(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の波長を変調すると共に所定の掃引範囲を掃引し、これを測定対象のガス雰囲気に通して得られる透過光の強度を検出し、得られた信号からガス濃度を検出するガス濃度検出方法において、
レーザと受光器との間に上記レーザ光を分岐する光分岐手段を接続し、その光分岐手段に、上記ガス雰囲気を通過しない基準光路と、上記ガス雰囲気を通過するガス検出光路と、上記ガス雰囲気を通過せずに空気中を通過して上記空気中に含まれる成分ガスを測定するための空気中ガス検出光路と、を接続し、
上記レーザ光の波長を変調すると共に１６５０ｎｍ付近から１６９０ｎｍ付近まで掃引し、上記空気中ガス検出光路から得られる信号と上記基準光路から得られる信号とを差分した基準ガス信号成分と、予めコンピュータに記憶させておいた上記成分ガスの吸収スペクトルと、のズレを用いて上記レーザ光の中心波長を補正すると共に、補正後の上記レーザ光を用いて上記ガス検出光路から得られる信号と上記基準光路から得られる信号とを差分したガス信号成分から、上記ガス雰囲気中に含まれるプロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスの濃度を同時に測定することを特徴とする光式可燃性ガス濃度検出方法。
【請求項２】
上記成分ガスとしてメタンガスを用い、メタンガスの吸収スペクトルの中心波長からのズレを用いて上記レーザ光の中心波長を補正する請求項１記載の光式可燃性ガス濃度検出方法。
【請求項３】
レーザ光の波長を変調すると共に所定の掃引範囲を掃引し、これを測定対象のガス雰囲気に通して得られる透過光の強度を検出し、得られた信号からガス濃度を検出するガス濃度検出装置において、
レーザ光の波長を変調すると共に１６５０ｎｍ付近から１６９０ｎｍ付近まで掃引する光源部と、
レーザと受光器との間に接続され、上記レーザ光を分岐する光分岐手段と、
上記光分岐手段に接続され、上記ガス雰囲気を通過しない基準光路と、
上記光分岐手段に接続され、上記ガス雰囲気を通過するガス検出光路と、
上記光分岐手段に接続され、上記ガス雰囲気を通過せずに空気中を通過して上記空気中に含まれる成分ガスを測定するための空気中ガス検出光路と、
上記空気中ガス検出光路から得られる信号と上記基準光路から得られる信号とを差分した基準ガス信号成分と、予めコンピュータに記憶させておいた上記成分ガスの吸収スペクトルと、のズレを用いて上記レーザ光の中心波長を補正すると共に、補正後の上記レーザ光を用いて上記ガス検出光路から得られる信号と上記基準光路から得られる信号とを差分したガス信号成分から、上記ガス雰囲気中に含まれるプロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスの濃度を同時に測定する信号処理部と、
を備えることを特徴とする光式可燃性ガス濃度検出装置。
【請求項４】
上記光源部と、上記空気中ガス検出光路と、上記光分岐手段と、が装置本体の筐体内に収納された請求項３記載の光式可燃性ガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ光を測定対象雰囲気中に通しその透過光からガス濃度を検出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し、特に複数のガスのガス濃度を同時に検出できる光式可燃性ガス濃度検出方法及び光式可燃性ガス濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス分子は、特定波長（吸収帯という）のレーザ光を吸収する性質を有し、この性質を利用してガスの有無を検出できる。レーザ光を用いたガス検出方法は、工業計測、公害監視などの分野で用いられ、レーザ光を光ファイバで伝送することにより、ガスを遠隔検出できる。
【０００３】
例えば、特許文献１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し、波長および強度を変調したレーザ光を発振させる。このレーザ光を光ファイバに入射させてガスセルに導き、ガスセル内の未知濃度のガスを透過させ、その透過光を光ファイバで受光器に導き、その受光信号を位相敏感検波して１倍検波信号と２倍検波信号を計測し、ガス信号の出力比である１倍検波信号と２倍検波信号の比を求め、このガス信号の出力比から対象ガスの濃度を求めている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２５６７６９号公報
