JPH08170944A

JPH08170944A - 赤外線ガス分析計

Info

Publication number: JPH08170944A
Application number: JP33396094A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Ishimoto; 秀一石本; Tomohito Noyama; 智史野山
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1994-12-17
Filing date: 1994-12-17
Publication date: 1996-07-02

Abstract

(57)【要約】【目的】従来においては除去することが困難であった
オフセット信号を低減し、Ｓ／Ｎの良好な赤外線ガス分
析計を提供すること。【構成】光チョッパ６の回転周期に基づく同期信号ｓ
を移相回路１６によって適宜移相し、この移相された同
期信号ｓによって検出器出力ａを同期整流するように構
成された赤外線ガス分析計において、前記移相回路１６
に微調整機能をもたせるとともに、同期信号の信号ライ
ン１５に前記同期信号ｓを９０°ずらすことができる第
２の移相回路１７とこれをバイパスする回路１８とを並
列に設け、第２移相回路１７とバイパス回路１８とを択
一的に接続して、前記同期信号ｓの移相を調整すること
により、光チョッパ６の軸ずれに起因するオフセット量
をキャンセルできるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、サンプルガス中の特
定の成分の濃度を測定するための赤外線ガス分析計に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の赤外線ガス分析計は、例えば図４
に示すように構成されていた。すなわち、この図におい
て、１はサンプルガスＳの入口１ａ，出口１ｂを有する
サンプルセルで、その両端部は赤外透過性の窓で封止さ
れている。２は内部に比較ガスが封入されたリファレン
スセルで、その両端部が赤外透過性の窓で封止されてい
る。これらのセル１，２は並列的に配置されている。

【０００３】３，４はセル１，２の一方の側にセル１，
２に対応するように設けられた赤外光源である。５はセ
ル１，２の他方の側に設けられたコンデンサマイクロフ
ォン型検出器で、その二つの受光室５ａ，５ｂをセル
１，２に対応するように設けられている。

【０００４】６は赤外光源３，４とセル１，２との間に
介装される光チョッパで、図示してないモータによって
回転駆動され、赤外光源３，４によって発せられる光を
所定の周期でチョッピングするように構成されている。
７は光チョッパ６の回転周期を検出するフォトセンサ
で、その出力ｓは、移相回路８によって適宜移相され、
後述する同期整流回路１２に入力される。

【０００５】９はコンデンサマイクロフォン型検出器５
の出力側に形成される信号処理ラインで、プリアンプ１
０、バンドパスフィルタ１１、同期整流回路１２、平滑
回路１３がこの順に設けられる。なお、１４は出力点で
ある。

【０００６】このように構成された赤外線ガス分析計に
おいて、例えばサンプルガスＳ中のＣＯ₂（炭酸ガス）
濃度を測定する場合には、リファレンスセル２にＮ
₂（窒素ガス）あるいはＣＯ₂と同じ赤外吸収帯域を有
しないガスを比較ガスとして封入し、赤外光源３，４に
よってセル１，２をそれぞれ照射し、光チョッパ６が所
定の周期で回転している状態でサンプルガスＳをサンプ
ルセル１に供給する。これによって、コンデンサマイク
ロフォン型検出器５からＣＯ₂濃度に対応した交流信号
ａが出力され、これがプリアンプ１０およびバンドパス
フィルタ１１を経て同期整流回路１２に入力される。

【０００７】前記同期整流回路１２には、移相回路８に
よって適宜移相された整流用同期信号ｓが入力されてい
るので、この同期信号ｓによって前記交流信号ａが同期
整流され、さらに、平滑回路１３において平滑処理され
たＣＯ₂濃度を表す信号Ｖが出力点１４に出力される。
そして、既知濃度のＣＯ₂と信号との関係から信号Ｖに
対応するＣＯ₂濃度が得られる。

【０００８】上記構成の赤外線ガス分析計においては、
検出器出力ａをチョッピング周期に基づいて同期整流を
行っているので、ゼロ入力のときにおけるノイズを低減
できるといった利点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように構成した赤外線ガス分析計においても、赤外光源
３，４の電圧変動によるドリフトや、光チョッパ６の回
転数の変化によるドリフトや、コンデンサマイクロフォ
ン型検出器５の温度ドリフトや、経時変化によるドリフ
トなどが生ずることがあり、これらによって測定誤差が
生じていた。

【００１０】なお、上述の課題は、図４に示した赤外線
ガス分析計のみならず、サンプルガス側の信号とリファ
レンスガス側の信号をとるように構成されている赤外線
ガス分析計においても同様に生じているところである。

