JPS6015013B2 - Photoacoustic analyzer signal processing circuit - Google Patents

Photoacoustic analyzer signal processing circuit

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JPS6015013B2
JPS6015013B2 JP54066804A JP6680479A JPS6015013B2 JP S6015013 B2 JPS6015013 B2 JP S6015013B2 JP 54066804 A JP54066804 A JP 54066804A JP 6680479 A JP6680479 A JP 6680479A JP S6015013 B2 JPS6015013 B2 JP S6015013B2
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JP
Japan
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photoacoustic
output
analysis
circuit
sample
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JP54066804A
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Japanese (ja)
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JPS55159139A (en
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敦夫 渡邊
正裕 宇野
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS55159139A publication Critical patent/JPS55159139A/en
Publication of JPS6015013B2 publication Critical patent/JPS6015013B2/en
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1702Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、試料に光ェネルギを照射し、この光ェネルギ
が熱に変換された量を検出して試料の分析を行う光音響
分析における信号処理回路に関し、更に詳しくは分析試
料及び基準試料からの検出信号を、それそれ掛算器に供
給して自己相関及び相関量を得て、これら相関量を更に
積分器及びアナログ・デジタル変換器を介して演算処理
装置にそれぞれ入力するようにした複光東光音響分析器
の信号処理回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a signal processing circuit in photoacoustic analysis that irradiates a sample with light energy and detects the amount of this light energy converted into heat to analyze the sample. The detection signals from the analysis sample and the reference sample are each supplied to a multiplier to obtain autocorrelation and correlation amounts, and these correlation amounts are further input to the arithmetic processing unit via an integrator and an analog-to-digital converter. The present invention relates to a signal processing circuit for a double-light Tokoacoustic analyzer.

光音響分析器は、断続した光を光音響セル中の分析試料
にあて、その分析試料の吸収した光ェネルギが熱ェネル
ギとして放出する際、分析試料の雰囲気に生ずる疎密波
をマイクロオン等の検出素子で電気信号として検出し、
これを増幅し、記録して分析に供する分析器である。
A photoacoustic analyzer shines intermittent light onto an analysis sample in a photoacoustic cell, and when the light energy absorbed by the analysis sample is released as thermal energy, the compression waves generated in the atmosphere of the analysis sample are detected using micro-on, etc. The element detects it as an electrical signal,
This is an analyzer that amplifies this, records it, and provides it for analysis.

ここで、検出された電気信号は光の断続周波数と同じ交
流信号であり、その周波数と同期して交流信号成分を抽
出し、その交流成分を増幅及び整流して取り出す必要が
ある。そのため、従釆においては断続光を発生させるチ
ョッパにより断続のタイミングを検出し、先に検出して
得た交流電気信号をその断続のタイミングで同期整流し
て出力信号を得ている。第1図はこの従来の複光東型光
音響分析器の構成の一例を示すブロック図であり、図中
、1はキセノンランプ等の光源、2はチョツパ、3は駆
動モ−夕、4は同期信号発生器、5は分析器、6はビー
ムスプリッタとしてのハーフミラ、7は基準試料が入れ
られた基準側光音響セル、8は分析すべき分析試料が入
れられた分析側光音響セル、9及び10は交流増幅器、
11及び12は同期整流器、及び13は割算器である。
以上の構成において、光源1から放出された光はチョッ
パ2で所定周波数の断続光とされ、分光器5に入射され
、ここから単色光世力が取り出される。
Here, the detected electrical signal is an alternating current signal that is the same as the intermittent frequency of the light, and it is necessary to extract the alternating current signal component in synchronization with that frequency, and then amplify and rectify the alternating current component to extract it. Therefore, in the slave, the timing of the intermittent light is detected by a chopper that generates intermittent light, and the previously detected AC electric signal is synchronously rectified at the timing of the intermittent light to obtain an output signal. FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of this conventional double-light East type photoacoustic analyzer. In the figure, 1 is a light source such as a xenon lamp, 2 is a chopper, 3 is a drive motor, and 4 is a A synchronizing signal generator, 5 an analyzer, 6 a half mirror as a beam splitter, 7 a reference side photoacoustic cell containing a reference sample, 8 an analysis side photoacoustic cell containing an analysis sample to be analyzed, 9 and 10 is an AC amplifier,
11 and 12 are synchronous rectifiers, and 13 is a divider.
In the above configuration, the light emitted from the light source 1 is converted into intermittent light of a predetermined frequency by the chopper 2, and is incident on the spectroscope 5, from which monochromatic light is extracted.

この単色光出力はハーフミラ6により後光東に分割され
、それぞれの光音響セル7と8に照射される。基準側光
音響セル7は、カーボンブラック、パィロ電子素子等を
基準試料として基準出力へを得る。
This monochromatic light output is divided into an eastern halo by a half mirror 6, and is irradiated to each of the photoacoustic cells 7 and 8. The reference side photoacoustic cell 7 obtains a reference output using carbon black, a pyroelectronic element, etc. as a reference sample.

分析側光音響セル8には分析試料を収容して出力A,を
得る。各出へおよびA,は交流増幅器9および1 0に
よりそれぞれ増幅される。
The analysis side photoacoustic cell 8 accommodates an analysis sample and obtains an output A. Each output and A is amplified by AC amplifiers 9 and 10, respectively.

