JP3393354B2 - 炭酸ガス濃度測定装置 - Google Patents
炭酸ガス濃度測定装置Info
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- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、呼気ガス中に含まれる
炭酸ガス濃度を測定する炭酸ガス濃度測定装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】一般に、呼気ガス中の炭酸ガス濃度を赤
外線を用いて測定する場合、光検出器を使用し、呼気時
の炭酸ガスによる光の吸収に応じた光量を検出して測定
している。光検出器の出力電圧は、光源の照射強度の変
動、検出部の窓の汚れによる光量の変化等によりドリフ
トするため、このドリフトを補正するようにした装置が
知られている（特公昭６０−４４６１４）。 【０００３】図５は、斯かる従来のドリフト補正装置を
備えた炭酸ガス濃度測定装置の構成を示すものである。
図５において、４０は呼吸ガスが通過する接続管で、被
検者が一方を口に加える接続端とし、他方は２つに分岐
して１つは開放端とされ、１つは被検者の吸気時に空気
を送り込むサーボ通風器４１に接続されている。接続管
４０の中間部に一対の光を透過するガラス等の窓４１ａ
及び４１ｂが形成されている。窓４１ｂの下方には光源
４２が配置され、窓４１ａの上方にはモータＭにより回
転駆動される光透過孔を有する光断続器４３が配置され
ている。光断続器４３の上方には炭酸ガスにより吸収さ
れる波長の光のみを吸収するフィルタ４４が配置され、
フィルタ４４の上方に光検出器４５が配置されている。
４６は光検出器４５の出力電圧を増幅する増幅器、４７
は整流器である。４８は除算器、４９は対数増幅器、５
０は記録装置である。また、５１はＦＥＴ（電界効果ト
ランジスタ）で、サーボ通風器４１の出力により吸気期
間導通する。更に５２はメモリで、吸気期間の炭酸ガス
濃度「０」に相当する電圧を保持して、除算器４８へ出
力する。 【０００４】斯かる構成において、光源４２から照射さ
れた光は、窓４１ｂ、接続管４０内の呼吸ガスを透過
し、窓４１ａから光断続器４３により断続する光として
フィルタ４４を介し炭酸ガス濃度に応じた光量が光検出
器４５で検出される。光検出器４５の出力信号は指数関
数で与えられ、増幅器４６により増幅され、整流器４７
により整流される。 【０００５】光検出器４５の出力には、フィルタ４４、
窓４１ａ、４１ｂの汚れによる光量の変化、或いは光源
４２の光強度の変動等のドリフトが含まれる。このた
め、整流器４７から出力される出力電圧からドリフト成
分を除去するため、サーボ通風器４１から、吸気期間、
ＦＥＴ５１に正の信号を出力して導通させ、メモリ５２
に炭酸ガス濃度「０」に相当する電圧を保持して除算器
４８に出力する。他方、吸気期間の終了時にサーボ通風
器４１からの正の信号がなくなるので、ＦＥＴ５１はオ
フとなり、整流器４７の出力（呼気時の炭酸ガスに応じ
た信号）は除算器４８に出力され、メモリ５２に保持さ
れた炭酸ガス濃度「０」に相当する電圧により除算され
てドリフト成分が除去され、ゼロ点が較正される。除算
器４８の出力は対数増幅器４９に出力され、炭酸ガス濃
度に比例した出力信号を得る。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光検出器のドリフト補正装置を備えた炭酸ガス濃度
測定装置は、光検出器として高価なＰｂＳｅの使用を前
提としている。ＰｂＳｅは応答速度は速いが、赤外線を
連続照射すると素子自身の温度が上昇し、抵抗値が減少
してドリフトが大きくなるため、光を呼吸周期に比較し
て短い周期、例えば２００Ｈｚで連続して断続しながら
検出する必要があり、光断続器及びこれを回転駆動する
モータ等の駆動部を配置して、呼吸ガスを透過する光量
を検出するようにしていた。また、吸気期間をサーボ通
風器等の人口呼吸器から得るように構成していた。この
ため、装置の小形化、低消費電力化、堅牢性に限界があ
りしかも高価となる不都合があった。さらに従来の装置
ではドリフトを補正するのに、吸気時のある時点の炭酸
ガス濃度「０」に相当する電圧を基準としているため、
次の基準値を求めるまでの間に大きなドリフトがある
