JPS5871440A - 赤外線ガス分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は非分散型赤外線ガス分析計に関し、特に、複数
の異なる外乱影響の作用が修正されたガス濃度表示を与
えるべく異なるタイプの赤外線検出器が共働する赤外線
ガス分析計に関する。

試料ガスの一成分の濃度を測定する場合、この測定は、
赤外線を試料ガスに透過させてその吸収赤外線を測定す
ることによって行なわれている。

波長領域を調べようとする成分が有する特有の吸収特性
の通過帯域に制限することにより、計器な調べようとす
る特定の成分に選択的に応答させることができる。

前記したタイプの計器は赤外線感知装置およびこれに用
いられる機構に基づいて分類できる。赤外線分析計の１
つのタイプは、赤外吸収が黒体検出器の使用によって測
定される分析計を含む。これらの検出器は、典型的には
サーミスタフレーク、熱伝対、ピロ電気型検出器のよう
な固体装置であり、該装置はこれがさらされた赤外線の
全ての量にのみ応答する。このタイプの検出器を使用し
た分析計では、前記検出器は、通常、調べようとする前
記成分の特性である吸収帯域を含む波長帯域にのみ前記
検出器を応答させる狭い通過帯域のフィルタを経て照射
される。このタイプの一つの分析計が、例えば、本願発
明者の一人であるシー・エヌ・シーダストラント９の米
国特許第３，９２０，９９３号明細書に示されている。

このタイプの他の°分析計は米国特許第３，５３９，８
０４号明細書に示されている。このタイプのさらに他の
分析計が１９７９年１１月２９日シー・エヌ・シーダス
トラント他によって出願された「スプリット検出器」、
Ｕ、Ｓ。

Ｓ、Ｎ、９８，４６９に開票されている。

他のタイプの赤外線ガス分析計は、感知が「Ｌｕ　ｆ　
ｔ−ｔｖｐｅｊ検出器としてよく知られている空気式検
出器によって行なわれる分析計を含む。これらの検出器
は典型的にはガスが充填された圧カー比容装置であり、
該装置は充填されたガスが有する吸収線の特定の波長で
吸収される赤外線の量にのみ応答する。このタイプの検
出器を使用する分析計では、調べようとする成分の濃度
の測定は試料セル丙に未知混合物の試料ガスが在るとき
の前記検出器の内圧と、前記試料セル内に示零ガスが在
るときの前記検出器の内圧との差に基づく。

空気式検出器を使用する分析計は、環境機械振動のよう
な外乱影響の作用を低減もしくは除去するために、二以
上の検出器を利用する。機械振動および衝撃の影響を修
正すべ（配置された一門の　。

空気式検出器を有するタイプの分析計は、米国特許第３
，７７０，９７４号明細書に記載されている。

赤外線源の強度変化を補償すべ（配置齋れた竺竺の空気
式検出器を有するタイプの分析計は、米国特許第３，１
３０，３０２号明細書に開示されている。

また、さらに前記試料ガス内の干渉混合物の影響を補償
する後者のタイプの分析計は米国特許第２．９２４，７
１３号明細書に記載されている。

種々のタイプおよび外形を有する空気式検出器を備える
分析計を記載した他の特許は、米国特許第２，９５７，
０７６号、同第３，８９８，４６２号、および同第４，
１５６．８１２号に示されている。

従来技術として、また黒体検出器および空気式検出器の
両者を有するタイプの赤外線ガス分析計が開発されてい
る。シー・エヌ・シーダストラント°他により１９８０
年１月３１日に出願された米国特許願で出願中である名
称「非分散型赤外線分析計における干渉ガスの影響を打
ち消すための方法および装置」のＵ、Ｓ、Ｓ、Ｎ、１１
Ｚ１７５には、それぞれが帯域フィルタを有する複数の
黒体検出器が試料セルと空気式検出器との間に配着され
た分析計が示されている。しかしながら、この分析計で
は、前記黒体検出器は各干渉混合物の影響を打ち消すの
に使用される信号を作り出すために供されている。

空気式検出器を利用する誤差消去の構成の共通する特徴
は、それらが光学的に直列的に接続された少な（とも二
つの空気式検出器を含むことである。この配列は、同様
な検出器に同様な方法で影響を及ぼす機械振動おシび衝
撃のような外乱影響の作用を効果的に打ち消すことがで
きるが、同様な検出器に異なった方法で影響を及ぼす赤
外線源の強度変化および干渉混合物の現出のような外乱
影響の作用を効果的に打ち消すことはできない。

これは、下流側の検出器が上流側の検出器を通して照射
されることにより、該上流側検出器の選択的な赤外線吸
収によって波長分布が変化した赤外線に下流側検出器が
さらされることに依る。その結果、両空気式検出器それ
自体は同じであっても、両者が異なる波長分布を有する
赤外線にさらされるという事実は、振動に関する誤差成
分が打ち消されると同じ方法で打ち消されるべき赤外線
源および干渉に関する誤差成分を有する信号を起生ずる
ことを妨げる。

また、一般的に、同様なタイプの検出器を備える分析計
の問題点は、異なるタイプの外乱影響を同時に修正する
ために、和犬れない修正要件を必要とすることに在る。

同じ方法で同様な検出器に影響を与える機械振動のよう
な外乱影響に対しては、同様な検出器の直列配置は修正
操作が容易となる。他方、同様な検出器に異なる影響を
与える赤外線源の強度変化および干渉混合物のような外
乱影響に対しては、同様な検出器の直列配置は修正操作
を妨げる。

例えば、同様なタイプの検出器の出力信号が振動に関す
る誤差成分を消去すべく結合されると、赤外線源および
干渉に関する誤差成分は消去されない。これとは逆に、
同様なタイプの検出器が赤外線源および干渉に関する誤
差成分の修正を可能とすべ（変更されると、撮動に関す
る誤差のための補償に対する能力は悪影響を受ける。従
って、従来では、複数の類似する赤外線検出器を使用し
た分析計は異なるタイプの外乱影響を同時に補償するこ
とはできなかった。

他方、最後に述べた出願中の前記米国特許願に記載され
た分析計は前記した問題の解決に向けられており、その
有用性は他の面に制限されている。

空気式検出器の上流側に一つ以上の黒体検出器が配置さ
れたものでは、前記空気式検出器で降下を生じる赤外線
の妨害が生じる。この問題は、あり得ることであるが、
二つの上流側黒体検出器の一つを赤外線源の強度変化の
監視に、また第２のそれを干渉濃度変化の監視に用いた
場合に複合する。

上流側の前記黒体検出器がこのような問題を克服するに
充分に小さければ、それらの出方信号の強度および信号
−ノイズ比は、受は入れられない程に低下してしまう。

従って、性能の兼ね合いという困難な問題が生じる。

本発明においては、環境機械振動および衝撃のような外
的原因によって引き起こされる誤差、赤外線源の強度変
化のような内的原因によって引き起こされる誤差および
干渉混合物の現出のような試料に関する誤差を同時に修
正する赤外線ガス分析計が提供される。この同時修正を
与える本発明の一つの特徴は、異なるタイプの複数の検
出器の使用に在る。より詳細には、本発明は、上流側の
空気式検出器を経て試料セルから赤外線を受けるべ（配
置された少な（とも一つの黒体検出器を含む。また、本
発明の前記分析は、好ましくは、前記試料セルを透過す
る赤外線にさらされることのない或はこれに感応しない
付加の空気式検出器を含む。後に詳述するように、この
配置は、前記分析計が必要に応じて、異なったタイプの
影響を生じる誤差を除去すべく、異なったタイプの検出
器間の類似性および相異性の両方の利点を利用すること
を可能とする。これによれば、いかなる一つのタイプの
複数の検出器の使用によっても除去し得ない複数のタイ
プの誤差を除去することができる。

複数のタイプの誤差を同時に修正する本発明の他の特徴
は、改良された信号処理回路の提供に在る。この回路に
おいては、同じタイプおよび異なるタイプの検出器から
の出力信号は、異なったタイプの複数の誤差信号成分を
互いに除去する割合で結合される。本発明によれば、種
々の信号の結合は、互いに他のタイプの誤差信号成分の
除去に影響を与えることな（、各タイプの誤差信号成分
の除去を行ない得る方法で達成される。この方法、によ
れば、全ての前記検出器の出力信号が結合された後、そ
の結果として導き出される信号は、異なったタイプの複
数の誤差を同時に含まない。

本発明は、複数の比較的広い間隔の吸収線が存在するス
ペクトル領域、すなわち、より一般的には、吸収特性に
よって占められる領域の比較的小部分のスペクトル領域
を含む赤外スペクトルをもつガス分子の測定に特に好適
である。例えば、そのようなスはクトル領域は、−酸化
炭素および塩化水系のような多くのへテロ−原子分子す
なわちヘテロ−原子ガスの種々の振動回転帯域（Ｖｉｂ
ｒａ−ｔｉｏｎａｌ−ｒ、ｏｔａｔｉｏｎａｌ　ｂａｎ
ｄｓ　）を含む。また、これらの帯域の使用は、本発明
の分析計が上流側の空気式検出器を通過する赤外線にさ
らされる一以上の黒体検出器を使用することを可能とす
る。前記した上流側および下流側の前記検出器の異なっ
た（はぼ相補的）スペクトル応答特性は、前記空気式検
出器および黒体検出器が波長のシングルバント９の２つ
の相互に排他的な部分に効果的に応答するという状況を
確立させる。その結果、前記黒体検出器が前記空気式検
出器を通してのみ赤外線を受けるという事実に拘わらず
、前記両検出器の出力信号が複数の異なるタイプの誤差
を同時に修正する方法で結合されることを妨げるという
前記両出力信号間の有害な相互影響が生じることはない
。