【特許文献２】特開昭６３−９８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の光式ガス濃度検出方法およびその装置は、メタンガスなどの１つの対象ガスを測定することを目的として開発されてきた。このため、複数種類のガス（例えば、プロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスなど）の濃度をおのおの正確に検出することができないという問題がある。
【０００６】
また、従来の方法および装置では、搭載した部品の不具合により測定した各ガスの吸収線がずれている場合、ずれを補正する手段がなく、ガス濃度を正確に検出できない。光式ガス濃度検出装置に搭載された部品の不具合の一例としては、レーザの温度を制御するためのペルチェ素子の劣化や、ペルチェ素子に電力を供給するペルチェ素子用電源の劣化などがある。
【０００７】
すなわち、レーザの発振波長が目標値（設定した発振波長）からずれて違う波長になり、測定したガスの吸収線がずれてしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、プロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスの濃度を同時に計測可能とし、かつ各ガスの吸収線の波長を補正して正確にガス濃度を検出する光式可燃性ガス濃度検出方法及び光式可燃性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】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、レーザ光の波長を変調すると共に所定の掃引範囲を掃引し、これを測定対象のガス雰囲気に通して得られる透過光の強度を検出し、得られた信号からガス濃度を検出するガス濃度検出方法において、
レーザと受光器間に上記レーザ光を分岐する光分岐手段を接続し、その光分岐手段に、ガス雰囲気を通過しない基準光路と、ガス雰囲気を通過するガス検出光路と、空気中に含まれる成分ガスを測定するための空気中ガス検出光路とを接続し、
レーザ光の波長を１６５０ｎｍ付近から１６９０ｎｍ付近まで掃引し、上記ガス検出光路から得られる信号と上記基準光路から得られる信号を差分したガス信号成分と、上記空気中ガス検出光路と上記基準光路から得られる信号を差分した基準ガス信号成分とから、上記レーザ光の中心波長を補正して上記透過光から上記ガス雰囲気中に含まれるプロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスの濃度を同時に測定する光式可燃性ガス濃度検出方法である。
【００１０】
請求項２の発明は、上記成分ガスとしてメタンガスを用い、メタンガスの吸収スペクトルの中心波長からのずれを用いて上記レーザ光の中心波長を補正する請求項１記載の光式可燃性ガス濃度検出方法である。
【００１１】
請求項３の発明は、レーザ光の波長を変調し、これを測定対象のガス雰囲気に通して得られる透過光の強度を検出し、得られた信号からガス濃度を検出するガス濃度検出装置において、
レーザ光の波長を１６５０ｎｍ付近から１６９０ｎｍ付近まで掃引する光源部と、ガス雰囲気を通過しない基準光路と、ガス雰囲気を通過するガス検出光路と、空気中に含まれる成分ガスを測定するための空気中ガス検出光路と、これら各光路に上記レーザ光を分岐するための光分岐手段と、
上記ガス検出光路から得られる信号と上記基準光路から得られる信号を差分したガス信号成分と、上記空気中ガス検出光路と上記基準光路から得られる信号を差分した基準ガス信号成分とから、上記レーザ光の中心波長を補正して上記透過光から上記ガス雰囲気中に含まれるプロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスの濃度を同時に測定する信号処理部と
を備える光式可燃性ガス濃度検出装置である。
【００１２】
