JP2002318191A - 分析計の信号処理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 赤外分析計に代表される光断続式分析計
において信号処理用の同期信号検出センサを不要とする
ことにより、信頼性の向上およびコストダウンを達成で
きる分析計の信号処理回路を提供する。 【解決手段】 モータ駆動されるチョッパ５の回転数に
よって定められた周波数で断続する測定信号Ｓを、この
測定信号Ｓと同周波数かつ同位相で断続する参照信号Ｒ
と共に用いて測定値Ｏを求める分析計の信号処理回路１
であって、前記モータ６の電源部からモータ６に供給さ
れる電圧の変動を基にモータ６の回転情報ｒ₁ を得、こ
の回転情報ｒ₁ を用いて前記参照信号Ｒを生成する参照
信号生成回路９を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば赤外線を用
いた分析計に代表される光断続式の分析計の信号処理回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、例えば測定対象となるガスに赤
外線などを照射してその吸収率によりガスの濃度を測定
する従来の分析計の信号処理部２１の例を示している。
図４において、２２は測定対象となるガスを流入するセ
ル、２３は赤外光源、２４は受光部、２５はチョッパ、
２６はチョッパを回転させるモータ、２７はモータ２６
の電源である。また、２８は光源２３とちょうど反対側
の位置においてチョッパ２５の動きを検出するために設
けられた発光部２８ａと受光部２８ｂとからなる光セン
サ、２９は前記受光部２４によって受光された測定信号
Ｓと光センサ２８によって受光された比較信号Ｒとを用
いて測定値Ｏを出力する信号処理回路である。

【０００３】すなわち、前記信号処理部２１において、
前記信号処理回路２９は測定光をモータ２６等を使った
ライトチョッパ２５で断続させて、測定信号を増幅し、
不要なノイズのフィルタリングすると共に、整流し濃度
信号として出力する信号処理を行うことにより、光を使
った分析計として感度を上げるものであり、一般的なロ
ックイン・アンプの構成となっている。

【０００４】また、上記構成の信号処理部２１は微小な
測定信号をＳ／Ｎ比良く検出するために考えられた手法
であるが、測定信号Ｓに同調した参照信号Ｒ（同期信
号）が必要であるから、これを得るために、ライトチョ
ッパ２５の位置を検出する同期信号検出センサの一例と
して非接触の光センサ２８を設けることが一般的に行わ
れている。そして、この光センサ２８は回動するチョッ
パ２８の端部の動きを用いて参照信号Ｒを生成するもの
であるから、参照信号Ｒの生成部分にいわば機械的な構
成要素（可動部分）が組み込まれて構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年は分析
計の装置全体が小型化しており、各部材の設置スペース
が小さくなっている。このため、同期信号を得るための
光センサ２８を取付ける場所がない場合があった。ま
た、小型化した装置内の適当な位置に光センサ２８を取
り付けることができたとしても、図４に仮想線矢印Ａに
して示すように、光源２３から放射される熱が電子部品
を含む光センサ２８を加熱し、これを誤動作させること
が懸念される。

【０００６】また、小さなスペースにも設置できるよう
にするために前記光センサ２８を反射型の光検出器とす
ることが考えられるが、この場合は光センサ２８の安定
な検出が困難となって、これが結果的にコストアップの
要因となることがあった。

【０００７】さらに、一般的に上述の可動部分を有する
機械的な構成を取り入れることは、振動や汚れなどによ
って動作不良や故障が生じる可能性があり、それだけ参
照信号Ｒの生成部分に対する信頼性の低下を招くだけで
なく、光センサ２８などの同期信号検出用のセンサを適
所に対して取付ける作業を必要としており、これによっ
てコストアップが生じる場合があった。

【０００８】本発明は、上述の事柄を考慮に入れてなさ
れたものであって、その目的は、赤外分析計に代表され
る光断続式分析計において信号処理用の同期信号検出セ
ンサを不要とすることにより、信頼性の向上およびコス
トダウンを達成できる分析計の信号処理回路を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の分析計の信号処理回路は、モータ駆動され
る回転体の回転数によって定められた周波数で断続する
測定信号を、この測定信号と同周波数かつ同位相で断続
する参照信号と共に用いて測定値を求める分析計の信号
処理回路であって、前記モータの電源部からモータに供
給される電流および／または電圧の変動を基にモータの
回転情報を得、この回転情報を用いて前記参照信号を生
成する参照信号生成回路を設けたことを特徴としてい
る。（請求項１）