本発明が特徴とするところは、図示の実施例についての
以下の説明Ｉでより、さらに明らかとなろう・ 第１図を参照するに、本発明に沿って構成された赤外線
分ス分板針の光学的部分の断面図が、該分析計に使用す
るに好適な信号処理手段たる電気信号処理回路のブロッ
クダイナグラムと共に、示されている。第１図の前記分
析計は本発明の最も一般的な、すなわち有効な実施例を
表わし、前記分析計は、（＋２１　　機械振動および衝
撃のような、外的原因によって引き起こされろ誤差の影
響、Ｕ赤外線源の強度撮動のような、内、的原因によっ
て引き起こされる誤差の影響および　（ｃ１干渉混合物
の現出のような、試料に関する誤差の影響を除去するた
めの装置を含む。修正能力を犠牲にして第１図に示され
た前記装置のある部分を削除した本発明の他の実施例を
第３および第４図に関連して後述する。

第１図に示された前記分析計の光学的部分すなわち機械
的部分は、通常、赤外線源組立体１ｏと、試料セル組立
体２０と、検出器組立体３ｏとを含む。これらの組立体
は、共に、複数の出力信号を起生じ、該缶出力信号は調
べようとする成分の濃度、赤外線源強度、外部振動お、
よび干渉混合物の濃度の変化に一致して変化する信号成
分を含む。

第１図の実施例の電気的部分は、複数の誤差修正子致す
なわち誤差修正回路８０，９０，１００と、出力信号調
整回路１１０と、出方表示計１２０とを含む。前配演差
修正回路８０，９０および１００は、該回路からほぼ前
記した誤差成分の全てが除去された信号を前記調整回路
１１０および出力表示計１２０に与えるべく、本発明に
従って前記検出器組立体３０からの種々の出力信号を合
成する。

筑１図の前記分析計の前記機械的部分および電気的部分
は、実質的に調べようとする成分の濃度にのみ変化する
出力信号を発すべく共働する。

第１図に示されているように、前記組立体１０は、赤外
線源１２と、チョツノξ−プレー）４１４と。

チョッパーモータ１６とを含む。チョッパーブレード１
４は前記試料セル組立体２０を照射する前記赤外線源１
２による放射と周期的に遮断し、その典型的な断続周波
数は１０Ｈｚである。この遮断は、従来よく知られてい
るように、検出器組立体６０の出力信号の高周波ノイズ
および低周波ノイズの両者を低減させるために用いられ
る変調信号を前記検出器組立体６０に起生させる。前記
赤外線源１２は従来におけると同様な構成および作用を
有し、ここでは詳細を省略する。

第１図の試料セル組立体２０は全体に管状の試料セル２
１を含み、該試料セルはガス人口２２およびガス出口２
４を備え、分析すべきガス流を内部に収容する。前記セ
ル２１の上流端は赤外線透過窓２６により閉じられてお
り、該窓を経て試料ガスが前記放射源１２により照射さ
れる。前記セル２１の下流端は出力窓２８により閉じら
れており、該窓は好まし°（は前記セル組立体２０から
の赤外線の透過を、調べようとする成分の検出に利用す
る選択された吸収線を含む赤外線スはクトルに制限する
ための通過帯域を有する帯域フィルタから成る。そのよ
うな通過帯域および一組の吸収線の一例が第２図に典型
的な形態で示されている。

光学フィルタ２８の通過帯域の選択については後述する
が、試料セル組立体２０は従来におけると同様な構成お
よび作用を有する。従って、前記組立体２０の構成およ
び作用についての詳細は省略する・ 光学フィルタ２８を透過する赤外線のスペクトル分布か
ら調べようとする成分の濃度を決定するために、検出器
組立体３０が設けられている。第１図に示されているよ
うに、検出器組立体３０は空気式検出器４（１，５０お
よび黒体検出器６０゜７０を含む。本発明によれば、前
記黒体検出器６０．７０は、該検出器が前記試料セル組
立体２０からの赤外線を前記空気式検出器４０のみを経
て受は石ように、前記空気式検出器４０，５０の光学的
に下流の側に位置する。後述するようにこの配置は、黒
体検出器６０および７０が赤外線源１２からの赤外線の
最大量を受けることを可能とし、しかも黒体検出器６０
および７０が前記検出器４０によって赤外線の受領を妨
げられることを防止する。

第１図の実施例では、第１の空気式検出器４０は従来の
それと同様であり、上流側赤外線透過窓４２、下流側赤
外線透過窓４４、ダイヤフラムとして配置される感圧可
撓電極４６および固定電極４８を含む。後者の電極４８
は、前記検出器４０の出力端４０１ｍ接続されている。

前記検出器４０は、通常、該検出器が調べようとする適
量のガスで満たされることにより、該ガスに対する感度
が高められている。前記検出器４０がそのように満たさ
れかつ第１図に示されるように接続されると、出力端４
０Ｇの電圧は、電極４６．４８間のキャパシタンスによ
って決まり、このキャパシタンス変化は前記検出器４０
内のガス内に起生ずる圧力パルスの強度に依存する。ま
た、これらのパルスの強度は前記試料セル２１内の調べ
ようとする成分の濃度に依存する。前記した増感により
、前記検出器の出力端４０Ｇの電圧は入射線の第２図に
示された吸収線の波長で降下する部分を表わし、入射線
の他の部分はほぼ減衰することなく前記検出器４０を透
過する。

空気式検出器５０は、前記検出器４０と異なり赤外線透
過窓を備えないが、充填ガスを備えかつ前記検出器４０
におけると同様な空気式の一対の電極５６．５８を備え
る。空気式検出器５０は、ｌ　、　　　・ 好ましくは、該検出器が赤外線源１２から赤外線を受け
ることな（しかも前記検出器４０におけると同様な環境
機械振動に応動すべく配置される。

この関係は、前記検出器４０の出力端４０ｆｆの信号が
振動に関連する振動誤差成分を含む範囲で、前記検出器
５０の出力端５０（２の信号に同じ撮動誤差成分が含ま
れることを確実とする。この状況は、振動誤差修正手段
すなわち振動誤差修正回路８０内で、前記検出器４０の
出力信号からの所望の信号成分を除去することなく該出
力信号からの振動誤差成分を除去することを可能とする
。

前記した状況を得るために、前記検出器５０は第１図に
示されているように前記検出器４０の上方にこれと並行
に配置され、あるいは、可撓性を有する前記電極４６．
５６が同一面もしくは平行面にあるように前記検出器４
０の側方に配置される。第１図に示す前者の配置例が容
易ではあるが両検出器あ出力端４０ａおよび５０ａの振
動誤差成分間のより正確なトラッキングを得る上で、後
者の配置例力干好ましい。舅かしながら、電気回路が第
１図に示されているように、物理的方向性における１８
０度の差違を補償するために、両検出器４０および５０
の出力間で１８０度の位相のずれを生じさせるならば、
前者の配置例を用いることができる〇 黒体検出器６０，７０は、それぞれサーミスタフレーク
のよ゛うな赤外線固体応答装置を含む。第１ａ図に部分
的に最も明確に示されているように前記検出器６０．７
０はスロットが設けられ゛た絶縁部材６４の対向するア
ームに設置されており、該絶縁部材はスロット６４ｈを
絶縁部材６６に適合させることにより該絶縁部材に設置
されている・絶縁部材６４．６６は、前記検出器６０．
７０が前記試料セル組立体２０を経る赤外線を受けるよ
うに前記検出器を位置決めるべ（、ハウジング、６Ｂの
内部に固着できる。ハウジング６８の内部は集束反射面
１例えば放物面を構成することから前記検出器６０．７
０の設置構造は反射ハウジング６８の内部を２つの集束
要素６８（１，６８ｂ　に分割し、該各集束Ｉ素はこれ
に入射する赤外線な該焦束要素に関連する前記検出器に
集速させる。これにより、前記両検出器６０．７０は、
比較的高い信号レベルで動作し、その結果、高いＳＮ比
を示す。

前記検出器６０．７１％第１図に示されているように接
続されると、前記検出器６０は、その出力端６０σに、
該検出器に入射する赤外線の総合量に応じた大きさの出
力信号を出力する。同様に前記検出器７０は、その出力
端７０１Ｋ、該検出器に入射す真赤外線の総合量に応じ
た大きさの出力信号を出力する。空気式検出器４０は、
前記したように、前記赤外線源１２からの赤外線エネル
ギーの第２図に示された吸収線の波長で現われる部分に
のみ依存する出力信号を生じるが、雨検出器６０，７０
のスペクトル応答はこれと異なる。

第が図に象徴的に示されたタイプの吸収スペクトルを有
するガスでは、前記赤外線源１２からの全赤外線のうち
のこれらの吸収波長で降下する部分は前記フィルタ２８
の帯域内の全エネルギーの小部分であり、従って、黒体
検出器６０，７０の出力信号の大きさは、（後述するあ
る近似の目的のために）前記検出器４０からの出力信号
の大きさに実質的に依存しないと見なし得る。この関係
は前記フィルタすなわち帯域フィルタ２８が比較的広い
通過帯域を有するように選択されれば、第２図に示され
たようなタイプの吸収スペクトルを有しない二酸化炭素
のよう゛なガス（（ついても適することが理解されよう
。