と、次の基準値の用いる時点で補正後の信号に飛びなど
の不連続点が生じる。従って、本発明は上記課題に鑑
み、光を連続して断続する機構を要する光検出器を用い
ることなく、出力電圧のドリフトを不連続を少なくして
補正することができる炭酸ガス濃度測定装置を提供する
ことを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】請求項１にかかる発明
は、呼吸ガスに赤外線を照射し、透過量に応じた信号を
検出して炭酸ガス濃度を測定する炭酸ガス濃度測定装置
において、赤外線の透過量を検出する熱検出器２と、熱
検出器２の検出信号から、現在の吸気時における最大値
を検出して記憶させ、直前と現在の吸気時の最大値とを
結ぶ直線を求め、次の吸気時の最大値を検出するまで延
長して補正直線とし、現在の吸気時の最大値検出時点に
続く検出信号と補正直線との差を取って時系列的に変化
する炭酸ガス濃度に応じた濃度信号を求め、この濃度信
号に基づいて炭酸ガス濃度を求める制御手段６と、現在
の吸気時の最大値を記憶する記憶手段８とを具えるもの
である。 【０００８】 【作用】請求項１に係る発明では、熱検出器により検出
された炭酸ガス濃度に応じた検出信号から、現在の吸気
時の最大値を検出し記憶手段に記憶させておく。直前と
現在の吸気時に検出された最大値を結ぶ直線を求め、次
の吸気時の最大値を検出するまで延長して補正直線とす
る。次に、現在の吸気時の最大値検出時点に続く検出信
号と補正直線との差を計算し、時系列的に変化する炭酸
ガス濃度に応じた濃度信号を求め、この濃度信号により
炭酸ガス濃度を求めるようにした。 【０００９】 【実施例】以下、図面を参照して本発明の炭酸ガス濃度
測定装置の実施例について説明する。図１は、本発明の
実施例の構成を示すブロック図である。図２は、図１の
実施例の炭酸ガス濃度測定の処理を示すフローチャート
である。図３は、本発明による補正直線を用いて補正を
行う呼吸波形図である。図４は、図１の実施例により得
られる炭酸ガス濃度の波形図である。 【００１０】実施例の説明に先立ち、本発明の原理につ
いて説明する。本発明は、呼気ガス中の炭酸ガス濃度に
応じて変化する熱量を検出する熱検出器としてサーモパ
イルを使用した。サーモパイルは、従来使用されている
光検出器であるＰｂＳｅに比べドリフトが少なくしかも
安価であるが、特有の性質があり、この特性に対応して
用いることが要求される。即ち、炭酸ガス濃度測定装置
に必要な応答速度は２００ｍｓ以下であるが、サーモパ
イルの応答速度が５０ｍｓ〜２００ｍｓと遅いため、従
来の如く光源の光をチョッピングする方式では、２００
ｍｓ以下の応答速度を達成するのは困難である。 【００１１】しかしながら、例えば光源の赤外線量の変
化、呼気ガス検出部の窓の曇り又は汚れ、サーモパイル
自体の構造により、出力電圧にドリフトが発生する。こ
の内、サーモパイル自体の構造による出力電圧のドリフ
トは、使用環境温度の変化に伴って生じるので補正が必
要となる。即ち、サーモパイルは温接点と冷接点を有
し、この両接点間の熱時定数の違いにより出力電圧にド
リフトが発生する。周囲温度の急激な変化に対して熱容
量の小さい温接点は速かに応答するが、容器に熱的に接
触している冷接点は熱容量が大きいため、温接点より応
答が遅れる。このため、温接点と冷接点間の温度差に応
じて出力される電圧を検出する際、冷接点が熱的に周囲
温度と平衡に達するまでドリフトが生じることになる。
従って、サーモパイルを使用するためには出力電圧のド
リフトによる変動を補正した上で、炭酸ガス濃度を測定
する必要がある。 【００１２】本発明では、急激な温度変化に伴い、サー
モパイルの構造に起因して出力電圧にドリフトが発生し
た場合、ドリフト補正を行うようにした。 【００１３】図３は、熱検出器の出力にドリフトが生じ
た場合に補正直線を用いて補正を行う呼吸波形図であ
る。図３において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、吸気時に検出さ
れるサーモパイルの最大値検出点である。補正を行う場
合、例えばＢを現在の吸気時に検出された最大値検出点
とすれば、検出された直前の吸気時の最大値検出点Ａと
点Ｂとを直線（実線）で結び、これを次の吸気時の最大
