JPH056526Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、マルチ流体変調方式（これは本考案
者らの名付けた名称である）という従来になかつ
た特異な手法を採用することによつて、ただ１個
の検出器を用いるだけでありながら、２つの（ま
たは２つの系に分流された）サンプル流体を、同
時にかつ連続的にしかも非常に精度良く分析する
ことができる。全く新規な流体分析装置におい
て、より一層高い測定精度を得られるように、前
記２つのサンプル流体の間の過度応答干渉影響に
よる測定誤差を低減可能な機構を備えたものを提
供せんとしてなされたものである。

〔従来の技術〕

例えば、サンプル流体の一例である大気中に含
まれる自動車排気ガスや工場排気ガスなどの有害
成分（NOx，HyCz、あるいは、COxなど）の濃
度（ひいては量）を分析するような場合に使用さ
れる流体分析装置としては、従来から、ケミカル
ルミネツセンス検出器（CLD）を備えた分析装
置とか、フレームイオン検出器（FID）を備えた
分析装置とか、あるいは、コンデンサマイクロフ
オン方式またはマイクロフロー方式等によるニユ
ーマテイツク型検出器やサーモパイルあるいは半
導体等の固体検出器を備えた非分散型赤外線分析
装置（NDIR）など、各種の検出器（センサー）
を採用して成る流体分析装置が用いられている。

ところで、前記のような流体分析を行うに際し
ては、例えば、NOとNO₂、あるいは、メタン
（CH₄）とメタン以外のHC（NMHC）、あるいは
また、COとCO₂というように、サンプル流体中
の２つの成分濃度を同時にかつ連続的に測定する
必要があることが多いが、従来一般の流体分析装
置によつてそれを実現するためには、どうしても
２個の検出器（センサー）が必要であつた。

即ち、NOとNO₂とを同時連続測定する場合に
は、サンプル流体を２つの測定系に分流し、一方
の系にはサンプルガス中のNO濃度をそれ単独で
測定するための第1NO検出器を設け、他方の系
にはサンプルガス中のNO₂をNOに変換する処理
を施して生成された処理流体中の全NO濃度を測
定するための第2NO検出器を設ける、というよ
うに２個のNO検出器が必要であり（NO₂濃度は
第2NO検出器による全NO濃度検出値と第1NO検
出器によるNO単独濃度検出値との差として得ら
れ、この手法は差量法と呼ばれる）、また、メタ
ンとメタン以外のHC（NMHC）とを同時連続測
定する場合には、サンプル流体を２つの測定系に
分流し、一方の系にはサンプル流体の全HC濃度
（THC）を測定するための第1HC検出器を設け、
他方の系にはサンプル流体中のメタン以外のHC
を触媒燃焼させて除去する処理を施して生成され
た処理ガス中のメタン濃度を測定するための第
2HC検出器を設ける、というように２個のHC検
出器が必要であり（この場合も差量法を用いてお
り、NMHCは第1HC検出器によるTHC濃度検出
値と第2HC検出器によるメタン濃度検出値との
差として得られる）、また、サンプル流体中のCO
とCO₂とを同時連続測定する場合には、サンプル
流体の２つの測定系に分流し、一方の系にはCO
検出器を設け他方の系にはCO₂検出器を設けると
いうように、CO検出器とCO₂検出器の２個の異
なる検出器が必要である。

そして、上記のように同一サンプル流体を２つ
の系に分流することにより、そのサンプル流体中
の２つの成分の同時連続分析を行う場合に限ら
ず、２つの異なるサンプル流体について夫々の中
に含まれる特定成分の同時連続分析を行おうとす
る場合にも、同様に２つの検出器（センサー）を
必要とすることが明らかである。

しかしながら、上記したように、同一サンプル
流体中の２つの成分の同時連続分析、あるいは、
２つの異なるサンプル流体について夫々の中に含
まれる特定成分の同時連続分析を行うに際して、
前記従来装置におけるように２つの検出器を用い
なければならないということは、 (ア) 分析装置が大型化すると共に製造コストが高
くつく、 という問題のみならず、 (イ) ２つの検出器毎にゼロ・スパン調整などの調
整を必要とするので、測定に要する手間が大き
く非常に面倒である、 (ウ) 各検出器の調整が十分で無く、２つの検出器
の間にゼロ調整誤差や感度差が存在する場合に
は、非常に大きな測定誤差が生じることにな
る、 といつた種々の問題を引き起こす。

そこで、このような問題を避けるために、ただ
１個の検出器を備えた分析装置を用いて、同一サ
ンプル流体中の２つの成分を交互に測定すると
か、あるいは、２つの異なるサンプル流体を交互
に測定するという、言わばバツチ処理的な分析方
法によることも考えられるが、その場合には、同
時連続測定を行えないために、測定データが不連
続になつてしまうという欠点があり、特に、前述
した差量法を用いた分析を行う場合には、測定精
度の大きな劣化を招く虞れがある。従つて、単に
検出器の個数を節約するためにのみ、このような
バツチ処理的分析方法を採用することは、流体分
析の本来の目的を大きく犠牲にすることになりか
ねず、得策とは言えない。

