(57)【要約】【課題】ＬＤモジュールの参照光に応じた検知信号に基づき装置内で波長ずれを自己校正できる。【解決手段】ＬＤモジュール１１から出射されたレーザ光をハーフミラーで測定光と参照光とに分岐する。測定光は通常のガス検知に用いられ、参照光はガスセルを通過させた後に波長処理用受光器１２ｃで受光する。そしてＬＤモジュール１１の駆動温度値を所定の振り幅で掃引させながら、波長処理用受光器１２ｃで受光した検知信号から検出されるッｆ信号の強度変化に基づく２ｆ値の中から最大値となる最大２ｆ値を算出し、この算出された最大２ｆ値と、記憶部３１に記憶された基準２ｆ値とを比較して、最大２ｆ値が基準２ｆ値の所定基準以上であった場合は、この最大２ｆ値からＬＤモジュール１１の設定温度値を算出して記憶部３１に記憶された設定温度値の変更し、ＬＤモジュール１１の波長校正を行う。【選択図】図１
2008232920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する半導体レーザを実装したＬＤモジュール（１１）と、
該ＬＤモジュールから出射されたレーザ光を測定光と参照光とに分岐するハーフミラー（１２ａ）と、測定対象となるガスと同種のガスが封入されたガスセル（１２ｂ）と、該ガスセルを通過した前記参照光を受光し、この受光した前記参照光に応じた検知信号を出力する波長処理用受光器（１２ｃ）とを備えた波長処理機構部（１２）と、
所定の発振周波数で前記半導体レーザを駆動するために予め設定される設定温度値と、波長校正時に基準値として用いられる基準２ｆ値とを記憶している記憶部（３１）と、
前記ＬＤモジュールの駆動温度値を前記記憶部に記憶された前記設定温度値に温度安定化するための温度安定化制御部（３２）と、  
前記温度安定化制御部で制御された前記ＬＤモジュールの駆動温度値を所定の振り幅で掃引させながら、前記波長処理機構部から出力された前記検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の２倍の検波信号である２倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく２ｆ値を算出し、該算出された２ｆ値の中から最大値となる最大２ｆ値を算出して出力する波長校正用算出手段（３３Ｂａ）と、前記波長校正用算出手段から出力された最大２ｆ値と前記記憶部に記憶された前記基準２ｆ値とを比較し、前記最大２ｆ値が基準２ｆ値の所定基準以上であった場合は、前記最大２ｆ値から前記ＬＤモジュールの設定温度値を算出し、この算出した前記設定温度値を前記記憶部に出力して変更を行う波長校正用判別手段（３３Ｂｃ）とを有する波長処理制御部（３３）と、
を備えたことを特徴とするガス検知装置。
【請求項２】
前記波長処理機構部（１２）は、前記ガスセル（１２ｂ）近傍で検出した温度値を補正温度値として出力する温度センサ（１２ｄ）を備え、
前記波長処理制御部（３３）は、前記波長校正用算出手段（３３Ｂａ）で算出された２ｆ値を必要に応じて前記補正温度値に基づき補正し、この補正した２ｆ値を前記波長校正用算出手段に出力する波長校正用補正手段（３３Ｂｂ）を備えたことを特徴とする請求項１記載のガス検知装置。
【請求項３】
前記記憶部（３１）は、波長確認時に基準値として用いられる基準２ｆ／１ｆ値をさらに記憶しており、
前記波長処理制御部（３３）は、前記波形処理用受光器（１２ｃ）からの検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の強度変化に基づく１ｆ値と、該１ｆ値の２倍の検波信号である前記２倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく２ｆ値とを算出し、両値の比率である２ｆ／１ｆ値を算出して出力する波長確認用算出手段（３３Ａａ）と、
前記算出された２ｆ／１ｆ値と、前記記憶部に記憶された基準２ｆ／１ｆ値とを比較し、前記２ｆ／１ｆ値が前記基準２ｆ／１ｆ値の所定範囲内であった場合は、前記ＬＤモジュール１１の波長が安定化されていると判別する波長確認用判別手段（３３Ａｃ）とを有する波長確認処理部（３３Ａ）を備えたことを特徴とする請求項１記載のガス検知装置。
【請求項４】
前記波長処理機構部（１２）は、前記ガスセル（１２ｂ）近傍で検出した温度値を補正温度値として出力する温度センサ（１２ｄ）を備え、
前記波長処理制御部（３３）は、前記波長確認用算出手段で算出された２ｆ／１ｆ値を必要に応じて前記補正温度値に基づき補正し、この補正した２ｆ値を波長確認用算出手段に出力する波長確認用補正手段（３３Ａｂ）を備えたことを特徴とする請求項３記載のガス検知装置。
【請求項５】
請求項１記載のガス検知装置（１）を用いた校正方法であって、
前記温度安定化制御部（３２）において前記ＬＤモジュール（１１）の温度安定化処理を行うステップと、
前記ＬＤモジュールの駆動温度値を所定の振り幅で掃引させながら、前記波長処理機構部（１２）から出力された前記検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の２倍の検波信号である２倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく２ｆ値を算出するステップと、
該算出された２ｆ値の中から最大値となる最大２ｆ値を算出するステップと、
前記算出された最大２ｆ値と、前記記憶部（３１）に記憶された基準２ｆ値とを比較するステップと、
前記最大２ｆ値が基準２ｆ値の所定基準以上であった場合は、前記最大２ｆ値から前記ＬＤモジュールの設定温度値を算出して前記記憶部に記憶された前記設定温度値の変更を行うステップと、
を含むことを特徴とするガス検知装置の校正方法。
【請求項６】
請求項３に記載のガス検知装置（１）を用いた波長確認方法であって、
前記温度安定化制御部（３２）において前記ＬＤモジュール（１１）の温度安定化処理を行うステップと、