【００１１】ところで、前記バンドパスフィルタ１１の
出力には、二つのセル１，２のガス濃度差に比例する信
号と光チョッパ６の光軸のずれに起因する信号とが含ま
れるが、これらの信号には、一定の位相差がある。すな
わち、今、光チョッパ６における羽根の形状が図５に示
すように、中心角９０°の１／４円を対称的に配置した
ものであるものとする。

【００１２】そして、ガス濃度に比例する信号は次のよ
うになる。すなわち、図５（Ａ）に示すように、光チョ
ッパ６の回転中心６ａがサンプルセル１とリファレンス
セル２との中心を結ぶ線Ａ上の真ん中の位置にある場
合、リファレンスセル２とサンプルセルのチョッピング
のタイミングが全く一致するので、光チョッパ６がチョ
ッピングを行うと、リファレンスセル２側の光量、サン
プルセル１側の光量、ガス濃度に比例するガス信号は、
それぞれ、図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すようにな
る。

【００１３】一方、光軸のずれに起因する信号は次のよ
うになる。すなわち、図５（Ｂ）に示すように、光チョ
ッパ６の回転中心６ａがサンプルセル１とリファレンス
セル２との中心を結ぶ線Ａ上よりやや上方にあるものと
すると、光チョッパ６の開閉は、リファレンスセル２側
が早くなる。また、このとき、ガス濃度はセル１，２に
おいて互いに等しいとすると、光チョッパ６がチョッピ
ングを行うと、サンプルセル１側の光量、リファレンス
セル２側の光量はそれぞれ、図７（Ａ），（Ｂ）に示す
ようになり、光軸のずれに起因するオフセット信号（以
下、単にオフセット信号という）は、図７（Ｃ）に示す
ようになる。

【００１４】上記図７に示すように、上述のような構造
の光チョッパ６を用いた場合、図７（Ａ）に示した波形
は、ガス濃度に比例する信号であるが、この信号のピー
クＰと、図７（Ｃ）に示したオフセット信号とでは、９
０°±ｘ°だけ位相がずれている。また、前記ガス濃度
に比例する信号とオフセット信号とは、周波数が同じで
ある。

【００１５】上述のように、検出器出力ａを光チョッパ
６の回転周期に基づく同期信号ｓによって同期整流して
も、多少のオフセット信号が発生する。このオフセット
信号は、ノイズ成分であるため、できるだけこれを低減
する必要がある。

【００１６】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、従来においては除去することが困難であった
オフセット信号を低減し、Ｓ／Ｎの良好な赤外線ガス分
析計を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、サンプルガスが供給されるセルの一方
に赤外光源を有し、他方に検出器を有するとともに、光
源とセルまたはセルと検出器との間に設けられる光チョ
ッパの回転周期に基づく同期信号を移相回路によって適
宜移相し、この移相された同期信号によって検出器出力
を同期整流するように構成された赤外線ガス分析計にお
いて、前記移相回路に微調整機能をもたせるとともに、
同期信号の信号ラインに前記同期信号を９０°ずらすこ
とができる第２の移相回路とこれをバイパスする回路と
を並列に設け、第２移相回路とバイパス回路とを択一的
に接続して、前記同期信号の移相を調整することによ
り、光チョッパの軸ずれに起因するオフセット量をキャ
ンセルできるようにしている。

【００１８】

【作用】上述したように、検出器から出力される信号ａ
には、ガス濃度に比例する信号とオフセット信号とが含
まれており、それらの位相が互いに９０°ずれている。
したがって、光チョッパの回転周期に基づく同期信号を
移相する回路に微調整機能をもたせるとともに、同期信
号の信号ラインに前記同期信号を９０°ずらすことがで
きる第２の移相回路とこれをバイパスする回路とを並列
に設け、第２移相回路とバイパス回路とを択一的に接続
して、前記同期信号の移相を調整することにより、光チ
ョッパの軸ずれに起因するオフセット量をキャンセルす
ることができる。

【００１９】

【実施例】図１は、この発明の一実施例に係る赤外線ガ
ス分析計の構成を概略的に示す図で、この図において、
図４に示す符号と同じ符号は同一物であるので、その説
明は省略する。この実施例においては、光チョッパ６の
回転周期を検出するフォトセンサ７と同期整流回路１２
との間を結ぶ同期信号ライン１５に設けられる位相回路
として、同期信号ｓの位相を微調整することができる第
１の移相回路１６を設け、さらに、前記同期信号ライン
１５に第１移相回路１６の出力である同期信号ｓを９０
°移相する第２の移相回路１７とこれをバイパスする回
路１８とを互いに並列に設けるとともに、それらの後段
に第２移相回路１７とバイパス回路１８とを択一的に接
続する切換えスイッチ１９を設けている。