値点Ｃが検出されるまで延長して補正直線（破線）とす
る。同様に、Ｃを現在の吸気時に検出される最大値検出
点とすれば、直前の吸気時の最大値検出点Ｂと点Ｃとを
直線で結び、次の吸気時の最大値点Ｄが検出されるまで
延長して補正直線とする。そして、補正直線から、各最
大値検出時点に続く呼気時のサーモパイルの出力値を検
出して減算し、濃度信号として求め、この濃度信号に基
づき炭酸ガス濃度を求めるようにしている。 【００１４】２点間を結ぶ直線は、ｖを２点間の最大値
の差、ｔを２点間の時間差、ａを勾配とした直線の算定
式ｖ＝ａｔを記憶させておけばよい。即ち、図３におい
て、２点間を結ぶ直線、例えばＢとＣを結ぶ直線（実線
で示す）は、その最大値が検出されるのでそれらの値を
記憶しておき、水平方向の距離をＢ点とＣ点との時間差
ｔ、垂直方向の距離をＢ点とＣ点の最大値との差ｖ、
（２点の最大値との差ｖ）／（２点の時間差ｔ）を勾配
ａとして求めることができる。 【００１５】図１において、Ｔは呼気ガス及び吸気ガス
が流通する通気管で、所定位置の対向する部分にサファ
イア等の透明部材より成る窓Ｗ１及びＷ２が形成されて
いる。通気管Ｔは、一方の端部（図の左）が被検者の口
に挿入される挿入端となり、他方の端部（図の右側）が
大気中への開放端となる。窓Ｗ１及びＷ２には、呼気ガ
ス中の水蒸気等による曇りを防止する防曇加工が施され
ている。窓Ｗ１の上方付近にはランプ等の光源１が配置
され、窓Ｗ１へ光を照射する。また、窓Ｗ２の下方付近
には、前述したサーモパイルから成る熱検出器２が配置
され、光源１から、窓Ｗ１及びＷ２を透過して照射され
る赤外線を検出する。また、熱検出器２の受光面には、
呼気ガス中の炭酸ガスにより吸収される波長（およそ
４．３μｍ）のフィルタＦが配置されている。 【００１６】３は、例えば定電流回路から成る光源駆動
部で、光源１を一定の輝度で発光ささせ、また、後述す
る制御部により例えば試験的に光源をオン／オフさせる
スイッチＳＷが接続されている。スイッチＳＷは、例え
ばトランジスタ等の電子スイッチで構成され、通常はオ
ンとされている。４は熱検出器２の検出電圧を増幅する
増幅器（例えば対数増幅器）、５は増幅器４の出力をデ
ジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器であ
る。制御部６は、例えばＣＰＵから成り、後述するＲＯ
Ｍ９に記憶された炭酸ガス濃度の測定を行う制御プログ
ラムに基づき装置の制御を行う。 【００１７】７は、例えば複数の押しボタンより成る操
作部で、光源１の試験的なオン／オフや所要データの設
定等を行う。 【００１８】８はＲＡＭで、設定されたパラメータ、測
定された炭酸ガス濃度のデータ等を一時的に記憶保持す
る。９はＲＯＭで、前述の本発明の原理による熱検出器
２の出力電圧に対してドリフト補正を行って炭酸ガス濃
度の測定を自動的に行う制御プログラムが予め記憶され
ている。 【００１９】１０は、例えば複数のＬＥＤ（発光ダイオ
ード）等の発光素子又はブザー等の音響素子から成る表
示部で、測定された炭酸ガス濃度の変化に応じたバーグ
ラフ表示を行い、又はブザーにより濃度変化に応じた変
調音を報知する。或いはＬＥＤ及びブザーを両方備える
こともできる。両者を装備することにより、視覚及び聴
覚いずれでも被検者の呼吸状態を監視することができ
る。 【００２０】次に上述の構成において、図２のフローチ
ャートにより動作を説明する。測定開始時には電源スイ
ッチ（図示せず）投入と同時に光源１がオンとされ（ス
テップＳ１）、被検者の口に挿入された通気管Ｔの挿入
端から呼吸ガスを流出入させる。 【００２１】呼吸ガスに含まれる炭酸ガスの濃度変化に
よる透過光は、熱検出器２で受光され、熱検出器２の出
力が大きくなった時点を吸気と認識し、吸気期間におけ
る熱検出器２の検出信号から炭酸ガス濃度がゼロに相当
する最大値を検出してＲＡＭ８に記憶する（ステップＳ
２）。最大値は、熱検出器２の検出信号を、例えば時間
軸で前後のデータの差分値を算定することにより検出で
きる。 【００２２】ステップＳ２で検出した吸気時の熱検出器
２の最大値に対し、前述した本発明の原理に基づいて直
前の吸気時の最大値とを結ぶ直線を算定し、これを補正
直線として次の吸気時の最大値を検出するまで延長する
