CN110678761B - 导电率检测器以及求相位调整值的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导电率检测器以及求相位调整值的方法。导电率检测器包括槽、一对电极、电压施加部、放大电路、相位调整值保持部以及信号处理电路。放大电路是以具有多个增益，且使用任一增益将在所述一对电极间流动的电流放大而获得放大信号的方式构成。相位调整值保持部是以保持对各增益预先求出的相位调整值的方式构成，所述相位调整值用于消除使用放大电路的各增益所得的放大信号彼此的相位差。信号处理电路是以使用通过放大电路进行放大所得的放大信号以及与用于获得所述放大信号的增益有关的相位调整值，求出在槽内流动的溶液的导电率的方式构成。

Description

导电率检测器以及求相位调整值的方法
技术领域
本发明例如涉及一种用于离子色谱仪(ion chromatography)中的试样成分检测等的导电率检测器以及用以求出所述导电率检测器中用于调整相位的相位调整值的方法。
背景技术
导电率检测器(也称为导电率计、导电率传感器)使一对电极浸渍于在槽(cell)内流动的试样液中，在这些电极间施加电压，检测电极间流动的电流的大小变化作为试样液的导电率变化。
导电率检测器中，使用通过放大电路将在电极间流动的电流值放大所得的放大信号而求出导电率。若放大电路的增益(放大率)大，则即便仅是小的电流变化也可高感度地检测，故分辨率提高，但另一方面，可检测的导电率的上限降低，检测范围变窄。反之，若放大电路的增益小则检测感度降低，但可检测的导电率的上限也变高，检测范围变广。
如此，检测感度(或分辨率)与检测范围处于取舍(trade-off)的关系。因此，在试样液的导电率的变动幅度大的情形时，若在放大电路中仅使用一个增益将电流放大而进行导电率的检测，则有试样液的导电率超过可检测的导电率的上限，或检测感度不足等问题。
因此，放大电路的增益仅为一个的情况下，无法同时实现遍及广范围地测定导电率与以高分辨率检测导电率。鉴于此种问题，之前以来进行视需要而变更放大电路的增益的操作(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平11-281687号公报
发明内容
发明所要解决的问题
若在测定中变更放大电路的增益，则有时导电率的波形在增益切换前后混乱而变得不连续。
本发明的目的在于在导电率检测器中抑制由放大电路的增益切换所引起的波形混乱。
解决问题的技术手段
关于导电率的波形在放大电路的增益切换前后混乱的原因，本发明人获得了以下见解，即，其原因在于：构成放大电路的各增益的电路中产生的相位的延迟量互不相同，因此使用某个增益而放大的电流的相位与使用另一增益而放大的电流的相位偏移。而且，本发明人得出了以下想法：若预先研究构成放大电路的各增益的电路中产生的相位的延迟量，则可使用所述延迟量以使用各增益所放大的电流的相位成为彼此相同的方式调整。本发明是基于此种想法而成。
本发明的导电率检测器包括槽、一对电极、电压施加部、放大电路、相位调整值保持部以及信号处理电路。在槽中流动试样液。一对电极浸渍于在槽内流动的溶液中，通过电压施加部对这些一对电极间施加规定电压。放大电路是以具有多个增益，且使用任一增益将在所述一对电极间流动的电流放大而获得放大信号的方式构成。相位调整值保持部是以保持对各增益预先求出的相位调整值的方式构成，所述相位调整值用于消除使用放大电路的各增益所得的放大信号彼此的相位差。所谓相位调整值，例如为包含放大电路的各增益电路的电路中产生的相位的延迟量。再者，相位调整值可使用后述本发明的方法而研究。信号处理电路是以使用通过放大电路进行放大所得的放大信号以及与用于获得所述放大信号的增益有关的相位调整值，求出在槽内流动的溶液的导电率的方式构成。
在优选实施形态中，所述信号处理电路是以如下方式构成：对于为了求出所述导电率而与由所述放大电路所得的放大信号相乘的参考信号的相位，使用与用于获得所述放大信号的增益有关的所述相位调整值进行调整。