請求項４の発明は、上記光源部と、上記空気中ガス検出光路と、上記光分岐手段とを装置本体の筐体内に収納した請求項３記載の光式可燃性ガス濃度検出装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスの濃度を同時に正確に測定でき、レーザ光の中心波長を補正することで各ガスの吸収線の波長を補正して正確にガス濃度を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
はじめに、光ファイバを伝送路としてガス濃度を検出する方法の原理を簡単に説明する。
【００１５】
分光測定において、測定感度を向上させる方法として周波数変調法がある。まず、周波数変調した光を、対象とするガスを含む雰囲気中に透過させると、その透過光の検出信号は直流分の他、変調周波数と同じ周波数の基本波成分およびその高調波成分が得られる。
【００１６】
このうち、基本波成分と２倍波成分とをそれぞれ位相敏感検波すると、基本波成分は吸収線の１次微分に対応し、２倍波成分は吸収線の２次微分に対応する。このことから、光源としてのレーザの駆動電流を変調したレーザ光を特定のガスを含む雰囲気に透過させ、その透過光の検出信号中の特定成分を位相敏感検波すると、その検出信号からガス濃度に関する情報が得られる。
【００１７】
ここで、位相敏感検波とは、特定の周波数および位相を有する成分だけを抽出して、その振幅を測定することをいう。
【００１８】
つまり、この方法では、駆動電流および温度に応じた波長および強度のレーザ光を発振させるべく、所定の電流を中心としてレーザの駆動電流を変調すると共に、レーザ光の中心波長を掃引し、レーザ光を測定対象とするガス雰囲気に通して得られる透過光の強度を検出し、この信号中の特定成分を位相敏感検波して得られる信号からガス濃度を検出する。
【００１９】
本発明はこのような技術を前提としている。
【００２０】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２１】
図１は、本発明の好適な実施形態である光式可燃性ガス濃度検出方法を実施するために使用される光式可燃性ガス濃度検出装置の全体構成図である。
【００２２】
図１に示すように、光式可燃性ガス濃度検出装置（光式可燃性ガス濃度検出システム）１（以下では、装置１）は、主として地下街・高層ビルなどの都市ガスの漏洩や、ＬＮＧタンク周辺のガス漏れを多点（複数箇所）検出するものであり、レーザを駆動してレーザ光を発振させるための光源部としてのレーザ部３と、発振したレーザ光を導くための光学系４と、光学系４を通過したレーザ光を検出する複数個（図ではｎ＋１個）の受光器５と、その検出信号を処理する信号処理部６とを備える。
【００２３】
レーザ部３は、単一波長のレーザ光を発振させる分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ、以下単にＬＤ）２と、ＬＤ２を搭載してその温度を半導体デバイスからなるペルチェ素子用電源７により制御するためのペルチェ素子８と、所定周波数（可変）の正弦波信号を出力する発振器（発信器）９と、この周波数ｆの正弦波信号により周波数２ｆの２倍波信号を生成する倍周器１０と、ＬＤ２にバイアス電流を付加するためのバイアス電流源１１と、バイアス電流源１１の掃引の仕方を決定する掃引器１２と、ＬＤ２から出力したレーザ光を光学系４に分岐して伝送するためのビームスプリッタなどの光分岐手段１３とで主に構成される。
【００２４】
本実施形態においては、発振器９は、少なくとも異なる４つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４（例：１０．１，１０．２，１０．３，１０．４ｋＨｚ）の正弦波信号を出力することができる。また、倍周器１０は、発振器９からの各周波数ｆ１〜ｆ４の正弦波信号により、周波数２ｆ１〜２ｆ４の２倍波信号を生成することができる。
【００２５】
バイアス電流源１１の出力側には、発振器９の出力による影響を防ぐためにインダクタンスＬが接続され、発振器９の出力側には、直流分をカットするためのコンデンサＣが接続される。掃引器１２には、三角波掃引器あるいは正弦波掃引器を用いる。
【００２６】