前記波長処理機構部（１２）から出力された前記検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の強度変化に基づく１ｆ値と、該１ｆ値の２倍の検波信号である前記２倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく２ｆ値とを算出し、両値の比率である２ｆ／１ｆ値を算出するステップと、
前記２ｆ／１ｆ値と、前記記憶部に記憶された基準２ｆ／１ｆ値とを比較するステップと、
前記２ｆ／１ｆ値が基準２ｆ／１ｆ値の所定範囲内であった場合は、前記ＬＤモジュールの波長が安定化されていると判別するステップと、
を含むことを特徴とするガス検知装置の波長確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを光源とし、ガスの赤外線吸収特性を利用して光学的にガスを検知するガス検知装置に係り、簡易的な構成でガス検知始業前やガス検知時において装置内で最適な波長に自己校正することができるガス検知装置及び該装置を用いた校正方法並びに波長確認方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばメタン、二酸化炭素、アセチレン、アンモニア等の気体には、分子の回転や構成原子間の振動等に応じて特定波長の光を吸収する吸収帯があることが既に知られている。この吸収帯を利用したガス検知装置では、所定距離（この距離によって測定光路長が確定される）隔てて光源部と受光部とを配置し、光源部の半導体レーザにより周波数変調されたレーザ光を測定対象ガスを含む雰囲気中に通し、その透過光を受光部の光検出器で受光してガスを検知し、このときの出力信号から測定対象ガスのガス濃度を測定している。また、下記特許文献１に開示されるように、上述した光源部と受光部を共通の筐体に収容して携帯できるように構成したガス検知装置も知られている。なお、光源部と受光部は同じ位置に配置されていても測定光を反射光として受光できれば測定光路長は確保される。
【０００３】
ここで、受光部の出力信号から検出される変調周波数の基本波位相敏感検波信号（以下、１ｆ信号と略称する）には、強度変調に起因する大きなオフセットが生じる。このため、特に微小なガス濃度を高感度で測定するには、１ｆ信号に比べてオフセットのかなり小さい２倍波位相敏感検波信号（以下、２ｆ信号と略称する）が用いられる。
【０００４】
実際にガス濃度を測定するにあたっては、測定ガス吸収線に合わせた波長の測定光が測定ガス雰囲気中を通ると、被測定ガスにより測定光が吸収され、ガス濃度光路長積に応じた強度で変調周波数の２倍の周波数の強度変化（２ｆ信号成分：２ｆ値）による２ｆ信号が生成される。そして、この２ｆ信号の強度変化と元の変調周波数である１ｆ信号の強度変化（１ｆ信号成分：１ｆ値）の比率２ｆ／１ｆの値は、ガス濃度光路長積に比例するので、この値に係数をかければガス濃度になる。なお、この種の従来のガス検知装置としては、下記特許文献１に開示されたガス濃度測定装置などが開示されている。
【０００５】
図１１に示すように、特許文献１のガス濃度測定装置５１は、全体が銃型形状をなし、一面に開口穴５２を有する有底筒型形状の筐体５３と、筐体５３の後端側に位置して筐体５３を把持する把持部５４とを備えている。筐体５３内には、半導体レーザユニット５５が組み込まれるとともに、筐体５３内の中心軸線上の奥部に受光器５６が配置される。半導体レーザユニット５５は、測定雰囲気のガスを検知するための測定光を出射する半導体レーザを含む半導体レーザモジュール５７と、レーザポインタ５８と、合波手段５９とからなる。筐体５３の開口穴５２には、測定光の出射に伴う測定雰囲気からの反射測定光を受光器５６に集光する集光レンズ６０が固設される。レーザポインタ５８は、逆Ｖ字状の支持部材６１によって筐体５３の集光レンズ６０後方に固定され、測定光の出射位置を確認するための可視光をガイド光として出射している。合波手段５９は、筐体５３の集光レンズ６０後方で受光器５６の光軸Ｌ−Ｌ上に配置され、測定光とガイド光とを受光器５６の光軸Ｌ−Ｌ上で合波して集光レンズ６０の中央のガラス窓６２から出射している。
【特許文献１】特開２００５−１０６５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１のガス濃度検知装置を含むこの種のガス検知装置における測定対象ガスの漏れ検査（以下、リークテストともいう）の検知精度は、装置に実装された光源部である半導体レーザモジュールから出射される測定光の波長が安定しているか否かに依存するため、ガス検知装置には正確な波長安定化が要求される。
【０００７】
そのため、現行のガス検知装置では波長安定化の確認方法として位相検波による波長安定化方法を用いて波長安定化を図っているが、この方法では波長安定化に伴う調整に時間が掛かるとともに、この方法を実現するための波長安定化回路等を構成する部品コストが嵩んでしまうという問題があった。
【０００８】
また、ガス検知を行うユーザからは、ガス検知測定の始業前点検の時点で、実際に測定対象となるガスの検知が確実に測定できることを確認した上でガス検知測定を行いたいという要望がある。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、安価で、且つ、簡易的な構成で、ガス検知始業前やガス検知時に波長の安定化の確認や最適な波長に自己校正して高精度なガス検知を行うことのできるガス検知装置及び該装置を用いた校正方法並びに波長確認方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載されたガス検知装置は、レーザ光を出射する半導体レーザを実装したＬＤモジュール１１と、
該ＬＤモジュールから出射されたレーザ光を測定光と参照光とに分岐するハーフミラー１２ａと、測定対象となるガスと同種のガスが封入されたガスセル１２ｂと、該ガスセルを通過した前記参照光を受光し、この受光した前記参照光に応じた検知信号を出力する波長処理用受光器１２ｃとを備えた波長処理機構部１２と、