本发明的导电率检测器优选为还包括增益调整部，所述增益调整部是以与在所述一对电极间流动的电流的大小相应而自动调整所述放大电路的增益的方式构成。如此，与在一对电极间流动的电流的大小相应而自动切换放大电路的增益，故用户无需手动调整增益，可进行广范围的检测与高分辨率的检测。
本发明的方法为求相位调整值的方法，所述相位调整值用于消除使用导电率检测器的所述放大电路的各增益所得的所述放大信号彼此的相位差，所述导电率检测器至少包括：槽，供试样水流动；一对电极，浸渍于在所述槽内流动的试样水中；电压施加部，对所述一对电极间施加电压；放大电路，以使用多个增益中的任一增益将在所述一对电极间流动的电流放大而获得放大信号的方式构成；以及信号处理电路，使用通过所述放大电路所得的放大信号而求出试样水的导电率。所述方法依序包括以下步骤：
通过静电电容可忽视的电阻值的电阻使所述一对电极间导通；
针对所述放大电路的各所述增益，取得基于在所述一对电极间流动的电流的所述放大信号的一个周期的放大信号波形；以及
根据各所述增益的所述放大信号波形中达到最大值或最小值的时刻与参考信号的一个周期的波形中达到最大值或最小值的时刻的差值，求出各所述各放大信号与所述参考信号的相位差，求出所述相位差作为与各增益有关的相位调整值。
发明的效果
本发明的导电率检测器是以如下方式构成：将对各增益预先求出的相位调整值与通过放大电路进行放大所得的放大信号一并使用而求出试样液的导电率，所述相位调整值用于消除使用放大电路的各增益所得的放大信号彼此的相位差，因此可抑制由放大电路的增益切换所引起的导电率波形的混乱，获得连续形状的导电率波形。
根据本发明的方法，可取得所述导电率检测器中所用的相位调整值。
附图说明
图1为概略地表示导电率检测器的一实施例的构成图。
图2为用以说明所述实施例的导电率测定的原理的原理图。
图3为用以研究所述实施例的导电率检测器中所用的相位差调整值的构成的原理图。
图4为表示取得与各增益有关的相位差调整值的方法的一例的流程图。
图5A为表示未调整参考信号的相位的情形时的导电率波形的一例的图。
图5B为表示调整了参考信号的相位的情形时的导电率波形的一例的图。
符号的说明
2：槽
4a、4b：电极
6：电压施加部
8：放大电路
10：增益调整部
12：信号处理电路
14：相位调整值保持部
具体实施方式
以下，使用图式对本发明的导电率检测器及所述导电率检测器所用的相位调整值的取得方法各自的一实施例加以说明。
首先，使用图1对导电率检测器的一实施例的构成加以说明。
所述导电率检测器具备槽2、一对电极4a、4b、电压施加部6、放大电路8、增益调整部10、信号处理电路12以及相位调整值保持部14。
试样液在槽2内流动，一对电极4a、4b浸渍于在槽2内流动的试样液中。电压施加部6是以对电极4a、电极4b间施加规定电压的方式构成。放大电路8是以将通过电压施加部6施加规定电压时在电极4a、电极4b间流动的电流放大而生成放大信号的方式构成。放大电路8具有多个增益，使用任一增益将在电极4a、电极4b间流动的电流放大。
增益调整部10是以如下方式构成：预先使在电极4a、电极4b间流动的电流电平与用于将所述电流放大的增益相对应，读取在电极4a、电极4b间流动的电流的大小，并选择与所述大小相应的增益。由此，若槽2内流动的试样液的导电率超过某固定值，则自动切换放大电路8的增益，电流的放大率变小。增益调整部10为以硬件(hardware)形式或以软件(software)形式实现的功能。
通过放大电路8所生成的放大信号被取入至信号处理电路12中。信号处理电路12是以使用来自放大电路8的放大信号而求出在槽2内流动的试样水的导电率的方式构成。信号处理电路12是以如下方式构成：在使用放大信号求出导电率时，使用与用于生成所述放大信号的增益有关的相位调整值，去除增益特有的相位延迟的影响。各增益的相位调整值是保持于相位调整值保持部14中。相位调整值保持部14是通过存储装置的一部分区域而实现。