（ステップＳ３）。 【００２３】次に、現在の最大値検出時点に続く、熱検
出器２の低下した検出信号を呼気であると認識して呼気
時の出力値を検出し、ステップＳ３で求めた補正直線か
らの差を算定して濃度信号として求める（ステップＳ
４）。この濃度信号は、リアルタイムで取り込まれるの
で時系列的に変化している。 【００２４】濃度信号が求められたら、炭酸ガス濃度を
求め、表示装置（表示部）１０に出力して表示する（ス
テップＳ５）。表示装置１０を、例えばバーグラフ表示
装置で構成した場合、図４に示す炭酸ガス濃度の変化に
応じて、表示されるバーグラフの長さが変化する。 【００２５】このようにして、補正直線を次の吸気時の
最大値検出時点まで延長して濃度信号を求めるようにし
たので、大きなドリフトにより、１つの呼気時の濃度信
号を求めて次の呼気時の濃度信号を求める場合に不連続
点を生じることがあっても、十分な補正が可能となる。 【００２６】 【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の本発
明の炭酸ガス濃度測定装置によれば、熱検出器を用いる
ことにより、従来の光検出器に必要であったチョッパ
（光断続器）やこれを回転駆動するモータ等の機構部品
が不要となるので、装置の小形化が容易となり、堅牢性
も向上すると共に安価に構成できる利点がある。 【００２７】周囲温度の急激な変動などに伴って熱検出
器の温度ドリフトが発生しても十分に補正を行うことが
できる利点がある。
炭酸ガス濃度を測定する炭酸ガス濃度測定装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】一般に、呼気ガス中の炭酸ガス濃度を赤
外線を用いて測定する場合、光検出器を使用し、呼気時
の炭酸ガスによる光の吸収に応じた光量を検出して測定
している。光検出器の出力電圧は、光源の照射強度の変
動、検出部の窓の汚れによる光量の変化等によりドリフ
トするため、このドリフトを補正するようにした装置が
知られている（特公昭６０−４４６１４）。 【０００３】図５は、斯かる従来のドリフト補正装置を
備えた炭酸ガス濃度測定装置の構成を示すものである。
図５において、４０は呼吸ガスが通過する接続管で、被
検者が一方を口に加える接続端とし、他方は２つに分岐
して１つは開放端とされ、１つは被検者の吸気時に空気
を送り込むサーボ通風器４１に接続されている。接続管
４０の中間部に一対の光を透過するガラス等の窓４１ａ
及び４１ｂが形成されている。窓４１ｂの下方には光源
４２が配置され、窓４１ａの上方にはモータＭにより回
転駆動される光透過孔を有する光断続器４３が配置され
ている。光断続器４３の上方には炭酸ガスにより吸収さ
れる波長の光のみを吸収するフィルタ４４が配置され、
フィルタ４４の上方に光検出器４５が配置されている。
４６は光検出器４５の出力電圧を増幅する増幅器、４７
は整流器である。４８は除算器、４９は対数増幅器、５
０は記録装置である。また、５１はＦＥＴ（電界効果ト
ランジスタ）で、サーボ通風器４１の出力により吸気期
間導通する。更に５２はメモリで、吸気期間の炭酸ガス
濃度「０」に相当する電圧を保持して、除算器４８へ出
力する。 【０００４】斯かる構成において、光源４２から照射さ
れた光は、窓４１ｂ、接続管４０内の呼吸ガスを透過
し、窓４１ａから光断続器４３により断続する光として
フィルタ４４を介し炭酸ガス濃度に応じた光量が光検出
器４５で検出される。光検出器４５の出力信号は指数関
数で与えられ、増幅器４６により増幅され、整流器４７
により整流される。 【０００５】光検出器４５の出力には、フィルタ４４、
窓４１ａ、４１ｂの汚れによる光量の変化、或いは光源
４２の光強度の変動等のドリフトが含まれる。このた
め、整流器４７から出力される出力電圧からドリフト成
分を除去するため、サーボ通風器４１から、吸気期間、
ＦＥＴ５１に正の信号を出力して導通させ、メモリ５２
に炭酸ガス濃度「０」に相当する電圧を保持して除算器
４８に出力する。他方、吸気期間の終了時にサーボ通風
器４１からの正の信号がなくなるので、ＦＥＴ５１はオ
フとなり、整流器４７の出力（呼気時の炭酸ガスに応じ
た信号）は除算器４８に出力され、メモリ５２に保持さ
れた炭酸ガス濃度「０」に相当する電圧により除算され
てドリフト成分が除去され、ゼロ点が較正される。除算
