JP2009158344A - Power supply for deuterium discharge tube, its control method, and decomposer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、重水素放電管用電源装置とその制御方法に係り、また、それを用いた分析装置に関する。 The present invention relates to a power supply device for a deuterium discharge tube and a control method thereof, and also relates to an analyzer using the same.
分光光度計における紫外波長域分析の光源として、重水素放電管が使われる。分析精度の向上が進む中で、光源から発せられる光量の安定性向上が要求されてきている。 A deuterium discharge tube is used as a light source for ultraviolet wavelength region analysis in a spectrophotometer. Along with the improvement of analysis accuracy, there is a demand for improvement in the stability of the amount of light emitted from the light source.
光量の安定性を向上させるためには、重水素放電管の放電電流安定化精度を向上させる必要がある。 In order to improve the light quantity stability, it is necessary to improve the discharge current stabilization accuracy of the deuterium discharge tube.
特許文献1には、放電開始用のトリガ電圧発生回路と、放電電流を継続させる定電流回路を設けた重水素放電管電源装置が開示されている。
また、特許文献2には、放電電流を検出して電圧を制御する重水素放電管電源装置が開示されている。
特許文献1に示される重水素放電管の点灯装置における定電流回路では、放電電流を安定化する上で不十分である。
The constant current circuit in the deuterium discharge tube lighting device disclosed in
また、特許文献2では、光量は放電管の放電電流に比例するため、放電電流を検出し、目標信号との差分を小さくする負帰還による比例制御がなされている。この比例制御により、電流量が目標値より小の場合、電源の出力電圧を大として放電電流を増加させ、逆に目標値より大の場合、電源の出力電圧を小として放電電流を減少させるように作用する。この作用は負荷の特性が正抵抗であることで成り立つ。
In
しかしながら、重水素放電管の場合、アノード(陽極)とカソード(陰極)間に印加するアノード電圧とアノードからカソードに流れる放電電流との特性が負性抵抗になる。このために、放電電流の安定性を向上させるために比例制御の精度を上げても、精度が上がらない。また、このため正帰還制御となってしまい、発振し放電を停止させ消灯に至ることがある。 However, in the case of a deuterium discharge tube, the characteristics of the anode voltage applied between the anode (anode) and the cathode (cathode) and the discharge current flowing from the anode to the cathode become negative resistance. For this reason, even if the accuracy of proportional control is increased in order to improve the stability of the discharge current, the accuracy does not increase. In addition, this results in positive feedback control, which may oscillate, stop discharging, and turn off.
図3は、従来技術における重水素放電管のアノードとカソード間電圧の変化と放電電流の変化の例を示すグラフである。図から明らかなように、トリガ電圧を印加後の初期状態の後、低電流制御区間において、負性抵抗であるために、負帰還制御系が安定できずに発振し、ついには、放電電流が消滅し、消灯に至っている。 FIG. 3 is a graph showing an example of changes in the voltage between the anode and the cathode of the deuterium discharge tube and changes in the discharge current in the prior art. As is apparent from the figure, after the initial state after the trigger voltage is applied, the negative feedback control system oscillates without being stable due to the negative resistance in the low current control period, and finally the discharge current is It has disappeared and has gone out.
また、消灯に至らないまでも、前記の発振は安定度を低下させる原因になっている。 In addition, even if the light does not turn off, the oscillation causes a decrease in stability.
図4は、従来技術の発振状態における重水素放電管のアノードとカソード間電圧の変化と放電電流の変化の例を示すグラフである。重水素放電管の放電状態は継続しているものの、図から明らかなように、放電電流の増減に伴ってアノード電圧を増減させており、安定度を大きく低下させている。 FIG. 4 is a graph showing an example of a change in the voltage between the anode and the cathode of the deuterium discharge tube and a change in the discharge current in the oscillation state of the prior art. Although the discharge state of the deuterium discharge tube continues, as is apparent from the figure, the anode voltage is increased or decreased with the increase or decrease of the discharge current, and the stability is greatly reduced.
本発明の目的は、分光光度計や液体クロマトグラフ等の分析装置の光源として好適な重水素放電管を確実に点灯させ、点灯した重水素放電管より放射される光量の安定性を向上させることである。 An object of the present invention is to reliably turn on a deuterium discharge tube suitable as a light source for an analyzer such as a spectrophotometer or a liquid chromatograph, and to improve the stability of the amount of light emitted from the lighted deuterium discharge tube. It is.
本発明の他の目的は、放射光量の安定性を向上した重水素放電管を光源とする分光光度計や液体クロマトグラフ等の分析装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an analyzer such as a spectrophotometer or a liquid chromatograph using a deuterium discharge tube with improved stability of radiant light quantity as a light source.