使用图2对导电率检测器的测定原理进行说明。以下的说明中，为方便起见，将施加于电极4a、电极4b间的电压(输入电压)Vin说明作sinθ。
如图所示，槽2可近似于电极4a、电极4b间的静电电容Ccell与电阻值Rcell的并联电路。电极4a、电极4b间的静电电容Ccell与电阻值Rcell为值视试样液的导电率而变化的变量。
放大电路8通过使运算放大器(operational amplifier)的电阻值变化而变更增益。此处，将放大电路8说明作具有通过两个电阻值RgainH、RgainM所实现的两个增益(高与中)，但放大电路8也可具有三个以上的增益。使用各增益将在电极4a、电极4b间流动的电流放大所得的放大信号SgainH、放大信号SgainM是分别由以下的式(1)、式(2)表示。式(1)、式(2)的αH、αM为包含各增益的电路中产生的相位的延迟量，ω为角频率。
Figure GDA0002284293240000051
Figure GDA0002284293240000061
信号处理电路12具备将放大信号SgainH、放大信号SgainM乘以参考信号的乘法器及将其相乘值累加一个周期的滤波器(filter)。参考信号为与输入信号相同的sinθ。实施例的导电率检测器是以使用相位调整值保持部14中保持的相位调整值来调整所述参考信号的相位的方式构成，此处将参考信号设为sinθ而继续进行说明。
将放大信号SgainH、放大信号SgainM乘以参考信号sinθ并将其累加一个周期，进而将其累加值除以电阻值RgainH、电阻值RgainM所得者是由下述式(3)、式(4)表示。
Figure GDA0002284293240000062
Figure GDA0002284293240000063
若将所述式(3)、式(4)分别除以π，则获得导电率GH、导电率GM。即，GH、GM是分别由下述式(5)、式(6)表示。
Figure GDA0002284293240000064
Figure GDA0002284293240000065
由所述式(5)、式(6)得知，通过计算所求出的导电率GH、导电率GM不仅依存于Rcell及Ccell，而且也依存于各电路中产生的相位的延迟量αH、延迟量αM，所述Rcell及Ccell依存于试样水的实际导电率而变化。延迟量αH、延迟量αM为包含各增益的电路所具有的特有的值，故αH≠αM。因此GH≠GM，如图5A所示，导电率的波形在增益切换前后不连续。
此处，αH、αM为与和放大信号SgainH、放大信号SgainM相乘的参考信号的相位差，因此若将放大信号SgainH、放大信号SgainM与和其相乘的参考信号的相位差设为0，即，将和放大信号SgainH、放大信号SgainM相乘的参考信号分别设为sin(θ-αH)、sin(θ-αM)，则所述式(5)、式(6)的αH、αM分别成为0，而成为
Figure GDA0002284293240000071
由此，如图5B所示，导电率的波形在放大电路8的增益切换前后连续。在相位调整值保持部14(参照图1)中，保持有包含放大电路8的各增益的电路中产生的相位的延迟量αH、延迟量αM作为相位调整值。
使用图3的原理图及图4的流程图对取得相位调整值αH、相位调整值αM的方法进行说明。
在取得相位调整值αH、相位调整值αM时，如图3所示，代替槽2而将静电电容小至可忽视的程度的电阻器(电阻值R)安装于电极4a、电极4b间(步骤S1)。在所述状态下选择放大电路8的任一增益(步骤S2)，利用例如通过中央处理器(Central Processing Unit，CPU)等所实现的运算处理部16，将使用所述增益将在电极4a、电极4b间施加电压sinθ而流经电阻器的电流放大所得的放大信号与参考信号sinθ分别读取一个周期(步骤S3)。
