JP3488971B2 - 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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- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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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よりドリフト
が生じるので、これ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
の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、この種の光検出器としては高価なＰｂＳｅ
を使用している。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、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。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補正をする
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ことと
なってしまう。従って、本発明は上記課題に鑑み、光検
出器に必要とする光を連続して断続する機構を用いるこ
となく、出力電圧のドリフトを補正するのに、不連続を
生じないように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に係る発明は、
呼吸ガスに赤外線を照射し、透過光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と、前記熱
検出器の検出信号の前回の吸気時の最大値を、次の吸気
時の前記検出信号の最大値が検出されるまで用い続けて
カルマンフィルタ処理して補正値を求め、この補正値と
前記検出信号との差を算定して時系列的に変化する濃度
信号を求め、この濃度信号に基づき炭酸ガス濃度を求め
る演算手段と、を備えることを特徴とする。 【０００８】 【作用】請求項１に係る発明では、熱検出器は、赤外線
の透過量を検出し、演算手段は、前記熱検出器の検出信
号の前回の吸気時の最大値を、次の吸気時の前記検出信
号の最大値が検出されるまで用い続けてカルマンフィル
タ処理して補正値を求め、この補正値と前記検出信号と
の差を算定して時系列的に変化する濃度信号を求め、こ
の濃度信号に基づき炭酸ガス濃度を求める。 【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
実施例の処理を示すフローチャートである。図３は、図
１の実施例によるカルマンフィルタによる補正値を示す
図である。図４は、図１の実施例により得られる炭酸ガ
ス濃度波形図を示す。 【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（米国デクスターリサー
チセンタ社製Ｓ６０など）は、従来使用されているＰｂ
Ｓｅに比較して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、２００ｍｓ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、検出信号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検出信号のドリフ
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検出信号にド
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
じて出力される信号を検出する際、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。 【００１２】従って、サーモパイルを使用するためには
検出信号のドリフトを補正した上で、炭酸ガス濃度を測
定する必要がある。 【００１３】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検出信号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。 【００１４】本例によるドリフト補正は、最適推定理論
の１つとして知られているカルマンフィルタによる処理
を用いるものである。また、カルマンフィルタは、リア
ルタイムで処理でき最新データの追随性がよいことも知
られている。 【００１５】図３に示すカルマンフィルタにより出力さ
れる補正値に基づいて、サーモパイル出力のドリフト補
正を行う場合について説明する。図３において、吸気時
に検出される最大値をＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４とし、
例えばサーモパイルの検出信号から検出される吸気時の
最大値Ｐ２をＶｍ(n+1) （図の実線上の点）とする。図
の破線で示すカルマンフィルタの最適推定量として出力
される補正値ＶＩは、上記最大値Ｖｍ(n+1) を入力デー
タとして下記に示す式で計算できる。 【００１６】 ＶＩ(n+1) ＝ＶＩ(n) ＋（Ｖｍ(n+1) −ＶＩ(n) ）／Ｂ(n+1) (1) 【００１７】ここで、Ｂ(n+1) は次式で表される。 Ｂ(n+1) ＝（１＋α・Ｂ(n) ） ここでαは予め定めておくカルマン係数であり、αの値
によりフィルタの補正特性が変わる。ＶＩ(n+1) は、現
在時点のフィルタ出力（補正値）を表し、ＶＩ(n) は前
回時点のフィルタ出力（補正値）を表している。Ｖｍ(n
+1) は現在時点において記憶されている吸気時の検出信
号の最大値である。 【００１８】即ち、サーモパイルの出力で現在記憶され
ている最大値Ｖｍ(n+1) を数式１に入力することにより
補正値ＶＩ(n+1) が得られる。 【００１９】この補正値は、図３に破線で示すように、
吸気時に検出され逐次入力される最大値に追随して漸近
する。従って、この補正値と検出信号との差を求めるこ
とにより炭酸ガス濃度に対応した濃度信号を得ることが
できる。 【００２０】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。 【００２１】３は、例えば定電流回路から成る光源駆動
部で、スイッチＳＷによりオン／オフされる。スイッチ
ＳＷは、例えばトランジスタ等の半導体スイッチで構成
され、後述する操作部から試験的にオン／オフされる
が、通常は、図示しない電源スイッチ投入時にオンとさ
れ、測定中は常時オンとされている。 【００２２】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。上
述した制御部６は、例えばＣＰＵから成り、後述するＲ
ＯＭ９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。 【００２３】７は、例えば複数の押しボタンより成る操
作部で、光源の試験的オン／オフ、所要データの設定等
を行う。 【００２４】８はＲＡＭで、熱検出器２の検出信号から
検出される吸気時の最大値、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。 【００２５】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を濃度変化に応じたバ
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。 【００２６】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がオンとされる
（ステップＳ１）。 【００２７】被検者の口に挿入された通気管Ｔの挿入端
を介して出入する呼吸に伴う炭酸ガスの濃度変化による
赤外線透過量を熱検出器２で受光し、熱検出器２の出力
が大きくなった時点を吸気と認識し、熱検出器２の検出