空気式検出器４０の出方信号の干渉誤差成分を除去する
ために用いられる修正信号を前記黒体検出器６０．７０
の出方信号から引き出すべ（、前記帯域フィルタ２日の
通過帯域よりも狭い通過帯域を有する帯域フィルタ７４
が高配黒体検出器　′７０の前方に配置されている。前
記フィルタ７４の通過帯域は、好ましくは、該フィルタ
がフィルタ２８の帯域における除去されるべき干渉混合
物による最も強い吸収帯域を含む赤外線部分を検出要素
たる検出器７ｏに透過させるように、選択される。例え
ば、調べる成分が一酸化炭素であり、主要な干渉物が水
であったとすると、前記フィルタ７４は、第２図に示さ
れているように、その通過帯域が前記フィルタ２ｏの通
過帯域内にある水の最も強い吸収帯域の大部分を含むよ
うに選択される。

前記検出器７０は帯域フィルタを含むが、他方前記検出
器６０はこれを含まないことから、雨検出器６０．７０
はある意味では似ているが相異る出力信号を起生ずる。

例えば、雨検出器６０，７０の出力信号は、その両者の
大きさが前記赤外線源１２からの赤外線の強度によって
直接変化するということで同じである。他方、前記雨量
力信号は干渉混合物の濃度に応じて変化する成分を含む
がこの干渉混合物に対する雨検出器６０，７０の感度は
異なる。より詳細には、帯域フィルタ７４の存在によっ
て、干渉混合物の濃度変化は、前記検出器６０の出力信
号におけるよりも前記検出器７０の出力信号により大き
な割合変化を与える。

これは、第２図に示されているように、水により吸収さ
れる赤外線エネルギーが前記フィルタ２８を透過する全
エネルギーに比較して比較的小さくかつ比較的狭い帯域
のフィルタ７４を透過する全エネルギーに比較して比較
的大きいことによる。

これらの類似性および相異性の意義は、第１図の信号処
理回路に関連して後述する。

本発明においては、第１図に示された信号処理手段たる
信号処理回路は、多数の妨害作用の効果を同時に除去す
るために、前記検出器４０ないし７０間の類似性および
相異性の両者を利用する。

例えば、前記信号処理回路は、前記検出器４０のｍ力信
号からの干渉誤差成分を除去するために、類似の検出器
６０および７０間の相異性を利用する。さらに、前記検
出器４０の出力信号の前記赤外線源による誤差成分を除
去するために、前記赤外線源の強度変化は非類似の検出
器４０および６０に同様な作用を及ぼすという事実を利
用する。

最後に、前記検出器４０の出力信号の振動誤差成分を除
去するために、類似の検出器４０および５０は、外的振
動に同様な応答を示しかつ調べようとする成分の濃度の
変化に異なる応答を示すという事実を利用する。さらに
、前記した出力信号の結合すなわち合成の方法は、他の
必要な誤差修正を行なうために、前記回路の性能に影響
を及ぼすことなく各誤差修正を確実に行ない得るように
定められている。

前記信号処理回路の詳細を述べるに先立ち、埋解を容易
にするために、調べる情報たる所望の成分を有する元信
号すなわち主信号であって所望の最終出力信号を得るた
めに種々の誤差信号成分が除去される主信号を明確にす
る。頷１図の実施例では、前記主信号は空気式検出器４
０によって得られ、その出力端４０ａの信号として現わ
れる。

しかしながら、この信号は、外的振動および衝撃によっ
て引き起こされる振動誤差成分、前記赤外線源の強度変
化によって引き起こされる赤外線源に関する誤差成分お
よび試料セル２１内の干渉混合物の現出により引き起こ
される干渉誤差成分を含む。前記した所望の信号成分に
影響を及ぼすことな（前記した誤差成分の影響を除去す
る信号処理手段すなわち前記信号処理回路にらいて述べ
る。

前記検出器の出力端４０ａの主信号から前記振動誤差成
分を除去するために、第１図ではＤＣブロッキングコン
デンサＣ□およびＣ２を介して前記検出器４０，５０に
接続された振動誤差修正手段すなわち振動誤差修正回路
８０が設けられている。

この修正回路８０は、振動誤差修正信号起生手段たる振
動誤差修正信号起生回路８０−１および信号結合手段た
る信号結合回路８０−２を含んで示されている。前記信
号起生回路８０−１は、その入力端８０−１　ａおよび
８０−１　ｂのそれぞれに前記検出器４，０　、５０か
らの未処理のＡＣ出力信号を受け、該信号をその出力端
８Ｏ−１Ｃおよび８Ｏ−１ｄのそれぞれにおける適正な
大きさの濾波されたＤＣ信号に変換する。前記信号結合
回路８０−２は、その入力端８Ｏ−２ａおよび８Ｏ−２
ｈに前記信号起生回路８０−１の出力信号を受はンその
出力端に、前記した振動誤差成分を実質的に含まない、
撮動誤差が修正された信号ｖＰを出力すべく、前記岡山
力信号を減算する。

第１図の実施例では、前記信号起生回路８〇−１は、好
ましくはゲインの制御が可能の第１および第２の緩衝増
幅器８３．８４と、第１および第２の帯域フィルタ８５
，８６と１ｗ、１および第２゛の整流フィルタ回路８７
．８８とを含む。前記増幅器８３．８４は、それぞれ前
記検出器４０．５０から受ける前記出力信号のレベルの
絶対値の太きさを増大させる。また、前記増幅器８３．
８４は前記検出器４０．５０からの前記出力信号の相対
的な大きさを適正に調１整する。好ましくは、前記赤外
線源１２が消されまた前記計器すなわち検出器４０，５
０が連続的な機械振動下におかれたときに前記回路８０
−１の出力端８Ｏ−ＩＣおよび８Ｏ−１ｄの信号が互い
に等しくなるように、前記増幅器８３．８４のゲインが
調整される。これは、前記信号結合回路８０−２でこれ
らの信号が連続的に減算されると、出力端８０−２０の
出力信号が零となることを確実とする。また、この関係
は、前記赤外線源１２が点灯され、また前記試料セルに
成分が未知のガスが導入されたとき、前記出力端８Ｏ−
２０ｆ）、出力信号が前、記振動属よって影響を受けな
い信号成分のみを含むことを確実とする。

比較的狭い通過帯域を有しかつ前記赤外線源組−立体１
０のチョッピング周波数を中心周波数とするそれぞれの
帯“域フィルタ８５．８６は、前記検出器４０．５０の
出力信号から調べようとする成分の濃度に変化を与える
ことのない高周波および低周波の信号成分を除去する。

このフィルタ作用は、各フィルタ回路８５．８６の前記
出力端に、前記組立体１０によって決まる周波数の交流
波形の最大撮幅（ｐｅａｋ　ａｍｎｌｉｔｕｄｅ）　　
によって調べようとする情報の所望成分を搬送する信号
を与えることにある。前記帯域フィルタの構成および作
用は従来よく知られており、帯域フィルタ８５，８６の
詳細は省略する。

整流フィルタ回路８７．８８は、前記フィルタ８５．８
６の交流出力電圧を受け、該電圧を、前記検出器４０．
５０からの出力信号の強度に比例した大きさの比較的リ
ップルを含まない直流電圧に変換する。この変換は、前
記検出器４０．５０からの前記出力信号を後に詳述する
第１図の他の誤差修正回路からの信号との結合を容易と
する一般的すなわち標準的な形態にする上で、望ましい
。

前記フィルタ回路８７，８８の構成および作用は従来と
同様であり、その詳細を省略する。

前記したように、振動誤差修正信号起生回路８０−１は
、その出力端ｓ　ｏ　＝　１．ＣＫ、前記検出器４０か
ものガス計測交流信号（撮動成分を含む）に応じた、該
信号から引き出されるアナログＤＣ信号を生じさせ、ま
たその出力端８Ｏ−１ｄＫ。

前記検出器５０からの振動信号の大きさにのみ応じた。

該信号から引き出されるアナログＤＣ信号を生じさせろ
。また、前記出力端８Ｏ−ＩＣの前記信号の大きさは前
記出力端８Ｃ１−Ｉ　Ｄの前％２信号の大きさに応じて
変化することから、後者の信号は振動誤差修正回路とし
て用いるのに適正な大きさを有することが理解できよう
。

振動の誤差が修正された信号Ｖｐを得べく前＝己回路８
０−１により得られた前記信号を結合するために、信号
結合回路８０−２が設けられて（する。

第１図の実施例では、信号結合回路８０−２＆ま演算増
幅器を・ら成る加算増幅器８９を含み、前記演算増幅器
は前記入力端８０−２０に接続される夛ト反転（ｎｏｎ
−１ｎｖｅ　ｒ　ｔ、ｉｎｇ、）入力端８９ａ、前記入
力端８Ｏ−２ｂに接続される反転（ｉｎｖｅｒｔｉｎｇ
）入力端８９ｂおよび前記出力端８ｏ−２ｃに接続され
ろ出力端８９Ｃを有する。前記増幅器８３，８４におけ
ると同様、前記増幅器８９は、ゲインの調整が可能であ
る゛ことが好ましい。前記した増幅器の接続により、前
記増幅器８９の出力端８９Ｃの信号は、該増幅器に前記
回路８０−１から加えられる信号の代数的加算に応じて
変化し、その結果、振動誤差修正回路８０の出力端８０
−２０における信号■Ｐは振動に関する誤差信号を含ま
ないことが理解できよう。これは、出力表示計１２０に
完全に修正された出力信号を与えるための多段の誤差修
正過程における第１段階の完了を意味する。

