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レーザーメタン検知器のもうちょっとまじめな原理
以前に掲載したレーザーメタン検知器の説明はウソというわけではないんですが、実際の処理とは微妙に異なっています。まあ、そんなことはわからなくたってもちろん機器を使うことは可能ですが、もう少し真面目にこの機器の原理について考えてみましょう。
受信する信号はものすごく小さいレーザーメタン検知器が輻射するレーザー光の強度はわずか6.5ｍWしかありません。さらに、このレーザー光がターゲットに当たって返ってきたときの信号強度は実に10nW〜1μWしかありません。ナノ（n）は10のマイナス9乗、マイクロ(μ)でも10のマイナス6乗ですから、その微弱さといったら半端なものではないのです。レーザーの出力がミリですから10のマイナス３乗ですね。それより３桁から６桁小さい、つまり発射したレーザーのうち、その１０００分の１から１００万分の１しか返ってこない計算になるのです。
さらに、メタンガスによる光の吸収も１％以下しかありません。つまり、その微弱な反射波の９９か１００かの違いを識別しなければならないことになります。このように漏洩を高感度に検出するのは非常に困難な課題です。 小さい信号を検出ための切り札：同期検波このようにものすごく小さな信号を検出する時には同期検波と呼ばれる手法が良く使われます。名前は難しそうですが、やっていることはそれほどでもありません。
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| 4. | （3）の方法は、受信した信号の中からレーザー光線の成分を抽出する方法ですが、私達の究極の目的はメタンの検知でした。このままでは、メタンの検知はできません。そこで、レーザーの発振周波数をメタンが良く吸収される波長を中心とした領域で変化させます。変化する周期は、最初にレーザーの強さを変化させた周期と同じです（１０ｋHz）。ちなみにレーザーメタン検知器で使っているメタンの吸収波長は、1.65372μｍです。ちゃんと最後の2のところまで合わせこまないとダメです。正確さがとにかく命です。
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| 5. | メタンの吸収があると、なぜか最初の変調周波数成分のほかに、その2倍の周波数の成分が現れます。ここが、レーザーメタン検知器のミソです。なぜ2倍なのか？そこは難しいのでここでは詳しく説明しませんが、メタン吸収の割合がレーザーの光の波長によって異なる事がこの成分を生んでいると思ってください。とにかく2倍の周波数成分の中にはメタンの吸収とレーザー受信強度の両方の成分が含まれているのです。 |
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| 6. | これで必要な情報は全てそろいました。最終的に求めたいメタンによる吸収は、2倍の周波数成分を1倍の周波数成分で割り算をしてやれば得られます。 |
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どうですか？わかりましたか？そんなに簡単ではないかもしれませんね。でも、１ナノワットの信号から漏れを見つけるわけですから、そう簡単にはいきません。ご質問等ありましたらご遠慮なくお問い合わせください。
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