光学系４は、光分岐手段１３と０番目の受光器５間に接続されて空気中にもともと含まれる所定の成分ガスを測定するための空気中ガス検出光路用光ファイバ（空気中ガス検出光路）１５Ｒと、その空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒの途中に設けられる空気中ガス検出部１６Ｒと、光分岐手段１３と１番目の受光器５間にループ状に接続され、ガス雰囲気を通過しない１本の基準光路用光ファイバ（基準光路）１４と、光分岐手段１３と２〜ｎ番目の各受光器５間にそれぞれループ状に接続され、ガス雰囲気を通過する複数本（図１ではｎ−１個）のガス検出光路用光ファイバ（ガス検出光路、あるいはセンサ光路）１５と、これら各ガス検出光路用光ファイバ１５の途中にそれぞれ設けられるガス検出部（センサ部）１６とからなる。
【００２７】
また、図１では、空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒにｚ０、基準光路用光ファイバ１４にｚ１、各ガス検出光路用光ファイバ１５に上から順にｚ２〜ｚｎまでの番号を付け、各光ファイバがどの受光器５に接続されるかを記した。
【００２８】
各ガス検出部１６は、測定対象である未知濃度の複数種類のガスが充填される容器、あるいはこれらガスが含まれるガス雰囲気が内部に取り込まれるように開口部を備えた容器であり、検出対象とする位置に、容易に設置することができるようになっている。空気中ガス検出部１６Ｒは、各ガス検出部と同じ構成の容器であり、後述する装置本体内１ｂが設置された場所の空気が内部に取り込まれる。
【００２９】
本実施形態では、複数種類のガスは、可燃性ガスとしてのプロパンガス、イソブタンガス（Ｉ−ブタン）、ノルマルブタンガス（Ｎ−ブタン）、メタンガスの４種類のガスである。
【００３０】
信号処理部６は、空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒ、基準光路用光ファイバ１４、各ガス検出光路用光ファイバ１５のいずれかを通過したレーザ光を受光する複数個の受光器５と、発振器９からの正弦波信号（図１中＊Ａ）の周波数ｆ１〜ｆ４、および倍周器１０からの正弦波信号（図１中＊Ｂ）の周波数２ｆ１〜２ｆ２に同期して受光器５の出力の位相敏感検波を行う位相検波装置１７と、その位相検波装置１７からの出力信号を同時に一時記憶する信号記憶装置１８と、その信号記憶装置１８からの１ｆ，２ｆの出力比を記録・演算処理するパソコンなどのコンピュータ１９とからなる。
【００３１】
位相検波装置１７は、空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒ、基準光路用光ファイバ１４、各ガス検出光路用光ファイバ１５から出力される各透過光の受光信号をそれぞれ位相敏感検波し、１倍検波信号Ｓ１と２倍検波信号Ｓ２を得る複数個の位相敏感検波回路２０を備える。各位相敏感検波回路２０としては、ロックインアンプを用いるとよい。コンピュータ１９とペルチェ素子用電源７間は、制御信号線２１で接続される。
【００３２】
また、装置１では、少なくともレーザ部３、好ましくは、レーザ部３と信号処理部６からなる装置本体１ｂを筐体２２内に収納し、空気中ガス検出部１６Ｒに空気が満たされるようにしている。
【００３３】
次に、装置１を用いた光式可燃性ガス濃度検出方法を説明する。
【００３４】
まず、プロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスの赤外吸収スペクトルを図６で説明する。
【００３５】
図６に示すように、各ガスの赤外吸収スペクトルを見ると、それぞれの半値全巾は、プロパンガス０．３７ｎｍ、イソブタンガス０．９０７ｎｍ、ノルマルブタンガス０．７１４ｎｍ、メタンガス０．０８ｎｍである。波長変調（電流変調）の振幅値（変調振幅巾、変調電流振幅巾、あるいは変調波長巾ともいう）は、上述の半値全巾に基づき、検出信号が略最大となる所定の値を選定した。
【００３６】
ここでいう所定の変調振幅巾とは、検出した２倍検波信号が大きく（好ましくは最大と）なるように変調振幅巾に設定したものであり、対象ガスの赤外吸収スペクトルの半値全巾に所定の係数（略２〜３）を乗じて求められる。
【００３７】