振動の誤差が修正された信号Ｖｐを、さらに前記試料セ
ル内の混合物による干渉の影響を除去すべ（修正するた
めに、第１図の前記信号処、皿回路は干渉誤差修正手段
すなわち干渉誤差修正回路９Ｄを含む。前記回路９０は
、干渉誤差修正信号起生手段たる干渉誤差修正信号起生
回路９０−１および信号結合手段たる信号結合回路９０
−２を含んで示されている。修正信号起生回路９ｏ−１
は、その入力端９Ｏ−１ａおよび９Ｏ−１ｂのそれぞれ
に前記黒体検出器６０．７０から生じた出力信号を受け
、またその出力端９０−１’に前言己信号Ｖｐの干渉誤
差成分とほぼ等しく〜大きさを有する干渉誤差修正信号
ＶＢＢを起生すべく、配置されている。加算増幅器９９
を含む信号結合回路９０−２は、その各入力端９ｏ−？
および９〇−２ｂに前＝ａ倍信号ｐおよびＶＢＢを受け
、またその出力端９０−２０に干渉誤差が修正された信
号すなわち干渉誤差成分が除去された信号を起生すべ（
、配置されている。本発明によれ４イ、前言己巳路９０
の誤差修正効果は、他の誤差修正回路８０および１００
の誤差修正動作に不利な影響を及をヂすことな（得られ
る。

干渉誤差修正信号起生回路９０囁は、それぞれが振動修
正信号起生回路８０−１の対応する部分と電気的および
機能的に同様な、ゲインを調整可能の増幅器９２，９３
．帯域フィルタ９４゜９５および整流フィルタ回路９６
．９７を含む。

従って、前記回路９２ないし９７の個別の説明＆！省略
する。

また、干渉誤差修正信号起生回路９０−１は。

ポテンションメータの形態を有１する混合手段たる信号
混合素子９８を含む。後述するよう一％混合手段すなわ
ち混合素子９８は、その出力端９〇−１０に振動誤差、
が修正された前記信号Ｖｐの干渉誤差〜成分にはぼ等し
い大きさを有する干渉誤差修正信号ＶＢＢを起生すべく
、黒体検出器７０の出力信号から得られた信号ＶＢＢ　
１の調整可能の、７一部（ａｎ　ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ
　ｆｒａｃｔｉｏｎ）を黒体検出器６０の出力信号から
得られた信号の調整可能の相補性の一部（ａｃｏｍｐｌ
ｅｍｅｎｔａｒｉｌｙ　ａｄｊｕｌｔａｂｌｅ　ｆｒａ
ｃｔｉｏｎ）と結合する。これは、前記回路の出力端９
０−２０に干渉および振動゛が修正された信号ＶＱすな
わち干渉誤差成分および振動誤差成分の両者が除去され
た信号を起生すべ（、前記信号結合回路９〇−２に前記
両信号の結合を可能とする。干渉誤差修正回路９００作
用を第１ｈ図に示された方程式群を参照して述べる。方
程式（１）ないしく３）を参照するに、単色赤外線波長
をλとして、空気式検出器４０および黒体検出器６０お
よび７０のそれぞれの出力電圧の大きさを表わす数学的
関係が示されている。これらの方程式において、量Ｓは
波長λの前記赤外線源１２からの放射強度を現わし、ａ
ＳＳは前記試料セル内の調べようとする成分の濃度を現
わし、Ｃ’ＩＳは前記試料セル内の干渉混合物の濃度を
現わし、Ｌｓは前記試料セルの光路長を現わし、　ａｓ
ｐは空気式検出器４０における調べようとする成分の濃
度を現わし、ＬＰは空気式検出器４０の光路長を現わし
、　（ｌ　ｏ　＋　Ｑ　１およびａ２は調べようとする
成分の吸収係数を現わし、ｈｏ、ｂｌおよびｈ２は干渉
混合物の吸収係数を現わし　Ｋ／に′　およびに′２は
適正な比例定数を現わす。前記赤外線源１２は多様な波
長を起生ずることから、前記検出器４０．６０および７
０により起生される実際の電圧は方程式（１）ないしく
３）の右辺を各方程式に関する帯域フィルタの通過帯域
の全波長の範囲について積分することによってのみ計算
できることが理解できよう。

通常の場合におけるように、調べようとする成分および
干渉混合物の成分の濃度が比較的低いと指数方程式（１
）ないしく３）は方程式（４）に示された近似値を用い
て単純化することができる。この近似値を用い、前記し
た積分の履行および符号８３．８５および８７等で示し
た回路の作用を考慮すると、方程式（１）ないしく３）
は方程式（５）ないしく７）で示された形に書き代える
ことができる。この後者の方程式（５）ないしく７）で
は、プライムのない定数に、に１．に２が方程式（１）
ないしく３）の定数に／　、　Ｋ／１．　Ｋ’２　　と
他の定数との結合値を表わす。

より詳細には、空気式検出器４０の出力信号は振動修正
回路８０により処理された後、前記回路の出力端８Ｏ−
２Ｃに電圧Ｖｐ　として現われ、方程式（５）で示され
るように、赤外線源強度Ｓに関連しかつ試料ガスの各成
分の濃度に関連する大きさを有する。同様に、前記検出
器６０および７０の出力信号は、前記回路９２ないし９
７により処理された後前記フィルタ回路９７および９乙
の出力端にそれぞれ電圧ＶＢＢＩおよびｖＢＢ２　　と
して現われ、それぞれ方程式（６）および（７）で示さ
れる大きさを有する。方程式（５）ないしく７）におい
て、係数α。。

α１．ａ２は、調べようとする成分の濃度に対する各前
記検出器の感度と考えることができ、また、係数す。、
　ｈ、　、　ｈ２は干渉混合物に対する各前記検出器の
感度と考えろことができる。

本発明においては、前記回路９０−１の出力電圧ＶＢＢ
は、該信号ＶＢＢの前記赤外線源の誤差成分が前記信号
ＶＢＢ　１およびＶＢＢ２の相対割合の変化に影響を受
けないように、電圧ＶＢＢＩの調成可能な一部が電圧Ｖ
ＢＢ２の調整可能な一部と混合されることにより起生さ
れる。この関係は、方程式（８）によって表わされ、該
方程式にはパラメータεが導入されており、これにより
前記信号ＶＢＢ　１および■ＢＢの係数の合計がεの全
ての値について１となる。この関係は前配電圧ＶＢＢお
よびＶｐがεの全ての値で前記赤外線源強度Ｓに比例す
ることを意味する。これは、前記電圧ＶＢＢの干渉誤差
成分の大きさが前記信号ｖＰのそれに等しくなるように
調整可能とする。また、これは、前記信号ＶＢＢおよび
Ｖｐが前記信号結合回路９２で代数的に結合されたとき
、方程式（９）で示されているように、その結果の信号
ｖＱが、実質的に干渉誤差成分を含むことな（しかも前
゛記赤外線強度Ｓに比例することを可能とする。このよ
うに、干渉混合物の影響は、前記赤外線源強度の変化の
影響を修正するための前記作号処理回路の性能に不利な
影響を及ぼすことな（除去される・ 第１図の実施例でｉ、方程式（８）の係数εおよび（１
−ε）は、信号混合系子たるポテンションメータ９８の
両端に前記信号ＶＢＢＩおよびＶＢＢ２を印加しかつ前
記ポテンションメータのワイパアームを前記回路９０−
１の出力端９０−　Ｉ　Ｃに接続することにより、得ら
れる。この接続は、前記ポテンションメータの抵抗の一
端と前記ワイパとの間の前記ポテンションメータ抵抗値
のパーセンテージとしてεを与え、また前記ポテンショ
ンメータの抵抗の他端と前記ワイパ尼の間の前記抵抗値
のパーセンテージとして（１−ε）を与える。前記混合
手段たる混合要素９８が方程式（８）に示されているよ
うに前記信号ＶＢＢＩおよびＶＢＢ２に関連する出力信
号ｖＢＢを起生しているという事実は、システムの接地
（舘１図の電圧の全てはこれに関する）と、前記回路出
力端９Ｏ−ＩＣとの間での電圧の合計により確認するこ
とができる。

前記干渉誤差修正回路９０が前記した結果を起生ずる方
法について述べる。方程式ααを参照するに方程式（６
）および（７）を方程式（８）に代入し、さらにこの代
入により得られた方程式および方程式（５）を方程式（
９）に代入しそ結果が示されている。方程式θ０）は前
記信号結合回路９０−２の出力電圧を最も一般的な形態
で表現する。導き出された方程式他）では、ＣＩＳおよ
びＣ８ｓを含む項がまとめられ、またＣＩＳおよびＣｓ
ｓのいずれをも含まない項がまとめられている。その結
果、方程式ＱＯＩは、それぞれが第１ｂ図に示された大
括弧で閉じられた３つの主たる部分を含むように最も見
やす（整理されている。