所定の発振周波数で前記半導体レーザを駆動するために予め設定される設定温度値と、波長校正時に基準値として用いられる基準２ｆ値とを記憶している記憶部３１と、
前記ＬＤモジュールの駆動温度値を前記記憶部に記憶された前記設定温度値に温度安定化するための温度安定化制御部３２と、  
前記温度安定化制御部で制御された前記ＬＤモジュールの駆動温度値を所定の振り幅で掃引させながら、前記波長処理機構部から出力された前記検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の２倍の検波信号である２倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく２ｆ値を算出し、該算出された２ｆ値の中から最大値となる最大２ｆ値を算出して出力する波長校正用算出手段３３Ｂａと、前記波長校正用算出手段から出力された最大２ｆ値と前記記憶部に記憶された前記基準２ｆ値とを比較し、前記最大２ｆ値が基準２ｆ値の所定基準以上であった場合は、前記最大２ｆ値から前記ＬＤモジュールの設定温度値を算出し、この算出した前記設定温度値を前記記憶部に出力して変更を行う波長校正用判別手段３３Ｂｃとを有する波長処理制御部３３と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載のガス検知装置は、請求項１記載のガス検知装置において、
前記波長処理機構部１２は、前記ガスセル１２ｂ近傍で検出した温度値を補正温度値として出力する温度センサ１２ｄを備え、
前記波長処理制御部３３は、前記波長校正用算出手段３３Ｂａで算出された２ｆ値を必要に応じて前記補正温度値に基づき補正し、この補正した２ｆ値を前記波長校正用算出手段に出力する波長校正用補正手段３３Ｂｂを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載のガス検知装置は、請求項１記載のガス検知装置において、
前記記憶部３１は、波長確認時に基準値として用いられる基準２ｆ／１ｆ値をさらに記憶しており、
前記波長処理制御部３３は、前記波形処理用受光器１２ｃからの検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の強度変化に基づく１ｆ値と、該１ｆ値の２倍の検波信号である前記２倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく２ｆ値とを算出し、両値の比率である２ｆ／１ｆ値を算出して出力する波長確認用算出手段３３Ａａと、
前記算出された２ｆ／１ｆ値と、前記記憶部に記憶された基準２ｆ／１ｆ値とを比較し、前記２ｆ／１ｆ値が前記基準２ｆ／１ｆ値の所定範囲内であった場合は、前記ＬＤモジュール１１の波長が安定化されていると判別する波長確認用判別手段３３Ａｃとを有する波長確認処理部３３Ａを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載のガス検知装置は、請求項３記載のガス検知装置において、
前記波長処理機構部１２は、前記ガスセル１２ｂ近傍で検出した温度値を補正温度値として出力する温度センサ１２ｄを備え、
前記波長処理制御部３３は、前記波長確認用算出手段で算出された２ｆ／１ｆ値を必要に応じて前記補正温度値に基づき補正し、この補正した２ｆ値を波長確認用算出手段に出力する波長確認用補正手段３３Ａｂを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項５に記載されたガス検知装置の校正方法は、請求項１記載のガス検知装置１を用いた校正方法であって、
前記温度安定化制御部３２において前記ＬＤモジュール１１の温度安定化処理を行うステップと、
前記ＬＤモジュールの駆動温度値を所定の振り幅で掃引させながら、前記波長処理機構部１２から出力された前記検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の２倍の検波信号である２倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく２ｆ値を算出するステップと、
該算出された２ｆ値の中から最大値となる最大２ｆ値を算出するステップと、
前記算出された最大２ｆ値と、前記記憶部３１に記憶された基準２ｆ値とを比較するステップと、
前記最大２ｆ値が基準２ｆ値の所定基準以上であった場合は、前記最大２ｆ値から前記ＬＤモジュールの設定温度値を算出して前記記憶部に記憶された前記設定温度値の変更を行うステップと、
を含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載のガス検知装置の波長確認方法は、請求項３に記載のガス検知装置１を用いた波長確認方法であって、
前記温度安定化制御部３２において前記ＬＤモジュール１１の温度安定化処理を行うステップと、
前記波長処理機構部１２から出力された前記検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号の強度変化に基づく１ｆ値と、該１ｆ値の２倍の検波信号である前記２倍波位相敏感検波信号の強度変化に基づく２ｆ値とを算出し、両値の比率である２ｆ／１ｆ値を算出するステップと、
前記２ｆ／１ｆ値と、前記記憶部に記憶された基準２ｆ／１ｆ値とを比較するステップと、
前記２ｆ／１ｆ値が基準２ｆ／１ｆ値の所定範囲内であった場合は、前記ＬＤモジュールの波長が安定化されていると判別するステップと、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来のようなガスセル内に封入した検出対象ガスを常時検出することができるので、半導体レーザの劣化や使用環境の温度変化等よって目的とする波長が波長ずれした場合であっても、参照光の検知信号の変化により波長ずれしたことを確認し、装置内で波長ずれを自己校正することができる。