より詳細に言えば、本実施形態に係る方法では、まず、レーザ部３において、ＬＤ２の波長を１６５０ｎｍ付近から１６９０ｎｍ付近まで、好ましくは１６８５ｎｍ付近から１６９０ｎｍ付近まで掃引するように設定しておく。ＬＤ２の波長の掃引は、バイアス電流源１１と掃引器１２により三角波状または正弦波状のバイアス電流をＬＤ２に付加して掃引する方法と、ペルチェ素子用電源７とペルチェ素子８によりＬＤ２の温度を三角波状または正弦波状に変化させることにより掃引する方法とがある。ＬＤ２の温度の変化に対するレーザ光の発振波長の変化が大きいことから、本実施形態ではペルチェ素子用電源７とペルチェ素子８によりＬＤ２の温度を変化、制御してレーザ光の波長の掃引を行う。
【００３８】
また、レーザ部３の発振器９において、プロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスにそれぞれ対応させて、ＬＤ２の駆動電流による変調振幅巾を所定の値に設定しておく。
【００３９】
これらの設定状態で、ペルチェ素子用電源７によりペルチェ素子８の温度を制御して、ＬＤ２の温度を三角波状又は正弦波状に変化させ、レーザ光の波長を１６５０ｎｍ付近から１６９０ｎｍ付近まで掃引する。レーザの温度は、例えば２５℃±５℃に制御する。
【００４０】
本実施の形態では、変調振幅巾をプロパンガスに対応した１．０６ｎｍ付近に統一して設定し、変調周波数もｆ＝１０ｋＨｚの正弦波信号に統一した。
【００４１】
これと同時に、統一した変調周波数ｆの交流電流、すなわち正弦波状の変調電流を発振する発振器９により、設定した変調振幅巾による変調電流をＬＤ２のバイアス電流にそれぞれ重畳し、これを駆動電流としてＬＤ２に流し、ＬＤ２を発振させる。ＬＤ２からのレーザ光は、光分岐手段１３で分岐され、空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒ、基準光路用光ファイバ１４、各ガス検出光路用光ファイバ１５にそれぞれ入射される。
【００４２】
空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒに入射されたレーザ光は、空気中ガス検出部１６Ｒの空気中を透過し、その透過光が０番目の受光器５で受光される。基準光路用光ファイバ１４に入射されたレーザ光は、そのまま信号処理部６において、１番目（ｚ１）の受光器５で受光される。一方、各ガス検出光路用光ファイバ１５に入射されたレーザ光は、各ガス検出部１５内のガス雰囲気をそれぞれ透過し、その透過光が２〜ｎ番目（ｚ２〜ｚｎ）の各受光器５で受光される。
【００４３】
各受光器５で受光された信号のうち、発振器９からの正弦波信号の周波数ｆに同期した信号（１０ｋＨｚ）と、倍周器１０の正弦波信号の周波数２ｆに同期した信号（２０ｋＨｚ）とを、位相検波装置１７によって検出し、空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒ、基準光路用光ファイバ１４、各ガス検出光路用光ファイバ１５のそれぞれについて、１倍検波信号Ｓ１と２倍検波信号Ｓ２を得る。これら位相検波装置１７で抽出されたすべての信号は、信号記憶装置１８で一時記憶される。
【００４４】
コンピュータ１９は、信号記憶装置１８で一時記憶されたすべての信号を同時に収集し、まず、図２に示すように、基準光路用光ファイバ１４を通過して得られたガス信号の出力比Ｖｂ（２ｆ）／Ｖｂ（１ｆ）（基準）（図２では、２ｂ）を計算する一方で、各ガス検出光路用光ファイバ１５を通過して得られたガス信号の出力比Ｖｇ（２ｆ）／Ｖｇ（１ｆ）（ガス）（図２では、２ｇ）を計算する。
【００４５】
さらにコンピュータ１９は、図３に示すように、基準光路用光ファイバ１４と各ガス検出光路用光ファイバ１５のそれぞれ複数箇所（多点）について、ガス信号の出力比Ｖｂ（２ｆ）／Ｖｂ（１ｆ）（基準）と出力比Ｖｇ（２ｆ）／Ｖｇ（１ｆ）（ガス）との差分（引き算）を計算し、ガス信号成分（波高値判定用信号）３１として、｛Ｖｇ（２ｆ）／Ｖｇ（１ｆ）（ガス）｝−｛Ｖｂ（２ｆ）／Ｖｂ（１ｆ）（基準）｝を得る。
【００４６】
このガス信号成分３１は、対象ガスのガス信号の出力比から基準のガス信号の出力比を差し引くことで得られるため、レーザ部３、光分岐手段１４、信号処理部６が有する波長依存性を除去したものであり、ガス濃度の正確な指標となるガス信号である。
【００４７】
コンピュータ１９は、ガス信号成分３１について、その最小値から最大値までの高さである波高値ｈｎｂ，ｈｐ，ｈｍ，ｈｉｂをそれぞれ求め、これら波高値ｈｎｂ，ｈｐ，ｈｍ，ｈｉｂを、予め既知濃度の基準ガスを用いて求めておいた各基準波高値と各基準ガス濃度の関係を示す関係式、あるいは関係表に当てはめ、各対象ガスのガス濃度を同時に求める。