そこで、かかる従来実情に鑑みて、本考案者ら
は、鋭意研究の結果、マルチ流体変調方式という
画期的な手法を採用することによつて、ただ１個
の検出器を用いるだけでありながら、複数の（ま
たは複数の系に分流された）サンプル流体を、同
時にかつ連続的に分析することができる、全く新
規な流体分析方法ならびに流体分析装置を開発す
るに至り、その基本的概念については、昭和62年
12月11日付け出願の特許願および昭和62年12月12
日付け出願の特許願等の先願により、既に提案し
ているところである。

即ち、そのマルチ流体変調方式による流体分析
装置（方法については、この装置において適用さ
れている）とは、第６図に示す基本的概念図およ
び第５図に示す要部具体的構成図に示すところか
ら明らかなように、 複数（この例では２つ）のサンプル流体Ｓ１，
Ｓ２（これらは、もともと異なるものでも、ある
いは、単一のサンプル流体を２つの系に分流した
ものでもよい）を、夫々、比較流体Ｒ１，Ｒ２に
より互いに異なる周波数Ｆ１，Ｆ２（ヘルツ）で
流体変調するための流体変調手段Ｖ１，Ｖ２と、 ただ１個の検出器Ｄを有すると共に、前記流体
変調された各サンプル流体Ｓ１，Ｓ２が同時にか
つ連続的に供給される分析部Ａと、 前記分析部Ａにおける前記検出器Ｄからの出力
信号Ｏを、適宜周波数分離手段および信号整流・
平滑手段（この第６図においては概念的に示して
いる）を用いて、前記各サンプル流体Ｓ１，Ｓ２
に対する各変調周波数Ｆ１，Ｆ２の信号成分Ｏ
１，Ｏ２に分離して夫々整流および平滑化処理す
ることにより、前記各サンプル流体Ｓ１，Ｓ２に
関する分析値を得るための信号処理手段Ｂとから
成り、 更に、前記信号処理手段Ｂを構成するに、第７
図に具体的に示しているように、 前記検出器Ｄからの出力信号Ｏから、前記各変
調周波数Ｆ１，Ｆ２付近の帯域の信号のみを夫々
通過させる２つのバンドパスフイルターａ１，ａ
２を互いに並列的に設けと共に、 前記各バンドパスフイルターａ１，ａ２の後段
に、その通過帯域周波数Ｆ１，Ｆ２に対応する流
体変調手段Ｖ１，Ｖ２による実際の流体変調動作
に同期して、そのバンドパスフイルターａ１，ａ
２からの出力信号を検波整流する同期検波整流器
ｂ１，ｂ２を設け、かつ、 前記各同期検波整流器ｂ１，ｂ２の後段に、そ
れからの出力信号を平滑化するための平滑素子ｃ
１，ｃ２を設けてある、 というものである。

つまり、かかる構成を有するマルチ流体変調方
式による流体分析装置においては、例えばロータ
リーバルブとか２方切換電磁弁あるいは４方切換
電磁弁などで構成される適宜流体変調手段Ｖ１，
Ｖ２を用いて、比較流体Ｒ１，Ｒ２により互いに
異なる周波数Ｆ１，Ｆ２で夫々流体変調した２つ
の（または２つの系の分流された）サンプル流体
Ｓ１，Ｓ２を、ただ一個の検出器Ｄを有する分析
部Ａへ、同時にかつ連続的に供給することによ
り、先ず、そのただ一個の検出器Ｄから、全ての
サンプル流体Ｓ１，Ｓ２に対応する個々の測定信
号成分（Ｏ１，Ｏ２）が一括的に重畳されたひと
つの測定信号Ｏ（＝Ｏ１＋Ｏ２）を得る、という
従来常識では全く考えられなかつた特異な手法を
採用すると共に、次に、前記ただ一個の検出器Ｄ
からの出力信号Ｏを、例えば、前記第６図に例示
しているように適宜周波数分離手段と信号整流・
平滑手段とを組み合わせて構成された信号処理手
段Ｂを用いることにより、前記各サンプル流体Ｓ
１，Ｓ２に対する各変調周波数Ｆ１，Ｆ２の信号
成分Ｏ１，Ｏ２に分離して夫々整流および平滑化
処理するという信号処理を行うことにより、前記
各サンプル流体Ｓ１，Ｓ２に関する分析値を得る
ようにしてあるから、たとえ、同一サンプル流体
中の２つの成分の同時連続分析、あるいは、２つ
の異なるサンプル流体について夫々の中に含まれ
る特定成分の同時連続分析を行うに際しても、た
だ１個の検出器（センサー）を設けるだけで済
み、従つて、２つの検出器を必要としていた従来
一般の流体分析装置の場合に比べて、装置全体の
小型化および簡素化ならびにコスト低減を容易に
図れると共に、検出器の調整を容易かつ短時間に
行え、かつ、従来のように複数の検出器間のゼロ
調整誤差や感度差は生じ得ないことから、常に良
好な測定精度を確保できるという基本的に優れた
利点を有している。