【００１７】
さらに、ガス検知装置におけるガス漏洩テストが低コストで、且つ、調整が短時間で容易にできる。また、ガス検知始業前の点検の時点で測定対象となるガスの検知が確実に測定できることを確認することできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。図１は本発明に係るガス検知装置の第１形態の構成を説明するための概略構成図であり、図２は本発明に係るガス検知装置に実装されるＬＤモジュールの構成を説明するための概略構成図であり、図３は本発明に係るガス検知装置における波長処理制御部の構成を説明するための概略ブロック図であり、図４は本発明に係るガス検知装置の波長確認処理を説明するためのフローチャート図であり、図５は本発明に係るガス検知装置の波長校正処理を説明するためのフローチャート図であり、図６は本発明に係るガス検知装置の第２形態を説明するための概略構成図であり、図７は本発明に係るガス検知装置の第３形態を説明するための概略構成図であり、図８は本発明に係るガス検知装置の第４形態を説明するための概略構成図であり、図９は本発明に係るガス検知装置の第５形態を説明するための概略構成図であり、図１０は本発明に係るガス検知装置の第６形態を説明するための概略構成図である。
【００１９】
図１に示すように、本例の第１形態のガス検知装置１は、測定雰囲気中に測定光を出射する出射部１０と、出射部１０から出射された測定光を受光する受光部２０と、出射部１０と受光部２０との各種制御を行う制御器３０とが装置本体に実装されている。
【００２０】
出射部１０は、ＬＤモジュール１１、波長処理機構部１２、レーザポインタ１３とで構成し、各部品がガス検知装置１の所定箇所に配設されるヒートシンク１４上に設けれている。
【００２１】
ＬＤモジュール１１は、半導体の再結合発光を利用した半導体レーザを備えたモジュールで構成される。ＬＤモジュール１１は、測定ガス特有の吸収線に合致した波長のレーザ光を発生し、このレーザ光がレーザポインタ１３から出射されるガイド光（可視光レーザ）と測定位置において略一致するように、所定位置から測定雰囲気中に向けて出射している。
【００２２】
ここで、図２を参照しながら、ＬＤモジュール１１の構成について説明する。図２に示すように、ＬＤモジュール１１は、半導体レーザ１１ａと、ペルチェ素子１１ｂ、第１温度検出手段１１ｃと、第２温度検出手段１１ｄとが密封容器１１ｅ内に密封収容されてモジュール構成されている。
【００２３】
半導体レーザ１１ａは、半導体の再結合発光を利用したレーザであり、本例ではペルチェ素子１１ｂ上に設けられている。半導体レーザ１１ａは、密封容器１１ｅ内に鍍金処理（例えばＡｕ鍍金）された接続端子部１１ｆと、ワイヤ（例えばＡｕ線）１１ｇを介して配線接続されており、所定の通電電流がワイヤ１１ｇを介して通電されることで所定波長のレーザ光を出射している。
【００２４】
ペルチェ素子１１ｂは、異種の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するというペルチェ効果（Peltier effect）を利用した板状の半導体素子であり、密封容器１１ｅ内に実装されている。ペルチェ素子１１ｂは、後述する温度安定化制御部３２の制御により、通電された電流に応じた吸熱／発熱により半導体レーザ１１ａの温度を所定温度に温度調整している。
【００２５】
第１温度検出手段１１ｃは、例えばサーミスタや白金薄膜温度センサ等の温度が変化することにより抵抗値が変化することを利用した温度センサで構成され、密封容器１１ｅ内に収容された半導体レーザ１１ａの温度と同期するペルチェ素子１１ｂの温度を測定するため、密封容器１１ｅ内における半導体レーザ１１ａ近傍（本例ではペルチェ素子１１ｂ上に実装）に実装されている。すなわち、ペルチェ素子１１ｂの温度を測定することで、半導体レーザ１１ａの温度を測定しているのと同等となる。第１温度検出手段１１ｃは、ペルチェ素子１１ｂの温度を検出し、この検出した温度を第１検出温度として温度安定化制御部３２に出力している。
【００２６】
第２温度検出手段１１ｄは、第１温度検出手段１１ｃと同様にサーミスタ等の温度センサで構成され、密封容器１１ｅ内に収容された半導体レーザ１１ａと接続端子部１１ｆとの間に結線されたワイヤ１１ｇを含む接続端子部１１ｆの温度を測定するため、密封容器１１ｅ内における半導体レーザ１１ａとワイヤ１１ｇ接続される接続端子部１１ｆ上に設けられている。第２温度検出手段１１ｄは、接続端子部１１ｆと半導体レーザ１１ａとの間に結線されたワイヤ１１ｇの温度を検出し、この検出した温度を第２検出温度として温度安定化制御部３２に出力している。
【００２７】
波長処理機構部１２は、ハーフミラー１２ａと、ガスセル１２ｂと、波長処理用受光器１２ｃと、温度センサ１２ｄを備えて構成される。波長処理機構部１２は、後述する波長処理制御部３３の制御により、ガス検知始業開始前や始業後における測定光の波長校正を行うための参照光を受光し、この受光した受光信号を波長処理制御部３３に出力している。
【００２８】
ハーフミラー１２ａは、透過方向表面に外光の乱反射を防止するためのＡＲコートが施された、光束を二つに分割する（例えば１：１）光学ミラーであり、ＬＤモジュール１１から出射されたレーザ光を入射して分割し、一方の光をガスセル１２ｂへ参照光として反射し、もう一方の光は測定光として測定雰囲気中へ透過している。
【００２９】
ガスセル１２ｂは、封入ガスの吸収波長を減衰させないガラス等で形成された容器で構成され、この容器内に例えばメタン、二酸化炭素、アセチレン、アンモニア等の測定対象となるガスが気密封入されている。ハーフミラー１２ａで反射した参照光は、ガスセル１２ｂを通過してた後、波長処理用受光器１２ｃに入射している。
【００３０】