方程式ＱＯ）の第１の部分を参照するに、該部分はガス
を流すことのないギヤリプレーシュ／の間に涼１図の前
記回路に前配信ＭＶＰ、　ＶＢＢＩ、　ＶＢＢ２を与え
るゲインを適正に調整することにより、零に等しくでき
ることを表わす。この調整は、ガスを流さない間方程式
０αの第２および第３の部分が等しく零になることから
、容易に行なうことができる。この調整のＩＶＩＫｌお
よびに２は互いに等しくなるように調整され、従って、
εの変化による影響が除去される。その後にに’４に□
およびに２の値に等しくすることは、εおよびＳの全て
の値に対して前記第１の部分の全てが零になることを保
障する。このように調整されると、Ｋ、に１．に２の各
値は変化せず、その結果、方程式ｏｉ）の前記第１の部
分は前記分析計の以後の全ての作動状況下において零に
等しく維持される。

方程式Ｑｌの第２　（ＣＩＳを含む）部分餐参照するに
、該部分は、前記分析計が調べようとする成分を含まず
に干渉混合物を多量に含むガスの供給を受けるキャリブ
レーションの状況下において、εの値を適正に調整する
ことによって零に等しくなる。この調整は、先の調整に
よって前記第１の部分が零に等しくなっておりかつ調べ
ようとする成分が無いこと姥より方程式ａαの第６の部
分が零に等しくなっていることから、容易に行ない得る
。

この調整が行なわれると、決められたεの値は。

方程式０αの第２の部分が干渉混合物の全ての濃度に対
して零に等しくなることを保障する。

前記した調整に鑑み、前記信号結合回路９〇−２の出力
信号電圧ＶＱは方程式旧）で示された式に整理できるこ
とが理解できよう。後者すなわち方程式ｆｉｌ）では、
括弧内の各項は感度の単位を表わす定数値を有し、方程
式０１）の全ての括弧部分を新たな変数α′　に置換す
ることができ、該変数ａ′は方程式（１０の大括弧部分
に等しくかつ第１図の前記分析計の調べようとする成分
に対しての全体的な実効感度を表わす。この実効感度ａ
／を方程式旧）に代入する・ことにより、これを方程式
（１２１に整理することができ、該式は、信号結合回路
９０−２の出力端における電圧ＶＱが振動あるいは干渉
に関する誤差成分を含まずかつ赤外線強度Ｓに比例する
ことを示す。このように、電圧ＶＱを得ることにより、
本発明による多段修正過程における第２段階が完了する
・ 前記信号ｖＱの残りの赤外線源に関する誤差成分を除去
するために、第１図１（は赤外線源誤差修正手段たる赤
外線源誤差修正回路１ｏｏが設けられており、該回路は
赤外線源誤差修正信号起生手段すなわち赤外線源（誤差
）修正信号起生回路１００−１および信号結合手段すな
わち信号結合回路１００−２を含む。前記起生回路１０
０−１は、黒体検出器６０の出力信号を受けるべ（接続
される入力端１００−１ａを有し、前布赤外線源強度Ｓ
に応じて変化する大きさの赤外線源修正信号Ｖｓをその
出力端１００−１ｈに起生すべ（動作する。前記信号結
合回路１００−２は、前記修正回路９０から干渉および
振動の誤差修正を受けた信号ＶＱを受けるべ（接続され
に人力端１００−２ａと、前記信号起生回路１００−．
１から赤外線修正信号Ｖｓ　を受けるべ（接続された人
力端１００−２５とを有する。前記信号結合回路１００
−２は、その出力端１００−２０に、前記赤外線強度Ｓ
の変化に実質的に無関係の大きさを有する、前記赤外線
源に関する誤差が修正された信号ｖＦを出方すべく前記
両信号ｖＱ　＋　’　ｖｓを結合する。本発明１／Ｉ：
′、よれば、この信号結合作用は先ｊ（なされた全ての
修正効果を維持する方法によりなされ、これにより撮動
、干渉および赤外線源に関する誤差成分を同時に含まな
い最終出力信号ｖＦが得られる。

前記修正信号起生回路１００−１は、ゲインの調整が可
能の増幅器［１２と、帯域フィルタ回路゛１０３と、整
流フィルタ回路１０４とを含む。これらの回路は、電気
的および機能的に、前記起生回路８０−１および９０−
１のそれぞれ対応する回路におけると同様であり、前記
回路１０２ないし１０４の個別な詳細は省略する。

、第２図に関連して先に説明したように、前記フィルタ
２８の通過帯域は、２つの判断規準の一方に適合するよ
うに選択されている。すなわち、吸収線間に前記黒体検
出器６０および７０を励起するに充分なエネルギが在る
スペクトル領域を有する一酸化炭素のような分子すなわ
ちガスでは、前記フィルタ２８の通過帯域は充分に狭（
設定される。広い吸収特性で特徴付けられる二酸化炭素
のような他の分子すなわちガスでは、前記フィルタ２ｇ
の帯域は、前記黒体検出器６０および７０を励起するに
充分なエネルギーの透過を許すように広く設定される。

このいずれか一方への適合は。

前記黒体検出器６０．７０がこれに向けられた全赤外純
エネルギーに応じて変化する出力信号を起生ずるという
事実と共に、調べようとする成分の濃度とは無関係であ
りしかも前記赤外線源１２の強度に直接比例する出力信
号を前記検出器６０に起生させる。同様に、信号Ｖｓ’
　　の干渉成分の影響は、少なくとも前記赤外線強度変
化の大きな影響に比較して、無視し得うる。従って、前
記回路１００−１の出力端１００−１ｈの信号ＶＳは近
似式ＫＳで示され、ここでＫは比例定数を示す。

第１図の実施例では、信号結合回路１００−２は、好ま
しくはアナログ除算器１０６を含み、該除算器はその入
力端１００−２αの信号（ＶＱ）がその入力端１００−
２ｂの信号（ＶＳ）で除されるように接続され、またそ
の出゛力端が出力端１００　　、−２０に接続されてい
る。前記アナログ除算器の内部構造およびその作用は従
来よ（知られており。

前記除算器すなわち除算回路１０６の構成および作用の
詳細は省略する。

前記したように、信号結合回路１００＝２の各入力端の
信号ｖＱおよびＶｓはそれぞれ前記赤外線源強度Ｓに比
例することから、一方の入力信号における赤外線の強度
変化は他方の入力信号における赤外線の強度変化により
相殺され、その結果、出力端１００−？に前記赤外線強
度Ｓに無関係の信号ｖＦが起生される。前記したように
、前記信号ＶＱは実質的に振動および干渉に関する誤差
成分を含むことはな（、また前記信号ＶＳは振動および
干渉に関する成分をほとんど含まないことから、前記赤
外線誤差のための前記修正は、前記修正回路８０および
９０により得られた効果を太き（損なうことな（達成し
得る。従って、前記修正回路１００の出力端における信
号ｖＦは振動。

干渉および赤外線源に関する誤差が同時に修正されてお
り、増幅器１１［１による増幅のような所望の後処理を
経て出力表示計１２０に適用される。

このように、新たなりＦは本発明により達成される多段
修正過程の最終段階の完了を示す。

要約するに、第１図の実施例の実施例は、異なる検出器
の類似性および相異性の両分を利用することにより、タ
イプの異なる誤差酸のそれぞれを同時に除去すること゛
を企図していることが理解できよう。さらに、第１図の
実施例は、各誤差成分の除去が他の誤差成分を除去する
ための前記回路の性能に悪影響を及ぼさないように達成
し得るように、前記した検出器からの信号を結合する信
号処理回路を企図することが理解できよう。

第１図の実施例では、各修正回路８０，９０゜／ １００がそれぞれの修正作用を容易に理解し得るような
形式で示されている。しかしながら、゛第１図の前記信
号処理回路の種々の部分を前記した結果を達成し得るよ
うに変えることができる。例えば、加算増幅器８９の入
力端が前記増幅器８６および８４の出力端に直接接続さ
れ、また単一の帯域フィルタおよび単一の整流フィルタ
回路が前記増幅器８９の出力端と前記回路の出力端８０
−２Ｃとの間に結合されていても、電圧ｖＰは影響を受
けないであろう。他の実施例として、加算増幅器８９お
よび９９によりなされる連続的な加算は。

６入力端子ケ有する一つの加算増幅器！前記回路８０−
１および９０−１の出力端５ｏ−ｉＣ。

８０−１　ｄおよび９Ｏ−１Ｃ１７１：（調整可能の適
切な抵抗器を経て）接続することにより、行なうことが
できる。−さらに他の実施例として、前記増幅器１０２
の入力端が前記検出器６０の出力信号ではな（信号ＶＢ
ＢＩを受げるべ（接続されて（・る場合、前記回路１０
０−１の前記フィルタ１０３および整流フィルタ回路１
０４を不要とすることができる。従って、本発明の実施
は、第１図に示されたと同様な信号処理回路を使用する
ことに限定されるものではない。

第１図の実施例に沿っての前記した説明にお℃・て、前
記信号処理回路の各アナローグミ低回路が行なう機能を
アナログ或はデジタルコンピュータのいずれか一方によ
って行なうことができる。アナログコンピュータでは、
所望の結果を得るに必要なプログラミングコネクション
は第１図に示された固定結線とほぼ同様となる。他方、
デジタルコンピュータでは、第１図に示された種々の回
路の機能は、前記各検出器の出力信号が適正なアナログ
−デジタル変換器によってデジタル化されると減算あす
るいは除算サブルーチンのようなプログラムステートメ
ントの実行によって行なわれる。従って、そのようなコ
ンピュ７タ手称はここに示した配線回路手段と実質的に
等しく、本発明に含まれる。