しかも、前記信号処理手段Ｂとしては、例えば
フーリエ解析（周波数分離処理に相当する）およ
び絶対値平均化処理（整流・平滑化処理に相当す
る）などの数値解析の演算処理が可能なコンピユ
ーターを用いるとか、あるいは、ロツクインアン
プなどの電気回路を用いるというように、種々の
ソフトあるいはハードによる適宜手段を構成する
ことが可能であるが、上記流体分析装置において
は、特に前記第７図に示しているように、バンド
パスフイルターａ１，ａ２と、同期検波整流器ｂ
１，ｂ２と、例えばローパスフイルターやコンデ
ンサーで構成される平滑素子ｃ１，ｃ２と直列接
続して成る信号処理系列を２系列並列に設けた構
成としてあるため、前記のようなコンピユーター
あるいはロツクインアンプを用いる手段に比べ
て、非常に簡単でかつ安価に構成できるのみなら
ず、バンドパスフイルターａ１，ａ２のみでは不
十分である虞れがある周波数分離作用を同期検波
整流器ｂ１，ｂ２により補足してより一層精度の
良い周波数分離を行えるように構成してあるか
ら、例えば、ただ単にバンドパスフイルターのみ
により周波数分離した後で直ちに絶対値整流する
だけの構成のものに比べて、格段に優れた信号処
理性能（Ｓ／Ｎ比）を得ることができるという利
点もある。

ところが、上記したように種々の有用な利点を
備えているマルチ流体変調方式による流体分析装
置においても、なお次のような問題が残存してい
る。

即ち、前記第７図を用いて説明したように、前
記信号処理手段Ｂにおいては、プリアンプ２を介
して検出器Ｄから入力される測定信号Ｏを、先
ず、バンドパスフイルターａ１，ａ２によつて、
両サンプル流体Ｓ１，Ｓ２に対応する個々の測定
信号成分Ｏ１（周波数Ｆ１），Ｏ２（周波数Ｆ２）
に分離するのであるが、それら両流体変調周波数
Ｆ１，Ｆ２を十分に大きく異なるものに設定する
とか、あるいは、両バンドパスフイルターａ１，
ａ２として相当に鋭い周波数カツト特性を有する
高級なものを用いる、などといつた実用上非常に
困難な対策を講じない限り、それらにより確実な
周波数分離結果を得ることはできず、従つて、各
バンドパスフイルターａ１，ａ２を通過した信号
には、本来の周波数Ｆ１，Ｆ２の信号Ｏ１以外
に、どうしても他方の流体変調周波数Ｆ２，Ｆ１
のノイズ成分が混入してしまう、という相互干渉
影響が生じることになる。

このように、各バンドパスフイルターａ１，ａ
２を通過した信号の中に、相互干渉影響による他
方の流体変調周波数Ｆ２，Ｆ１のノイズ成分が混
入していると、下記のような不都合が生じる。

つまり、前記両流体変調周波数Ｆ１，Ｆ２は、
通常、任意に設定され得るものであるが、その場
合には、一般に、その信号が同期検波整流器ｂ
１，ｂ２によつて同期検波整流された後において
も、前記干渉ノイズ成分に対応した信号が、測定
誤差要因として残存してしまうことになる（つま
り、その平均値が０にならない）。

このことは、例えば、一方の流体変調周波数Ｆ
１を１Hz、他方の流体変調周波数Ｆ２を３Hzとし
た場合の例を示して第８図イ，ロから容易に理解
されるであろう。

なお、上記のような相互干渉影響による測定誤
差要因は、特に、第８図イから明らかなように、
低い方の周波数信号を測定信号とする系において
非常に大きく現れるが、第８図ロから明らかなよ
うに、高い方の周波数信号を測定信号とする系に
おいてはそれほど大きくは現れない（つまり、高
い方の周波数信号を測定信号とする系側から低い
方の周波数信号を測定信号とする系側への干渉が
大きい）という傾向があることが実験的に判明し
ており、また、それは上記第８図イ，ロのグラフ
から理論的にも検証することができる。

また、上記のような問題は、相互干渉影響によ
るノイズ成分に限らず、例えば、前記流体変調手
段Ｖ１，Ｖ２の機械的デユーテイのずれ等の他の
要因に起因する他の系の周波数Ｆ２，Ｆ１のノイ
ズ成分が混入している場合にも同様に生じるもの
である。

そこで、本考案者らは、上記のような「一方の
周波数信号を測定信号とする系における他方の周
波数信号の干渉ノイズ成分等に起因する測定誤
差」を可及的に低減させるために、更なる研究を
続けた結果、下記のような技術を開発し、それに
ついては、昭和62年12月24日付け出願の特許願に
より、既に提案しているところである。

