信号、検波信号、ガス信号などにオフセット成分が存在し、オフセット成分が変動することが問題となっている。これに対し、従来技術では、受光信号、検波信号、ガス信号からオフセット成分を差し引くなどの信号処理を行って対処していた。
【００１０】
本発明者は、対象ガスとして主にメタンガスを考慮していたが、メタンガス以外のガス、例えば、プロパンガスなどを対象ガスとすることも検討している。プロパンガスはメタンガスと比較して吸収特性のピーク波形がなだらかであるため、レーザ光の波長は広い波長幅を掃引する必要がある。
【００１１】
また、複数種類のガス濃度を検出する際などにも、レーザ光の波長は広い波長幅を掃引する必要がある。
【００１２】
このように、レーザ光を広い波長幅にわたり掃引する場合、経時的なオフセット成分の変動がより大きく生じ、問題となっている。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、オフセット成分の変動を抑制する光式ガス濃度検出方法及び光式ガス濃度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明の光式ガス濃度検出方法は、波長変調され変調中心波長が所定の掃引範囲内で掃引されたレーザ光を出射させ、該レーザ光を被測定雰囲気に透過させ、該透過光を受光した受光信号から位相敏感検波により検波信号を検波し、該検波信号からガス濃度を示すガス信号を抽出する光式ガス濃度検出方法において、上記レーザ光の強度が一定になるように強度変調するものである。
【００１５】
強度変調したレーザ光の一部を分岐し、その分岐光の強度から強度変調の変調量を求めることにより、上記レーザ光の強度を一定にさせてもよい。
【００１６】
上記分岐光の強度と目標の強度とを比較し、その差から強度変調の変調量を求めてもよい。
【００１７】
制御信号に応じて透過率が変化する特性を有する強度変調器を用いて強度変調し、上記レーザ光の強度を一定にさせてもよい。
【００１８】
また、本発明の光式ガス濃度検出方法は、ＤＢＲレーザを用い、その光波長と光強度の制御により、波長が変調され変調中心波長が所定の掃引範囲内で掃引されると共に強度が一定のレーザ光を出射させ、該レーザ光を被測定雰囲気に透過させ、該透過光を受光した受光信号から位相敏感検波により検波信号を検波し、該検波信号からガス濃度を示すガス信号を抽出するものである。
【００１９】
本発明の光式ガス濃度検出装置は、波長変調され変調中心波長が所定の掃引範囲内で掃引されたレーザ光を出射させる光源部と、該レーザ光を被測定雰囲気に透過させる光学系と、該透過光を受光した受光信号から位相敏感検波により検波信号を検波する受光検波部と、該検波信号からガス濃度を示すガス信号を抽出する信号処理部とを備えた光式ガス濃度検出装置において、上記光学系に挿入され上記レーザ光の強度が一定になるように強度変調する強度変調部を備えたものである。
【００２０】
上記強度変調部は、透過する光の強度を変調する強度変調器と、該強度変調器を通ったレーザ光の一部を分岐する光分岐器と、その分岐光の強度から上記強度変調器に与える変調信号を求める制御回路を備えてもよい。
【００２１】
上記強度変調部は、上記レーザ光の強度と目標の強度との差を求める差分器と、その差に定数を乗じる乗算器と、その積を上記強度変調器の制御信号に加算する加算器を備えてもよい。
【００２２】
上記強度変調部は、制御信号に応じて透過率が変化する特性を有する強度変調器と、上記レーザ光の強度に応じて制御信号を制御する制御回路とを備えてもよい。
【００２３】
また、本発明の光式ガス濃度検出装置は、ＤＢＲレーザを用い、その光波長と光強度の制御により、波長が変調され変調中心波長が所定の掃引範囲内で掃引されると共に強度が一定のレーザ光を出射させる光源部と、該レーザ光を被測定雰囲気に透過させる光学系と、該透過光を受光した受光信号から位相敏感検波により検波信号を検波する受光検波部と、該検波信号からガス濃度を示すガス信号を抽出する信号処理部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２５】
（１）オフセット成分の変動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２７】