他方、フオトカプラの如き同期信号発生器4で得られる
上記断続光の同期信号を比較信号として同期整流器11
及び12に加え、ここで増幅器9および10からの各出
力をそれぞれ同期整流する。次いで、その2つの同期整
流出力信号は割算器13に入力され、分析試料からの信
号を基準信号で除算することにより光源強度の補正を行
なう。
On the other hand, the synchronous rectifier 11 uses the synchronous signal of the intermittent light obtained by the synchronous signal generator 4 such as a photocoupler as a comparison signal.
and 12, each output from amplifiers 9 and 10 is now synchronously rectified, respectively. The two synchronous rectified output signals are then input to a divider 13, which corrects the light source intensity by dividing the signal from the analysis sample by the reference signal.

これにより試料側検出器の光音響出力が光源強度に関係
なく正規化できる。ところで、光音響信号は、試料が吸
収した光のェネルギが試料内部で熱に変換され、その熱
ェネルギが試料表面を介して周囲の気体に伝わり、気体
の圧圧力が変動して生ずる信号である。
This allows the photoacoustic output of the sample-side detector to be normalized regardless of the light source intensity. By the way, a photoacoustic signal is a signal that is generated when the energy of light absorbed by a sample is converted into heat inside the sample, and that heat energy is transmitted to the surrounding gas via the sample surface, causing the pressure of the gas to fluctuate. .

従って、光照射から光音響信号に変換されるまでには時
間的遅れがあり、基準側および分析側の信号はこの遅れ
を含んでいる。この時間遅れには光音響セル自体による
ものと、試料の物理的性質によるもの、即ち、熱伝導率
、密度、励起ェネルギの緩和時間などがあり、後者は試
料の分析上重要な項目である。尚、前者の光音響セル自
体による時間遅れま、分析側音響セル8に同じ基準試料
を収容して両出力AoとA,の位置調整を行なうことに
より、実質上相殺できる。
Therefore, there is a time delay between light irradiation and conversion into a photoacoustic signal, and the signals on the reference side and analysis side include this delay. This time delay is caused by the photoacoustic cell itself and by the physical properties of the sample, such as thermal conductivity, density, relaxation time of excitation energy, etc., and the latter is an important item in the analysis of the sample. Incidentally, the time delay caused by the former photoacoustic cell itself can be substantially canceled out by accommodating the same reference sample in the analysis-side acoustic cell 8 and adjusting the positions of both outputs Ao and A.

第2図AおよびBは光音響分析器の検出器の一例を示す
FIGS. 2A and 2B show an example of a detector for a photoacoustic analyzer.

この検出器は分析側光音響セル7および基準側光音響セ
ル8によって構成される。分析側光音響セル7および基
準側光音響セル8はそれぞれ試料室と基準室とから構成
される。R1,R2は試料室であり、これら試料室R1
,R2にはそれぞれ分析すべき試料たとえば分析試料S
Iおよび基準試料S2が配置され、しかも、これら試料
S1,S2に光ェネルギを照射するための光透過窓W1
,W2が設けられている。試料S1,S2はそれぞれ試
料台D1,D2上に載層することによって試料室R1,
R2中に配置され、試料台D1,D2を取りはずすこと
によって交換可能である。試料台D1,D2は第2図B
に示すように両者が一体に形成されたものでもよく、ま
た、別体(図示せず)のものであってもよい。V1,V
2はシール素子、例えば0リングである。光音響分析器
において分析しうる試料は固体、粉体、液体等いかなる
ものであってもよく、具体的には各種剛体、硫化カドミ
ウム粉、酸化ホルミウム粉などの酸化物あるいは硫化物
粉体、ジルコニウム、シリコンなどの薄膜、物体表面に
付着した徴量成分(人間のアカなど)、薬片、血液、色
素の溶解した溶液、各種懸濁液等があげられる。
This detector is composed of an analysis side photoacoustic cell 7 and a reference side photoacoustic cell 8. The analysis-side photoacoustic cell 7 and the reference-side photoacoustic cell 8 each include a sample chamber and a reference chamber. R1 and R2 are sample chambers, and these sample chambers R1
, R2 each contain a sample to be analyzed, for example, analysis sample S
I and reference sample S2 are arranged, and a light transmission window W1 for irradiating light energy to these samples S1 and S2.
, W2 are provided. The samples S1 and S2 are stacked on the sample stands D1 and D2, respectively, so that the sample chambers R1 and
It is placed in R2 and can be replaced by removing sample stages D1 and D2. Sample stages D1 and D2 are shown in Figure 2B.
The two may be integrally formed as shown in the figure, or may be separate bodies (not shown). V1, V
2 is a sealing element, for example an O-ring. Samples that can be analyzed with a photoacoustic analyzer may be any solid, powder, liquid, etc. Specifically, various rigid bodies, oxide or sulfide powder such as cadmium sulfide powder, holmium oxide powder, zirconium , thin films such as silicone, characteristic components attached to the surface of objects (such as human scum), drug chips, blood, solutions containing dissolved pigments, and various suspensions.