器４８の出力は対数増幅器４９に出力され、炭酸ガス濃
度に比例した出力信号を得る。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光検出器のドリフト補正装置を備えた炭酸ガス濃度
測定装置は、光検出器として高価なＰｂＳｅの使用を前
提としている。ＰｂＳｅは応答速度は速いが、赤外線を
連続照射すると素子自身の温度が上昇し、抵抗値が減少
してドリフトが大きくなるため、光を呼吸周期に比較し
て短い周期、例えば２００Ｈｚで連続して断続しながら
検出する必要があり、光断続器及びこれを回転駆動する
モータ等の駆動部を配置して、呼吸ガスを透過する光量
を検出するようにしていた。また、吸気期間をサーボ通
風器等の人口呼吸器から得るように構成していた。この
ため、装置の小形化、低消費電力化、堅牢性に限界があ
りしかも高価となる不都合があった。さらに従来の装置
ではドリフトを補正するのに、吸気時のある時点の炭酸
ガス濃度「０」に相当する電圧を基準としているため、
次の基準値を求めるまでの間に大きなドリフトがある
と、次の基準値の用いる時点で補正後の信号に飛びなど
の不連続点が生じる。従って、本発明は上記課題に鑑
み、光を連続して断続する機構を要する光検出器を用い
ることなく、出力電圧のドリフトを不連続を少なくして
補正することができる炭酸ガス濃度測定装置を提供する
ことを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】請求項１にかかる発明
は、呼吸ガスに赤外線を照射し、透過量に応じた信号を
検出して炭酸ガス濃度を測定する炭酸ガス濃度測定装置
において、赤外線の透過量を検出する熱検出器２と、熱
検出器２の検出信号から、現在の吸気時における最大値
を検出して記憶させ、直前と現在の吸気時の最大値とを
結ぶ直線を求め、次の吸気時の最大値を検出するまで延
長して補正直線とし、現在の吸気時の最大値検出時点に
続く検出信号と補正直線との差を取って時系列的に変化
する炭酸ガス濃度に応じた濃度信号を求め、この濃度信
号に基づいて炭酸ガス濃度を求める制御手段６と、現在
の吸気時の最大値を記憶する記憶手段８とを具えるもの
である。 【０００８】 【作用】請求項１に係る発明では、熱検出器により検出
された炭酸ガス濃度に応じた検出信号から、現在の吸気
時の最大値を検出し記憶手段に記憶させておく。直前と
現在の吸気時に検出された最大値を結ぶ直線を求め、次
の吸気時の最大値を検出するまで延長して補正直線とす
る。次に、現在の吸気時の最大値検出時点に続く検出信
号と補正直線との差を計算し、時系列的に変化する炭酸
ガス濃度に応じた濃度信号を求め、この濃度信号により
炭酸ガス濃度を求めるようにした。 【０００９】 【実施例】以下、図面を参照して本発明の炭酸ガス濃度
測定装置の実施例について説明する。図１は、本発明の
実施例の構成を示すブロック図である。図２は、図１の
実施例の炭酸ガス濃度測定の処理を示すフローチャート
である。図３は、本発明による補正直線を用いて補正を
行う呼吸波形図である。図４は、図１の実施例により得
られる炭酸ガス濃度の波形図である。 【００１０】実施例の説明に先立ち、本発明の原理につ
いて説明する。本発明は、呼気ガス中の炭酸ガス濃度に
応じて変化する熱量を検出する熱検出器としてサーモパ
イルを使用した。サーモパイルは、従来使用されている
光検出器であるＰｂＳｅに比べドリフトが少なくしかも
安価であるが、特有の性質があり、この特性に対応して
用いることが要求される。即ち、炭酸ガス濃度測定装置
に必要な応答速度は２００ｍｓ以下であるが、サーモパ
イルの応答速度が５０ｍｓ〜２００ｍｓと遅いため、従
来の如く光源の光をチョッピングする方式では、２００
ｍｓ以下の応答速度を達成するのは困難である。 【００１１】しかしながら、例えば光源の赤外線量の変
化、呼気ガス検出部の窓の曇り又は汚れ、サーモパイル
自体の構造により、出力電圧にドリフトが発生する。こ
の内、サーモパイル自体の構造による出力電圧のドリフ
トは、使用環境温度の変化に伴って生じるので補正が必
要となる。即ち、サーモパイルは温接点と冷接点を有
し、この両接点間の熱時定数の違いにより出力電圧にド
リフトが発生する。周囲温度の急激な変化に対して熱容