【００１０】前記分析計の信号処理回路を用いることに
より、回転体の回転状態を検知するための同期信号検出
センサを取付ける必要がなくなり、モータの回転情報を
電気回路を用いて検出することができる。すなわち、分
析計の構成から可動部分を有する上述の機械的な構成を
削減できるので、それだけコストダウンを図ることがで
きると共に分析計の信頼性を向上できる。なお、モータ
が交流電源によって駆動されるＡＣモータ（同期モー
タ）である場合には交流電源の電圧および／または電流
の大きさをそのままモータの回転情報として用いること
ができる。また、モータが整流ブラシを有するＤＣモー
タである場合には、ブラシによる整流方向の切換えによ
って生じる電流および／または電圧のリプルをモータの
回転情報として用いることができる。

【００１１】また、可動部分が少なくなればなるほど定
期的なメンテナンスを行なう必要も少なくすることがで
きる。そして、参照信号を生成する参照信号生成回路は
これを集積化することも可能となり更なる小型化とコス
トダウンを図ることも可能である。

【００１２】前記モータの電源部にその供給電力の大き
さを信号の検出に適切な大きさとなるように調整する電
力調整回路を設けた場合には、分析計の信号処理回路に
よる処理が容易な大きさに変換することができると共
に、信号処理回路の保護ともなる。なお、電力調整回路
としては変圧器やコンデンサなどを用いることができ
る。

【００１３】さらに、前記モータの回転情報は電源部の
一例としてサーボモータやパルスモータの制御を行なう
電源回路の特定の信号から取り出すことも可能であり、
この電源回路から得られたモータの回転情報を用いて正
確な参照信号を生成することができる。

【００１４】前記参照信号生成回路に、モータの回転情
報に対して同期する出力信号を生成する位相同期ループ
を設け、この位相同期ループの出力信号を以下の回路に
おける参照信号の生成に用いられるモータの回転情報と
すると共に、この位相同期ループの時定数がモータおよ
び回転体の慣性に合わせて調整してある場合には、モー
タと回転体の慣性による影響を電気的に作りだすことが
できる。

【００１５】つまり、位相同期ループの時定数（反応速
度）が適当なものとなるように回路の定数を適当な定数
に選ぶことにより、電源部によく発生するノイズに対す
る影響を除去できる。すなわち、短時間の電源電圧の低
下（瞬時停電）時にはモータがある時間慣性で回転する
が、同様に位相同期ループの出力信号もモータの回転情
報として出力しつづけることができ、電源が正常に戻っ
たときには回転体が正規の回転状態に戻るのと同じよう
にモータの回転情報も正規の状態に戻ることができる。

【００１６】前記モータの回転開始時に、測定信号との
位相比較によって参照信号生成回路から出力される参照
信号の位相を調整するための位相調整回路を設けた場合
には、長時間モータを停止させた後にモータを再び回転
させたときに生じる参照信号の位相のずれを調整して正
確な分析を可能とする。

【００１７】前記モータの回転情報を回転体による測定
信号の断続回数に合わせて調整する周波数調整回路を有
する場合には、モータの回転情報の１周期に対して任意
の周期の参照信号を生成することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明の分析計の信号処理回
路１の一例を示す図であって、２は測定対象であるガス
を流入するセル、３はセル２内に赤外光Ｌを照射する光
源、４はセル２を透過した赤外光Ｌの強度を検出する検
出器、５は光源３からの赤外光Ｌを断続的に供給するた
めのライトチョッパ（回転体）、６はこのチョッパ５を
回転させるＡＣ同期モータ、７はこのモータ６の電力を
供給する電源部、８は前記検出器４による測定信号Ｓを
これと同周波数かつ同位相で断続する後述の参照信号Ｒ
と共に用いてガスの濃度（測定値）を求める分析計の信
号処理回路である。

【００１９】本例では、測定対象がガスであって、この
ガスによる赤外光Ｌの吸収率によってガスに含まれる成
分の濃度を検出するような、いわゆる赤外線ガス分析計
の信号処理回路１を例示している。また、本例に示す構
成は現在、赤外分析計に使われているＡＣ同期モータ６
を赤外光Ｌのライトチョッパ５を駆動するために使った
場合の構成例について述べる。