前記試料SI,S2が液体、粉体あるいは物理的性状の
不安定な物質の場合には、試料皿(図示せず)に入れて
試料台D1,D2上に配置する。しかしながら、試料が
剛体等の固体であっても試料台D1,D2に直接置くこ
とは避けた方がよい。C1,C2は基準室である。この
基準室C1,C2はそれぞれ、通路L1,L2を介して
試料室R1,R2と蓬通されており、これによって試料
室RIおよび基準室CI、ならびに試料室R2および基
準室C2はそれぞれ分析側光音響セル7および基準側光
音響セル8を形成する。この分析側光音響セル7および
基準側光音響セル8の中にはそれぞれ、空気もしくは窒
素もしくはヘリウムなどの気体が充填されている。さら
に、分析側光音響セル7の通路LIおよび基準側光音響
セル8の通路L2の任意の個所にはそれぞれ、熱式流量
計形検出素子GI,G2が設置される。このようにして
構成された検出器には分析に際して、分析試料SIおよ
び基準試料S2にそれぞれ光透過窓W1,W2を通じて
波長およびェネルギの等しい光ェネルギを同時にしかも
断続的に照射する。なお、この光ェネルギは一定時間づ
つ交互に照射するようにしてもよい。一般に物質に光ェ
ネルギを照射すると、照射した光ェネルギの一部は物質
により吸収され、この吸収された光ェネルギの一部は熱
ェネルギに変換される。
When the samples SI and S2 are liquids, powders, or substances with unstable physical properties, they are placed in sample dishes (not shown) and placed on the sample stands D1 and D2. However, even if the sample is a solid body such as a rigid body, it is better to avoid placing it directly on the sample stands D1 and D2. C1 and C2 are reference chambers. The reference chambers C1 and C2 are in communication with the sample chambers R1 and R2 via passages L1 and L2, respectively, so that the sample chamber RI and the reference chamber CI, and the sample chamber R2 and the reference chamber C2 are connected to the analysis side, respectively. A photoacoustic cell 7 and a reference side photoacoustic cell 8 are formed. The analysis side photoacoustic cell 7 and the reference side photoacoustic cell 8 are each filled with air or a gas such as nitrogen or helium. Further, thermal flow meter type detection elements GI and G2 are installed at arbitrary locations in the passage LI of the analysis side photoacoustic cell 7 and the passage L2 of the reference side photoacoustic cell 8, respectively. During analysis, the detector configured in this way simultaneously and intermittently irradiates the analysis sample SI and the reference sample S2 with light energy having the same wavelength and energy through the light transmission windows W1 and W2, respectively. Note that this light energy may be applied alternately for a certain period of time. Generally, when a material is irradiated with light energy, a portion of the irradiated light energy is absorbed by the material, and a portion of this absorbed light energy is converted into heat energy.

しかも物質は一定の条件下でそれぞれその条件に対応す
る固有の光吸収スペクトルを有するので、前記光ェネル
ギの吸収量ならびに熱ェネルギへの変換量もまた固有の
値を呈する。光音響分析器はこの熱ヱネルギを物質すな
わち試料周辺の気体の熱膨張として検出して該物質を分
析しようとするものである。この熱ェネルギはそれぞれ
試料S1,S2の周囲の気体に伝達され、気体の熱膨張
により試料室R1,R2の圧力が上昇する。一方基準室
CI,C2には光ェネルギは照射されず。このため基準
室CI,C2の圧力はいずれも変化しない。したがって
、分析側光音響セル7においては試料室RIと基準室C
Iとの間、および基準側光音響セル8においては試料室
R2と基準室C2との間にそれぞれ圧力差を生じ、気体
は試料室RIから基準室C1に、および試料室R2から
基準室C2にそれぞれ流動する。照射する光をを光断続
チョッパ2により断続させると、気体は試料室と基準室
の圧力が平衡する方向、すなわち、基準室CIから試料
室RIの方向ならびに基準室C2から試料室R2の方向
に流動し、このため、気体は光断続の周期と同一周期で
それぞれ通路L1,L2を介して両室間で振動する。光
断続チョッパ2による光断続の周期はIHZ〜1000
HZの範囲のある値に設定されている。この振動をそれ
ぞれ通路L1,L2に配置された熱式流量計形検出素子
GI,G2の交流の電気信号として検出する。熱式流量
計形検出素子GI,G2の抵抗変化が上述した分析側光
音響セル7および基準側光音響セル8の出力信号として
取り出される。第1図に示した従来装置では、試料側光
音響出力の光源強度に対する正規化を行なっているが、
試料自体の信号遅れについては光音響出力が最大になる
ときの同相出力及び90度位相が遅れた出力を同時に測
定しているのであって、同期整流を行なうにあたっては
、光音響出力が最大になるように位相調整している。従
って、測定に有効な試料表面からの深さは断続周波数に
依存して変化するにもかかわらず、断続周波数を変えた
場合のかかる位相調整では真に必要な位相の信号を得て
し、なし・難点がある。かかる難点を解決するために、
本発明者は基準信号Aoを位相器に通してその位相を9
0度遅らせた信号を得、この90度位相遅れ基準信号と
分析試料からの出力信号A,との相関をとることによっ
て、先の試料自体の信号遅れを測定できるようにした信
号処理回路を特磯昭53−119918号として先に提
案した。
Furthermore, since each substance has a unique light absorption spectrum corresponding to the condition under certain conditions, the amount of light energy absorbed and the amount of conversion into thermal energy also take on unique values. A photoacoustic analyzer detects this thermal energy as thermal expansion of a substance, that is, a gas around a sample, and analyzes the substance. This thermal energy is transferred to the gas surrounding the samples S1 and S2, respectively, and the pressure in the sample chambers R1 and R2 increases due to thermal expansion of the gas. On the other hand, the reference chambers CI and C2 are not irradiated with light energy. Therefore, the pressures in the reference chambers CI and C2 do not change. Therefore, in the analysis-side photoacoustic cell 7, the sample chamber RI and the reference chamber C
A pressure difference is generated between the sample chamber R2 and the reference chamber C2 in the reference side photoacoustic cell 8, and gas flows from the sample chamber RI to the reference chamber C1 and from the sample chamber R2 to the reference chamber C2. They flow respectively. When the irradiated light is interrupted by the light intermittent chopper 2, the gas flows in the direction in which the pressures in the sample chamber and the reference chamber are balanced, that is, in the direction from the reference chamber CI to the sample chamber RI and from the reference chamber C2 to the sample chamber R2. Therefore, the gas oscillates between the two chambers via the passages L1 and L2, respectively, with the same period as the light interruption period. The period of light intermittent by the light intermittent chopper 2 is IHZ ~ 1000
It is set to a certain value in the HZ range. This vibration is detected as an alternating current electric signal of the thermal flow meter type detection elements GI, G2 arranged in the passages L1, L2, respectively. The resistance changes of the thermal flowmeter type detection elements GI, G2 are taken out as output signals of the above-mentioned analysis-side photoacoustic cell 7 and reference-side photoacoustic cell 8. In the conventional device shown in Fig. 1, the photoacoustic output on the sample side is normalized with respect to the light source intensity.
Regarding the signal delay of the sample itself, we are simultaneously measuring the in-phase output when the photoacoustic output is at its maximum and the output with a 90 degree phase delay.When performing synchronous rectification, the photoacoustic output is at its maximum. The phase is adjusted as follows. Therefore, even though the depth from the sample surface that is effective for measurement changes depending on the intermittent frequency, such phase adjustment when changing the intermittent frequency does not obtain a signal with the truly necessary phase.・There are some difficulties. In order to solve such difficulties,
The inventor passed the reference signal Ao through a phase shifter to change its phase to 9.
The present invention features a signal processing circuit that can measure the signal delay of the sample itself by obtaining a signal delayed by 0 degrees and correlating this 90 degree phase delayed reference signal with the output signal A from the analysis sample. It was proposed earlier as IsoSho No. 53-119918.