本発明の望ましい実施態様においては、重水素放電管のアノード−カソード間に、放電開始時に比較的高い放電開始トリガ電圧を印加するとともに、その後の放電中に比較的低い放電継続電圧を印加しながら、前記重水素放電管の放電継続電流を所定値に制御する制御装置を備えた重水素放電管用電源装置において、前記放電開始トリガ電圧と前記放電継続電流の両者を供給する共通線路上に抵抗器を備え、電源側から見て、前記重水素放電管のアノード−カソード間と前記抵抗器の直列回路が、電圧対電流特性において正抵抗特性となるように設定したことを特徴とする。すなわち、放電管と直列に抵抗器を接続し、重水素放電管の負性抵抗特性に対し、抵抗器による正抵抗特性を加えることにより、電源から見た負荷特性を正抵抗特性に補正するのである。 In a preferred embodiment of the present invention, a relatively high discharge start trigger voltage is applied between the anode and the cathode of the deuterium discharge tube at the start of discharge, and a relatively low discharge continuation voltage is applied during the subsequent discharge. A deuterium discharge tube power supply device comprising a control device for controlling a discharge continuation current of the deuterium discharge tube to a predetermined value, a resistor on a common line supplying both the discharge start trigger voltage and the discharge continuation current When viewed from the power source side, the anode-cathode of the deuterium discharge tube and the series circuit of the resistors are set to have positive resistance characteristics in voltage-current characteristics. That is, by connecting a resistor in series with the discharge tube and adding a positive resistance characteristic by the resistor to the negative resistance characteristic of the deuterium discharge tube, the load characteristic viewed from the power source is corrected to the positive resistance characteristic. is there.
また、本発明の望ましい実施形態においては、放電開始の初期状態と放電電流の安定制御状態とで、前記抵抗器の抵抗値を切り替える手段を備える。すなわち、放電開始初期のグロー放電状態においてはより大きな負性抵抗特性をもつので、比較的大きな抵抗器を接続し、一方、放電電流を安定に継続させるアーク放電状態では比較的小さな負性抵抗特性をもつので、比較的小さな抵抗器を接続して補正するのである。 In a preferred embodiment of the present invention, there is provided means for switching the resistance value of the resistor between an initial state of discharge start and a stable control state of discharge current. In other words, since it has a larger negative resistance characteristic in the glow discharge state at the beginning of the discharge, a relatively large resistor is connected, while a relatively small negative resistance characteristic is present in the arc discharge state where the discharge current is stably maintained. Therefore, it is corrected by connecting a relatively small resistor.
本発明の望ましい実施態様によれば、重水素放電管の点灯を確実に継続させ、放射光量の安定度を向上させることができる。 According to the preferred embodiment of the present invention, the lighting of the deuterium discharge tube can be reliably continued and the stability of the amount of radiated light can be improved.
また、本発明の望ましい他の実施態様によれば、測定精度を向上した分光光度計や液体クロマトグラフ等の分析装置を提供することができる。 Moreover, according to another desirable embodiment of the present invention, it is possible to provide an analyzer such as a spectrophotometer or a liquid chromatograph with improved measurement accuracy.
本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の中で明らかにする。 Other objects and features of the present invention will be clarified in the embodiments described below.
本発明の望ましい一実施例においては、複数の抵抗器を接続して、放電開始時に必要な最大抵抗値を形成し、放電開始直後には、接続された抵抗器の一部を短絡して、継続放電状態に合わせた抵抗値を形成するように構成する。 In a preferred embodiment of the present invention, a plurality of resistors are connected to form a maximum resistance value required at the start of discharge, and immediately after the start of discharge, a part of the connected resistors is short-circuited, A resistance value is formed in accordance with the continuous discharge state.
図1は、本発明の一実施例による重水素放電管の電源装置の電気回路構成図である。 FIG. 1 is an electric circuit configuration diagram of a power supply device for a deuterium discharge tube according to an embodiment of the present invention.