利用放大电路8使用各增益将在电极4a、电极4b间流动的电流放大所得的放大信号SgainH、放大信号SgainM如下。
Figure GDA0002284293240000081
Figure GDA0002284293240000082
通过运算处理部16求出所述放大信号与参考信号sinθ各自达到最大值(或最小值)的时刻，根据这些时刻的差值而求出放大信号与参考信号的相位差αH、相位差αM(步骤S4)。然后，使所求出的相位差作为相位调整值而存储于相位调整值保持部14中(步骤S5)。对放大电路8中设置的所有增益进行所述操作，由此可求出与各增益有关的相位调整值。

Claims (5)

1.一种离子色谱仪用导电率检测器，其特征在于包括：
槽，供试样液流动；
一对电极，浸渍于所述槽内流动的溶液中；
电压施加部，以对所述一对电极间施加规定电压的方式构成；
增益调整部，读取流过所述一对电极的电流的值，以选择与所述值相应的增益的方式构成，在所述一对电极间流动的电流的值与用于放大所述电流的增益预先取得对应；
放大电路，以具有多个增益，且使用根据所述增益调整部选择的增益将在所述一对电极间流动的电流放大而获得放大信号的方式构成；
相位调整值保持部，以保持预先求出的相位调整值的方式构成，所述相位调整值对应于根据所述增益调整部可选择的各增益，用于消除使用所述放大电路的所述各增益所获得的放大信号彼此的相位差；以及
信号处理电路，以使用通过所述放大电路进行放大所得的放大信号以及所述相位调整值，求出在所述槽内流动的溶液的导电率，由此在增益的切换前后使所述导电率的波形连续的方式构成，所述相位调整值对应于用于获得所述放大信号的根据所述增益调整部选择的增益而保持于所述相位调整值保持部中。
2.根据权利要求1所述的离子色谱仪用导电率检测器，其特征在于，所述相位调整值是相位的延迟量。
3.根据权利要求1所述的离子色谱仪用导电率检测器，其特征在于，所述信号处理电路是以如下方式构成：对于为了求出所述导电率而与由所述放大电路所得的放大信号相乘的参考信号的相位，使用与用于获得所述放大信号的增益有关的所述相位调整值进行调整。
4.一种导电率检测器，其特征在于包括：
槽，供试样液流动；
一对电极，浸渍于所述槽内流动的溶液中；
电压施加部，以对所述一对电极间施加规定电压的方式构成；
放大电路，以具有多个增益，且使用任一增益将在所述一对电极间流动的电流放大而获得放大信号的方式构成；
相位调整值保持部，以保持对各增益预先求出的相位调整值的方式构成，所述相位调整值用于消除使用所述放大电路的所述各增益所获得的放大信号彼此的相位差；以及
信号处理电路，以使用通过所述放大电路进行放大所得的放大信号以及所述相位调整值，求出在所述槽内流动的溶液的导电率的方式构成，所述相位调整值与用于获得所述放大信号的增益有关而保持于所述相位调整值保持部中；且
所述信号处理电路是以如下方式构成：对于为了求出所述导电率而与由所述放大电路所得的放大信号相乘的参考信号的相位，使用与用于获得所述放大信号的增益有关的所述相位调整值进行调整，
对应于第1增益的导电率GH是由下述式(5)表示，对应于第2增益的导电率GM是由下述式(6)表示，将对应于所述第1增益的参考信号设为sin(θ-αH)，将对应于所述第2增益的参考信号设为sin(θ-αM)，则将αH、αM分别设为0，
Figure FDA0003254065180000021
Figure FDA0003254065180000022
其中，Rcell为所述一对电极间的电阻值，Ccell为所述一对电极间的静电电容，αH为对应于所述第1增益的相位的延迟量，αM为对应于所述第2增益的相位的延迟量。
5.根据权利要求4所述的导电率检测器，其特征在于还包括增益调整部，所述增益调整部是以与在所述一对电极间流动的电流的大小相应而自动调整所述放大电路的增益的方式构成。
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