JPH0989765A - 赤外線ガス分析器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 湿ったガスや混合物の湿度を測定する赤外線
ガス分析器を提供する。 【解決手段】 赤外線ガス分析器は、ガスの流れ中に置
かれたサンプルセル６５，１０９と、サンプルセルを通
過する選択した波長の赤外線放射源６１，１００および
サンプルセルを通過した赤外線を受光する赤外線検出器
６９，１１１と、からなる。赤外線検出器に入射した赤
外線は、測定するガスにより吸収する波長として選択さ
れている波長の１つによってガス流中の選択した物質の
濃度を測定する。好適な使用法は、少なくとも選択した
１つの波長が水で強力に吸収される医療用呼吸回路での
温度センサとしての利用である。加熱手段１３７はサン
プルセルに結合しており、サンプルセルに侵入する水を
蒸発させ、サンプルセルは内部バッフル１３５，１３
６，１４１，１４２を備え、放射窓１３３，１３４への
水の沈澱と凝結を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特にそのためだけ
ではないが、加湿されたガスの流れの湿度をインライン
感知で用いる赤外線ガス分析器に関する。この赤外線ガ
ス分析器の用途としては、例えば、病院において患者に
供給される加湿された呼吸ガスの湿度の検知があげられ
る。

【０００２】現在用いられる湿度センサは反応時間が少
し遅いものが多く、普通、高い相対湿度での使用に適さ
ない。生物医学関係の産業において、高い（６０〜１０
０％）相対湿度でにある移動する空気の流れの絶対温度
を高速応答時間で測定するのが望ましい。この応用例の
１つが空気吸入器を付けた患者の呼吸回路の湿度の測定
である。この場合、高速で移動する空気の流れの中で、
かつ水の凝結による影響を受けることなく、呼吸ごと
の、またはある一定周期ごとの積算湿度を知ることが望
ましい。本装置での空気の流れは、取り巻くチューブの
壁によりも暖かいため、チューブの壁と空気中に水滴が
生じる。また、サンプリング装置（吸入ポンプまたはバ
イパス・チューブなど）を用いずに、呼吸回路の湿度を
測定することが望ましい。このタイプの装置は、“メイ
ンストリーム”と呼ばれ、速度、簡単、そして静かな動
作という利点を備えている。さらに、湿度センサはどの
ような大きさまでも測定している湿度の影響を受けては
ならない。

【０００３】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】湿度
を測定する既存の市販の装置は、いくつかの周知の原理
に基づいて動作しており、例外なく利点と欠点とを備え
ている。乾湿球温度計は、湿式温度計と乾式温度計の間
の温度差を測定する装置である。これらは、普通、気象
観測または湿った空気が静止しているかゆっくりと移動
し、汚染の危険性がほとんどない室内またはチェンバで
用いられる。

【０００４】湿った空気の水分をその表面で吸着できる
高分子フィルムまたは多孔性セラミックからなる多くの
装置がある。この場合、測定可能な装置の物理的特性
（抵抗や容量など）に変化がもたらされる。これらの装
置は安価でＨＶＡＣと消費者用商品において人気が高
い。これらの装置の欠点は、精度が低く、長期間使用す
ると偏差や吸着表面の汚染が生じ、高い相対湿度で「水
びたし」になりやすいということである。このような欠
点により、相対湿度が高いことが多い医療用呼吸回路で
の用途を制限してしまう結果になる。

【０００５】冷却したミラーを用いて湿った空気の露点
を測定する装置は高価であるが、高い相対湿度の測定に
は非常に適しておりかつ精度も高い。この技術の欠点は
ミラー表面が汚染されやすく、静止した空気中でも装置
が良好に動作するということである。加熱した温度セン
サを用いて、湿った空気の熱伝導率を測定するいくつか
の市販の装置もある。これらの装置は空気の絶対湿度に
感応性があり、高い湿度にも充分に対応する。しかし、
測定は空気の流れとガス成分の相違により影響を受ける
こともある。呼吸回路において、測定湿度に影響を与え
るおそれのある高いレベルの酸素や麻酔性のガスが存在
する可能性がある。