電源入力端子1には、直流電圧を入力する。電力変換器2は、入力された直流電圧をパルス幅変調することにより、トランス3の1次側コイル301に印加する電圧をパルス幅にて制御するDCチョッパである。もちろん、PWMインバータを用いることもできるが、本実施例では、DCチョッパを用い、スイッチング素子1個の簡単な構成で実現している。
A DC voltage is input to the
さて、DCチョッパのパルス周期を一定にしてパルス幅を広げるとコイル301に流れる電流は増加し、パルス幅を狭くすると、コイル301に流れる電流は減少する。トランス3の2次側のコイル302には、1次側コイル301に流れる電流に比例したパルス電圧が発生する。
When the pulse width of the DC chopper is kept constant and the pulse width is widened, the current flowing through the
3倍圧整流回路4の出力側には、トランジスタ11によるスイッチが開放の状態では無負荷状態となり、2次側コイル302に発生するパルス電圧のピーク電圧を3倍した直流高電圧が発生する。この実施例では、3倍圧としたが、必要に応じて、倍電圧または4倍圧以上とすることもできる。3倍圧整流回路4の出力電圧は、リアクトル7とコンデンサ8によるLCフィルタ回路により平滑され、滑らかな直流高電圧が得られる。
On the output side of the triple
この直流高電圧は、分圧抵抗器18により、直流高電圧の大きさに比例した信号を出力し、ダイオード19のアノードに伝わる。ダイオード19のカソードは、ダイオード20のカソードと接続されており、ダイオード19のアノード電圧が、ダイオード20のアノード電圧より大きい時だけ、カソードに伝わり、設定(指令)値と比較され、差分がPWM制御装置21に伝えられる。すなわち、ダイオード19と20の突合せによる高位優先回路を構成している。
This DC high voltage is output by the voltage dividing resistor 18 to a signal proportional to the magnitude of the DC high voltage and transmitted to the anode of the
設定値と負帰還値との差分出力信号は、PWM制御装置21に伝えられ、差分を小さくするように、PWMのパルス幅制御を行なう。この結果、コンデンサ8に充電される直流電圧、あるいは、重水素放電管24の放電電流の値が設定値と等しくなるように制御される。つまり、LCフィルタのコンデンサ8の電圧が高いうちは、そのAVR制御系を構成し、コンデンサ8の電圧が低くなると、相対的に放電電流検出値の方が大きくなるので、前記高位優先回路により、自動的にACR制御系へと移行する。
The difference output signal between the set value and the negative feedback value is transmitted to the
トランス3の2次側のコイル303にも、1次側コイル301に流れる電流相当の電圧が発生する。この電圧は、ダイオード16で整流され、コンデンサ15に充電され、コンデンサ15の両端に直流電圧を発生させる。なお、22は、重水素放電管24のカソード用のヒータ回路である。
A voltage corresponding to the current flowing in the
さて、点灯開始信号入力端子25に電圧が印加されると、ホトカプラ14内の発光ダイオードに電流が流れ発光し、同ホトカプラ14内のホトトランジスタをONにする。この結果、コンデンサ15の両端に発生した直流電圧がトランジスタ11のゲートとソース間に印加され、トランジスタ11がオンする。このため、コンデンサ8に充電されていた直流高電圧が、重水素放電管24への接続端子23を通して、重水素放電管24のアノードとカソード間に印加され、重水素放電管24は、直流高電圧により放電を開始する。
When a voltage is applied to the lighting start
放電開始時の放電電流は、抵抗器9と抵抗器10を通り、重水素放電管24に流れこむ。放電開始時の重水素放電管24のアノードとカソード間抵抗は、放電開始前の開放状態から数μsで数Ω程度まで変化する。このため、急激に放電電流が増加し、電源からの出力電流が増加すると、コンデンサ8に充電された直流高電圧は放電により低下し、3倍圧整流回路4内のコンデンサの充電により3倍圧の電圧を発生していた電荷も放電し、出力電圧は低下する。
The discharge current at the start of discharge passes through the resistor 9 and the
図2は、本発明の一実施例における3倍圧整流回路4の回路図である。図中、Cはコンデンサ、Dはダイオードを示し、公知であるので、その動作説明は省略する。
FIG. 2 is a circuit diagram of the triple
さて、図1に戻り、トランス3の2次側コイル302から出力されるパルス電圧をダイオード5で整流し、LCフィルタのリアクトル7とコンデンサ8に流し込み、コンデンサ8を充電すると共に、重水素放電管24の放電電流として供給する。
Now, returning to FIG. 1, the pulse voltage output from the
トランス3の2次側コイル302から出力されるパルスが、ONからOFF状態になると、リアクトル7は、OFFになる前に流れ込んだ電流に近い電流を放出する。この電流は、コンデンサ8に充電されると共に、重水素放電管24の放電電流として供給され、電流検出回路17を通り、ダイオード6を通りリアクトル7に戻る。
When the pulse output from the
この結果、電流検出回路17から放電電流に比例した電流信号が出力され、高位優先回路のダイオード20のアノードに伝わる。一方、高位優先回路の他方のダイオード19のアノード電圧は、前述の理由により低下するため、ダイオード20を通る電流信号が、設定値と比較され差分をPWM制御回路21に伝えるように、自動的に切り替わる。設定(指令)値と負帰還値との差分出力信号は、PWM制御回路21に伝えられ、差分を小さくするように、DCチョッパ2の出力電圧を増減する制御を行なう。
As a result, a current signal proportional to the discharge current is output from the current detection circuit 17 and transmitted to the anode of the
図5は、本発明の一実施例による重水素放電管用電源装置における重水素放電管の点灯開始特性である電圧と電流の変化を示すグラフである。図5の点灯開始特性と、図3の従来技術における点灯開始特性を比較すると、放電電流が放電開始時の過渡状態から設定電流値へ発振現象もなく安定して制御されていることが判る。 FIG. 5 is a graph showing changes in voltage and current, which are lighting start characteristics of a deuterium discharge tube in a deuterium discharge tube power supply device according to an embodiment of the present invention. Comparing the lighting start characteristic of FIG. 5 with the lighting start characteristic in the prior art of FIG. 3, it can be seen that the discharge current is stably controlled from the transient state at the start of discharge to the set current value without an oscillation phenomenon.