【００２０】しかしながら、分析計の信号処理回路１は
測定対象成分としてガスを分析する分析計に用いられる
ことに限定するものでも、赤外光Ｌを用いた分析をする
ものに限定するものでもなく、モータ６によって駆動さ
れる回転体５の回転数によって定められた周波数で断続
する測定信号Ｓを、この測定信号Ｓと同周波数かつ同位
相で断続する参照信号Ｒと共に用いて測定値Ｏを求める
分析計の信号処理回路であれば、その適用範囲を限定す
るものではない。

【００２１】９は前記電源部７からモータ６に供給され
る電力（本例の場合は電圧）を基にモータ６の回転情報
ｒを得、この回転情報ｒを用いて前記参照信号Ｒを生成
するための参照信号生成回路であり、１０〜１３は参照
信号生成回路９の各段階の回転情報ｒ₁ 〜ｒ₃ を生成す
るための回路構成の例を示す回路である。なお、以下の
説明では回転情報ｒとして各段階の出力信号に含まれる
回転情報ｒ₁ 〜ｒ₃ を例示するが、本発明は回転情報ｒ
₁ 〜ｒ₃ を求める各段階を限定するものではない。

【００２２】１０は電源部７から供給される１００Ｖの
交流電圧を適当な大きさの電圧ｖに変圧する変圧器、１
１はこの変圧器１０によって降圧した電源部７の電圧ｖ
の周波数（電圧ｖに含まれる回転信号であり、以下、回
転情報ｒ₁ という）に対して適当な時定数を設けて追従
し電圧ｖが示す回転情報ｒ₁ に同期するような回転情報
ｒ₂ （出力信号）を生成する位相同期ループ、１２はこ
の回転情報ｒ₂ を用いてこれを分周しチョッパ５による
測定信号Ｓの断続回数に合わせた回転情報ｒ₃を生成す
る周波数調整回路、１３はこの回転情報ｒ₃ を用いてそ
の位相を測定信号Ｓの位相に合わせるように調整する位
相調整回路である。

【００２３】前記構成において、参照信号生成回路９の
入力部分に前記変圧器１０を設けているので、通常のモ
ータ６に供給される交流電源電圧は交流１００Ｖ以上と
高い電圧となっているが、その電圧を以下の回路による
信号処理に適当な大きさに変圧することができる。つま
り、安全面を考慮に入れて前記変圧器１０を用いること
で、電源電圧の検出のために電圧を落とし、以後の処理
に容易な電圧に変換している。

【００２４】また、前記参照信号生成回路９には位相同
期ループ１１を設けている。この位相同期ループ１１は
ＰＬＬ(Phese Locked Loop) 回路と呼ばれる回路であ
り、位相比較器とローパスフィルタと電圧制御発信器か
らなり、入力信号の位相に同調するように動作する回路
で電源電圧の周波数に同調するように動作し、出力は電
源周波数と同じとなるものである。以下の説明では、位
相同期ループ１１をＰＬＬ回路１１という。図１に示す
ＦｒとＦｃはＰＬＬ回路１１の一部であるローパスフィ
ルタを構成する抵抗とコンデンサである。ＰＬＬ回路１
１の時定数（反応速度）はこの抵抗ＦｒとコンデンサＦ
ｃの定数によって定められる。

【００２５】つまり、ＰＬＬ回路１１の定数Ｆｒ，Ｆｃ
を適当な定数に選ぶことにより、電源部７によく発生す
るノイズに対するフィルタリング（除去）を行うことが
できる。すなわち、短時間の電源電圧の低下（瞬時停
電）が生じたときのモータ６およびチョッパ５はある時
間慣性で回転し続けるのに対し、回転情報ｒ₁ は瞬時に
０回転になるが、ＰＬＬ回路１１の定数Ｆｒ，Ｆｃを適
当な定数に選ぶことにより、ＰＬＬ回路１１の出力側の
回転情報ｒ₂ も所定の”慣性”をもって出力し続けられ
ることになる。

【００２６】そして、電源部７が瞬時停電状態から正常
に戻ったときにはモータ６が正規の回転状態に戻るのと
同じように、ＰＬＬ回路１１の出力側の回転情報ｒ₂ も
正規の状態となる。したがって、参照信号生成回路９か
ら出力される比較信号Ｒは電源部７に瞬時停電などのノ
イズが重畳したとしてもチョッパ５の回転状態とずれる
ことがなく、より安定した比較信号Ｒを出力することが
できる。