【００２０】なお、１６ａは第１移相回路１６に設けら
れる可変用ボリュームである。また、１９ａ，１９ｂ，
１９ｃは切換えスイッチ１９の第２移相回路側端子、バ
イパス回路側端子、同期整流回路側端子であり、１９ｄ
は切換え切片である。

【００２１】上記構成の赤外線ガス分析計によれば、検
出器出力ａをチョッピング周期に基づいて同期整流を行
っているので、ゼロ入力のときにおけるノイズを低減で
きるといった利点がある。そして、次のようにして、同
期信号の移相を調整することにより、オフセット量をキ
ャンセルすることができる。

【００２２】以下、図２および図３を参照しながら、調
整手順を説明する。（１）まず、ゼロガスをサンプルセル１に流して、サン
プルセル１とリファレンスセル２に対する光量が等しく
なるように調整する。

【００２３】（２）そして、切換えスイッチ１９を端子
１９ｂ側に切換えた状態で、つまり、第２移相回路１７
をバイパスした状態で、スパンガスを流し（または、前
記両セル１，２における光量バランスを調整して、模擬
信号を発生させてもよい）、調整ボリューム１６ａを適
宜操作することにより、同期信号ｓを微調整する。

【００２４】（３）次に、切換えスイッチ１９を端子１
９ａ側に切換えた状態で、つまり、第２移相回路１７を
同期信号ライン１５に介装した状態で、ゼロガスを流し
て第２移相回路１７によって移相が行われる。このと
き、第１移相回路１６において調整ボリューム１６ａを
適宜操作することにより、同期信号ｓを微調整する。

【００２５】（４）そして、切換えスイッチ１９を端子
１９ｂ側に切換えると、前記オフセット信号は、図２の
下段に示すように、符号Ｏ₁，Ｏ₂で示す部分が互いに
キャンセルできるようになり、つまり、オフセット信号
をゼロにすることができる。このとき、ガス信号は図２
の上段で示すように、ガス信号には、２〜３％程度ロス
が生ずる。

【００２６】しかしながら、上述のように、オフセット
信号を巧みに相殺でき、これをゼロとすることができる
ので、ガス信号が多少小さくなっても、ノイズ低減の効
果が大きく、Ｓ／Ｎを大いに向上させることができる。

【００２７】なお、前記光チョッパ６の介装位置は、セ
ル１，２と検出器５との間であってもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、簡単な構成によって、従来においては除去すること
が困難であった光チョッパの軸ずれに起因するオフセッ
ト信号をを巧みに除去することができる。したがって、
それに伴うノイズを大幅に低減することができ、測定精
度の高い赤外線ガス分析計を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の赤外線ガス分析計の一例を概略的に
示す図である。

【図２】前記赤外線ガス分析計の動作説明図である。

【図３】前記赤外線ガス分析計の動作説明図である。

【図４】従来の赤外線ガス分析計を概略的に示す図であ
る。

【図５】光チョッパと二つのセルとの関係を示す図であ
る。

【図６】従来技術の問題点を説明するための図である。

【図７】従来技術の問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１…セル、３…赤外光源、５…検出器、６…光チョッ
パ、１５…同期信号信号ライン、１６…移相回路、１７
…第２移相回路、１８…バイパス回路、ａ…検出器出
力、ｓ…同期信号、Ｓ…サンプルガス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サンプルガスが供給されるセルの一方に
赤外光源を有し、他方に検出器を有するとともに、光源
とセルまたはセルと検出器との間に設けられる光チョッ
パの回転周期に基づく同期信号を移相回路によって適宜
移相し、この移相された同期信号によって検出器出力を
同期整流するように構成された赤外線ガス分析計におい
て、前記移相回路に微調整機能をもたせるとともに、同
期信号の信号ラインに前記同期信号を９０°ずらすこと
ができる第２の移相回路とこれをバイパスする回路とを
並列に設け、第２移相回路とバイパス回路とを択一的に
接続して、前記同期信号の移相を調整することにより、
光チョッパの軸ずれに起因するオフセット量をキャンセ
ルできるようにしたことを特徴とする赤外線ガス分析
計。