それは、前述のような基本的構成を有するマル
チ流体変調方式による流体分析装置において、第
９図に示すように、前記両流体変調手段Ｖ１，Ｖ
２を、それらによる流体変調周波数Ｆ１，Ｆ２の
比が偶数または偶数分の１になるように設定する
（Ｆ１＝Hz，Ｆ２＝2hHzまたはその逆とす
る：ｈは整数）、ということである。

即ち、かかる構成を採用することにより、例え
ば、両流体変調周波数Ｖ１，Ｖ２を十分に大きく
異なるものに設定したり、あるいは、信号処理手
段Ｂにおける両バンドパスフイルターａ１，ａ２
として鋭い周波数カツト特性を有する高級なもの
を用いる、といつた実用上困難な手段を用いるこ
と無く、前述したような一方の周波数信号を測定
信号とする系における他方の周波数信号による干
渉ノイズ成分に起因する測定誤差等を、容易に低
減させることができる。

つまり、例えば、一方（低い方）の流体変調周
波数Ｆ１を１Hz、他方（高い方）の流体変調周波
数Ｆ２をその偶数倍（２倍）の２Hzとした場合に
おいて、第１０図イに示すように、低い方の周波
数信号（１Hz）を測定信号とする系におけるバン
ドパスフイルターａ１を通過した信号の中に、本
来の信号Ｏ１（１Hz）以外に、高い方の流体変調
周波数（２Hz）による干渉ノイズ成分が混入して
いたとしても、その信号を同期検波整流器ｂ１に
よつて同期検波整流すれば、前記ノイズ成分（２
Hz）は、その後における平滑素子ｃ１による平滑
値がプラス／マイナス相殺されて０になる形に同
期検波整流されることになり、従つて、平滑素子
ｃ１からは、本来の信号Ｏ１（１Hz）のみに対応
する正しい測定信号が得られることになる。ま
た、上記とは逆に、高い方の周波数信号（２Hz）
を測定信号とする系においても、低い方の周波数
信号（１Hz）による干渉ノイズ成分が同様にその
平均値がプラス／マイナス相殺されて０になり、
やはり、測定誤差の無い正しい測定信号が得られ
ることが、第１０図ロから容易に理解されよう。

なお、上記第１０図イ，ロにおいては、互いに
周波数を異にする本来の信号と干渉ノイズ成分と
が同一位相である場合について例示しているが、
第１１図イ，ロに示すように、それらの間に位相
ずれθがある場合でも、同様に、干渉ノイズ成分
はその平滑値がプラス／マイナス相殺されて０に
なる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記したように、「両流体変調
手段Ｖ１，Ｖ２を、それらによる流体変調周波数
Ｆ１，Ｆ２の比が偶数または偶数分の１になるよ
うに設定する」という工夫によつて、前記バンド
パスフイルターａ１，ａ２の遮断特性の悪さと
か、流体変調手段Ｖ１，Ｖ２の機械的デユーテイ
ーのずれ等の要因に起因するところの「一方の周
波数信号Ｆ１を測定信号とする系における他方の
周波数（Ｆ２）の干渉ノイズ成分に起因する測定
誤差の低減」という目的は達成されたものの、な
お、次のような問題が残つていることが判つた。

即ち、上記のようなバンドパスフイルターａ
１，ａ２の遮断特性の不完全さや、流体変調手段
Ｖ１，Ｖ２の機械的デユーテイーのずれ等の測定
誤差要因は、恒常的に生じる性質のものであるか
ら、前述のように「両流体変調手段Ｖ１，Ｖ２
を、それらによる流体変調周波数Ｆ１，Ｆ２の比
が偶数または偶数分の１になるように設定する」
という手段を用いれば、通常の（十分に長い）測
定時間内においてその平均値がほぼ０になるよう
にすることが可能であるが、第１２図に示すよう
に、例えば測定前のゼロ・スパン調整時等におい
て、一方の測定系（この例では流体変調周波数が
１Hzの側）の初期調整を行うために、その測定系
にサンプル流体Ｓ１としてゼロ流体を流していた
状態からスパン流体を流す状態に切り換えた場合
などのように、サンプル流体Ｓ１の濃度が瞬時的
に急変（例えばステツプ状に変化）したときに
は、他方の測定系（流体変調周波数が２Hzの側）
からの出力信号に、前記サンプル流体Ｓ１の濃度
急変時に対応する所謂ヒゲノイズｘ，ｘが過度応
答干渉影響として発生してしまうのである。シミ
ユレーシヨン結果によれば、このヒゲノイズｘ，
ｘの発生による測定誤差は数％に達することがあ
ることが判つている。そして、このような現象
は、図示はしていないが、他方の測定系（２Hzの
側）の初期調整を行う場合にも、一方の測定系
（１Hzの側）からの出力信号に同様に現れること
は言うまでも無く、また、ここで例示説明したゼ
ロ・スパン調整時においてのみならず、測定時に
おいても生じ得るものである。