これを簡単に説明すると、出力信号A,を、基準信号へ
及びその90度位相遅れの信号との相関1.,12を与
える第1と第2の掛算器に入力し、又、基準信号Ao及
びその90度位相遅れ、の信号のそれぞれの自己相関l
o,lo*を与える第3と第4の掛算器を付設し、前記
第1の掛算器の出・力1,を第3の鶏算器の出力loで
除算し、正規の位相の光音響出力E,を与える第1の割
算器と、前記第2の掛算器の出力12を第4の掛算器の
出力L*で除算し、正規の位相から90度遅れた光音響
出力E2を与える第2の割算器とを備えた横成そし、信
号遅れ肘ねno=書‘こよって演算可能としたものであ
る。これによれば、基準信号に対する分析試料の光音響
出力の位相遅れを正確に求められるばかりでなく、分析
試料の交換や断続周波数の変化に応じて位相調整を要す
るという従来の難点を解消できる。
To explain this simply, the correlation of the output signal A, with the reference signal and its 90 degree phase delay signal 1. , 12, and the respective autocorrelations l of the signals of the reference signal Ao and its 90 degree phase delay,
A third and a fourth multiplier giving o, lo* are attached, and the output 1 of the first multiplier is divided by the output lo of the third multiplier, and the photoacoustic signal with the normal phase is obtained. A first divider gives an output E, and the output 12 of the second multiplier is divided by the output L* of a fourth multiplier to give a photoacoustic output E2 delayed by 90 degrees from the normal phase. The second divider is equipped with a second divider, and the signal delay function is thus able to perform calculations. According to this, not only can the phase delay of the photoacoustic output of the analysis sample with respect to the reference signal be accurately determined, but also the conventional difficulty of requiring phase adjustment in response to exchange of the analysis sample or change in the intermittent frequency can be solved.

更に、上述した信号処理回路では、基準信号に対して9
0度位相の遅れた信号を得ることが第1の要件であるが
、現状ではこの回路を実現するのが技術的に難しく、又
、精度の点でも一層の高精度が要望されるので、本発明
者は基準信号の位相を遅らす位相器を用いることなく、
位相遅れを精度良く測定し得、且つ光強度の補正をした
光音響スペクトルを得ることのできる光音響分桝器の信
号処理回路を特豚昭53−119919号において提案
した。
Furthermore, in the signal processing circuit described above, 9
The first requirement is to obtain a signal with a phase delay of 0 degrees, but it is currently technically difficult to realize this circuit, and even higher precision is required, so we decided to The inventor did not use a phase shifter to delay the phase of the reference signal,
A signal processing circuit for a photoacoustic divider that can accurately measure phase lag and obtain a photoacoustic spectrum with optical intensity correction was proposed in Tokubuta No. 53-119919.