本実施例によれば、点灯開始から200μs経過した時点で、放電電流が設定値の0.3(A)に達している。また、図3の従来技術における点灯開始特性の点灯開始直後の電流ピーク値は、10(A)を超えていたが、図5の本発明の一実施例における点灯開始特性においては、点灯開始直後の電流ピーク値は約3(A)である。これは、抵抗器9と抵抗器10の和により電流が制限された結果である。放電電流が、設定値の0.3(A)に達する過程での重水素放電管24の大きな負性抵抗特性を、抵抗器9と抵抗器10の和により放電補正され、電源から見た負荷特性が正抵抗特性になっている。このため、負帰還による比例制御によって従来発生していた発振現象は発生しない。
According to this embodiment, the discharge current reaches the set value of 0.3 (A) when 200 μs has elapsed from the start of lighting. Further, the current peak value immediately after the start of lighting of the lighting start characteristic in the prior art of FIG. 3 exceeded 10 (A). However, in the lighting start characteristic in one embodiment of the present invention of FIG. The current peak value of is about 3 (A). This is a result of the current being limited by the sum of the resistor 9 and the
点灯開始信号入力端子25に電圧が印加されて、ホトカプラ14内の発光ダイオードに電流が流れ発光し、同ホトカプラ14内のホトトランジスタをONにすることで、遅延回路13にコンデンサ15の両端に発生した直流電圧が加わる。本実施例では、500μs後に遅延回路13を通過した電圧が、トランジスタ12によるスイッチを閉じる。この結果、抵抗器10の両端が短絡され、重水素放電管24と直列に接続される抵抗器は、抵抗器9のみとなる。放電開始直後は、放電電流の変化領域が数アンペアになり、広い範囲の負性抵抗特性を補正する必要があるが、設定電流に到達した後の放電電流の変動幅は、1(mA)以下になる。このため、負性抵抗の補正領域は大幅に狭められ、抵抗器9だけで負性抵抗特性を補正することが可能になる。この実施例においては、抵抗器9が約40Ω、抵抗器10は約100Ωとした。
When a voltage is applied to the lighting start
図6は、本発明の一実施例による重水素放電管の負性抵抗特性と抵抗器による補正特性を示すグラフである。図には、安定アーク放電継続状態における補正前特性と、抵抗器9のみによる補正後の特性を示している。したがって、両者間の差電圧が、抵抗器9の両端に掛かる補正電圧である。補正後の特性は、右上がりの正抵抗特性になっており、負帰還による比例制御系によって、放電電流を設定(指令)電流値に一致させ安定させることができる。 FIG. 6 is a graph showing a negative resistance characteristic of a deuterium discharge tube according to an embodiment of the present invention and a correction characteristic by a resistor. The figure shows the pre-correction characteristics in the stable arc discharge continuation state and the characteristics after correction using only the resistor 9. Therefore, the difference voltage between the two is a correction voltage applied to both ends of the resistor 9. The corrected characteristic is a positive resistance characteristic that rises to the right, and the discharge current can be made equal to the set (command) current value and stabilized by a proportional control system using negative feedback.