【００４８】
この場合、プロパンガスは１６８６．４ｎｍ付近、イソブタンガスは１６８９ｎｍ付近、ノルマルブタンガスは１６８６．１ｎｍ付近、メタンガスは１６８７．３ｎｍ付近の波高値から各対象ガスのガス濃度を同時に測定できる。
【００４９】
さらに、本実施形態では成分ガスとしてメタンガス（空気中には約２ｐｐｍのメタンガスが存在）を用い、コンピュータ１９は、メタンガスの吸収スペクトルの中心波長からのずれを用いてレーザ光の中心波長を補正する。
【００５０】
より詳細には、コンピュータ１９は、図２および図３で説明した検出信号の処理と同時に、基準光路用光ファイバ１４を通過して得られたガス信号の出力比Ｖｂ（２ｆ）／Ｖｂ（１ｆ）（基準）（図４では、２ｂ）を計算する一方で、空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒを通過して得られた空気中ガス信号の出力比Ｖｒ（２ｆ）／Ｖｒ（１ｆ）（空気中ガス）（図４では、２ｒ）も同様に計算する。
【００５１】
続いてコンピュータ１９は、図５に示すように、基準光路用光ファイバ１４と空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒのそれぞれ複数箇所について、ガス信号の出力比Ｖｂ（２ｆ）／Ｖｂ（１ｆ）（基準）と出力比Ｖｒ（２ｆ）／Ｖｒ（１ｆ）（空気中ガス）との差分を計算し、基準ガス信号成分（補正用信号）５１（図５中の点線）として、｛Ｖｒ（２ｆ）／Ｖｒ（１ｆ）（空気中ガス）｝−｛Ｖｂ（２ｆ）／Ｖｂ（１ｆ）（基準）｝を得る。
【００５２】
このガス信号成分５１が、予めコンピュータ１９に記憶させておいたメタンガスの吸収スペクトルの中心波長１６８７．３ｎｍから波長がズレΔλだけずれている場合、パソコン１９は、制御信号線２１を介し、レーザ光の中心波長を補正するための補正信号をペルチェ素子用電源７に送り、波長制御を行う。一般にＬＤ２は、発振波長が約０．１ｎｍ／℃変化するものの、ペルチェ素子８により１／１０００ｎｍ以下の精度で温度制御できる。
【００５３】
図５の例では、ズレΔλがメタンガスの吸収スペクトルの中心波長１６８７．３ｎｍから波長が短い方にずれているため、パソコン１９は、ズレΔλが０となるようにペルチェ素子用電源７の出力を減少させ、ＬＤ２の温度を上昇させる。
【００５４】
また、ズレΔλがメタンガスの吸収スペクトルの中心波長１６８７．３ｎｍから波長が長い方にずれている場合には、パソコン１９は、ズレΔλが０となるようにペルチェ素子用電源７の出力を上昇させ、ＬＤ２の温度を下降させる。
【００５５】
これにより、パソコン１９は、ペルチェ素子用電源７の補正制御を行うことで、レーザ光の中心波長を補正して正確なプロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスの濃度を検出する。
【００５６】
本実施形態の作用を説明する。
【００５７】
本実施形態に係る光式可燃性ガス濃度検出方法は、まず、レーザ光の波長を１６５０ｎｍ付近から１６９０ｎｍ付近まで掃引する。
【００５８】
この際、プロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスのすべてに対応させて、駆動電流による変調振幅巾を所定の値に統一して設定し、統一した周波数ｆの信号を出力する発振器９により、設定した変調振幅巾による変調電流をＬＤ２のバイアス電流にそれぞれ重畳し、ＬＤ２を発振させる。そして、このようにして発振したレーザ光を、空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒ、基準光路用光ファイバ１４、各ガス検出光路用光ファイバ１５にそれぞれ入射している。
【００５９】
さらに、基準光路用光ファイバ１４からの光の強度と、各ガス検出光路用光ファイバ１５からの透過光の強度とをそれぞれ検出し、得られた各ガス信号成分からガス濃度を求めている。
【００６０】
これと同時に、基準光路用光ファイバ１４からの光の強度と、空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒからの透過光の強度とをそれぞれ検出し、得られたガス信号成分５１のズレΔλが０となるようにレーザ光の中心波長を補正している。