この信号処理回路では、分析側光音響セル内に置かれた
分析試料と基準側光音響セル内に置かれた基準試料とに
断続光を照射して各々の光音響出力を得る光音響分析器
の信号処理回路において、前記分析側及び基準側の光音
響セルからの個別光音響出力を、それぞれの自己相関及
びそれら両出力間の相関を与える掛算器と積分器の3組
の縦続回路に入力し、次いで、その各出力をそれぞれア
ナログ・デジタル変換器を介して演算装置に供v給して
、所望の各種演算を前記相関に基いて行なつ。
In this signal processing circuit, a photoacoustic analyzer obtains photoacoustic outputs by irradiating an analysis sample placed in an analysis-side photoacoustic cell and a reference sample placed in a reference-side photoacoustic cell with intermittent light. In the signal processing circuit, the individual photoacoustic outputs from the photoacoustic cells on the analysis side and the reference side are input to three sets of cascaded circuits of a multiplier and an integrator that provide respective autocorrelation and correlation between both outputs. Then, each of the outputs is supplied to an arithmetic unit via an analog-to-digital converter, and various desired operations are performed based on the correlation.

かかる特腰昭53−11991y号の信号処理回路は各
相関出力がいったんデジタル信号に変換し、そのデジタ
ル信号を電子計算機に入力して各種の所望演算を実行し
ているが、電子計算機内での演算および伝送には相応の
時間を要するので、積分器の積分時間、分光器の波長婦
引速度、計算機での信号の授受等は、すべて電子計算機
の動作速度に適合して制御されなければならず。
The signal processing circuit disclosed in Tokukoshi No. 53-11991y converts each correlation output into a digital signal, and inputs the digital signal to an electronic computer to perform various desired calculations. Since computation and transmission require a certain amount of time, the integration time of the integrator, the wavelength reduction speed of the spectrometer, the transmission and reception of signals by the computer, etc. must all be controlled in accordance with the operating speed of the electronic computer. figure.

電子計算機から制御信号を取出し、この制御信号によっ
て積分形ーァナログ・デジタル変換器を介して積分器の
動作および分光器の動作を制御する。従って、信号処理
回路の構成が複雑となり、しかもリアルタイム処理がな
されない欠点がある。更に加えて、分析の用途によって
は、必要な分析情報の種類が限られており、そのための
演算機能をもつ装置に各相関出力を供給するのみでよい
場合、あるいは特殊な演算を実行する要求のある場合等
があり、これらの場合には電子計算機でデジタル信号を
処理するのは余り得策ではない。そこで本発明の目的は
、上述した特願昭53−11991計号の信号処理回路
に改良を加えて、分析演算の自由度を高めかつ簡便に分
析情報をリアルタイムで取り出すことができるようにし
た光音響分析器の信号処理回路を提供すことである。
A control signal is obtained from an electronic computer, and the control signal controls the operation of the integrator and the spectrometer via an integral type analog-to-digital converter. Therefore, the structure of the signal processing circuit becomes complicated, and real-time processing is not possible. In addition, depending on the analytical application, the type of analysis information required is limited, and it is only necessary to supply each correlation output to a device with calculation functions for that purpose, or there is a need to perform special calculations. There are certain cases, and in these cases it is not a good idea to process digital signals with an electronic computer. Therefore, the object of the present invention is to improve the signal processing circuit of the above-mentioned Japanese Patent Application No. 11991/1985, thereby increasing the degree of freedom in analytical calculations and to easily extract analytical information in real time. The present invention provides a signal processing circuit for an acoustic analyzer.

そのために、本発明では、基準側光音響セル内に置かれ
た基準試料と分析側光音響セル内に置かれた分析試料に
断続光を照射して各々の光音響出力を得る光音響分析器
の信号処理回路において、前記基準側光音響セルからの
前記光音響出力を供給され該光音響出力の自己相関を算
出する第1回路と、前記分析側光音響セルからの前記光
音響出力を供給され該光音響出力の自己相関を算出する
第2回路と、前記基準側及び分析側光音響セルからの前
記光音響出力の双方を供給されこれら双方の光音響出力
間の相互相関を算出する第3回路とを備え、上述の第1
、第2及び第3回路からの出力と割算器からの出力とを
所望分析情報を算出するための演算装置へ供給する。
To this end, the present invention provides a photoacoustic analyzer that irradiates intermittent light onto a reference sample placed in a reference-side photoacoustic cell and an analysis sample placed in an analysis-side photoacoustic cell to obtain respective photoacoustic outputs. In the signal processing circuit, a first circuit is supplied with the photoacoustic output from the reference side photoacoustic cell and calculates an autocorrelation of the photoacoustic output, and a first circuit is supplied with the photoacoustic output from the analysis side photoacoustic cell. a second circuit that is supplied with both the photoacoustic outputs from the reference-side and analysis-side photoacoustic cells and calculates the cross-correlation between the photoacoustic outputs of both of the photoacoustic outputs; 3 circuits, and the above-mentioned first
, the outputs from the second and third circuits and the output from the divider are supplied to an arithmetic unit for calculating desired analysis information.

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

本発明光音響分析器の一実施例を第3図に示す。An embodiment of the photoacoustic analyzer of the present invention is shown in FIG.