【００２７】ついで、前記周波数調整回路１２は電源部
７の周波数に基づいて測定信号Ｓと同じ周波数の信号を
生成するものであり、本例の場合、モータ６が電源の２
周期で１回転し、チョッパ５の羽が４枚あるとすると、
電源の１周期に対して測定信号Ｓは２周期でオンオフさ
れるものであるから、本例の周波数調整回路１２は、回
転情報ｒ₂ に対して２倍の周波数で変動する回転情報ｒ
₃ を生成する。なお、本例では周波数調整回路１２とし
て周波数を上げるための逓倍を行なうものとしている
が、チョッパ５やモータ６の種類によっては周波数調整
回路１２は周波数を下げるための分周を行う場合も考え
られる。

【００２８】また、前記位相調整回路１３は増幅過程で
生じる位相の遅れや進みを調整するものであり、例えば
遅延回路を用いて調整される。この位相調整回路１３に
よる位相の調整は長い時間、電源が切られた後の動作に
おける参照信号Ｒと測定信号Ｓとの間の位相差をなくす
ように自動的に検出されて補正されるものである。

【００２９】つまり、本発明の分析計の信号処理回路１
において位相調整回路１３を設けた場合には、モータ６
の回転開始時つまり測定開始の度に参照信号Ｒと測定信
号Ｓとの間の位相のずれに対する微調整を電気的かつ自
動的に行っているので、より精度の高い分析を行うこと
ができる。なお、本例の位相調整回路１３は参照信号Ｒ
の方で調整を行っているが、この位相調整回路１３を測
定信号Ｓの側で行ってもよい。

【００３０】また、本発明の分析計の信号処理回路１を
用いることにより、測定信号Ｓに同期する参照信号Ｒを
信号処理回路１内で作ることができ、従来必要としたチ
ョッパ５の羽の位置を検出するセンサ２８（図４参照）
を取付ける必要がなくなるので、生産コストを削減でき
る。そして、メンテナンスを必要とする例えば光センサ
の部分などを削減し、長期にわたってより安定した動作
を行なう電子部品によってその動作を代用するので信頼
性の向上を望むことができる。

【００３１】加えて、前記分析計の信号処理回路１はそ
の取付け位置が限定されないので、装置全体の小型化に
寄与できると共に、光源３などの発熱部からは、できる
だけ遠くに離した位置に設置でき、それだけ信頼性を向
上できる。そして、分析計の信号処理回路１は電気回路
であるから、これを集積回路とすることにより更なる小
型化を達成できる。

【００３２】また、本例におけるモータ６はＡＣ同期モ
ータであり、このモータ６の軸芯に対してチョッパ５が
完全に固着されている例を示しており、電源部７に対し
て完全に同期した状態でチョッパ５が回動する例を示し
ている。しかしながら、本発明はモータ６の種類をＡＣ
同期モータに限定するものではない。たとえば、前記モ
ータ６は整流ブラシを有するＤＣモータであってもよ
い。

【００３３】図２は前記モータ６の代わりにＤＣモータ
を用いた場合の分析計の信号処理回路１の例を示す図で
ある。図２において、１４は整流ブラシによって内部で
流れる電流の方向を変えるように構成されたＤＣモー
タ、１５は直流電源部、１６はこのＤＣモータ１４を用
いた場合の参照信号生成回路である。なお、本例におい
て図１と同じ符号を付した部材は同一または同等の部材
であるから、その詳細な説明を省略する。

【００３４】図２において、１７はＤＣモータ１４の電
源線を流れる電流に生じるリプルｒ ₀ を検出することに
よって、ＤＣモータ１４内の電流の整流ポイントを検出
し、この整流ポイントからＤＣモータ１４の回転位相を
検出して回転情報ｒ₁ を出力する検出回路である。ま
た、１７ａはＤＣモータ１４の電源線を流れる電流を検
出するためのサーチコイルである。以下の信号処理およ
びその効果については、図１に示す説明において既に詳
述した通りであるから、その詳細な説明を省略する。

【００３５】本例のように構成することによって、チョ
ッパ５を回転させるモータがたとえＤＣモータ１４であ
ったとしてもその回転情報を参照信号生成回路１６によ
って検出し、これから参照信号Ｒを生成することができ
る。

【００３６】図３は、前記モータ６，１４の代わりに別
のＤＣモータを用いた場合の分析計の信号処理回路１の
例を示す図である。なお、本例においても、図１，２と
同じ符号を付した部材は、同一または同等の部材である
から、その詳細な説明を省略する。