波長処理用受光器１２ｃは、例えばフォトダイオード等の光によって引き起こされる電気現象の光起電力効果を利用し、光エネルギーに比例した電気エネルギーに変換する半導体素子で構成される。波長処理用受光器１２ｃは、ガスセル１２ｂ内を通過した参照光を受光し、この受光した参照光に応じた電気信号を検知信号として波長処理制御部３３に出力している。
【００３１】
温度センサ１２ｄは、例えばサーミスタや白金薄膜温度センサ等の温度が変化することにより抵抗値が変化することを利用したセンサである。温度センサ１２ｄは、雰囲気温度による発振波長を補正するためガスセル１２ｂ近傍の温度を検出し、この検出した波長校正時の補正温度値として波長処理制御部３３に出力している。
【００３２】
レーザポインタ１３は、ＬＤモジュール１１から出射された測定光が出射されている位置確認用のガイド光（可視光）を出射している。
【００３３】
受光部２０は、受光レンズ２１、検知用受光器２２とを備えて構成され、ＬＤモジュール１１からの測定光の出射に伴い、測定雰囲気から反射した測定光を集光して受光している。
【００３４】
受光レンズ２１は、例えばフルネルレンズで構成され、測定雰囲気を通過して反射物によって反射してくる光を集光する集光レンズで構成され、測定対象から反射した測定光を検知用受光器２２に集光している。
【００３５】
検知用受光器２２は、例えばフォトダイオード等の光によって引き起こされる電気現象の光起電力効果を利用し、光エネルギーに比例した電気エネルギーに変換する半導体素子で構成される。検知用受光器２２は、受光レンズ２１で集光された測定光を受光し、この受光した測定光に応じた電気信号を検知信号としてガス検知制御部に出力している。
【００３６】
制御器３０は、記憶部３１と、温度安定化制御部３２と、波長処理制御部３３と、ガス検知制御部３４とを備えて構成され、出射部１０や受光部２０の各部から出力された信号に基づいて各種処理を行う。
【００３７】
記憶部３１は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭなどの半導体メモリやＨＤＤからなる記憶媒体で構成される。記憶部３１は、所定の発振周波数で半導体レーザ１１ａを駆動するために予め設定された設定温度値、波長確認用判別手段３３Ａｃで波長確認時に基準値として用いられる基準２ｆ／１ｆ値、波長校正用判別手段３３Ｂｃで波長校正時に基準値として用いられる基準２ｆ値を記憶している他、ガス検知装置１の各部の駆動に関する各種処理制御情報や測定ガスのガス濃度等のガス検知に係る各種データ等を記憶している。
【００３８】
温度安定化制御部３２は、半導体レーザ１１ａの温度を記憶部３１に記憶された設定温度値（すなわち、所望の発振波長を出射するのに必要な半導体レーザ１１ａの駆動温度値を指す）に補正制御して、半導体レーザ１１ａの温度安定化を図っている。
【００３９】
ここで、温度安定化制御部３２が行う温度安定化処理について説明する。温度安定化処理としては、まず第２温度検出手段１１ｄから補正温度値となる第２温度検出値を取得する。そして、第２温度検出手段１１ｄから取得した第２温度検出値を用いて記憶部３１に記憶された設定温度値を補正し、半導体レーザ１１ａの目標温度となるＬＤ目標温度値を算出する。次に、第１温度検出手段１１ｃから入力した第１温度検出値から前記算出したＬＤ目標温度値を差し引いて、現在の半導体レーザ１１ａの温度と前記算出した目標温度との誤差値（温度差）を算出する。そして、この算出した誤差値に応じてペルチェ素子１１ｂを駆動制御するためのペルチェ制御設定値を算出し、このペルチェ制御設定値に応じてペルチェ素子１１ｂに通電する通電電流値を制御し、第１温度検出値とＬＤ目標温度値との差が±０となる様に半導体レーザ１１ａ、すなわちＬＤモジュール１１の温度安定化を図っている。
また、温度安定化制御部３２は、後述する波長確認判別手段から出力された温度調整信号に基づいて設定温度値を補正している。
【００４０】
波長処理制御部３３は、波長確認処理部３３Ａと、波長校正処理部３３Ｂとで構成され、検知始業前や始業後におけるＬＤモジュール１１の波長確認や波長校正に関する各種制御を行う。
【００４１】
波長確認処理部３３Ａは、波長確認用算出手段３３Ａａと、波長確認用補正手段３３Ａｂと、波長確認用判別手段３３Ａｃとを備えて構成される。
【００４２】
波長確認用算出手段３３Ａａは、波長処理用受光器１２ｃからの検知信号から検出される変調周波数の基本波敏感検波信号（以下、１ｆ信号と略称する）の強度変化に基づく１ｆ値と、この１ｆ値の２倍の検波信号である２倍波位相敏感検波信号（以下、２ｆ信号と略称する）の強度変化に基づく２ｆ値を算出する。また、波長確認用算出手段３３Ａａは、この算出した１ｆ値，２ｆ値の比率である２ｆ／１ｆ値を算出し、この２ｆ／１ｆ値を波長確認用補正手段３３Ａｂに出力している。
【００４３】
波長確認用補正手段３３Ａｂは、必要に応じて、温度センサ１２ｄから出力された補正温度値に基づいて周囲温度により変動する２ｆ／１ｆ値を補正し、この補正した２ｆ／１ｆ値を波長確認用判別手段３３Ａｃに出力している。
【００４４】
波長確認用判別手段３３Ａｃは、波長確認用補正手段３３Ａｂから出力された２ｆ／１ｆ値と、記憶部３１に記憶された基準となる基準２ｆ／１ｆ値とを比較判別する。そして、出力された２ｆ／１ｆ値が基準２ｆ／１ｆ値の所定範囲内（例えば基準２ｆ／１ｆ値の±１０％以内）であった場合は、ＬＤモジュール１１の波長が安定化されていること判別する。また、出力された２ｆ／１ｆ値が基準２ｆ／１ｆ値の所定範囲外であった場合は、波長安定化を図るべく、現在のＬＤモジュール１１の駆動温度値を補正するための温度調整信号を温度安定化制御部３２に出力している。
なお、２ｆ／１ｆ値が基準２ｆ／１ｆ値の所定範囲内であった場合は、それぞれ波長確認処理完了通知などを不図示の通知制御部などに出力し、オペレータに対して波長確認処理の処理状態を通知する構成とすることも可能である。
【００４５】
波長校正処理部３３Ｂは、波長校正用算出手段３３Ｂａと、波長校正用補正手段３３Ｂｂと、波長校正用判別手段３３Ｂｃとを備えて構成される。
【００４６】