図中、光音響セル7および8までの構成は第1図の場合
と同じであり、従って同一の参照符号を用いて、その説
明を省略する。第3図において、9A,10Aは前層交
流増幅器、9B,108は主交流増幅器、14,15、
16は掛算器、17,18,19は定時間積分器、30
は割算器である。光源1から出た光はチョッパ2により
所定の周波数に変調され、分光器5に入射し、単色光に
分光された後、ビームスプリッタ、例えばハーフミラ6
により等しい複光東に分割されて、基準試料として例え
ばカーボンブラックを用いた基準側光音響セル7及び分
析試料が収容された分析側光音響セル8に入射する。
In the figure, the configuration up to photoacoustic cells 7 and 8 is the same as in FIG. 1, so the same reference numerals are used and the explanation thereof will be omitted. In FIG. 3, 9A, 10A are front layer AC amplifiers, 9B, 108 are main AC amplifiers, 14, 15,
16 is a multiplier, 17, 18, 19 are constant time integrators, 30
is a divider. The light emitted from the light source 1 is modulated to a predetermined frequency by a chopper 2, enters a spectroscope 5, and is split into monochromatic light, and then sent to a beam splitter, such as a half mirror 6.
The light beam is divided into equal double light beams and enters a reference side photoacoustic cell 7 using, for example, carbon black as a reference sample and an analysis side photoacoustic cell 8 containing an analysis sample.

今、基準側セル7の信号の位相を基準としこの信号に対
する分析側セル8の信号の位相差をりとすると、光音響
セルの特性による時間遅れは両方のセル7と8とで等し
いから、位相差8は分析試料自体の物理的性質に由来す
る時間遅れである。セル7および8からの信号Aoおよ
びA,をそれぞれ前層増幅器9Aおよび10Aで増幅し
た後、主交流増幅器9Bおよび10Bによりチョッパ2
のチョッピング周波数と同じ周波数の信号成分が選択的
に増幅され、それぞれ出力Eo及びE,が得られる。こ
こで、両方の光音響セル7及び8に基準試料、例えばカ
ーボンブラックを入れた時の増幅器9Bおよび10Bの
各出力EoとE,とが等しくなるよう、増幅器9A,9
B及び10A,10Bの利得を予め調整しておくものと
する。今、基準側出力Eoを単純化してEo=Aosi
nのtで表わすとすると、試料側出力E,はE,=A,
Sin(のt−0)となる。
Now, if we use the phase of the signal from the reference cell 7 as a reference and the phase difference between this signal and the signal from the analysis cell 8, then the time delay due to the characteristics of the photoacoustic cell is equal for both cells 7 and 8. The phase difference 8 is a time delay resulting from the physical properties of the analysis sample itself. After the signals Ao and A from cells 7 and 8 are amplified by front layer amplifiers 9A and 10A, respectively, they are amplified by main AC amplifiers 9B and 10B to chopper 2.
The signal components having the same frequency as the chopping frequency of are selectively amplified to obtain outputs Eo and E, respectively. Here, the amplifiers 9A, 9
It is assumed that the gains of B, 10A, and 10B are adjusted in advance. Now, simplifying the reference side output Eo, Eo=Aosi
If it is expressed as t of n, then the sample side output E, is E,=A,
Sin(t-0).

ここに、也はチヨツパ2の光チョッパ周波数、川ま上記
位相差、んとA,は出力EoとE,の振幅で、光の強度
に比例する量である。第3図において、掛算器14は基
準出力Eoの自己相関を演算し、鶏算器15は基準出力
Eoと分析試料出力E,との相互相関を演算し、掛算器
16は分析試料出力E,の自己相関を演算する。
Here, A is the optical chopper frequency of the chopper 2, A is the phase difference mentioned above, and A is the amplitude of the outputs Eo and E, which is an amount proportional to the intensity of light. In FIG. 3, a multiplier 14 calculates the autocorrelation of the standard output Eo, a multiplier 15 calculates the cross-correlation between the standard output Eo and the analytical sample output E, and a multiplier 16 calculates the cross-correlation between the standard output Eo and the analytical sample output E, Compute the autocorrelation of .

定時間積分器17,18及び19においては、これら掛
算器14,15及び16からの演算結果をそれぞれ同時
に定時間積分して相関量Y及び自己相関量×およびZを
得る。このため定時間積分器17,18及び19は各積
分時間が同期するように構成されているものとする。基
準側出力Eo=Aがinwtを自乗して定時間積分した
自己相関量を×としておくと、×=ん2siだのt =ん2(1−cos2のt)のん2 となり、Xは光源強度の自乗に比例している。
Fixed time integrators 17, 18 and 19 simultaneously integrate the calculation results from these multipliers 14, 15 and 16 for a fixed time, respectively, to obtain correlation amounts Y and autocorrelation amounts x and Z. For this reason, it is assumed that the constant time integrators 17, 18, and 19 are configured so that their respective integration times are synchronized. If the reference side output Eo=A is squared by inwt and integrated over a fixed time, the autocorrelation amount is denoted by x, then It is proportional to the square of the strength.