量の小さい温接点は速かに応答するが、容器に熱的に接
触している冷接点は熱容量が大きいため、温接点より応
答が遅れる。このため、温接点と冷接点間の温度差に応
じて出力される電圧を検出する際、冷接点が熱的に周囲
温度と平衡に達するまでドリフトが生じることになる。
従って、サーモパイルを使用するためには出力電圧のド
リフトによる変動を補正した上で、炭酸ガス濃度を測定
する必要がある。 【００１２】本発明では、急激な温度変化に伴い、サー
モパイルの構造に起因して出力電圧にドリフトが発生し
た場合、ドリフト補正を行うようにした。 【００１３】図３は、熱検出器の出力にドリフトが生じ
た場合に補正直線を用いて補正を行う呼吸波形図であ
る。図３において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、吸気時に検出さ
れるサーモパイルの最大値検出点である。補正を行う場
合、例えばＢを現在の吸気時に検出された最大値検出点
とすれば、検出された直前の吸気時の最大値検出点Ａと
点Ｂとを直線（実線）で結び、これを次の吸気時の最大
値点Ｃが検出されるまで延長して補正直線（破線）とす
る。同様に、Ｃを現在の吸気時に検出される最大値検出
点とすれば、直前の吸気時の最大値検出点Ｂと点Ｃとを
直線で結び、次の吸気時の最大値点Ｄが検出されるまで
延長して補正直線とする。そして、補正直線から、各最
大値検出時点に続く呼気時のサーモパイルの出力値を検
出して減算し、濃度信号として求め、この濃度信号に基
づき炭酸ガス濃度を求めるようにしている。 【００１４】２点間を結ぶ直線は、ｖを２点間の最大値
の差、ｔを２点間の時間差、ａを勾配とした直線の算定
式ｖ＝ａｔを記憶させておけばよい。即ち、図３におい
て、２点間を結ぶ直線、例えばＢとＣを結ぶ直線（実線
で示す）は、その最大値が検出されるのでそれらの値を
記憶しておき、水平方向の距離をＢ点とＣ点との時間差
ｔ、垂直方向の距離をＢ点とＣ点の最大値との差ｖ、
（２点の最大値との差ｖ）／（２点の時間差ｔ）を勾配
ａとして求めることができる。 【００１５】図１において、Ｔは呼気ガス及び吸気ガス
が流通する通気管で、所定位置の対向する部分にサファ
イア等の透明部材より成る窓Ｗ１及びＷ２が形成されて
いる。通気管Ｔは、一方の端部（図の左）が被検者の口
に挿入される挿入端となり、他方の端部（図の右側）が
大気中への開放端となる。窓Ｗ１及びＷ２には、呼気ガ
ス中の水蒸気等による曇りを防止する防曇加工が施され
ている。窓Ｗ１の上方付近にはランプ等の光源１が配置
され、窓Ｗ１へ光を照射する。また、窓Ｗ２の下方付近
には、前述したサーモパイルから成る熱検出器２が配置
され、光源１から、窓Ｗ１及びＷ２を透過して照射され
る赤外線を検出する。また、熱検出器２の受光面には、
呼気ガス中の炭酸ガスにより吸収される波長（およそ
４．３μｍ）のフィルタＦが配置されている。 【００１６】３は、例えば定電流回路から成る光源駆動
部で、光源１を一定の輝度で発光ささせ、また、後述す
る制御部により例えば試験的に光源をオン／オフさせる
スイッチＳＷが接続されている。スイッチＳＷは、例え
ばトランジスタ等の電子スイッチで構成され、通常はオ
ンとされている。４は熱検出器２の検出電圧を増幅する
増幅器（例えば対数増幅器）、５は増幅器４の出力をデ
ジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器であ
る。制御部６は、例えばＣＰＵから成り、後述するＲＯ
Ｍ９に記憶された炭酸ガス濃度の測定を行う制御プログ
ラムに基づき装置の制御を行う。 【００１７】７は、例えば複数の押しボタンより成る操
作部で、光源１の試験的なオン／オフや所要データの設
定等を行う。 【００１８】８はＲＡＭで、設定されたパラメータ、測
定された炭酸ガス濃度のデータ等を一時的に記憶保持す
る。９はＲＯＭで、前述の本発明の原理による熱検出器
２の出力電圧に対してドリフト補正を行って炭酸ガス濃
度の測定を自動的に行う制御プログラムが予め記憶され
ている。 【００１９】１０は、例えば複数のＬＥＤ（発光ダイオ
ード）等の発光素子又はブザー等の音響素子から成る表
示部で、測定された炭酸ガス濃度の変化に応じたバーグ
ラフ表示を行い、又はブザーにより濃度変化に応じた変
調音を報知する。或いはＬＥＤ及びブザーを両方備える