なお、上記したような過度応答干渉影響による
ヒゲノイズｘ，ｘが生じる理由は、この種の急激
な濃度変化が任意のタイミング（位相）でかつ瞬
時的に発生するという性質を有しているためであ
り、従つて、かかる過度応答干渉影響によるヒゲ
ノイズｘ，ｘに起因する測定誤差は、前述したよ
うな恒常的に生じる性質の測定誤差要因のように
時間積分的にキヤンセルすることはできない。

本考案は、かかる実情に鑑みてなされたもので
あつて、その目的は、非常に簡素な構造改良を施
すのみで、上記したような一方の測定系に導入さ
れるサンプル流体の濃度急変時における、他方の
測定系に対する過度応答干渉影響によるヒゲノイ
ズに起因する測定誤差を可及的に低減させること
ができるようにせんとすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本考案は、第１図
の全体概略構成図（クレーム対応図）に示すよう
に、前述したような改良された基本的構成を有す
るマルチ流体変調方式による流体分析装置、即
ち、 ２つの（また２つの系に分流された）サンプル
流体Ｓ１，Ｓ２を、夫々、比較流体Ｒ１，Ｒ２に
より互いに異なる周波数Ｆ１，Ｆ２で流体変調す
るための流体変調手段Ｖ１，Ｖ２と、 ただ一個の検出器Ｄを有すると共に、前記流体
変調された各サンプル流体Ｓ１，Ｓ２が同時にか
つ連続的に供給される分析部Ａと、 前記分析部Ａにおける前記検出器Ｄからの出力
信号Ｏを、前記各サンプル流体Ｓ１，Ｓ２に対す
る各変調周波数Ｆ１，Ｆ２の信号成分Ｏ１，Ｏ２
に分離して夫々整流および平滑化処理することに
より、前記各サンプル流体Ｓ１，Ｓ２に関する分
析値を得るために、前記検出器Ｄからの出力信号
Ｏから、前記各変調周波数Ｆ１，Ｆ２付近の帯域
の信号のみを夫々通過させる２つのバンドパスフ
イルターａ１，ａ２を互いに並列的に設けると共
に、前記各バンドパスフイルターａ１，ａ２の後
段に、その通過帯域周波数Ｆ１，Ｆ２に対応する
流体変調手段Ｖ１，Ｖ２による実際の流体変調動
作に同期して、そのバンドパスフイルターａ１，
ａ２からの出力信号を検波整流する同期検波整流
器ｂ１，ｂ２を設け、かつ、前記各同期検波整流
器ｂ１，ｂ２の後段に、それからの出力信号を平
滑化するための平滑素子ｃ１，ｃ２を設けて成る
信号分析手段Ｂとから構成され、 そして、前記両流体変調手段Ｖ１，Ｖ２を、そ
れらによる流体変調周波数Ｆ１，Ｆ２の比が偶数
または偶数分の１になるように設定されているマ
ルチ流体変調方式による流体分析装置において、 前記各流体変調手段Ｖ１，Ｖ２への前記各サン
プル流体Ｓ１，Ｓ２の供給流路の途中に、夫々、
そのサンプル流体Ｓ１，Ｓ２の濃度急変時におけ
る他方のサンプル流体Ｓ２，Ｓ１の測定系への過
渡応答干渉影響を緩和するためのバツフアタンク
Ｃ１，Ｃ２を介装してある、 点に特徴がある。

〔作用〕

上記特徴なる手段を採用したことにより発揮さ
れる作用は下記の通りである。

即ち、上記本考案に係るマルチ流体変調方式に
よる流体分析装置によれば、前述したところの第
９図および第７図の組み合わせで構成される改良
された先行技術に係るマルチ流体変調方式による
流体分析装置を使用するので、「一方の周波数信
号Ｆ１，Ｆ２を測定信号とする系における他方の
周波数信号Ｆ１，Ｆ２の恒常的な干渉ノイズ成分
等に起因する測定誤差」を可及的に低減させ得る
という基本的な作用が発揮されることは勿論、前
記両流体変調手段Ｖ１，Ｖ２へのサンプル流体Ｓ
１，Ｓ２の供給流路の途中には、夫々、サンプル
流体Ｓ１，Ｓ２の濃度急変時における他方のサン
プル流体Ｓ２，Ｓ１の測定系への過渡応答干渉影
響を緩和するためのバツフアタンクＣ１，Ｃ２を
介装するという構成を採用しているから、第２図
に模式的に示しているように、たとえ、一方の測
定系に導入されるサンプル流体Ｓ１，Ｓ２の濃度
が急変（ステツプ状に変化）したとしても、その
サンプル流体Ｓ１，Ｓ２は、前記バツフアタンク
Ｃ１，Ｃ２においてその急激な濃度変化が緩和さ
れてから流体変調手段Ｖ１，Ｖ２へ供給されるこ
ととなり、従つて、前記バツフアタンクＣ１，Ｃ
２の容量を適当な大きさに設定しておくことによ
つて、その一方の測定系における本来の濃度測定
を支障なく行えると共に、他方の測定系に与える
過度応答干渉影響、即ち、ヒゲノイズｘ，ｘの発
生を可及的に低減させることができる。