同機に分析試料側出力E,を自乗して定時間積分した自
己相関量をZとすると、ZニAI2Sin2(のt−a
)のAI2であり、Zも同様に光源強度の自棄に比例し
ている。
Let Z be the autocorrelation amount obtained by squaring the analysis sample side output E, and integrating it over a fixed period of time.
), and Z is also proportional to the desperation of the light source intensity.

また、基準側出力Eoと分析試料側出力E,との相関を
とり、定時間積分して得られる相関量Yは、Y=んA,
sinのtsin(のt−8)=へA,(siだのtc
oS8 一SinのtCOSのtSin8) 的んA,Cosa となる。
In addition, the correlation amount Y obtained by taking the correlation between the reference side output Eo and the analysis sample side output E, and integrating it over a fixed time is Y=nA,
sin's tsin ('s t-8) = to A, (si's tc
oS8 - tSin8 of tCOS of one Sin) Target A, Cosa.

自己相関量Xおよび相関量Yを割算器3川こ供給して、
分析器の最も基本的な出力である光源強度補正の精細力
1.:妾を取り出す。
Supplying the autocorrelation amount X and the correlation amount Y to the divider 3,
The precision of light source intensity correction, which is the most basic output of the analyzer1. : Take out a concubine.

以比より、本発明信号処理回路からは各相関量X,Yお
よびZと光音響出力1,とを取り出して分析用途に応じ
て、必要な開平器、割算器、蜜算器等に供給することに
より、必要なモードのデータをリアルタイムで取り出す
ことができる。例えば、基準信号に対する分析試料の信
号の位相遅れのま、Y ▽毎=COS8 として求められる。
From the above, each correlation amount X, Y, and Z and the photoacoustic output 1 are extracted from the signal processing circuit of the present invention and supplied to the necessary square rooter, divider, number calculator, etc. according to the analysis purpose. By doing this, you can extract the data of the required mode in real time. For example, the phase delay of the signal of the analysis sample with respect to the reference signal is determined as Y▽every=COS8.

差スペクトルは(ノ×ーノY)により求められる。また
、上掲のcos8よりsin6を算出することによって
、90度位相遅れの出力が得られる。すなわちこの90
0位相遅れ出力はY′Xtan8の演算により求められ
る。上記の如く、本発明では、光音響分析器の分析側出
力及び基準側出力の信号処理回路を構成するにあたり、
各出力の自己相関×およびZと、それぞれの出力の相関
Yを、別個に、掛算器と積分器との直列回路で算出し、
分析器の最も基本的な出力である光源強度補正の光音響
出力Y′Xを割算器で算出し、これら出力を任意所望の
外部演算回路に供給するので、信号処理回路としての構
成が一層簡単化され、分析演算の自由度を高めて、リア
ルタイムで簡便に分析結果を得ることができる。本発明
によれば、積分器17,18,19の各出力X,Y,Z
を用いて、次の演算出力を求めることができる。【1}
光源強度補正をなった光音響出力1,L=安この光音
響出力1,は割算器30から求められる。
The difference spectrum is determined by (no x no Y). Further, by calculating sin6 from cos8 shown above, an output with a phase delay of 90 degrees can be obtained. In other words, this 90
The 0 phase delayed output is obtained by calculating Y'Xtan8. As described above, in the present invention, when configuring the signal processing circuit for the analysis side output and the reference side output of the photoacoustic analyzer,
The autocorrelation × and Z of each output and the correlation Y of each output are calculated separately using a series circuit of a multiplier and an integrator,
The photoacoustic output Y'X for light source intensity correction, which is the most basic output of the analyzer, is calculated by a divider, and these outputs are supplied to any desired external arithmetic circuit, making the configuration of the signal processing circuit even easier. It is simplified, increases the degree of freedom in analysis calculations, and allows analysis results to be easily obtained in real time. According to the invention, each output X, Y, Z of the integrators 17, 18, 19
The following calculation output can be obtained using . [1}
The photoacoustic output 1 after the light source intensity correction, L = Yasuko's photoacoustic output 1, is obtained from the divider 30.

{2} 基準試料に対する分析試料の信号の位相遅れ8
YCos8=扇亨 積分器17,19にそれらの出力の開平値ノ×、ノZを
求める開平回路をそれぞれ接続し、この開平回路の出力
を掛算器にて掛算してノXZを求め、この掛算器の出力
と積分器18の出力Yとから割算器にてYノノXZの割
算演算を行なう。
{2} Phase delay of signal of analysis sample with respect to reference sample8
YCos8=Square root circuit that calculates the square root values of their outputs x and Z is connected to the integrators 17 and 19, respectively, and the output of this square root circuit is multiplied by a multiplier to find xZ, and this multiplication A divider performs a division operation of Y no XZ from the output of the integrator 18 and the output Y of the integrator 18.

‘3’基準側光音響出力と分析側光音響出力との差スペ
クトル(ノXーノY)積分器17,19にそれぞれ開平
回路を接続し、ノX、ノYを求める。
'3' Difference spectrum between the photoacoustic output on the reference side and the photoacoustic output on the analysis side (NoX and NoY) Square root circuits are connected to the integrators 17 and 19, respectively, and NoX and NoY are determined.

この開平回路に引算器を接続し、(ノ×、ーノY)の引
算演算を行なう。‘41 900位相遅れ出力sin8 COSaから求める。
A subtracter is connected to this square root circuit, and a subtraction operation of (No.times., No.Y) is performed. '41 900 Phase delayed output sin8 Obtained from COSa.