【０００６】高速応答時間と空気の移動速度やガス成分
の変化に感応しない湿度測定方法の１つが赤外線による
湿度分析である。本発明の目的の１つは、上述した欠点
を克服する湿ったガスやガスの混合物の湿度を測定する
装置を提供することである。本発明のさらなる目的は、
改良された赤外線ガス分析器を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の赤外線ガス分析
器の好適な実施例を、本発明の用途はそのように制限さ
れていないが、呼吸する空気の流れの湿度を測定する本
発明の応用を参照して説明する。近赤外線や中間赤外線
（ＩＲ）スペクトルが試料を通過すると、試料の化学組
成を示す吸収帯域を知ることできる。空気中には５つの
主要な成分、すなわち、窒素、酸素、アルゴン、二酸化
炭素および水蒸気が存在する。もちろん、これらは、対
象構造になっているので窒素、酸素、およびアルゴンは
赤外線を吸収しない。二酸化炭素は、４．３μｍ波長に
強い吸収帯域を持ち、水蒸気は１．３５〜１．４５μ
ｍ、２．６〜２．８μｍ波長と５．５〜６．５μｍ波長
に吸収帯域を持っている。医療環境においては、別の波
長に吸収帯域を持つガス（麻酔性ガスなど）が空気中に
存在する。

【０００８】湿度の測定に赤外線吸収を用いる装置は以
下のように構成される。赤外線放射源（狭帯域または狭
帯域フィルタを備える）が配設されているため、放射は
ビームにコリメートされる。ビームはサンプル空気を含
むチェンバ（サンプルセル）を通過し、最終的に放射強
度を測定する赤外線検出器に入射する。赤外線フィルタ
は、水の吸収帯域の放射の１つだけを通過するように選
択されている。装置を加熱コイルで加熱して測定サンプ
ルセルでの凝結を停止する、すなわち、赤外線の放射強
度は凝結を停止させるのに充分な大きさである。光源に
多少の変調を加えることは、装置のノイズの減少と長期
安定性の向上に不可欠である。これは光源を直接変調す
るか機械的放射チョッパのある形態を用いて達成され
る。

【０００９】実際には、基準（基準サンプルセル）をと
して用いられる乾いた空気を含むチェンバと類似した構
成になる。サンプル検出器と基準検出器に入射する放射
量の差は、水蒸気により吸収された放射量である。この
差はサンプルセルの水蒸気の量、すなわち絶対湿度に関
係している。このタイプの装置は２ビーム、単一波長装
置として知られており従来の技術で広く知れ渡ってい
る。２ビーム、単一波長装置の欠点は、サンプルセルの
窓に汚染物が付着すると、測定精度が低下することであ
る。

【００１０】２ビーム法の代替方法はサンプルセルを用
いることであるが、サンプルセルを通して２つの異なっ
た波長が通過する。このうちの波長の１つは水吸収帯域
（測定波長）の内側に位置しており、それ以外は水吸収
帯域（基準波長）の外側に位置している。２つの波長は
普通２つの赤外線放射源を直接変調して、または単一赤
外線放射源を波長変調するか、放射経路にいくつかのバ
ンドパス干渉フィルタを交互に挿入するか、バンドパス
干渉フィルタを変調して発生する。赤外線検出器に入射
する放射量は、測定波長が通過中のサンプルセルの水蒸
気量に依存しており、基準波長が通過中の水蒸気の量と
は関係がない。従って、小さな交流信号が赤外線検出器
の出力に存在し、赤外線放射源の一定出力量に対してサ
ンプルセルの水蒸気で吸収される放射量に比例する。こ
れはサンプルセルの水の量、すなわち絶対湿度に関係し
ている。