〔実施例〕 以下、本考案に係るマルチ流体変調方式による
流体分析装置の具体的な一実施例を図面（第３図
ないし第５図）に基いて説明する。

第３図は、本考案の具体的な一実施例として構
成された差量法およびマルチ流体変調方式による
HC3成分の同時連続測定用流体分析装置を示し
ている。これは、例えば、大気や自動車排気ある
いは工場排気などのサンプル流体Ｓ中に含まれて
いるHC成分のうち、特に有害な成分であるノン
メタンHC（第２成分）濃度を分析するような場
合に用いられ、そのために、第１成分であるメタ
ン（CH₄）の単独濃度、および、それら第１、第
２両成分の総和として定義される第３成分の濃度
（トータルHC濃度）を直接測定し、それら両濃
度測定結果の差から前記第２成分であるノンメタ
ンHCの単独濃度を間接的に測定する構成とされ
ている。

即ち、サンプル流体Ｓを、第１サンプル流体Ｓ
１および第２サンプル流体Ｓ２として、２つの流
路に分流するように構成すると共に、前記第１サ
ンプル流体Ｓ１の流路は、その第１サンプル流体
Ｓ１の濃度急変時における他方の第２サンプル流
体の測定系への過渡応答干渉影響を緩和するため
のバツフアとしての機能と、その第１サンプル流
体Ｓ１の第２成分であるノンメタンHCを燃焼さ
せて除去するためのコンバーターとしての機能を
兼ね備えている触媒装置等から成るバツフアタン
クＣ１を介装することにより、第１成分であるメ
タン（CH₄）の単独濃度を測定するためのライン
とし、一方、前記第２サンプル流体Ｓ２の流路
は、単にその第２サンプル流体Ｓ２の濃度急変時
における他方の第１サンプル流体Ｓ１の測定系へ
の過渡応答干渉影響を緩和するためのバツフアと
しての機能のみを有するバツフアタンクＣ２を介
装することにより、第３成分濃度（トータルHC
濃度）を測定するためのラインにするように構成
されている。

そして、前記コンバーターとしての機能を有す
るバツフアタンクＣ１により変換された（つま
り、ノンメタンHCが除去されて、HCとしては
メタンのみを含んでいる）第１サンプル流体Ｓ
１、および、変換されない第２サンプル流体Ｓ２
（つまり、ノンメタンHCおよびメタンの両方を
含んでいる元のサンプル流体Ｓと同じもの）の両
サンプル流体Ｓ１，Ｓ２を、夫々、流体変調手段
Ｖ１，Ｖ２を用いて、比較流体Ｒ１，Ｒ２（一般
にはゼロガスが使用される）により、互いに異な
る周波数Ｆ１，Ｆ２（ヘルツ）（この例では、Ｆ
１＝１Hz，Ｆ２＝２Hz）で流体変調した（つま
り、サンプル流体と比較流体とを所定の周波数で
交互に通過させた）後、それら流体変調された各
サンプル流体Ｓ１，Ｓ２，Ｒ１，Ｒ２を、ただ１
個のHC検出器Ｄ（センサー）を有する分析部Ａ
へ、同時にかつ連続的に供給するように構成して
ある。なお、この場合には、前記分析部Ａにおけ
るHC検出器Ｄとしては、一般に、フレームイオ
ン検出器（FID）のようにサンプル流体が直接通
過するタイプのものが用いられるため、前記流体
変調された両サンプル流体Ｓ１，Ｓ２，Ｒ１，Ｒ
２は、混合状態で前記HC検出器Ｄへ供給され
る。

従つて、プリアンプ２を介して前記HC検出器
Ｄから出力される信号Ｏは、図中模式的に示して
いるように、両サンプル流体Ｓ１，Ｓ２に対応す
る個々の測定信号成分（Ｏ１，Ｏ２）が一括的に
重畳されたひとつの測定信号（Ｏ＝Ｏ１＋Ｏ２）
として得られることになる。

そこで、前記HC検出器Ｄからの出力信号Ｏ
を、この第３図においては概念的に例示している
ように、周波数分離手段Ｅと信号整流手段Ｆと減
算手段Ｇとを組み合わせて構成された信号処理手
段Ｂを用いて、前記各サンプル流体Ｓ１，Ｓ２に
対する各変調周波数Ｆ１，Ｆ２の信号成分Ｏ１，
Ｏ２に分離して夫々整流処理および平滑化処理す
るという信号処理を行うことにより、前記各サン
プル流体Ｓ１，Ｓ２に関する分析値、つまり、前
記第１成分（メタン）の単独濃度および前記第３
成分の濃度（トータルHC濃度）の測定結果を各
別にかつ直接的に得られるように構成されると共
に、それら両濃度測定結果の差から前記第２成分
（ノンメタンHC）の単独濃度を間接的に測定で
きるように構成されている。