風 基準側光音響出力と分析側光音響出力との比は=度
積分器17,19の出力の割算を行ない、この割算値の
開平を求める。
Wind The ratio between the photoacoustic output on the reference side and the photoacoustic output on the analytical side is determined by dividing the outputs of the integrators 17 and 19 and finding the square root of this division value.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の光音響分析器の一例の構成を示すブロッ
ク図、第2図AおよびBは本発明の光音響分析器に使わ
れる検出器の一例の構成を示すそれぞれ平面図およびそ
の×−×断面図、および第3図は本発明光音響分析器の
信号処理回路の一実施例を示すブロック図である。 1....・.光源、2・・・・・・駆動モータ、3・
・・・・・チョッパ、4…・・・同期信号発生器、5・
・・・・・分光器、6・・・.・・ハーフミラ、7・・
・・・・基準側光音響セル、8......分析側光音
響セル、9A,10A・・・・・・前層交流増幅器、9
B,10B・・・・・・主交流増幅器、9,10・・…
・交流増幅器、11,12・・・・・・同期整流器、I
3・・・・・・割算器、14,15,16・・・・・・
掛算器、17,18,19・・・・・・積分器、30・
・・・・・割算器。 第1図第2図 第3図
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an example of a conventional photoacoustic analyzer, and FIGS. 2A and 2B are plan views showing the configuration of an example of a detector used in the photoacoustic analyzer of the present invention. -x sectional view and FIG. 3 are block diagrams showing one embodiment of the signal processing circuit of the photoacoustic analyzer of the present invention. 1. .. .. ..・.. Light source, 2... Drive motor, 3.
...Chopper, 4...Synchronization signal generator, 5.
...Spectrometer, 6...・Half Mira, 7・・
...Reference side photoacoustic cell, 8. .. .. .. .. .. Analysis side photoacoustic cell, 9A, 10A... Front layer AC amplifier, 9
B, 10B... Main AC amplifier, 9, 10...
・AC amplifier, 11, 12...Synchronous rectifier, I
3...Divider, 14, 15, 16...
Multiplier, 17, 18, 19...Integrator, 30.
...divider. Figure 1 Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基準側光音響セル内に置かれた基準試料と分析側光
音響セル内に置かれた分析試料に断続光をを照射して各
々の光音響出力を得る光音響分析器の信号処理回路にお
いて、前記基準側光音響セルからの前記光音響出力を供
給され該光音響出力の自己相関を算出する第1回路と、
前記分析側光音響セルからの前記光音響出力を供給され
該光音響出力の自己相関を算出する第2回路と、前記基
準側及び分析側光音響セルからの前記光音響出力の双方
を供給されこれら双方の光音響出力間の相互相関を算出
する第3回路とを備え、前記第1回路、第2回路および
第3回路から各出力を独立的に取出すことを特徴とする
光音響分析器の信号処理回路。 2 特許請求の範囲第1項記載の信号処理回路において
、前記第1,第2及び第3回路はそれぞれ掛算器と積分
器との縦続回路で構成されていることを特徴とする光音
響分析器の信号処理回路。 3 特許請求の範囲第1項または第2項のいずれかに記
載の光音響分析器の信号処理回路において、前記第1回
路、第2回路および第3回路の各出力に基づいて、光強
度補正後の分析試料の光音響スペクトル、基準側光音響
出力に対する分析側光音響出力の位相遅れ、基準側光音
響出力と分析側光音響出力の差スペクトル、基準側光音
響出力と分析側光音響出力の比のうちの少くともいずれ
か一つを演算結果として出力するように構成された演算
回路を具備したことを特徴とする光音響分析器の信号処
理回路。
[Claims] 1. Photoacoustic analysis in which a reference sample placed in a reference side photoacoustic cell and an analysis sample placed in an analysis side photoacoustic cell are irradiated with intermittent light to obtain respective photoacoustic outputs. In the signal processing circuit of the device, a first circuit that is supplied with the photoacoustic output from the reference side photoacoustic cell and calculates an autocorrelation of the photoacoustic output;
a second circuit that is supplied with the photoacoustic output from the analysis-side photoacoustic cell and calculates an autocorrelation of the photoacoustic output; and a second circuit that is supplied with both the photoacoustic outputs from the reference-side and analysis-side photoacoustic cells. and a third circuit for calculating the cross-correlation between both of these photoacoustic outputs, and each output is independently taken out from the first circuit, the second circuit, and the third circuit. signal processing circuit. 2. A photoacoustic analyzer according to claim 1, wherein the first, second and third circuits each include a cascaded circuit of a multiplier and an integrator. signal processing circuit. 3. In the signal processing circuit for a photoacoustic analyzer according to claim 1 or 2, the light intensity correction is performed based on each output of the first circuit, second circuit, and third circuit. Photoacoustic spectrum of the subsequent analysis sample, phase delay of analysis side photoacoustic output with respect to reference side photoacoustic output, difference spectrum between reference side photoacoustic output and analysis side photoacoustic output, reference side photoacoustic output and analysis side photoacoustic output 1. A signal processing circuit for a photoacoustic analyzer, comprising an arithmetic circuit configured to output at least one of the ratios as an arithmetic result.
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