特別な適用においては、前記誤差のうちのある誤差が充
分に小さく、従って、第１図の前記分析計の誤差修性能
力の一部が不要となることがある。

これとは逆に、前記分析計のコスト蒔よび複雑化の低減
を図るために、第１図に関して説明した誤差修正のいく
つかを比較的低い精度で行なう゛ことが望まれる。低精
度および低コストの分析計の一例が第３図の実施例とし
て示されている。

第３゛図の実施例は第１図のそれとほぼ同様であり、こ
れと同様な機能をなす部分には同じ参照符号が付されて
いる。しかしながら、第６図の実施例は第１図のそれと
、い（つかの点で異る。一つの相違点は、第６図の実施
例が一つの黒体検出器６０′のみを含む検出器組立体６
０′を備える点に在る。この黒体検出器６０／は適切な
マウントエレメント６６により反射ノ・ウジング６８の
）ｔ　）ｆ焦点に載置されている。

他の相違点は、第６図の実施例が第１図の前記修正信号
起生回路９０−１または信号結合回路９０−２に対応す
る回路を含まない点に存る。これらの回路が無いという
ことは、第６図の実施例が単一の黒体検出器のみを備え
るということに関連する。これらの回路が無いことによ
り引き起こきれる干渉誤差修正能力の低下の程度番ま後
述する。

第６図の実施例と第１図のそれとの間の第３の相違点は
、第６図の実施例が前記修正信号起生回路１００−１の
出力を６つの方法のうちの一つで前記振動誤差修正回路
８０の出力に結合すべ（接続される信号結合手段たる信
号結合回路１０〇−２および１ｏｃｔ−ｓを含む点に在
る。第６図の選択スイッチ１１２および１１６が第６図
に示された位置に在ると、信号結合回路１００−３が選
択されている。この状況下では、前記回路１００−１お
よび８０−２の出力は前記回路１００−３で加算結合さ
れる。これに代えて、前記スイッチ１１２が第６図に示
された反対の位置に操作されまた前記スイッチ１１乙が
第６図に維持されると両回路１００−２および１００−
３が選択される。

この状況下では、前記回路１［）Ｏ−２の出力によって
除算された結果を得べ（前記回路８０−２および１００
−２の出力が前記回路１０３で結合される。さらに、こ
れらに代えて、前記スイッチ１１３が第３図に示された
と反対側に操作されると、前記回路１００−２が選択さ
れる。この状況下では、前記回路１００−２は前記回路
１００−１および８０−２の出力信号をその一方と他方
で除することにより結合する。前記選択スイッチ１１２
および１１３の種々の状態によって選択された前記回路
は、空気式検出器４０Ｖｃより起生された信号の前記赤
外線源および干渉に関する誤差成分の修正に用いられる
異なる３つの近似回路の選択を意味する。

例えば、選択スイッチ１１２および１１３が第６図に示
された状態にあると、信号結合回路１００−３が選択さ
れまた前記回路Ｉ　ＤＯ−２が非結線状態におかれる。

これは、実際上、前記した３つの近似回路のうちのｆＫ
ｌの近似回路の選択である。

この状況下では、６０および４０の感度ａ　およびａｌ
　は太き（相違することから、方程式Ｑ３の左方の項に
前記したと同じような効果が生じることはない。しかし
、これは、方程式（１３１のに、１２１の項を無視でき
ることを可能とし、方程式ｏ３を方程式０４に近似でき
るという結果をもたらす。この方程式０４は先に述べた
方程式（１２＋の形式に似ていることから、前記した３
つの近似回路のうちの第１の近似回路の選択は、該第１
の選択回路が前記赤外線源強度Ｓの変化に対し完全な修
正の能力を持たないということを除いてｔｓ１図におけ
ると同様な結果をもたらすことが理解できよう。

前記した選民ヲ４外線源強度変化を完全に修正し得ない
という事実に拘わらず、前記分析計の赤外線源特性は太
き（改善される。これは、方程式ａｔｎｒｔｃ示されて
いるように、赤外線強度Ｓは該赤外線強度が調べようと
する成分の濃度ａＳＳのような小さな数を乗じられる項
にしか現われないことによる。これは、方程式（５）に
おける赤外線源変化の影響に比較して赤外線源変化の影
響の実質的な低減を表わす。すなわち、方程式（５）で
は、信号結合回路１００−３は加算増幅器１０８’＆含
み該増幅器の逆相入力端は前記回路８０−２および１０
０−１からの信号ＶｐおよびＶＢＢ　１を受けるべく接
続されることから、前記増幅器１０８の出方電圧は前記
両信号（Ｖｐ、　ＶＢＢＩ）の差に等しい。この差は、
第１ｂ図の方程式０３１に示され形式で表わされる。こ
の方程式は、方程式ａＯ！において、黒体検出器７０を
除去した結果として方程式（７）により与えられる項が
除去されかっεが１に等しくされた形態として最も見や
すく示されている。方程式Ｑ３１におけるゲインにおよ
びに１　は第１図の実施例に関して先に説明したように
、互いに等しく調整されることか理解されよう。

方程式（１３１を参照するに、加算増幅器１０８の出力
端におけろ差信号ｖｐ−ＶＢＢ、１　　では、干渉に関
する誤差成分が太き（減衰されている。これは、干渉混
合物に対する空気式検出器４０および黒体検出器６０の
感度す。およびｂｌが相互にほぼ等しく従って方程式α
Ｊの右方部分（有頂）がほぼ零ＩＣなるからである。調
べようとする成分に対する前記検出器赤外線源強度Ｓは
単独項としておよびガス濃度を含む項の因数として双方
に現われる。

さらに、方程式（＋４１からは、調べようとする成分の
濃度が零になると、赤外線源強度Ｓに関係な（前記結合
回路１００−３の出力が零になることが理解できよう。

これは、第６図の分析計の「零」が繰り返えし可能な値
を有することを確実ならしめることから、望ましい結果
である。方程式（５）から明らかなよう′に、本発明の
誤差修正゛回路を有しない分析計は正確ではない。従っ
て、第１の近似回路の選択、すなわち信号結合回路１０
０−３のみを使用することは、赤外線源誤差の大きさを
低減するのみならず前記分析計の零時性を改善させる。

赤外線源強度変化の影響を前記した第１の近似回路の選
択によって得られるしばルよりも低減させることが望ま
れる場合、前記スイッチ１１６を＠６図に示された位置
に維持しかつ前記スイッチ１１２を第３図に示さ・れた
と反対の位置へ操作することによって、ｉ＠２の近似回
路が選択される。

この選択によって、第１の近似回路の選択に関連して説
明した理由により、前記回路１００−３の出力電圧は方
程式α滲で示されるとおりとなる。次に、この電圧に信
号結合回路１００−’２で電圧ＶＢＢ　１により除算さ
れる。この除算の結果、第１図の除算回路１０６に関連
して先に述べた面白により、赤外線源強度Ｓの影響が除
去される。このように、第２の近似回路の選択は、第１
図の前記回路のそれに似た結果なもたらす。しかしなが
ら第３図における黒体検出器７０の欠除は主信号の干渉
誤差成分のおおよその修正を与えるに過ぎないことから
、その結果は正確ではない。

最後ＩＣ１最大の赤外線源強度修正を最小の信号処理回
路で得ようとする場合、これは、前記した第３の近似回
路、すなわち前記スイッチ１１３を第６図に示されたと
反対側の位置に操作することにより、達成できる。この
選択により、信号Ｖｐは単に信号ＶＢＢＩ’で除算され
、方程式（１”■で示された式が導かれろ。第３の近似
回路の選択は、はぼ完全に赤外線源強度Ｓを除去できる
ことに加えて゛干渉混合物の影響をほぼ除去することが
でき、これにより方程式（１６）で示される形の処理済
信号が得られろ。これは、先に説明したように、感度ａ
１は感度α。に関して小さく、また感度す。およびｂ□
は共ＩＣ比較的小さいことによる。従って、第３の近似
回路の選択は、第１および第２の近似回路の選択と同様
、振動、干渉および赤外線源に関する誤差を同時に低減
する。方程式０３に定数項、「１」が表われることが好
ましくなすれば、当然に、加算増幅器を除算器１すなわ
ち除算回路１０６に接続しかつその入力端の一つに前記
定数項を除去するに充−升な直流オフセツ、ト電圧を与
えること１（より、前記定数項を容易に除去できる。

前記したように、前記スイッチ１１２および１１３によ
りなし得る前記選択回路のいずれも。

第１図の実施例により得られる程に正確な結果を得る実
施例を提供しないが、各選択回路は振動、赤外線源およ
び干渉に関する誤差の全てを（少なくとも部分的に）修
正する。これらの各タイプの誤差についての修正の度合
は前記スイッチ１１２および１１３の種々の状態によっ
て変わることがら、調べようとする成分、干渉混合物の
性質およびその濃度、赤外線源の女性性に応じて、ある
適用については、ある−組のスイッチ切換状態により選
択された例がより正確であり、他方、他の適用について
は他の一組のスイッチ切換状態により選択された例がよ
り正確であろう。当然に、より高い精度が必要とされる
場合には、第１図に示されたより複雑な回路を用いるこ
とによって、さらに高り精度を得ることができる。