図7は、本発明の一実施例による重水素放電管用電源装置を用いた分析装置である分光光度計の概略機能構成図である。重水素放電管24は、分光光度計や液体クロマトグラフ等の分析装置用検出器における紫外波長域分析の光源として使われる。この点灯用電源となる放電管電源を搭載した装置(図7)の一実施例を以下に示す。
FIG. 7 is a schematic functional configuration diagram of a spectrophotometer which is an analyzer using a power supply device for a deuterium discharge tube according to an embodiment of the present invention. The
重水素放電管24を点灯させるために、装置全体を制御するマイコン39からヒータON/OFF信号31のON信号が、約20秒後にランプON/OFF信号40のON信号が、それぞれ放電管電源30に出力される。重水素放電管24が点灯すると、放電管電源30から点灯ステータス信号41のON信号がマイコン39へ出力される。
In order to light the
オペレータ指定の測定波長はマイコン39からの波長設定信号46により、回折格子32が駆動され、設定される。
The measurement wavelength designated by the operator is set by driving the
重水素放電管24からの放射光は、回折格子32にて分光され、オペレータ指定波長光がハーフミラー33に照射され、参照光となるリファレンス光(R光)35と測定試料の存在するセル34への照射光に分けられる。リファレンス光(R光)35は、R光検知器36とR光プリアンプ37を介してアナログ電気信号に変換され、R光AD変換器38によりデジタルデータが生成され、マイコン39へ入力される。
Radiated light from the
一方、セル34を通過し、試料により吸収されなかったサンプル光(S光)42は、S光検知器43に照射され、S光プリアンプ44、S光AD変換器45を介して、マイコン39へ入力される。ここで、マイコン39ではリファレンス光(R光)35、サンプル光(S光)42、各々のデジタルデータを基に吸光度演算を行い、装置の測定データとして出力する。
On the other hand, the sample light (S light) 42 that has passed through the
本実施例によれば、分光光度計や液体クロマトグラフなどの分析装置において、吸光度データの光源ゆらぎノイズを低減することができる According to the present embodiment, light source fluctuation noise in absorbance data can be reduced in an analyzer such as a spectrophotometer or a liquid chromatograph.
1…電源の入力端子、2…電力変換器(DCチョッパ)、3…トランス、301…1次側コイル、302…2次側コイル、303…2次側コイル、4…3倍圧整流回路、5,6,16,19,20…ダイオード、7…リアクトル、8,15…コンデンサ、9,10…抵抗器、11,12…トランジスタ、13…遅延回路、14…ホトカプラ、17…電流検出回路、18…電圧検出用分圧抵抗器、21…PWM制御装置、22…ヒータ回路、23…重水素放電管接続端子、24…重水素放電管、30…放電管電源、32…回折格子、33…ハーフミラー、34…セル、35…リファレンス光(R光)、36…R光検知器、37…R光プリアンプ、38…R光AD変換器、39…マイコン、42…サンプル光(S光)、43…S光検知器、44…S光プリアンプ、45…S光AD変換器。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記放電開始トリガ電圧と前記放電継続電流の両者を供給する共通線路上に抵抗器を備え、電源側から見て、前記重水素放電管のアノード−カソード間と前記抵抗器の直列回路が、電圧対電流特性において正抵抗特性となるように設定したことを特徴とする重水素放電管用電源装置。 While a relatively high discharge start trigger voltage is applied between the anode and the cathode of the deuterium discharge tube at the start of discharge, and a relatively low discharge continuation voltage is applied during the subsequent discharge, the discharge of the deuterium discharge tube is continued. In a deuterium discharge tube power supply device equipped with a control device for controlling the current to a predetermined value,
A resistor is provided on a common line for supplying both the discharge start trigger voltage and the discharge continuation current, and when viewed from the power supply side, a series circuit between the anode and the cathode of the deuterium discharge tube and the resistor is a voltage. A power supply device for a deuterium discharge tube, which is set so as to have a positive resistance characteristic in an anti-current characteristic.
前記放電開始トリガ電圧と前記放電継続電流の両者を供給する共通線路上に抵抗器を接続し、電源側から見て、前記重水素放電管のアノード−カソード間と前記抵抗器の直列回路が、電圧対電流特性において正抵抗特性となるように設定することを特徴とする重水素放電管用電源の制御方法。 While a relatively high discharge start trigger voltage is applied between the anode and the cathode of the deuterium discharge tube at the start of discharge, and a relatively low discharge continuation voltage is applied during the subsequent discharge, the discharge of the deuterium discharge tube is continued. In the control method of the power source for the deuterium discharge tube for controlling the current to a predetermined value,
A resistor is connected on a common line that supplies both the discharge start trigger voltage and the discharge continuation current, and when viewed from the power source side, a series circuit between the anode and the cathode of the deuterium discharge tube and the resistor, A method for controlling a power source for a deuterium discharge tube, wherein the voltage-current characteristic is set to have a positive resistance characteristic.
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