従来技術では、光源部の半導体レーザとしてＤＦＢ（Distributed Feed Back）レーザを用いており、波長を振動させるためにＤＦＢレーザの駆動電流を振動させている。これによりレーザ光は波長が振動するが、同時に強度も振動する。このことにより、対象ガスが存在しない状態でも、倍波成分を生じてしまう。また、所望する被測定雰囲気以外の光経路における特性の影響を大きく受けてしまう。つまり、検波信号から抽出したガス信号は、ガス濃度を示す真のガス信号に誤差成分が加わったものとなる。
【００２８】
本発明の要点は、強度が一定のレーザ光を被測定雰囲気に入射させることである。強度が一定のレーザ光を被測定雰囲気に入射させることにより、真のガス信号以外の倍波成分が抑制されるので、検出されるガス濃度の誤差を小さくすることができる。
【００２９】
図１に示されるように、本発明に係る光式ガス濃度検出装置１は、波長変調され変調中心波長が所定の掃引範囲内で掃引されたレーザ光を出射させる光源部２と、該レーザ光を被測定雰囲気に透過させる光学系３と、該透過光を受光した受光信号から位相敏感検波により検波信号を検波する受光検波部４と、該検波信号からガス濃度を示すガス信号を抽出する信号処理部５とを備えた光式ガス濃度検出装置において、上記光学系３に挿入され上記レーザ光を強度が一定になるように強度変調する強度変調部６を備えたものである。
【００３０】
光源部２は、三角波を生成する三角波生成回路２１、三角波の電圧に比例した直流のバイアス電流を発生するバイアス電流発生回路２２、バイアス電流を通過させ変調電流を遮断するインダクタ２３、正弦波の変調電流を生成する発振器２４、周波数が２倍の正弦波を生成する倍周器２５、変調電流を通過させバイアス電流を遮断するコンデンサ２６、ＤＦＢレーザ２７、加熱・冷却用のペルチェ素子２８、ペルチェ素子２８を駆動する温度制御用電源２９を備える。
【００３１】
この実施形態では、光学系３にｎ分岐する分岐器３１を備え、分岐器３１に一端を接続したｎ本の光ファイバ３２のうち１本は他端を参照光用に直接、受光検波部４に接続し、他のｎ−１本は他端をガスセル３３に接続し、ガスセル３３の反対側からの光ファイバ３４を受光検波部４に接続してある。
【００３２】
これに対応して受光検波部４内には、ｎ個の受光素子４１と位相検波回路４２を備える。この構成は、複数箇所のガスセル３３の透過光受光信号から同時に検波信号を検波するためのものである。光合波、時分割などの手段により、個々のガスセル３３の透過光受光信号から逐次、検波信号を検波するようにすれば、受光素子４１、位相検波回路４２の個数は少なくできる。
【００３３】
受光検波部４は、信号記憶部４３を備え、検波信号を所定サンプリング周波数でデジタルサンプリングすることにより、光源部２における変調中心波長の掃引と同期した１掃引時間分の検波信号をひとまとまりのデータとして記憶することができる。
【００３４】
信号処理部５は、受光検波部４の検波信号からガス濃度を示すガス信号を抽出するものであり、抽出したガス信号から公知の手順によりガス濃度を演算するようになっている。
なお、ガス信号は、１倍検波信号と２倍検波信号の比をガス信号とする方法、２倍検波信号をそのままガス信号とする方法、透過光受光信号からローパスフィルタ等によりＤＣ
（直流）成分信号を検知し、ＤＣ成分信号と２倍検波信号の比をガス信号とする方法などがある。
【００３５】
強度変調部６は、図２に示されるように、透過する光の強度を変調する強度変調器６１と、該強度変調器６１を通ったレーザ光の一部を分岐する光分岐器（カプラ）６２と、その分岐光の強度から上記強度変調器６１に与える変調信号を求める制御回路６３とを備える。
【００３６】
制御回路６３は、図３に示されるように、強度モニタ用の受光素子（例えば、フォトダイオード；ＰＤ）６４、モニタ信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器６５、モニタ信号のデータ列から変調信号のデータ列を演算するマイコン６６、データ列をアナログ変換して変調信号にするＤ／Ａ変換器６７を備える。
【００３７】
強度変調部６は、（１）式の演算を実行するものである。
【００３８】
ｙｎ＝ｙｎ−１＋ａ（ｘｎ−１−ｘ０）        （１）
ｙｎ；ｎ番目の制御電圧