【００１１】単一ビーム、２波長のこのタイプの装置は
従来の技術で周知である。このタイプの装置の利点は、
サンプルセルのウィンドウ表面のどのような低下も測定
波長と基準波長両方に等しく影響を与える（波長が接近
していると仮定する）、絶対湿度測定精度に影響を与え
ない。患者へ送る呼吸する空気を加湿する装置は、よく
知られており図１に示すものと類似した形態で提供され
ることがある。図１を参照する。加湿装置は底部２を備
える参照番号１で示され、電子制御回路を備えヒータプ
レート３内に加熱素子を持ち、ヒータプレートは加湿チ
ェンバ４の底部と接触している。加湿チェンバはガス入
力５とガス出力６を持つ。ガス出力６は呼吸用導管端８
で赤外線放射源へ加湿されたガスを供給する呼吸用導管
７へ接続するために設けられている。赤外線放射源は、
例えば、顔面マスクまたはチューブを挿入された患者へ
接続される。加熱素子９は呼吸用導管の中にも設けら
れ、湿ったガスが呼吸用導管中を移動するとき湿ったガ
スの凝結防止を助成する。加湿チェンバ４に存在する水
は、ヒータプレート３により加湿チェンバのガスを加湿
して所望の温度と湿度に熱する。通常、凝結は病院に入
院中の患者を医療用呼吸回路へ接続する呼吸用導管に発
生し、加湿されたガス源を供給する換気装置と加湿装置
を含む。呼吸用導管壁は装置により供給された加湿ガス
の温度に比較して、普通低い温度（周囲の大気の気温に
近い温度）にあるため呼吸用導管中に凝結が発生する。
これまで、呼吸用導管の中で水凝結の影響を受けず、同
時に高速に移動する空気の流れの湿度を充分な速度と精
度で測定する湿度センサは存在しなかった。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施例を説明する。
図２に一体型ユニットとしてサンプルセルを含む単一ビ
ーム、２波長赤外線湿度センサのブロック図を示す。単
一複数波長赤外線放射源６１を備える赤外線放射源から
の放射はレンズ６２によりビーム９９へコリメートされ
る。このビームはモータ６４により駆動される回転デュ
アルセグメント・フィルタ・アセンブリを通過する。回
転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリは、最初
にある波長をゲートし、それからフィルタが回転すると
き回転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリを通
して他の波長を通過する２つの狭帯域干渉フィルタ８
５，８６を含む。バンドパス干渉フィルタ８５は水の吸
収帯域にある赤外線を通過させる。バンドパス干渉フィ
ルタ８６は水吸収帯域を避け基準バンドパス干渉フィル
タ８６を構成する。

【００１３】次に、ビームはサンプルセルを通過し、こ
こを通って検知されるガス６６が流れ、ミラー６７に反
射して戻りサンプルセル６５を２回通過する。ビームは
レンズ６８によりゲルマニウム・フォトダイオード型で
ある赤外線検出器６９上の点に収束する。ビームはサン
プルセル６５を通って、複数回反射して水蒸気により放
射吸収が向上するか、全然反射されないが１回だけサン
プルセル６５を通過することに注意すべきである。

【００１４】赤外線検出器６９からの信号はプリアンプ
７０により増幅されて、出力信号はロックイン増幅器ま
たは同期デモジュレータ７２により同期して検出される
出力信号７１を発生する。ロックイン増幅器の出力は信
号処理およびディスプレイ回路３７で処理され、絶対湿
度の大きさを示す。反射光センサ型である位置センサ７
４は、回転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリ
６３上にあるマーク７５の検出に使用する。このセンサ
からの出力信号８０は、フェーズロックド・ループ７６
に結合して位置センサ７４からの信号と位相が同期し、
５０％のデューティ・サイクルを持つ信号７７を供給す
る。可変位相遅延回路７８は信号７７と同じであるが、
固定位相角でシフトされる同期信号７９を供給する。位
相遅延は、同期信号７９が回転デュアルセグメント・フ
ィルタ・アセンブリの１／２から他へ変化する光ビーム
のタイミングと正確に一致するように調節される。信号
７９はロックイン増幅器７２の同期に用いられる。

【００１５】モータ６４の速度は位相コンパレータ８１
を用いて制御し、信号８１の位相と発振器８２からの基
準周波数信号と比較する。位相コンパレータ８１の出力
は、ループ・フィルタ８３を通りモータに電源を供給す
る増幅器８４に入力する。この構成はモータの速度を制
御するフェーズロックド・ループを形成し、発振器８２
の周波数を等しくする。

【００１６】赤外線放射源６１は、白熱電球または赤外
光放射ダイオード（ＬＥＤ）などのような半導体赤外線
放射源が望ましい。赤外線放射源としてＬＥＤを用いる
と、供給される電流量を変化させて光出力の高速変調を
可能にする。赤外線放射源６１の波長範囲は、基準波長
および測定波長を包括するように選択しなければならな
い。