こともできる。両者を装備することにより、視覚及び聴
覚いずれでも被検者の呼吸状態を監視することができ
る。 【００２０】次に上述の構成において、図２のフローチ
ャートにより動作を説明する。測定開始時には電源スイ
ッチ（図示せず）投入と同時に光源１がオンとされ（ス
テップＳ１）、被検者の口に挿入された通気管Ｔの挿入
端から呼吸ガスを流出入させる。 【００２１】呼吸ガスに含まれる炭酸ガスの濃度変化に
よる透過光は、熱検出器２で受光され、熱検出器２の出
力が大きくなった時点を吸気と認識し、吸気期間におけ
る熱検出器２の検出信号から炭酸ガス濃度がゼロに相当
する最大値を検出してＲＡＭ８に記憶する（ステップＳ
２）。最大値は、熱検出器２の検出信号を、例えば時間
軸で前後のデータの差分値を算定することにより検出で
きる。 【００２２】ステップＳ２で検出した吸気時の熱検出器
２の最大値に対し、前述した本発明の原理に基づいて直
前の吸気時の最大値とを結ぶ直線を算定し、これを補正
直線として次の吸気時の最大値を検出するまで延長する
（ステップＳ３）。 【００２３】次に、現在の最大値検出時点に続く、熱検
出器２の低下した検出信号を呼気であると認識して呼気
時の出力値を検出し、ステップＳ３で求めた補正直線か
らの差を算定して濃度信号として求める（ステップＳ
４）。この濃度信号は、リアルタイムで取り込まれるの
で時系列的に変化している。 【００２４】濃度信号が求められたら、炭酸ガス濃度を
求め、表示装置（表示部）１０に出力して表示する（ス
テップＳ５）。表示装置１０を、例えばバーグラフ表示
装置で構成した場合、図４に示す炭酸ガス濃度の変化に
応じて、表示されるバーグラフの長さが変化する。 【００２５】このようにして、補正直線を次の吸気時の
最大値検出時点まで延長して濃度信号を求めるようにし
たので、大きなドリフトにより、１つの呼気時の濃度信
号を求めて次の呼気時の濃度信号を求める場合に不連続
点を生じることがあっても、十分な補正が可能となる。 【００２６】 【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の本発
明の炭酸ガス濃度測定装置によれば、熱検出器を用いる
ことにより、従来の光検出器に必要であったチョッパ
（光断続器）やこれを回転駆動するモータ等の機構部品
が不要となるので、装置の小形化が容易となり、堅牢性
も向上すると共に安価に構成できる利点がある。 【００２７】周囲温度の急激な変動などに伴って熱検出
器の温度ドリフトが発生しても十分に補正を行うことが
できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の炭酸ガス濃度測定装置の構成を示すブ
ロック図である。 【図２】図１の実施例の処理動作を説明するフローチャ
ートである。 【図３】本発明の原理を説明する熱検出器の検出信号の
補正直線を示す図である。 【図４】図１の実施例により測定された炭酸ガス濃度の
波形図である。 【図５】従来のドリフト補正装置を備えた炭酸ガス濃度
測定装置の構成図である。 【符号の説明】 １ 光源 ２ サーモパイル（熱検出器） ３ 光源駆動部 ４ 増幅器 ５ アナログ／デジタル変換器 ６ 制御部（制御手段） ７ 操作部 ８ ＲＡＭ（記憶手段） ９ ＲＯＭ １０ 表示部（表示装置）
ロック図である。 【図２】図１の実施例の処理動作を説明するフローチャ
ートである。 【図３】本発明の原理を説明する熱検出器の検出信号の
補正直線を示す図である。 【図４】図１の実施例により測定された炭酸ガス濃度の
波形図である。 【図５】従来のドリフト補正装置を備えた炭酸ガス濃度
測定装置の構成図である。 【符号の説明】 １ 光源 ２ サーモパイル（熱検出器） ３ 光源駆動部 ４ 増幅器 ５ アナログ／デジタル変換器 ６ 制御部（制御手段） ７ 操作部 ８ ＲＡＭ（記憶手段） ９ ＲＯＭ １０ 表示部（表示装置）
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フロントページの続き
(72)発明者 伊東 正美
東京都新宿区西落合１丁目31番４号 日
本光電工業株式会社内
(72)発明者 井上 正行
東京都新宿区西落合１丁目31番４号 日
本光電工業株式会社内
(72)発明者 杉浦 正規