【００３７】図３において、１８は電源回路によって制
御された電力を供給されて回転するサーボモータ、１９
はこのサーボモータ１８の電源回路である。電源回路１
９はサーボモータ１８の回転状況を監視してその制御を
行うための電力を供給するものであり、サーボモータ１
８を制御する回転磁界を形成するための交流電力を供給
するＰＷＭ回路１９ａを有している。また、ＰＷＭ回路
１９ａはサーボモータ１８に供給する電流などをフィー
ドバックして制御を行っている。従って、このフィード
バック信号の一部をサーボモータ１８の回転情報ｒ₁ と
して直接出力することが可能である。

【００３８】そして、２０は電源回路１９から得られた
回転情報ｒ₁ を用いて参照信号Ｒを生成するための参照
信号生成回路である。なお、本例の場合、回転情報ｒ₁
の周波数と赤外光Ｌの断続周波数は一致する例を示して
いるので、ＰＬＬ回路１１から出力される回転情報ｒ₂
をその位相調整を行なうだけで参照信号Ｒとすることが
可能である。また、以下の信号処理およびその効果につ
いては、図１に示す説明において既に詳述した通りであ
るから、その詳細な説明を省略する。

【００３９】

【発明の効果】上述したように、本発明の分析計の信号
処理回路を用いることにより、回転体の回転状態を検知
するために機械的な要素を含むセンサを取付ける必要が
なくなり、モータの回転情報を電気回路のみを用いて検
出することができる。つまり、それだけコストダウンを
図ることができると共に分析計の信頼性を向上できる。
また、可動部分が少なくなればなるほど定期的なメンテ
ナンスを行なう必要も少なくすることができ、分析計の
信号処理回路は電気的に電源部に接続されていればその
設置する位置を自由に設定でき、それだけ設計に自由度
が生じて小型化を達成できる。そして、参照信号を生成
する参照信号生成回路は電気回路であるからこれを集積
化することも可能となり更なる小型化とコストダウンを
図ることも可能である。

【００４０】前記参照信号生成回路に、モータの回転情
報に対して同期する出力信号を生成する位相同期ループ
を設け、この位相同期ループの出力信号を以下の回路に
おける参照信号の生成に用いられるモータの回転情報と
すると共に、この位相同期ループの時定数がモータおよ
び回転体の慣性に合わせて調整してある場合には、モー
タと回転体の慣性による影響を電気的に作りだして、電
源部によく発生する瞬時停電などのノイズに対する影響
を除去できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の分析計の信号処理回路の一例を示す図
である。

【図２】前記分析計の信号処理回路の別の例を示す図で
ある。

【図３】前記分析計の信号処理回路の更に異なる例を示
す図である。

【図４】従来の分析計の信号処理部の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…分析計の信号処理回路、５…回転体、６，１４，１
８…モータ、７…電源部、９，１６，２０…参照信号生
成回路、１０…電力調整回路（トランス）、１１…位相
同期ループ（ＰＬＬ回路）、１２…周波数調整回路、１
３…位相調整回路、１９…電源回路、Ｏ…測定値、Ｒ…
参照信号、Ｓ…測定信号。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ駆動される回転体の回転数によっ
   て定められた周波数で断続する測定信号を、この測定信
   号と同周波数かつ同位相で断続する参照信号と共に用い
   て測定値を求める分析計の信号処理回路であって、前記
   モータの電源部からモータに供給される電流および／ま
   たは電圧の変動を基にモータの回転情報を得、この回転
   情報を用いて前記参照信号を生成する参照信号生成回路
   を設けたことを特徴とする分析計の信号処理回路。
2. 【請求項２】 前記モータの電源部にその供給電流およ
   び／または供給電圧の大きさを信号の検出に適切な大き
   さとなるように調整する電力調整回路を設けた請求項１
   に記載の分析計の信号処理回路。
3. 【請求項３】 前記参照信号生成回路に、モータの回転
   情報に対して同期する出力信号を生成する位相同期ルー
   プを設け、この位相同期ループの出力信号を以下の回路
   における参照信号の生成に用いられるモータの回転情報
   とすると共に、この位相同期ループの時定数がモータお
   よび回転体の慣性に合わせて調整してある請求項１また
   は２に記載の分析計の信号処理回路。
4. 【請求項４】 前記モータの回転開始時に、測定信号と
   の位相比較によって参照信号生成回路から出力される参
   照信号の位相を調整するための位相調整回路を設けた請
   求項１〜３の何れかに記載の分析計の信号処理回路。
5. 【請求項５】 前記モータの回転情報を回転体による測
   定信号の断続回数に合わせて調整する周波数調整回路を
   有する請求項１〜４の何れかに記載の分析計の信号処理
   回路。