【００１７】乾いた空気がサンプルセルを通過すると、
赤外線検出器プリアンプの出力信号７１は、測定波長信
号と基準波長信号の２つのレベルの間で変化する。これ
らは、普通、バンドパス干渉フィルタ８５、８６の伝達
差、波長による赤外線放射源６１の出力差、赤外線検出
器６９とその他の要因の波長応答差によって等しくはな
らない。装置の「バランス」をとるため、または測定と
基準信号レベルを出力信号７１に等しくするには、赤外
線放射源６１に供給される電流量をフィルタ・ホイール
が回転しているとき２つのレベルの間で変化できる。こ
れは基準電圧８１Ａから供給される２つの電圧８８、８
９の間でアナログ・スイッチ９０により切り替えられる
入力を持つＶ／Ｃコンバータ８７からの赤外線放射源６
１を駆動して達成できる。スイッチ９０は、赤外線放射
源６１への電流が回転デュアルセグメント・フィルタ・
アセンブリ６３の回転時に２つのレベルの間で切り替わ
るように、同期信号７９により制御される。２つの電圧
８８、８９は調節可能分圧器９１を用いて調節され、そ
の結果、出力信号７１は測定波長と基準波長に対応する
２つの等しい信号をレベルを持つ。それから、装置は乾
いた空気で「バランス」がとれていると見なされ、ロッ
クイン増幅器７２の出力にゼロ信号が出力される。サン
プルセルに侵入する湿度も基準波長以上の測定波長で信
号が減衰し、これにより、出力信号７１を２つの異なる
信号レベルの間で変化させ、ロックイン増幅器７２の出
力は非ゼロになって絶対湿度に比例する。

【００１８】図３に１つの可能な構成を採っている回転
デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリ６３の正面
図を示す。８５、８６の半分に分かれている２つのバン
ドパス干渉フィルタは、それぞれ半円形をしており結合
してフィルタ９２を構成している。フィルタ９２はリブ
９４も含むフィルタ・ホルダ９３にはめ込む。リブ９４
はモータ６４のシャフトに接続して、回転時にフィルタ
を支える。リブ９４は赤外線が漏れないようにフィルタ
８５、８６間の結合部を覆う。

【００１９】図４に代表的な出力信号７１を示す。測定
波長と基準波長に対応する２つの信号レベル９５、９６
がある。これは放射ビーム９９がバンドパス干渉フィル
タ８５、８６を通過するとそれぞれ発生する。参照番号
９７、９８で示される領域は、放射ビーム９９が回転デ
ュアルセグメント・フィルタ・アセンブリ６３のリブ９
４により部分的あるいは完全に遮断される時間に対応す
る。このとき、信号７１は多少未定義になるため、リブ
９４により放射ビームがカットされている間ゼロレベル
の信号７１により割り込むか、期間９７のときレベル９
５と期間９８のときレベル９７を保持して、これらの信
号の一部を無視することは有益である。これらの方法を
実現する信号処理ユニット７０Ａは、プリアンプ７０と
ロックイン増幅器７２の間に挿入することができる。こ
のように出力信号７１はすべての時間で定義される。

【００２０】光学要素のあるものは温度に対し感応的に
なることがあるため、光学構成は通常の方法に従って温
度制御される。２波長、２ビーム装置の本発明の第２の
実施例は図５を参照して説明する。ここでもサンプルセ
ルは装置の一部である。２つの個別の赤外線放射器１０
０，１０１は赤外線放射器を形成し、各々からの放射は
レンズ１０２、１０３により２つの垂直ビーム１０４、
１０５にコリメートされる。赤外線放射源１００、１０
１は狭帯域タイプか、狭帯域フィルタと共に用いられる
広帯域赤外線放射源である。第１の赤外線放射源１００
は水の吸収帯域に一致するように選択された波長を持ち
測定波長を定義している。他の赤外線放射源１０１は水
の吸収帯域を避けるように選択されて基準波長を定義し
ている。