本発明の市販型ガス分析計では、通常、第３図に符号１
１２および１１６で示され７たタイプのスイッチは設け
られていない。それよりも、そのよ５　ｔ、Ｈ分析計に
は、意図する適用に応じて、単一の信号結合回路１００
−２または単一の信号結合回路１００−６のいずれか一
方もしくは両者の組み合わせが望まれるであろう。椋っ
て、実用的見地′からは、＠６図の前記スイッチ１１２
および１１３は、これケ介して一枚の図面に多数の同じ
ような実施例を記載するための説明的な手段と見なすこ
とができる。

第３ａおよびろ６図を参照するに、本発明の実施に使用
される他の黒体検出器構造の部分断面図が示されている
。例えば、第３α図は１円形の金属フォイル６９αおよ
び６９ｂ（上流側金属フォイル６９’ｌは黒色である）
を有するフィルムピロ電気型黒体検出器要素を含むタイ
プの黒体検出器を示し、両金属フォイル６９　Ｑ　、　
６９　ｂは適当なピロ電気型フィルム６９Ｃにより分離
されており。

またそれぞれにリード線７１ａおよび７１ｂが設けられ
ている。前記フォイル６９（２は前記セル２１の横断面
積と同等の面積を有することから、鏡またはレンズのよ
うな放射焦束要素を必要としない。さらに、同形の前記
フォイル６９ａ、６９ｂケそれぞれ符号７１ａおよび７
１ｈのような一対のリート９線！有する２以上のセグメ
ントＩＬ径方向へ分割できることから、第６ａ図に示さ
れた黒体検出器の構造を第１図（で示したタイプの分離
検出器構造に用いろことができる。従って、外観は異な
るが、第１．６および３α図の前記黒体検出器は機能的
に均等である。

ｉ３／）図を参照するに、固体検出器要求を有する他の
タイプの黒体検出器、が示されている。筺６ｂ図の実施
例では、第１および６図におけるような「下流側」反射
面から反射よりも円錐ノ・ウジン６７の上流側内方反射
面からの反射によって、赤外線が検出器要素６０に集中
する。・必要であれば集光レンズを含ませることができ
る。第６ｂ図の実施例の利点は、第６図に符号６６で示
されるよウナマウンテインダエレメントに関連する損失
すなわち放射妨害を生じることな（赤外線を前記検出器
要素に集束させ得ることに在る。しかしながら、第６ｈ
図の前記検出器は、その全ての作用の上で、第１．３お
よび６ａ図のそれらと均等である。

第１および３図の実施例についての前記したところでは
、空気式検出器５０は試料セル組立体　。

２０を透過する赤外−にさらされないように配置されて
いた。しかしながら、この赤外線にさらされないという
ことは、所望の振動修正のための必要条件ではない。例
えば、淳４図を参照するに、本発明の他の実施例の部分
断面図が示されており空気式検出器５０′は、前記試料
セルを透過する赤外線にさらされておりしかも前記した
振動誤差修正に用いられろ適切な信号を発する。これは
、前記検出器５０′を、空気的および振動的に前記検出
器４０と同様としかつ前記フィルタ２８の通過帯域に吸
収帯域を有しないガスで前記検出器５０／内を満たすこ
とにより達成し得る。後者の条件は、目に見えない赤外
−線ＩＣよって前記検出器５０／が影響を受けないこと
を確実にし、従って赤外線が作用する他の検出器４０お
よｄ６０′の作用に悪影響を及ぼすことはない。しかし
ながら前記検出器５０／は前記検出器４０の金属ダイヤ
フラムすなわち電極４６と同一平面上でこれに近接する
金属ダイヤフラムすなわち電極５６を有することから、
前記検出器５０１は第１図に関連して先に説明した振動
修正に用いられ適正な出力信３　号を与えることができ
゛る。これらの相似性忙鑑み第４図の実施例についての
詳述は省略する。・前記した灸実施例において、空、気
式検出器組立体は、調べようとする成分の濃度に比例し
た出力信号を起生ずるための一つの空気式検出器と、振
動修正信号が導き出される信号を与えるための第２の空
気式検出器とを備えるタイプであった。振動が問題とな
らないような状況下で前記分析計が使用される場合、前
記第２の空気式検出器および該検出器に関連する電気回
路ケ不要とすることが・理解できよう。例えば、第１図
の実施例においてその変形例として空気式検出器５０、
増幅器８４フィルタ８６．、整流フィルタ回路８８およ
び加算増幅器８９を除去し、整流フィルタ回路８８の出
力端を前記信号結合回路９０−２の入力端９Ｏ−２ａに
直接接続することができる。筑６および４図の実施例に
おいても同様である。それらの簡単な特性からみて、こ
れらの変形例の詳細は省略する。

前記したところに鑑み、本発明は、（σ１　異なるタイ
プの複数の検出器を有する改良された検出器の組み合わ
せおよび　（Ａｌ　　複数の異なる妨害影響を除去する
ために類似型および非類似型の検出器間の相異性および
類似性を利用すべ（、改良された信号処理回路を企図す
ることが明らかであろう。