波長校正用算出手段３３Ｂａは、ＬＤモジュール１１の安定化する温度、すなわち温度安定化制御部３２で制御された現在の半導体レーザ１１ａの設定温度値を所定の振り幅で掃引（変化）させながら、波長処理用受光器１２ｃからの検知信号から検出される変調周波数の２ｆ信号に基づく２ｆ値を算出し、一旦波長校正用補正手段３３Ｂｂに出力する。  そして、波長校正用算出手段３３Ｂａは、波長校正用補正手段３３Ｂｂから出力された２ｆ値の中から最大値（この場合、温度を所定の振り幅で掃引しているので２ｆ値が複数算出され、その算出された２ｆ値の中の最大値を指す）となる最大２ｆ値を算出し、この最大２ｆ値を波長校正用判別手段３３Ｂｃに出力している。
【００４７】
波長校正用補正手段３３Ｂｂは、必要に応じて、波長校正用算出手段３３Ｂａから出力された２ｆ値を温度センサ１２ｄから出力された補正温度値に基づき補正し、この補正した２ｆ値を波長校正用算出手段３３Ｂａに出力している。
【００４８】
波長校正用判別手段３３Ｂｃは、波長校正用算出手段３３Ｂａから出力された最大２ｆ値と、記憶部３１に記憶された基準となる基準２ｆ値とを比較判別する。そして、出力された最大２ｆ値が基準２ｆ値の所定基準以上（例えば基準２ｆ値の７０％以上）であった場合は、この最大２ｆ値からＬＤモジュール１１の設定温度値を算出し、記憶部３１に出力して設定温度値の変更を行う。これにより、ＬＤモジュール１１の発振波長が測定ガス吸収線に合せた波長に校正される。
また、出力された最大２ｆ値が基準２ｆ値の所定基準以下であった場合は、掃引する温度幅を変更（振り幅の拡大）して、再度２ｆ値を算出するための２ｆ値算出信号を波長校正用算出手段３３Ｂａに出力している。
【００４９】
ガス検知制御部３４は、測定光増幅手段３４ａと、受光信号検出手段３４ｂと、演算手段３４ｃとを備えて構成される。
【００５０】
測定光増幅手段３４ａは、プリアンプで構成され、測定用受光器２２から入力した測定光に応じた検知信号を、受光信号検出手段３４ｂで検出する１ｆ信号、２ｆ信号が測定対象ガス濃度範囲で同等の検出レベルになるように、増幅度が１ｆ信号、２ｆ信号それぞれ最適な増幅度に増幅して受光信号検出手段３４ｂに出力している。
【００５１】
受光信号検出手段３４ｂは、測定光増幅手段３４ａで増幅された測定光信号を信号処理し、１ｆ信号と２ｆ信号を位相敏感検波している。
【００５２】
演算手段３４ｃは、受光信号検出手段３４ｂからの１ｆ信号、２ｆ信号を入力とし、この２ｆ信号の強度変化に基づく２ｆ値と元の変調周波数である１ｆ信号の強度変化に基づく１ｆ値の比率２ｆ／１ｆに基づいて測定対象ガスのガス濃度を演算している。
【００５３】
次に、図４、５を参照しながら、上述したガス検知装置１の処理動作についてそれぞれ説明する。ここでは、図４に示す主にガス検知始業前の点検時に行うＬＤモジュール１１の波長確認処理と、図５に示すＬＤモジュール１１の駆動温度値に伴う発振波長のずれを正しい吸収線に校正するための波長校正処理について説明する。
【００５４】
まず、図４を参照しながら、ガス検知始業前における波長確認処理について説明する。ガス検知装置１の駆動に伴い、ＬＤモジュール１１を所定の設定温度値に基づいて駆動させるため、上述した温度安定化処理を行う（ＳＴ１）。次に、ＬＤモジュール１１から出射されたレーザ光がハーフミラー１２ａで測定光と参照光とに分岐され、この分岐された参照光がガスセル１２ｂを通過し、波長処理用受光器１２ｃに受光される（ＳＴ２）。
【００５５】
そして、ＳＴ２において波長処理用受光器１２ｃが受光した参照光に応じた検知信号を波長処理制御部３３に出力し、この検知信号に応じて検出される１ｆ信号に基づく１ｆ値と、この１ｆ値の２倍の検波信号である２ｆ信号に基づく２ｆ値を算出する（ＳＴ３）。また、この算出した１ｆ値，２ｆ値の比率である２ｆ／１ｆ値を算出する（ＳＴ４）。
なお、ＳＴ４において、ガスセル１２ｂ近傍の周囲温度により２ｆ／１ｆ値が変動している場合は、必要に応じて温度センサ１２ｄから出力された補正温度値に基づき２ｆ／１ｆ値を補正する。
【００５６】
次に、ＳＴ４において算出された２ｆ／１ｆ値（補正された場合は補正された２ｆ／１ｆ値を用いる）と、記憶部３１に記憶された基準となる基準２ｆ／１ｆ値とを比較する（ＳＴ５）。そして、出力された２ｆ／１ｆ値が基準２ｆ／１ｆ値の所定範囲内（例えば基準２ｆ／１ｆ値の±１０％以内）であった場合（ＳＴ６−Ｙｅｓ）は、ＬＤモジュール１１の波長が安定化されていることが確認される。
【００５７】
一方、出力された２ｆ／１ｆ値が基準２ｆ／１ｆ値の所定範囲外であった場合（ＳＴ６−Ｎｏ）は、再度ＬＤモジュール１１の波長安定化を図るべく、ＳＴ７でＬＤ目標温度値を変更（例えば−０．１℃）した後に、ＳＴ１へ戻り波長確認処理を行う。
【００５８】
なお、ＳＴ６−Ｎｏにおいて、ＬＤモジュール１１の波長安定化を図るべくＳＴ１へ戻るが、所定回数繰り返してもＬＤモジュール１１の波長安定化が図れない場合は、装置自体の故障等によるものとしてエラーを出力する構成としてもよい。
【００５９】
次に、図５を参照しながら、ＬＤモジュール１１の駆動温度値に伴う発振波長のずれを正しい吸収線に校正するための波長校正処理について説明する。まず、ＬＤモジュール１１を所定の設定温度値に基づいて駆動させるため、上述した温度安定化処理を行う（ＳＴ１１）。次に、ＬＤモジュール１１から出射されたレーザ光がハーフミラー１２ａで測定光と参照光に分岐され、この分岐された参照光がガスセル１２ｂを通過し、波長処理用受光器１２ｃに受光される（ＳＴ１２）。
【００６０】
そして、ＳＴ１２において波長処理用受光器１２ｃが受光した参照光に応じた検知信号を波長処理制御部３３に出力し、現在のＬＤモジュール１１の駆動温度値を所定の振り幅で掃引（変化）させながら、波長処理用受光器１２ｃからの検知信号から検出される変調周波数の２ｆ信号に基づく２ｆ値を算出する（ＳＴ１３）。次に、算出された２ｆ値の中から最大となる最大２ｆ値を算出する（ＳＴ１４）。