ａ；定数
ｘｎ；ｎ番目のモニタ値
ｘ０；制御目標値
強度変調部６は、（１）式の等価回路として、図４に示されるように、レーザ光の強度（モニタ電圧）と目標の強度（目標電圧）との差を求める差分器６０１と、その差に定数を乗じる乗算器６０２と、その積を上記強度変調器６１の制御信号に加算する加算器６０３とを備える。
【００３９】
強度変調部６は、制御信号が大きいと透過率が小さくなる特性を有する強度変調器６１と、上記レーザ光の強度が大きいとき制御信号を大きくする制御回路６３とを備える。すなわち、強度変調器６１は、図５に示されるように、制御信号が大きいと透過率が小さくなる特性を有する。よって、強度変調部６は、レーザ光の強度が大きくなると制御回路６３により制御信号を大きくして強度変調器６１の透過率を小さくさせることで、レーザ光の強度を一定にさせることができる。
【００４０】
以下、本発明の光式ガス濃度検出装置１におけるガス濃度検出の原理を説明する。
【００４１】
ガス濃度検出の原理を理論的に考察すると、光源（例えば、レーザダイオード；ＬＤ）の駆動電流ｉは角周波数ωで変調されており、（２）式に示す時間変化をしている。
【００４２】
ｉ＝ｉｓ＋ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）          （２）
このとき、光源は、図６に示されるように、駆動電流が大きくなると波長が大きくなり、駆動電流が大きいほど波長の増加分が大きいという特性を有する。よって、ＬＤの波長λ（ｉ）は、（３）式に示す時間変化をする。
【００４３】
【数１】
2008298638.tif 000003
【００４４】
受光素子４１で検出する受光電流Ｉは、（４）式で表される。
【００４５】
Ｉ＝Ｅ（λ）×Ｐ（ｉ）×ΓＦ（λ）×ΓＧ（λ）           （４）
Ｅ（λ）；ＰＤの光波長−受光電流変換係数
Ｐ（ｉ）；ＬＤの駆動電流−光強度特性
ΓＦ（λ）；ガス以外の光透過経路の光波長−透過特性
ΓＧ（λ）；ガスの光波長−透過特性
上記（４）式に（２）式、（３）式を代入してテイラー展開し、ｓｉｎ２（ωｔ）の項を倍角の公式でｃｏｓ（２ωｔ）に変換してまとめたものが２Ｆ成分（２倍検波信号）にあたる。２Ｆ成分Ｉ（２）を（５）式に示す。
【００４６】
【数２】
2008298638.tif 000004
【００４７】
ここで、（５）式右辺の中括弧内第１項は、図７に示した光源のｉ−ｐ特性（駆動電流−光強度特性）によるものである。このｉ−ｐ特性は、駆動電流が大きくなると光強度が大きくなり、駆動電流が大きいほど光強度の増加率が低いという特性である。ほとんどのＬＤでは、図７のｉ−ｐ特性のグラフは上に凸の形となり、２階微分した成分が存在している。ガス雰囲気透過光の２Ｆ成分Ｉ（２）である（５）式中、 第１項は、６つの項の中で一番大きい。
【００４８】
第２項は、ガス信号そのものである。
【００４９】
第３項は、ガスの透過特性を波長により１階微分した項と強度変調項との積であり、ガス濃度をあらわしているが、図９のガスの透過特性（吸収特性）のピーク波長λ０付近では０になる。
【００５０】
第４項は、ガス以外の透過特性を波長で２階微分した項である。
【００５１】
第５項は、ガス以外の透過特性を波長で１階微分した項と強度変調項を１階微分した項との積であり、ガス以外の信号成分である。
【００５２】
第６項は、ガスの透過特性の波長による微分とガス以外の透過特性の波長による微分を乗算したものである。第６項は、ガス濃度に比例するが、ガス以外の透過特性の波長微分が時間とともに変化する特徴があるため、ガス濃度検出の障害となるノイズ項である。ここで、ガスによる吸収のピーク波長では、∂ΓＧ／∂λが０になるため、この第６項はなくなる。
【００５３】
以上の考察から、ガス以外の信号成分は、第１項、第４項、第５項である。
【００５４】
本発明により光源光の強度変調成分をなくすと、仮に光源光を直接ＰＤで検出すると、その検出信号が常に一定となる。つまり、ＥＰ＝一定なので、∂ＥＰ／∂λ＝０及び∂２ＥＰ／∂λ２＝０となる。
【００５５】
（５）式の第１項は、∂２ＥＰ／∂λ２＝０を因数とするので０となる。第３項と第５項は、それぞれ∂ＥＰ／∂λ＝０を因数とするので０となる。
【００５６】