【００２１】２つの赤外線放射源１００、１０１は、そ
れらに供給される電流を切り替えオンとオフを交互に切
り替えている。発振器１１２は矩形波である２つのスイ
ッチング信号１１３、１１４を供給し、信号１１４は信
号１１３に対し１８０°位相が反転している。各矩形波
の電圧レベルは、調節可能分圧器１１５、１１６を用い
て低減させて、異なる振幅を持つ２つの矩形波信号１１
７、１１８を供給する。信号１１７、１１８は２つの赤
外線放射源１００、１０１をドライブするＶ／Ｃコンバ
ータ１１９、１２０へ供給される。

【００２２】ビーム１０４、１０５は、伝達／反射比が
約１：１のビームスプリッタ１０６で交差するように配
置されており、各ビーム１０４、１０５をほぼ均等にビ
ーム１０７、１０８に分割する。２つの赤外線ビーム１
０８の１つは、測定するガスを含む水蒸気で満ちたサン
プルセル１０９を通過し、レンズ１１０により赤外線検
出器１１１上の点にコリメートされる。放射ビーム１０
８はサンプルセル１０９を通して複数回反射し、水蒸気
により放射吸収を増加させる。赤外線検出器１１１から
の信号は、プリアンプ１２１により増幅して検出信号１
２２を出力する。ロックイン増幅器１２３は同期して検
出信号を検出し、絶対湿度に比例する出力信号１２４を
出力する。同期信号は発振器１１２によりロックイン増
幅器１２３へ供給される。出力信号１２４は信号処理お
よびディスプレイ回路１２５で処理され、絶対湿度の大
きさを示す。

【００２３】この実施例の赤外線放射源１００、１０１
は２つの異なった波長を持ち交互にオン、オフが切り替
えられる２つの異なった放射ビーム１０４、１０５を生
成する。各波長の順次ゲートのこの形態は第１の実施例
で用いられた回転デュアルセグメント・フィルタ・アセ
ンブリと同じである。各放射ビーム１０４、１０５の出
力強度は各調節可能分圧器１０５，１０６により決定さ
れる。調節可能分圧器１１５、１１６は、サンプルセル
１０９に水蒸気が存在しないとき信号１２２の２つの交
代レベルが等しくなるように調整される。装置は「バラ
ンス」がとれていると見なされ、ロックイン増幅器１２
３の出力はゼロになる。次に、サンプルセル１０９に入
る水蒸気は信号１２２の２つの交代レベルを異なったも
のにし、ロックイン増幅器１２４の出力１２４を絶対湿
度に比例させる。

【００２４】この実施例の改良において、赤外線放射源
の出力を安定させる手段が提供されている。レンズ１２
６は第２の赤外線検出器１２７上の点に放射ビーム１０
７の焦点を結ぶ。赤外線検出器１２７からの信号はプリ
アンプ１２８により増幅され、ロックイン増幅器１２９
により同期して検出され、サンプルセルに入る前の２つ
の波長のアンバランスの大きさである信号１３０を供給
する。信号１３０は各赤外線放射源１００、１０１へ供
給される電流量を制御して、２つの放射ビーム１０４、
１０５の比を一定に保つ制御ループで用いられる。この
ように、赤外線湿度センサのキャリブレーションは延長
される。なぜなら、赤外線放射源１００、１０１の放射
出力のどのような変動も信号１３０のバランスを変え、
赤外線放射源１００、１０１へ供給される電流を調整し
て、その結果、放射出力は前のように同じになる。この
概念は、回転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブ
リの前に放射経路へ第２の赤外線検出器を挿入して、単
一赤外線放射源の電源へフィードバックする第１の実施
例でも用いることができる。

【００２５】上述した第２と第３実施例の適切なサンプ
ルセルを図６と８に示す。図６にユーザによる矢印１４
０で示す方向への移動に応答して、赤外線湿度センサ・
ユニット１３９をはめ込むことができる装着可能サンプ
ルセル１３８の外観図である。装着可能サンプルセルの
利点は、サンプルセルが汚染されたとき、汚染された役
に立たないサンプルセルの洗浄に時間を費やすことなく
新しいサンプルセルに交換できることである。これは医
学分野の応用において特に重要である。