而して、前記信号処理手段Ｂの具体的な回路構
成は第４図のブロツク回路構成図に示すようなも
のとされている。

即ち、前記プリアンプ２を介してHC検出器Ｄ
から出力された信号Ｏを、互いに並列に設けられ
た２系列の信号処理系列に分岐し、一方の信号処
理系列には、第１サンプル流体Ｓ１に対する変調
周波数Ｆ１（１Hz）の信号Ｏ１のみを分離して取
り出す（通過させる）ためのバンドパスフイルタ
ーａ１を設けると共に、その後段に、第１サンプ
ル流体Ｓ１に対する流体変調手段Ｖ１に付設され
た同期信号発生器１ａからの同期信号（流体変調
手段Ｖ１による実際の流体変調動作を表す信号：
１Hz）により、前記バンドパスフイルターａ１の
みでは不十分である虞れがある周波数分離作用を
補足してより一層精度の良い周波数分離を行える
と同時に、分離された交流を直流に変換できるよ
うに、前記バンドパスフイルターａ１からの出力
信号Ｏ１を同期整流するための同期検波整流器ｂ
１を設け、更に、その後段に、前記同期検波整流
器ｂ１からの出力信号を平滑化すると共に高周波
ノイズを除去するための平滑素子ｃ１としてのロ
ーパスフイルター（L.P.F）を設け、また、他方
の信号処理系列には、第２サンプル流体Ｓ２に対
する変調周波数Ｆ２（２Hz）の信号Ｏ２のみを分
離して取り出す（通過させる）ためのバンドパス
フイルターａ２を設けると共に、その後段に、第
２サンプル流体Ｓ２に対する流体変調手段Ｖ２に
付設された同期信号発生器１ｂからの同期信号
（流体変調手段Ｖ２による実際の流体変調動作を
表す信号：２Hz）により、前記バンドパスフイル
ターａ２のみでは不十分である虞れがある周波数
分離作用を補足してより一層精度の良い周波数分
離を行えると同時に、分離された交流を直流に変
換できるように、前記バンドパスフイルターａ２
からの出力信号Ｏ２を同期整流するための同期検
波整流器ｂ２を設け、更に、その後段に、前記同
期検波整流器ｂ２からの出力信号を平滑化すると
共に高周波ノイズを除去するための平滑素子ｃ２
としてのローパスフイルター（L.P.F）を設け、
更に、前記第１サンプル流体Ｓ１に関する信号処
理系における平滑素子ｃ１からの出力信号を−入
力とし、かつ、前記第２サンプル流体Ｓ２に関す
る信号処理系における平滑素子ｃ２からの出力信
号を＋入力とする減算手段Ｇとしての減算器ｇを
設けたものである。従つて、前記平滑素子ｃ１か
らは第１成分であるメタンの単独濃度の測定結果
が出力され、また、前記平滑素子ｃ２からは第３
成分の濃度（トータルHC濃度）の測定結果が出
力され、そして、前記減算器ｇからは第２成分で
あるノンメタンHCの単独濃度の測定結果が出力
される。

なお、上記信号処理手段Ｂとしては、フーリエ
解析（周波数分離処理に相当する）および絶対値
平均化処理（整流・平滑化処理に相当する）なら
びに減算処理などの数値解析の演算処理が可能な
コンピユーターを用いるとか、あるいは、ロツク
インアンプと減算器などの他の電気回路構成を用
いるというように、種々のソフトあるいはハード
による適宜手段で構成することが可能であるが、
本発明装置においては、特に、上記のように、バ
ンドパスフイルターａ１，ａ２と同期検波整流器
ｂ１，ｂ２と平滑素子ｃ１，ｃ２とを直列接続し
て成る信号処理系列を２系列並列に設けた構成と
してあるため、上記のようなコンピユーターある
いはロツクインアンプ等を用いる手段に比べて、
非常に簡単でかつ安価に構成できるのみならず、
バンドパスフイルターａ１，ａ２のみでは不十分
である虞れがある周波数分離作用を同期検波整流
器ｂ１，ｂ２により補足してより一層精度の良い
周波数分離を行えるように構成してあるから、例
えば、ただ単にバンドパスフイルターのみで周波
数分離した後で直ちに絶対値整流するだけの構成
のものに比べて、格段に優れた信号処理性能
（Ｓ／Ｎ比）を得ることができるという利点があ
る。

ところで、前記各流体変調手段Ｖ１，Ｖ２は、
サンプル流体Ｓ１，Ｓ２と比較流体Ｒ１，Ｒ２と
を所定の周波数で交互に切り換え得るものであり
さえすれば、その構成は任意であり、例えば、第
５図イに示すようなロータリーバルブで構成して
もよく、あるいは、第５図ロに示すような４方切
換電磁弁で構成してもよく、また、図示はしてい
ないが、３方切換電磁弁を用いて構成しても差し
支え無い。