第４項は、ガス以外の光伝送路の透過特性の２階微分を含んでいる。ここで、通常の光ファイバや空気の吸収特性には急峻なピークがないので、∂２ΓＦ／∂λ２の大きさは、第２項と比較して小さくなっている。よって、第４項を無視できる。
【００５７】
【数３】
2008298638.tif 000005
【００５８】
（６）式から分かるように、光源の強度変調成分をなくすと、ガス信号項のみが残るため、純粋にガス濃度検出が可能となる。光源の強度変調成分をなくす代わりに、光源からガスセルにレーザ光を導く光学系の途中でレーザ光を強度が一定になるように強度変調しても、同様の効果が得られることは明らかである。
【００５９】
以上考察したガス濃度検出の原理によれば、図１の光式ガス濃度検出装置１は、光学系３に強度変調部６が挿入されており、強度が一定になるように強度変調されたレーザ光を被測定雰囲気に透過させるので、純粋にガス濃度検出が可能となる。
【００６０】
すなわち、従来技術では、ガス雰囲気透過光の２Ｆ成分Ｉ（２）である（５）式の第１項から第６項まですべてを２倍波成分として検波していた。このうち、第１項、第４項、第５項はガスとは無関係のノイズ項であり、これがオフセット成分となった。
【００６１】
純粋なガス信号項（第２項）は、波長掃引範囲中、ガスの光吸収波長から外れた波長では０に近くなり、ガスの光吸収波長では大きい値を示す。これに対し、第１項、第５項はガスの光吸収波長から外れた波長でも値を持ち、波長の変化に対して緩やかな変化を示す。第１項、第５項は、周囲の環境（温度、湿度、圧力、光ファイバ経路の曲げの変化、その他）の影響を受けて時間的に変化する。本発明では、第１項、第５項がなくなるので、周囲環境の影響をなくすることができる。
【００６２】
また、従来技術でメタンガスの濃度検出を行う場合ではあまり問題とならなかったオフセット成分がプロパンガスの濃度検出を行う場合には問題となった。すなわち、メタンガスの吸収ピークはプロパンガスの吸収ピークと比較し、∂２ΓＧ／∂λ２が小さくなるため、ガス信号項（第２項）が小さくなり、感度が減る。そこで、プロパンガスの濃度検出においては、∂２ΓＧ／∂λ２の効果を最大限に発揮するために、変調電流振幅巾ｉ０を約３倍大きくした。
【００６３】
これにより、（５）式の第２項は、メタンガスと比較し微分項が１／５０に対しｉ０２が乗算されていることを考慮して、約１／５倍になる。一方、ノイズ項である第１項、第５項は、微分した部分に変化はなく、ｉ０２が乗算されているので、約９倍大きくなり、周囲環境の影響も約９倍大きくなる。
【００６４】
従来技術でメタンガスの濃度検出を行う場合、第１項、第５項をオフセット成分として波形から信号処理により取り除く工夫をしており、周囲環境による影響は最低感度以下に抑えることができていた。プロパンガスの濃度検出を行う場合、最低感度はメタンガスと同じであり、信号強度が１／５になり、ノイズ項が約９倍になったため、オフセット成分除去がうまくいかなくなった。
【００６５】
本発明では、第１項、第５項を消し去ることができるので、オフセット成分を除去することができ、精度の高いガス濃度検出をすることが可能となる。
【００６６】
次に、光式ガス濃度検出装置１の動作を図１〜図４により説明する。
【００６７】
光源部２において、温度制御用電源２９によりペルチェ素子２８を駆動してＤＦＢレーザ２７を加熱・冷却して所定温度に保つ。発振器２４による正弦波の変調電流をコンデンサ２６によってＤＦＢレーザ２７に印加すると共に、三角波生成回路２１の三角波に基づいてバイアス電流発生回路２２により発生させたバイアス電流をインダクタ２３によってＤＦＢレーザ２７に印加する。これにより光源部２は、波長及び強度が変調され変調中心波長が所定の掃引範囲内で掃引されたレーザ光を出射することになる。なお、変調中心波長の掃引はペルチェ素子２８により、ＤＦＢレーザ２７の温度を変化させることにより行うことも可能である。
【００６８】
光源部２から出射し強度変調部６に入射したレーザ光は、強度変調器６１を透過する。
強度変調器６１を透過したレーザ光は、カプラ６２で分岐され、一方の分岐光は分岐器３１を介して各ガスセル３３に導かれる。もう一方の分岐光は制御回路６３に入射する。制御回路６３がこの分岐光を参照して強度変調器６１に与える変調信号を制御することで強度変調器６１を通過したレーザ光の強度を一定に変調することができる。