【００２６】医療用呼吸回路で赤外線湿度センサを用い
るとき、呼吸回路に存在する可能性のある水が光学経路
を妨害しないように、あるいはサンプルセルの窓に沈澱
しないように注意しなければならない。これは凝結を防
ぐためにサンプルセルを加熱して、またはサンプルセル
の窓の周囲に水バッフルか水バイパス・チューブを用い
て、あるいは空気と湿度は通すが水は通さない多孔質膜
を光経路の周囲に用いて防ぐことができる。

【００２７】図７に長方形の中心部とそれぞれの端にガ
ス入出口１３１、１３２を持つチューブとして形成され
るサンプルセルを示す。これらのはガス入出口は、標準
的な医療用呼吸回路コネクタを備えているので、サンプ
ルセルを医療用呼吸回路に接続することができる。測定
するガスはガス入出口１３１、１３２を通してサンプル
セルから入出力できる。赤外線放射は窓１３３、１３２
を通してサンプルセルを通過させることができる。バッ
フル１３５、１３６は窓１３３、１３４の周囲に設けら
れており、これらのバッフルはガス入出口１３１、１３
２を通して窓１３３、１３４へ水が流れるのを多少防止
する。実際、この水は窓の周囲に送られガス入出口１３
１、１３２を通して強制的に排出される。水バッフルの
代わりに、水をサンプルセルの窓の周囲を通過させるた
めに用いている。

【００２８】サンプルセルは赤外線湿度センサ・ユニッ
ト１３９の一部であるヒータ１３７によって全体的に加
熱される。このヒータはサンプルセルが赤外線湿度セン
サ中に挿入されたとき、サンプルセル１３８と接触す
る。ヒータ１３７の目的は、サンプルセルのどこかに凝
結するのを防ぐことである。ヒータへ供給される電源量
は、サンプルセルを通過する空気がサンプルセルによっ
て加熱や冷却されないように注意深く調節される。同一
温度でサンプセルから入出力する空気は重要である。な
ぜなら、センサが温度を変更すると湿度センサが測定し
ようとする装置を変更するからである。

【００２９】空気を媒介とする粒子とサンプルセルの窓
ヘ滴り落ちる水滴を防ぐことも必要である。これを防ぐ
ため図８に示すように「数珠形路」バッフルを用いるこ
とができる。このサンプルセルは図７に示すように同じ
タイプであるが、追加のバッフル１４１、１４２を備え
ている。これらのバッフルは空気をこの周囲で強制的に
移動させ、どのような大きな水粒子もこのバッフル表面
へ落下させる。

【００３０】赤外線ガス分析器のサンプルセルの窓を清
潔に保ち、正常に動作させることは非常に重要である。
これを支援するため、センサユニットへサンプルセルを
はめ込む前に取り外す窓カバーが設けられている。これ
は取扱中に発生する可能性のある不注意による指紋、ほ
こり、引っ掻き傷を防ぐ。赤外線湿度センサを使用する
前に、乾いた空気で充満させたサンプルセルでキャリブ
レートする必要がある。これは各サンプルセルが異なっ
た赤外線伝達特性を持つため必要である。これを乾いた
空気の流動源で行うには、実際常に便利であると限らな
いので、終端キャップで完全にサンプルセルを密封し、
乾いた空気を充満させてユーザに提供することを推奨す
る。このことはユーザがサンプルセルを赤外線湿度セン
サに装着して、キャリブレーションを実行し、湿度セン
サを正確に動作させるため終端キャップを取り外さなけ
ればならないことを意味する。

【００３１】

【発明の効果】赤外線ガス分析器は、ガス中に置かれた
サンプルセルと、サンプルセルを通過する選択した波長
の赤外線放射源と、サンプルセルを通過した赤外線を受
光する赤外線検出器とからなり、医療用呼吸回路での湿
度センサとしての用途に適している。

【００３２】本発明は、従来の装置に比較し、放射窓へ
の水の沈澱と凝結の低減、高速応答時間と空気の移動や
ガス成分の変化に感応しないなどの顕著な効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】加湿装置の外観を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例による赤外線ガス分析器の
ブロック図である。