また１本発明の前Ｌｅ分析計は、修正される外乱影響の
数およびその外乱影響がどの程度正確に除去されるべき
かに応じて、多数の異なった形態を採ることができる。

しかしながら、このような形態のそれぞれは光学的下流
側で結合される少なくとも１つの黒体検出器を備えろ少
な（とも１つの空気式検出器を含む。この検出器構造は
、これに関連する信号処理回路と共に１分離リファレン
スおよび試料セルを有する分析計以上の性能を有する単
一セル分析計な含む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロックダイヤグラムであ
り、第１ａ図は第１図の実施例の一部を示す部分斜視図
であり、第１図は第１図の実施例の演算を制御する関係
を現わす一組の方程式を示し、第２図は一酸化炭素の吸
収スイクトルの一部を構成する吸収帯域を示し、第６図
は本発明の他の実施例を示すブロックダイヤグラムであ
り。 第６ａおよび３ｂ図は本発明の実施に用いられるそれぞ
れ他の黒体検出器を示す部分断面図であり＠４図は本発
明のさらに他の実施例？示す部分的なブロックダイヤグ
ラムである。 １２：赤外線源、２１：試料セル、２８−帯域フィルタ
、４０，５０．５０’　：空気式検出器６０．６０’７
０Φ黒体検出器、８０，９０，１００：誤差修正手段（
回路）、８０−１．９０−１，１００−１：誤差修正信
号起生手段（回路）、８０−２　、９０−２　、　Ｉ　
ＤＯ−２，３：信号結合手段（回路）。 ０）ｖ７゜（λ）ＰＫ小、−（’ａｃｓｓ”ｂ４＋５）
Ｕｓ　、、−０＊°１ｐＬｐ］（４）　　・−翼αトｘ 俤）　Ｖニー”Ｉｌ＆　”　”−’　）■！１１１２＠
）　　Ｖ＠−■−Ｖ帥 （Ｉ２）　　議−０’ｓｃ、。 （１３）　　Ｖｐ−Ｖ８．、ｍ（Ｋｏｏ−に、ｏ＋ｌｓ
ｃ、、−（Ｋｂｏ−に、ｂ、）ＳＣ，。 ０４）　　Ｖｐ−Ｖ、ＩＳ、Ｑｌｉにａｓｃ、。 （＋６）立エト＠。ｃｓａ ＩＪ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （’１１　　赤外線を起生ずるための赤外線源と、試料
   ガスを包含する試料セルと、前記試料ガスの調べる成分
   の予め決められた吸収特性を含む通過帯域を有する帯域
   フィルタとを有するタイプの赤外線ガス分析計であって
   、さらに、＋１２１　　調べようとする前記成分に感応
   する空気式検出器と、（ｂ］　　前記赤外線源からの赤
   外線を前記試料セル、前記帯域フィルタおよび前記空気
   式検出器を経て受けるべ（配置された黒体検出器と、（
   Ｃ１前記赤外線源および干渉に関する誤差が修正された
   出力信号を供給すべく、前記空気式検出器および前記黒
   体検出器から起生された信号を結合するための信号処理
   手段とを含む赤外線ガス分析計。 （２）前記帯域フィルタの前記通過帯域は、前記吸収特
   性に関するエネルギーが前記通過帯域における全エネル
   ギーに比較して小さいスにクトル領−域を含むように選
   択されている特許請求の範囲第（１１項に記載の分析計
   。 （３）−前記吸収特性は前記帯域フィルタの前記通過帯
   域の比較的小さな部分を占め、また前記黒体検出器は前
   記空気式検出器を透過する赤外線のほぼ全てを受けるべ
   く適合されている特許請求の範囲第（１１項の分析計。 （４）　　調べようとする前記成分はへテロ一原子ガス
   であり、また前記吸収特性は調べようとする前記成分の
   回転吸収線の予め決められた吸収特性を含む特許請求の
   範囲第（１）項の分析計。 （５）前記信号結合手段は前記空気式検出器の前記出力
   に従って変化する第１の信号を起生ずるための手段と、
   前記第１ｃｒ３信号の前記赤外線源および干渉に関する
   誤差成分にほぼ等しい大きさを有する修正信号を前記黒
   体検出器の前記出力から起生ずるための修正信号起生手
   段と、はｒｔｉ前記誤差成分を含まない信号を起生すべ
   （前記第１の信号と前記修正信号とを結合するための信
   号結合手段とを含む特許請求の範囲第（１）項の分析計
   。 （６）　　前記信号結合手段は前記第１の信号および前
   記修正信号を代数的に加算するための手段を含む特許請
   求の範囲第（５）項に記載の分析計。 （７）前記信号結合手段は前記第１の信号を前記修正信
   号で除算するための除算手段を含む特許請求の範囲第（
   ５）項に記載の分析計。 （８）　　前記信号結合手段は前記第１の信号および前
   記修正信号を代数的に加算するための手段と、この加算
   、された結果の信号を前記黒体検出器の前記出力に従っ
   て変化する信号で除算するための手段とを含む特許請求
   の範囲第（５）項に記載の分析計。 （９）前記試料セルを透過する前記赤外線源からの赤外
   線を受けるべ（配置されかつ干渉混合物の濃度に対する
   感度が第１の前記黒体検出器のそれ、と異なる第２の黒
   体検出器を備える特許請求の範囲第（１）項に記載の分
   析計。 ＱＯ）　　前記信号結合手段は（ｆｆ＋　　前記試料セ
   ル内の調べようとする前記成分の濃度に従って大きさが
   変化する　干渉修正を受けた信号を起生ずるために、前
   記第１および第２の黒体検出器と前記空気式検出器とに
   接続された干渉誤差修正手段と、（ｂＪ　　前記試料セ
   ル内の調べようとする前記成分の濃度に従って大きさが
   変化する、赤外線源修正お、よび干渉修正を受けた信号
   を超酸するために、前記干渉修正を受けた信号および一
   方の前記黒体検出器の前記出方に実質的に比例する信号
   を受けるべく接続された赤外線源誤差修正手段とを含む
   特許請求の範囲第（９）項に記載の分析計。 ａｅ　前記信号処理手段は干渉修正を受けた信号を起生
   ずるための干渉誤差修正手段を含み、該干渉誤差修正手
   段は　（σ）　前記空気式検出器の前記中力の干渉に関
   する誤差成分にほぼ等しい大きさを有する干渉修正信号
   を起生ずるために前記両黒体検出器の前記出方に応答す
   る干渉修正信号起生手段と、　Ｕ　　前記干渉に関する
   誤差成分がほぼ除去された信、号を供給すべく、前記干
   渉修正信号を前記空気式検出器の前記出方から導き出さ
   れた信号と代数的結合するための信号結合手段とを含む
   特許請求の範囲第（９）項に記載の分析計。 （１２＋　　前記信号処理手段はさらに前記赤外線源の
   強度変化の影響を実質的に除去するための赤外線源誤差
   修正手段を含み、該赤外線源誤差修正手段は　（１２１
   前記干渉修正を受けた信号の前記赤外線源に関する誤差
   成分にほぼ等しい太き、さを有する赤外線源修正信号を
   起生ずるために、一方の前記黒体検出器の前記出力に応
   答する赤外線源修正信号起生手段と、　Ｕ　　前記出力
   信号を供給すべく前記赤外線源修正信号を前記干渉修正
   を受けた信号と代数的に結合するための信号結合手段と
   を含む特許請求の範囲第（１１）項に記載の分析計。 （＋３１　　前記干渉修正信号起生手段は式：ＶＢ＝ε
   ＶＢＢ１＋（１−ε）ＶＢＢ２　　で示される干渉修正
   信号を供給すべく、前記第１および第２の黒体検出器の
   前記出力から導き出された信号を混合するための混合手
   段を含み、前記ｖＢは前記干渉修正信号であり、ＶＢＢ
   ＩおよびＶＢＢ２　は前記第１およびム 第２の黒体検出器の前記出力から導き出された信号であ
   り、εは零と１との間の値を有する混合パラメータであ
   る、特許請求の範囲第（１１）項に記載の分析計。 αａ　前記信号処理手段は　（（２１前記両黒体検出器
   の前記出力から干渉修正を受けた信号を導き出し、（ｈ
   ｌ　　一方の前記黒体検出器の前記出方から赤外線源修
   正を受けた信号を導き出し、また（ｃｌ　　前記出力信
   号を供給すべく前記干渉修正信号および赤外線修正信号
   を前記空気式検出器の前記出方から導き出された信号と
   結合するための手段を含む特許請求の範囲第（９）項に
   記載の分析計。７（１９前記試料セルを透過する赤外線
   の影響を受けることなく第１の前記空気式検出器におけ
   るとはぼ同様に環境機械振動に応答する第２の空気式検
   出器と、前記出方信号から振動に関する誤差を除去すべ
   く前記ｗ、２の空気式検出器を前記信号処理手段に接続
   するための手段とが設けられている特許請求の範囲第（
   １１項に記載の分析計。 ａｅ　　前記型２の空気式検出器は前記試料セルを通過
   する赤外線の光路の外、に配置されている特許請求の範
   囲第（１９項に記載の分析計。 ０η　前記第２の空気式検出器は前記通過帯域に吸収帯
   域を有しないガスで満されており、前記第２の空気式検
   出器は前記第１の空気式検出器と光学的に直列に接続さ
   れている特許請求の範囲第０９項に記載の分析計。 （１８１前記試料セルを透過する赤外線の影響を受ける
   ことなく第１の前記空気式検出器におけるとほぼ同様に
   環境振動に応答する第２の空気式検出器と、前記出力信
   号から振動に関する誤差を除去すべく前記第２の空気式
   検出器を前記信号処理手段に接続するための手段とが設
   けられている特許請求の範囲第（９）項に記載の分析計
   。 θ優　前記信号処理手段は　（ｄ＋　　振動修正を受け
   た信号を起生ずべく前記第１および第２の空気式検出器
   の前記出力を結合するための振動誤差修正手段と−）（
   ｂｌ　　振動修正および干渉修正を受けた信号を起生す
   べ（前記振動修正を受けた信号と前＝己第１および第２
   の黒体検出器から導き出された信号とを結合するための
   干渉誤差修正手段と、（Ｃ１前記出力信号を起生すべく
   前記振動修正および干渉修正を受けた信号を一方の前記
   黒体検出器の前記出力から導き出された信号と結合する
   ための赤外線源誤差修正手段とを含む特許請求の範囲第
   （１８）項に記載の分析計。 ■　前記干渉誤差修正手段は　（ａｌ　　前記振動修正
   を受けた信号の前記干渉に関する誤差成分にほぼ等し４
   い大きさを有する干渉修正信号を起生ずるための干渉誤
   差修正信号起生手段と、−（ｂｌ　　前記振動修正およ
   び干渉修ｆを受けた信号を起生すべ（、前記振動修正を
   受けた信号および前記干渉修正信号を代数的に結合する
   ための信号結合手段とを含む特許請求の範囲第（１１項
   に記載の分析計。 （２１１前記干渉誤差修正信号起生手段は前記第１およ
   び第２の黒体検出器の前記出力から導き出さｈ？、：信
   号ＶＢＢｌオヨヒＶＢＢ２　　Ｋ式：ＶＢ＝ＥＶＢＢｊ
   ＋（１−ε）　ＶＢＢＩで関連する干渉修正信号ｖＢを
   起生ずるための混合手段を含み、ここでεは零と１との
   間の値を有する混合パラメートである特許請求の範囲第
   （イ）項に記載の分析計。 ＠　前記赤外線源誤差修正施膜は（ａｌ　　前記振動修
   正および干渉修正を受けた信号の前記赤外線源に関する
   誤差成分にほぼ等しい大きさを有する赤外線源修正信号
   を起生ずるための赤外線源誤差修正信号起生手段と、（
   ｂ）　　前記出力信号を起生すべ（前記赤外線源修正信
   号を前記振動修正および干渉修正を受けた一信号と代数
   的に結合するための信号結合手段とを含む特許請求の範
   囲第α１項に記載の分析計。 Ｃ！３）前記信号結合手段は前記振動修正および干渉修
   正を受けた信号を前記赤外線源修正信号で除算するため
   の除算手段を含む特許請求の範囲第（２３項に記載の分
   析計。 （２４）前記振動誤差修正手段は　（σ）前記第２の空
   気式検出器の前記出力から振動修正信号を起生ずるため
   の振動誤差修正信号起生手段と、（ｂｌ　　前記振動修
   正を受けた振動を起生すべく前記振動修正信号を前記第
   １の空気式検出器の前記出力から導き出された信号と代
   数的に結合するための信号結合手段とを含む特許請求の
   範囲第０ｇ１項に記載の分析計。 （２５１前記信号結合手段は加算増幅器を含む特許請求
   の範囲第（２４）項に記載の分析計。 （至）前記信号処理手段は　（α）前記第２の空気式検
   出器の前記出力から振動誤差修正信号を導き出し、（ｂ
   ｌ　　前記第１および第２の黒体検出器の前記出力から
   干渉修正信号を導き出し、（Ｃ１一方の前記黒体検出器
   の前記出力から赤外線源修正信号を導き出し、また　（
   ｄ＋　　前記出力信号を供給すべく、前記振動修正信号
   干渉修正煩号および赤外線源修正信号を前記第１の空気
   式検出器の前記出力から導き出された信号と結合するた
   めの手段を含む特許請求の範囲第α１項に記載の分析計
   。