なお、ＳＴ１３において、ガスセル１２ｂ近傍の周囲温度により２ｆ値に変動がある場合は、必要に応じて温度センサ１２ｄから出力された補正温度値に基づき補正する。
【００６１】
次に、算出された最大２ｆ値と、記憶部３１に記憶された基準となる基準２ｆ値とを比較する（ＳＴ１５）。そして、出力された最大２ｆ値が基準２ｆ値の所定基準以上（例えば基準２ｆ値の７０％以上）であった場合（ＳＴ１６−Ｙｅｓ）は、この最大２ｆ値からＬＤモジュール１１の設定温度値を算出し、記憶部３１に出力して設定温度値の変更を行う（ＳＴ１７）。これにより、ＬＤモジュール１１の発振波長が測定ガス吸収線に合せた波長に校正される。
一方、出力された最大２ｆ値が基準２ｆ値の所定基準以下であった場合（ＳＴ１６−Ｎｏ）は、掃引する温度幅を変更（振り幅の拡大）して（ＳＴ１８）、再度２ｆ値を算出するためのＳＴ１３へ戻る。
【００６２】
このように、上述したガス検知装置１では、ＬＤモジュール１１から出射されたレーザ光をハーフミラーで測定光と参照光とに分岐する。測定光は通常のガス検知に用いられ、参照光はガスセルを通過させた後に波長処理用受光器１２ｃで受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づき、波長処理制御部３３においてＬＤモジュール１１の波長確認処理や波長校正処理を行っている。
これにより、従来のようなガスセル内に封入した検出対象ガスを常時検出することができるので、半導体レーザ１１ａの劣化や使用環境の温度変化等よって半導体レーザ１１ａの波長がずれた場合であっても、参照光の検知信号の変化により波長ずれしたことを確認し、装置内で波長ずれを自己校正することができる。また、低コストで波長確認に伴う調整が短時間で容易にでき、且つ、ガス検知測定の始業前点検の時点で測定対象となるガスの検知が確実に測定できることを確認することできる。
【００６３】
ところで、上述した形態では、ＬＤモジュール１１から出力されたレーザ光をハーフミラー１２ａで一部を参照光として反射させ、この反射させた参照光をガスセル１２ｂに通過させた後に波長処理用受光器１２ｃで受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づいてＬＤモジュール１１の波長確認処理や波長校正処理を行っているが、これに限定されることはなく、以下に示すような第２形態〜第６形態（図６〜図１０）であっても上述した波長確認処理や波長校正処理と同様な効果を奏することができる。
【００６４】
図６に示すように、第２形態のガス検知装置１は、ＬＤモジュール１１の密封容器内に測定対象ガスを充填して気密封止した構造である。また、第２形態のガス検知装置１では、半導体レーザ１１ａは前後両面から発光するため、第２形態のガス検知装置１では、前方の面から出射されるレーザ光を測定光とし、後方の面から出射されるレーザ光を校正用の参照光とし、参照光を半導体レーザ１１ａの後方に設けられた波長処理用受光器１２ｃで受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づいて波長確認処理や波長校正処理を行うことで、上述した最良の形態と同様の処理が可能となる。
なお、この第２形態では、ＬＤモジュール１１内に測定対象ガスが充填されているため、ＬＤモジュール１１から出射された測定光は、ＬＤモジュール１１内に充填された測定対象ガスによって光が吸収された状態で出射される。そのため、測定雰囲気から反射した測定光を受光レンズ２１で集光して検知用受光器２２で受光した際に、ＬＤモジュール１１内に充填された測定対象ガスのガス濃度を差し引く（オフセット）ことで、測定雰囲気のガス濃度を正確に検知することができる。
【００６５】
図７に示すように、第３形態のガス検知装置１は、ＬＤモジュール１１の前方にガスセル１２ｂが設けられた構造である。そして、第３形態のガス検知装置１では、ＬＤモジュール１１から出射された測定光と参照光を兼ねたレーザ光がガスセル１２ｂを通過後に測定雰囲気中に出射され、測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ２１で集光し、検知用受光器２２で受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づいて波長確認処理や波長校正処理を行うことで、上述した最良の形態と同様の処理が可能となる。
なお、この第３形態では、ＬＤモジュール１１の前方に測定対象ガスが充填されているガスセル１２ｂを設けているため、ガス検知時の測定光として出射されたレーザ光は、ガスセル１２ｂ内に充填された測定対象ガスによって光が吸収された状態で出射される。そのため、ガス検知時では測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ２１で集光して検知用受光器２２で受光した際に、ガスセル１２ｂ内に充填された測定対象ガスのガス濃度を差し引く（オフセット）ことで、測定雰囲気のガス濃度を正確に検知することができる。
【００６６】
図８に示すように、第４形態のガス検知装置１は、ＬＤモジュール１１の前方にガスセル１２ｂが設けられ、さらにガスセル１２ｂの前方に一方が所定角度に揺動可能に軸支された反射板２３が設けられた構造である。そして、第４形態のガス検知装置１において、ガス検知時では反射板２３が図中の破線の位置にあり、ＬＤモジュール１１から出射された測定光が測定雰囲気中に出射され、測定雰囲気から反射した測定光を受光レンズ２１で集光し、検知用受光器２２で受光してガス検知を行う。また、波長確認時や波長校正時では、反射板２３が図中の実線の位置に揺動され、ＬＤモジュール１１からガスセル１２ｂを通過した参照光が、反射板２３で検知用受光器２２に向けて反射され、この反射された参照光を検知用受光器２２で受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づいて波長確認処理や波長校正処理を行うことで、上述した最良の形態と同様の処理が可能となる。