東京都新宿区西落合１丁目31番４号 日
本光電工業株式会社内
(56)参考文献 特開 昭57−16339（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−63839（ＪＰ，Ａ)
実開 昭57−31652（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 21/00 - 21/61
A61B 10/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 呼吸ガスに赤外線を照射し、透過量に応
じた信号を検出して炭酸ガス濃度を測定する炭酸ガス濃
度測定装置において、 上記赤外線の透過量を検出する熱検出器と、 上記熱検出器の検出信号から、現在の吸気時における最
大値を検出して記憶させ、直前と現在の吸気時の最大値
とを結ぶ直線を求め、次の吸気時の最大値を検出するま
で延長して補正直線とし、現在の吸気時の最大値検出時
点に続く検出信号と上記補正直線との差を取って時系列
的に変化する炭酸ガス濃度に応じた濃度信号を求め、こ
の濃度信号に基づいて炭酸ガス濃度を求める制御手段
と、 上記現在の吸気時の最大値を記憶する記憶手段とを具え
ることを特徴とする炭酸ガス濃度測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3669995A JP3393354B2 (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 炭酸ガス濃度測定装置 |
| EP96102772A EP0729727A3 (en) | 1995-02-24 | 1996-02-23 | Capnometer |
| EP03021573A EP1374768A3 (en) | 1995-02-24 | 1996-02-23 | Capnometer |
| US09/112,324 US6267928B1 (en) | 1995-02-24 | 1998-07-09 | Capnometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3669995A JP3393354B2 (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 炭酸ガス濃度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08233734A JPH08233734A (ja) | 1996-09-13 |
| JP3393354B2 true JP3393354B2 (ja) | 2003-04-07 |
Family
ID=12477032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3669995A Expired - Fee Related JP3393354B2 (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 炭酸ガス濃度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3393354B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008232918A (ja) * | 2007-03-22 | 2008-10-02 | Anritsu Corp | ガス検知装置 |
| CN114674758B (zh) * | 2022-05-27 | 2022-10-11 | 山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队(山东省地矿工程勘察院) | 利用废弃盐穴、矿坑地质储存co2的状态监测系统 |
-
1995
- 1995-02-24 JP JP3669995A patent/JP3393354B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08233734A (ja) | 1996-09-13 |
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