【図３】図２に示す赤外線ガス分析器の回転デュアルセ
グメント・フィルタ・アセンブリの平面図を示す図であ
る。

【図４】図２に示す赤外線ガス分析器の赤外線検出器の
出力波形を示す図である。

【図５】本発明の第２実施例の赤外ガス分析器のブロッ
ク図を示す図である。

【図６】赤外線ガス分析器ユニットと脱着可能サンプル
セルの外観を示す図である。

【図７】サンプルセルの第１形態の縦方向の断面図であ
る。

【図８】サンプルセルの第２形態の縦方向の断面図であ
る。

【符号の説明】

２…底部 ３…ヒータプレート ４…チェンバ ５，１３１…ガス入口 ６，１３２…ガス出口 ７…呼吸用導管 ８…呼吸用導管端 ９…加熱素子 ６１…単一複数波長赤外線放射源 ６２，６８，１０２，１０３，１１０，１２６…レンズ ６３…回転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリ ６４…モータ ６５，１０９，１３８…サンプルセル ６７…ミラー ６９，１１１，１２７…赤外線検出器 ７０，１２１，１２８…プリアンプ ７２，１２３，１２９…ロックイン増幅器 ７３，１２５…信号処理およびディスプレイ回路 ７４…位置センサ ７５…マーク ７６…フェーズロックド・ループ ７８…可変位相遅延回路 ８１…位相コンパレータ ８２，１１２…発振器 ８３…ループ・フィルタ ８４…増幅器 ８５，８６…バンドパス干渉フィルタ ８７…Ｖ／Ｃ（電圧／電流）コンバータ ９０…スイッチ ９１，１１５，１１６…調節可能分圧器 ９２…フィルタ ９３…フィルタ・ホルダ ９４…リブ １００，１０１…赤外線放射源 １０６…ビームスプリッタ １３３，１３４…窓 １３５，１３６，１４１，１４２…バッフル １３７…ヒータ １３９…赤外線湿度センサ・ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール ジョン シーキンズ ニュージーランド国，オークランド，パン ミュア，カーバイン ロード 25