なお、この第４形態では、ＬＤモジュール１１の前方に測定対象ガスが充填されているガスセル１２ｂを設けているため、ガス検知時の測定光として出射されたレーザ光は、ガスセル１２ｂ内に充填された測定対象ガスによって光が吸収された状態で出射される。そのため、ガス検知時では測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ２１で集光して検知用受光器２２で受光した際に、ガスセル１２ｂ内に充填された測定対象ガスのガス濃度を差し引く（オフセット）ことで、測定雰囲気のガス濃度を正確に検知することができる。
【００６７】
図９に示すように、第５形態のガス検知装置１は、検知用受光器２２の前方にガスセル１２ｂが設けられた構造である。そして、第５形態のガス検知装置１では、ＬＤモジュール１１から出射された測定光と参照光を兼ねたレーザ光がガスセル１２ｂを通過後に測定雰囲気中に出射され、測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ２１で集光し、検知用受光器２２で受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づいて波長確認処理や波長校正処理を行うことで、上述した最良の形態と同様の処理が可能となる。
なお、この第５形態では、ＬＤモジュール１１の前方に測定対象ガスが充填されているガスセル１２ｂを設けているため、ガス検知時の測定光として出射されたレーザ光は、ガスセル１２ｂ内に充填された測定対象ガスによって光が吸収された状態で出射される。そのため、ガス検知時では測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ２１で集光して検知用受光器２２で受光した際に、ガスセル１２ｂ内に充填された測定対象ガスのガス濃度を差し引く（オフセット）ことで、測定雰囲気のガス濃度を正確に検知することができる。
【００６８】
図１０に示すように、第６形態のガス検知装置１は、受光レンズ２１の前方にガスセル１２ｂが設けられた構造である。そして、第５形態のガス検知装置１では、ＬＤモジュール１１から出射された測定光と参照光を兼ねたレーザ光がガスセル１２ｂを通過後に測定雰囲気中に出射され、測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ２１で集光し、検知用受光器２２で受光し、この受光した参照光に応じた検知信号に基づいて波長確認処理や波長校正処理を行うことで、上述した最良の形態と同様の処理が可能となる。
なお、この第６形態では、ＬＤモジュール１１の前方に測定対象ガスが充填されているガスセル１２ｂを設けているため、ガス検知時の測定光として出射されたレーザ光は、ガスセル１２ｂ内に充填された測定対象ガスによって光が吸収された状態で出射される。そのため、ガス検知時では測定雰囲気から反射したレーザ光を受光レンズ２１で集光して検知用受光器２２で受光した際に、ガスセル１２ｂ内に充填された測定対象ガスのガス濃度を差し引く（オフセット）ことで、測定雰囲気のガス濃度を正確に検知することができる。
【００６９】
以上、本願発明における最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係るガス検知装置の第１形態の構成を説明するための概略構成図である。
【図２】本発明に係るガス検知装置に実装されるＬＤモジュールの構成を説明するための概略構成図である。
【図３】本発明に係るガス検知装置における波長処理制御部の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図４】本発明に係るガス検知装置の波長確認処理を説明するためのフローチャート図である。
【図５】本発明に係るガス検知装置の波長校正処理を説明するためのフローチャート図である。
【図６】本発明に係るガス検知装置の第２形態を説明するための概略構成図である。
【図７】本発明に係るガス検知装置の第３形態を説明するための概略構成図である。
【図８】本発明に係るガス検知装置の第４形態を説明するための概略構成図である。
【図９】本発明に係るガス検知装置の第５形態を説明するための概略構成図である。
【図１０】本発明に係るガス検知装置の第６形態を説明するための概略構成図である。
【図１１】従来のガス検知装置の構成を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  ガス検知装置
１０  出射部
１１  ＬＤモジュール
１２  波長処理機構部
１２ａ  ハーフミラー
１２ｂ  ガスセル
１２ｃ  波長処理用受光器
１２ｄ  温度センサ
１３  レーザポインター
２０  受光部
２１  受光レンズ
２２  測定用受光器
３０  制御器
３１  記憶部
３２  温度安定化制御部
３３  波長処理制御部
３３Ａ  波長確認処理部
３３Ａａ  波長確認用算出手段
３３Ａｂ  波長確認用補正手段
３３Ａｃ  波長確認用判別手段
３３Ｂ  波長校正処理部
３３Ｂａ  波長校正用算出手段
３３Ｂｂ  波長校正用補正手段
３３Ｂｃ  波長校正用判別手段
３４  ガス検知制御部
３４ａ  測定光増幅手段
３４ｂ  受光信号検出手段
３４ｃ  演算手段
【図１】
2008232920.tif 000003
【図２】
2008232920.tif 000004
【図３】
2008232920.tif 000005
【図４】
2008232920.tif 000006
【図５】
2008232920.tif 000007
【図６】
2008232920.tif 000008
【図７】
2008232920.tif 000009
【図８】
2008232920.tif 000010
【図９】
2008232920.tif 000011
【図１０】
2008232920.tif 000012
【図１１】
2008232920.tif 000013