【００６１】
これにより、本実施形態に係る光式可燃性ガス濃度検出方法によれば、ガス雰囲気中に含まれるプロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスの濃度を同時に測定（検出）でき、レーザ光の中心波長を補正することで各ガスの吸収線の波長を補正して正確にガス濃度を検出できる。
【００６２】
つまり、本実施形態に係る光式可燃性ガス濃度検出方法では、空気中ガス検出部１６Ｒを有する空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒを用い、その空気中を透過した透過光のガス信号に基づいてレーザ光の中心波長を補正している。
【００６３】
したがって、本実施形態に係る光式可燃性ガス濃度検出方法によれば、プロパンガス、イソブタンガス、ノルマルブタンガス、メタンガスの濃度を同時に測定しつつ、搭載した部品の不具合により測定した各ガスの吸収線が真の吸収線からずれている場合であっても、高精度にガス濃度を検出できる。
【００６４】
また、光式ガス濃度検出システム１によれば、従来のシステムに、発振器９や掃引器１２などについて若干の変更、空気中ガス検出部１６Ｒを有する空気中ガス検出光路用光ファイバ１５Ｒ、制御信号線２１を追加するだけで、本実施形態に係る光式ガス濃度検出方法を簡単に実施できる。
【００６５】
上記実施形態では、発振器９により周波数を１つに統一設定し、変調振幅巾も１つに統一した例で説明したが、異なる４つの周波数ｆ１〜ｆ４、異なる４つの変調振幅巾で波長変調を実施してもよい。
【００６６】
変調振幅巾の一例としては、プロパンガスを１としたとき、イソブタンガスをその２．４５倍付近とし、ノルマルブタンガスをその１．９３倍付近とし、メタンガスをその０．２２倍付近とするとよい。すなわち、変調振幅巾をプロパンガスに対応した所定の値として１．０６ｎｍ付近にする場合、イソブタンガスを２．６０ｎｍ、ノルマルブタンガスを２．０５ｎｍ、メタンガスを０．２３ｎｍとする。
【００６７】
４つの変調信号の変調周波数の一例としては、プロパンガスの変調周波数ｆ１を１０．１ｋＨｚ、イソブタンガスの変調周波数ｆ２を１０．２ｋＨｚ、ノルマルブタンガスの変調周波数ｆ３を１０．３ｋＨｚ、メタンガス変調周波数ｆ４を１０．４ｋＨｚにするとよい。
【００６８】
以上の場合、図２と同様にして求められる実際の各出力比は、コンピュータ１９により、プロパンガスでは２ｆ１／１ｆ１、イソブタンガスでは２ｆ２／１ｆ２、ノルマルブタンガスでは２ｆ３／１ｆ３、メタンガスでは２ｆ４／１ｆ４のように区別して計算する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の好適な実施形態を示す光式可燃性ガス濃度検出装置の全体構成図である。
【図２】基準光路およびガス検出部透過後のガス信号の出力比（２ｆ／１ｆ）波形を示す図である。
【図３】基準光路およびガス検出部透過後のガス信号の出力比（２ｆ／１ｆ）差分波形を示す図である。
【図４】空気中ガス検出光路および基準光路透過後のガス信号の出力比（２ｆ／１ｆ）波形を示す図である。
【図５】空気中ガス検出光路および基準光路透過後のガス信号の出力比（２ｆ／１ｆ）差分波形を示す図である。
【図６】各可燃性ガスの赤外吸収スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  光式ガス濃度検出装置
２  レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）
３  レーザ部（光源部）
４  光学系
６  信号処理部
９  発振器
１２  掃引器
１３  光分岐手段
１４  基準光路用光ファイバ
１５  ガス光路用光ファイバ
１５Ｒ  空気中ガス検出光路用光ファイバ
１６  ガス検出部
１６Ｒ  空気中ガス検出部
２１  制御信号線
【図１】
0005142320.tif 000002
【図２】
0005142320.tif 000003
【図３】
0005142320.tif 000004
【図４】
0005142320.tif 000005
【図５】
0005142320.tif 000006
【図６】
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