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線ガス分析器は、 少なくとも２つの選択した波長を持つ赤外線を発生する
   赤外線放射器（６１，１００，１０１）と、 測定波長を構成するため選択したガスにより強力に吸収
   される第１の選択波長および基準波長を構成するため前
   記選択したガスによる吸収量を最小化するように選択さ
   れた第２の選択波長と、 ガスのサンプルセルであって、前記サンプルセルを通っ
   て赤外線が伝播し、使用中の前記ガスが通過するもの
   （６５，１０９）と、 前記選択した赤外線の検出に適した赤外線検出器（６
   ９，１１１）と、 前記赤外線放射源と前記赤外線検出器の中間に配置され
   た前記サンプルセルを介して前記赤外線放射器と前記赤
   外線検出器の間の放射経路を形成する放射経路決定手段
   （６２，６７，６８，１０２，１０６，１１０）と、 前記第１と前記第２の選択波長を放射経路へ交互に出力
   し、前記サンプルセル（６５，１０９）を通して前記赤
   外線検出器（６９，１１１）へ送るゲート手段（６３，
   １１８，１１９）と、 前記ゲートの切り換えに用いる同期信号（７９，１１
   ３）を発生する同期信号発生手段（７４，７５，１１
   ２）と、 前記赤外線検出器（６９，１１１）の出力および前記赤
   外線検出器から前記サンプルセルを通過するガスの選択
   した濃度に比例する信号に変換するロックイン増幅器
   （７２，１２３）と、 前記赤外線放射器への電源（８１Ａ，１１２）と、 ２つのレベル間で前記電源出力と切り替える切り替え手
   段（９０，１１２，１１５，１１６）と、を備え、前記
   切り替え手段は前記同期信号（７９，１１３）に同期し
   て制御され、前記レベルは、前記サンプルセル（６５，
   １０９）の前記選択したガスの濃度がゼロになったと
   き、赤外線検出器（６９，１１１）からの出力信号の振
   幅を一定にするため予め決定されている、赤外線ガス分
   析器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の赤外線ガス分析器にお
   いて、前記赤外線放射器は、 前記選択した少なくとも２つの波長を発生する単一赤外
   線放射源（６１）と、 測定波長と基準波長の赤外線を交互に伝達できる前記サ
   ンプルセル（６５）の以前の前記放射経路（９９）に配
   置されている回転デュアルセグメント・フィルタ・アセ
   ンブリ（６３）と、を備え、同期信号を発生する前記同
   期信号発生手段は、前記放射経路（９９）を通過する前
   記回転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリの２
   つのセグメント間の遷移を検知し、これらの遷移を示す
   電気信号を発生する位置センサ（７４）と、を備える赤
   外線ガス分析器。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の赤外線ガス分析器にお
   いて、前記位置センサの出力は、フェーズロックド・ル
   ープ（７６）へ供給されて５０％のデューティ・サイク
   ルを持つ信号を発生し、前記同期信号（７９）を発生す
   るため可変位相遅延回路（７８）へ順に供給される赤外
   線ガス分析器。
4. 【請求項４】 請求項２または３のいずれかに記載の赤
   外線ガス分析器において、 回転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリ（６
   ３）のフィルタ以外の要素（９４）が放射経路を通過し
   たとき、遮断間隔を検出する検出手段と、 前記遮断期間中に赤外線検出器の出力から信号へゼロ信
   号を挿入するゲート手段（７Ａ）と、を備える赤外線ガ
   ス分析器。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の赤外線ガス分析器にお
   いて、検出した遮断期間中の遮断期間の直前のレベルで
   赤外線検出器からの信号を保持するゲート手段（７０
   Ａ）を備える赤外線ガス分析器。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の赤外線ガス分析器にお
   いて、前記赤外線放射器は、 前記選択した第１の波長の赤外線の第１の赤外線放射源
   （１００）と、 前記選択した第２の波長の赤外線放射の第２の赤外線放
   射源（１０１）と、 前記第１の赤外線放射源からの放射と前記第２の赤外線
   放射源からの放射を結合する前記サンプルセルの前の前
   記放射経路の放射結合手段（１０６）と、を備え、 前記電源は、前記第１の赤外線放射源への切り替えられ
   た第１の電源（１１９）と、 赤外線の第２の放射源への切り替えられた第２の電源
   （１２０）と、を備え、 前記スイッチング手段（１１２）は、赤外線の第１と第
   ２の放射源をそれぞれ交互に起動するため、前記第１と
   第２の電源の出力を交互に切り替え、前記同期信号と位
   相を同期させ、前記同期信号は電子的発振器（１１２）
   により発生する、赤外線ガス分析器。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の赤外線ガス分析器にお
   いて、前記放射結合手段は、 結合の後続放射経路（１０７）をドライブする放射スプ
   リット手段を備え、前記赤外線ガス分析器はさらに、前
   記後続放射経路に配置されている第２の赤外線検出器
   （１２７）と、 前記第２の赤外線検出器の出力から供給される第２のロ
   ックイン増幅器（１２９）と第１と第２の赤外線放射源
   （１００，１０１）によりそれぞれ発生された放射強度
   のアンバランスを示す信号（１３０）を発生する前記同
   期信号（１１３）を備え、第１と第２の赤外線放射源か
   らの放射強度比を一定に保つ両電源を制御する前記アン
   バランス信号（１３０）への応答手段と、を備える赤外
   線ガス分析器。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１つに記載の赤
   外線ガス分析器において、医療用呼吸回路を流れるガス
   またはガス混合物の湿度を測定する装置を備え、水の侵
   入またはサンプルセルに生ずる水を防止する防水手段
   （１３５，１３６，１３７，１４１，１４２）をさらに
   含み、前記防水手段は前記サンプルセルの周囲に設けら
   れているヒータ（１３７）を備える赤外線ガス分析器。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の赤外線ガス分析器にお
   いて、前記サンプルセルは、少なくとも１つの放射透過
   窓（１３３、１３４）を備え、前記防水手段は、窓表面
   に水が接触するのを防ぐため前記少なくとも１つの窓の
   周囲のサンプルセルに配置されているバッフル（１３
   ５，１３６）を含む赤外線ガス分析器。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の赤外線ガス分析器に
    おいて、バッフルの第２セット（１４１，１４２）は、
    前記窓表面を横断する前に、ガスが通過しなければなら
    ない迷路状の経路を形成するため前記サンプルセルに配
    置され、それにより、前記ガス中に含まれている水を誘
    導して前記バッフルの第２セットの上へ沈澱させる赤外
    線ガス分析器。