なお、本考案は、上述した実施例のものに限ら
ず、例えばNOx（NO，NO₂、トータルNO）
COx（CO，CO₂、トータルCO）など他の種類の
３成分測定等についても適用可能であることは言
うまでもない。

〔考案の効果〕

以上詳述したところから明らかなように、本考
案に係るマルチ流体変調方式による流体分析装置
によれば、基本的には、前述したところの改良さ
れた先行技術に係るマルチ流体変調方式による流
体分析装置において、各流体変調手段への前記各
サンプル流体の供給流路の途中に、夫々、そのサ
ンプル流体の濃度急変時における他方のサンプル
流体の測定系への過渡応答干渉影響を緩和するた
めのバツフアタンクを介装してある、という非常
に簡素な構造改良を施すのみでありながら、「一
方の周波数信号を測定信号とする系における他方
の周波数信号の恒常的な干渉ノイズ成分等に起因
する測定誤差」を可及的に低減させ得るという基
本的な作用が発揮されることは勿論、『一方の測
定系に導入されるサンプル流体の濃度が急変した
場合における他方の測定系に対する過渡応答干渉
影響（ヒゲノイズの発生）に起因する測定誤差』
をも大幅に低減させることができる、という優れ
た効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本考案に係るマルチ流
体変調方式による流体分析装置の基本的概念を説
明するためのものであつて、第１図は全体概略構
成図（クレーム対応図）を示し、第２図はその作
用説明図を示している。そして、第３図ないし第
５図は、本考案の具体的な１実施例として構成さ
れた差量法およびマルチ流体変調方式による
HC3成分同時連続測定用流体分析装置を示し、
第３図はその全体概略構成図、第４図はその信号
処理手段のブロツク回路構成図、第５図イ，ロは
夫々その流体変調手段例の模式的構成図である。
また、第６図ないし第１２図は本考案の技術的背
景ならびに先行技術における問題点を説明するた
めのものであつて、第６図および第７図は、先行
技術にかかるマルチ流体変調方式による流体分析
装置の全体概略構成図、および、その信号処理手
段のブロツク回路構成図を示し、第８図イ，ロは
夫々その問題点の説明図を示し、また、第９図は
その問題点を改良したマルチ流体変調方式による
流体分析装置の全体概略構成図を示し、第１０図
イ，ロおよび第１１図イ，ロは夫々その作用効果
の説明図を示し、更に、第１２図はその別の問題
点の説明図を示している。 Ｓ１，Ｓ２……サンプル流体、Ｒ１，Ｒ２……
比較流体、Ｆ１，Ｆ２……流体変調周波数、Ｖ
１，Ｖ２……流体変調手段（ロータリーバルブ）、
Ｃ１，Ｃ２……バツフアタンク、Ａ……分析部、
Ｄ……検出器、Ｂ……信号処理手段、Ｏ……検出
器Ｄからの出力信号、Ｏ１，Ｏ２……各サンプル
流体Ｓ１，Ｓ２に対する各変調周波数Ｆ１，Ｆ２
の信号成分、ａ１，ａ２……バンドパスフイルタ
ー、ｂ１，ｂ２……同期検波整流器、ｃ１，ｃ２
……ローパスフイルター。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ２つの（また２つの系に分流された）サンプル
   流体を、夫々、比較流体により互いに異なる周波
   数で流体変調するための流体変調手段と、 ただ一個の検出器を有すると共に、前記流体変
   調された各サンプル流体が同時にかつ連続的に供
   給される分析部と、 前記分析部における前記検出器からの出力信号
   を、前記各サンプル流体に対する各変調周波数の
   信号成分に分離して夫々整流および平滑化処理す
   ることにより、前記各サンプル流体に関する分析
   値を得るために、前記検出器からの出力信号か
   ら、前記各変調周波数付近の帯域の信号のみを
   夫々通過させる２つのバンドパスフイルターを互
   いに並列的に設けると共に、前記各バンドパスフ
   イルターの後段に、その通過帯域周波数に対応す
   る流体変調手段による実際の流体変調動作に同期
   して、そのバンドパスフイルターからの出力信号
   を検波整流する同期検波整流器を設け、かつ、前
   記各同期検波整流器の後段に、それからの出力信
   号を平滑化するための平滑素子を設けて成る信号
   分析手段とから構成され、 そして、前記両流体変調手段を、それらによる
   流体変調周波数の比が偶数または偶数分の１にな
   るように設定されているマルチ流体変調方式によ
   る流体分析装置において、 前記各流体変調手段への前記各サンプル流体の
   供給流路の途中に、夫々、そのサンプル流体の濃
   度急変時における他方のサンプル流体の測定系へ
   の過渡応答干渉影響を緩和するためのバツフアタ
   ンクを介装してある、ことを特徴とするマルチ流
   体変調方式による流体分析装置。