【００６９】
これにより、各ガスセル３３に導かれるレーザ光は、強度が一定であって、波長が変調されているため、純粋にガス濃度検出が可能となる。
【００７０】
制御回路６３の内部では、レーザ光の強度が受光素子６４でモニタされ、モニタ信号がＡ／Ｄ変換器６５において所定時間刻みΔｔでデジタル変換される。マイコン６６は、モニタ信号のデータ列から変調信号のデータ列を演算する。Ｄ／Ａ変換器６７は、変調信号のデータ列をアナログ変換して変調信号とし、強度変調器６１に出力する。
【００７１】
マイコン６６では、前述の（１）式に基づき、ｎ−１番目のモニタ値ｘｎ−１から制御目標値ｘ０を減算し、その差に定数ａを乗算する。この積をｎ−１番目の制御電圧ｙｎ−１に加算する。この動作は、図４の等価回路の動作に相当する。
【００７２】
ここで、強度変調部６における強度変調の制御が適正であれば、モニタ値ｘｎ−１と制御目標値ｘ０が等しいため、制御電圧ｙｎ−１に加算する値は０であり、制御電圧ｙｎは制御電圧ｙｎ−１から変化しない。
【００７３】
モニタ値ｘｎ−１が制御目標値ｘ０より大きい場合、定数ａが正とすると、制御電圧ｙｎは制御電圧ｙｎ−１より大きくなる。強度変調器６１は、図５に示されるように、制御信号が大きいと透過率が小さくなる特性を有する。よって、負帰還が行われることになり、レーザ光の強度を目標値に一定に制御（強度変調）することができる。
【００７４】
モニタ値ｘｎ−１と制御目標値ｘ０との差だけでなく、微分値及び積分値を補正成分として加えて使用することも可能である。微分項の比例係数をｂ、積分項の比例係数をｃとすると、（１）式は（７）式に書き替えられる。
【００７５】
【数４】
2008298638.tif 000006
【００７６】
図３の制御回路６３は、主要部がデジタル回路であるが、マイコン６６による演算を図４の等価回路に相当するアナログ回路で行うようにすれば、制御回路６３全体をアナログ回路で構成することができる。
【００７７】
上記実施形態では、光源にＤＦＢレーザを用いたが、他の実施形態として、光源にＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)レーザを用いることにより光強度を一定とすることができる。ＤＢＲレーザは波長制御と光強度制御とを同時に行うことが可能であるので、波長については中心波長（ガスの吸収ピーク波長）λ０を中心にΔλの振幅で振動する制御を行い、光強度についてはオートパワーコントロールをすることで、波長は振動し光強度は一定のレーザ光を出射することができる。
【００７８】
例えば、図８に示されるように、三角波生成回路８１、バイアス電流発生回路８２、発振器８３からの各信号を加算してＤＢＲレーザ８４の波長制御端子に入力し、ＡＰＣ回路８５からの信号をＤＢＲレーザ８４のレーザ駆動端子に入力することにより、光源部８６を構成し、図１の光源部２に代える。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施形態を示す光式ガス濃度検出装置の構成図である。
【図２】本発明の光式ガス濃度検出装置に用いる強度変調部の詳細構成図である。
【図３】本発明の強度変調部に用いる制御回路の詳細構成図である。
【図４】本発明の強度変調部の等価回路図である。
【図５】本発明の強度変調部に用いる強度変調器の電圧透過率特性図である。
【図６】本発明に用いるＬＤの駆動電流発光波長特性図である。
【図７】本発明に用いるＬＤの駆動電流光強度特性図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す光式ガス濃度検出装置の光源部の構成図である。
【図９】一般的なガスにおける波長光吸収特性図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  光式ガス濃度検出装置
２  光源部
３  光学系
４  受光検波部
５  信号処理部
６  強度変調部
２７  ＤＦＢレーザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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