信号から現在の吸気時の最大値を検出してＲＡＭ８に記
憶する（ステップＳ２）。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。 【００２８】次の吸気時の最大値を検出する前に、熱検
出器２の検出信号が記憶した最大値を越えた場合には、
記憶した最大値を更新してＲＡＭ８に記憶する（ステッ
プＳ３）。 【００２９】制御部６は、ＲＡＭ８に記憶された最大値
を逐次読み出し、前述した本発明の原理に基づき、カル
マンフィルタ処理を行って補正値を出力する（ステップ
Ｓ４）。 【００３０】次に、ステップＳ４で求めた補正値との差
を計算し、リアルタイムで取り込まれる時系列的に変化
する濃度信号を求める（ステップＳ５）。 【００３１】制御部６は、この濃度信号に基づき炭酸ガ
ス濃度を求め、濃度信号を表示部（表示装置）１０に送
出して、光及び／又は音による濃度の表示を行う（ステ
ップＳ６）。炭酸ガス濃度は、図４に示すような炭酸ガ
ス濃度として得られるが、表示部１０を従来の如く、バ
ーグラフ構成とした場合は、炭酸ガス濃度に応じてバー
表示の長さが変化する。 【００３２】このように、カルマンフィルタを用いて補
正値を求め、この補正値と検出信号との差をとることで
ドリフトを補正しているため、周囲温度の急激な変化が
あっても補正後の信号に不連続点を生じることがない炭
酸ガス濃度測定装置を提供できる。 【００３３】 【発明の効果】以上説明したように本発明の炭酸ガス濃
度測定装置によれば、赤外線検出器として熱検出器を用
いることにより、従来の光検出器に必要なチョッパ（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。 【００３４】また、周囲温度の急激な変化に伴う熱検出
器の検出信号のドリフトを、カルマンフィルタにより補
正できるようにしたので、不連続点のない連続した安定
した炭酸ガス濃度の測定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よりドリフト
が生じるので、これ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
の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、この種の光検出器としては高価なＰｂＳｅ
を使用している。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、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。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補正をする
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ことと
なってしまう。従って、本発明は上記課題に鑑み、光検
出器に必要とする光を連続して断続する機構を用いるこ
となく、出力電圧のドリフトを補正するのに、不連続を
生じないように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に係る発明は、
呼吸ガスに赤外線を照射し、透過光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と、前記熱
検出器の検出信号の前回の吸気時の最大値を、次の吸気
時の前記検出信号の最大値が検出されるまで用い続けて
カルマンフィルタ処理して補正値を求め、この補正値と
前記検出信号との差を算定して時系列的に変化する濃度
信号を求め、この濃度信号に基づき炭酸ガス濃度を求め
る演算手段と、を備えることを特徴とする。 【０００８】 【作用】請求項１に係る発明では、熱検出器は、赤外線
の透過量を検出し、演算手段は、前記熱検出器の検出信
号の前回の吸気時の最大値を、次の吸気時の前記検出信
号の最大値が検出されるまで用い続けてカルマンフィル
タ処理して補正値を求め、この補正値と前記検出信号と
の差を算定して時系列的に変化する濃度信号を求め、こ
の濃度信号に基づき炭酸ガス濃度を求める。 【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
実施例の処理を示すフローチャートである。図３は、図
１の実施例によるカルマンフィルタによる補正値を示す
図である。図４は、図１の実施例により得られる炭酸ガ
ス濃度波形図を示す。 【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（米国デクスターリサー
チセンタ社製Ｓ６０など）は、従来使用されているＰｂ
Ｓｅに比較して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、２００ｍｓ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、検出信号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検出信号のドリフ
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検出信号にド
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
じて出力される信号を検出する際、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。 【００１２】従って、サーモパイルを使用するためには
検出信号のドリフトを補正した上で、炭酸ガス濃度を測
定する必要がある。 【００１３】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検出信号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。 【００１４】本例によるドリフト補正は、最適推定理論
の１つとして知られているカルマンフィルタによる処理
を用いるものである。また、カルマンフィルタは、リア
ルタイムで処理でき最新データの追随性がよいことも知
られている。 【００１５】図３に示すカルマンフィルタにより出力さ
れる補正値に基づいて、サーモパイル出力のドリフト補
正を行う場合について説明する。図３において、吸気時
に検出される最大値をＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４とし、
例えばサーモパイルの検出信号から検出される吸気時の
最大値Ｐ２をＶｍ(n+1) （図の実線上の点）とする。図
の破線で示すカルマンフィルタの最適推定量として出力
される補正値ＶＩは、上記最大値Ｖｍ(n+1) を入力デー
タとして下記に示す式で計算できる。 【００１６】 ＶＩ(n+1) ＝ＶＩ(n) ＋（Ｖｍ(n+1) −ＶＩ(n) ）／Ｂ(n+1) (1) 【００１７】ここで、Ｂ(n+1) は次式で表される。 Ｂ(n+1) ＝（１＋α・Ｂ(n) ） ここでαは予め定めておくカルマン係数であり、αの値
によりフィルタの補正特性が変わる。ＶＩ(n+1) は、現
在時点のフィルタ出力（補正値）を表し、ＶＩ(n) は前
回時点のフィルタ出力（補正値）を表している。Ｖｍ(n
+1) は現在時点において記憶されている吸気時の検出信
号の最大値である。 【００１８】即ち、サーモパイルの出力で現在記憶され
ている最大値Ｖｍ(n+1) を数式１に入力することにより
補正値ＶＩ(n+1) が得られる。 【００１９】この補正値は、図３に破線で示すように、
吸気時に検出され逐次入力される最大値に追随して漸近
する。従って、この補正値と検出信号との差を求めるこ
とにより炭酸ガス濃度に対応した濃度信号を得ることが
できる。 【００２０】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。 【００２１】３は、例えば定電流回路から成る光源駆動
部で、スイッチＳＷによりオン／オフされる。スイッチ
ＳＷは、例えばトランジスタ等の半導体スイッチで構成
され、後述する操作部から試験的にオン／オフされる
が、通常は、図示しない電源スイッチ投入時にオンとさ
れ、測定中は常時オンとされている。 【００２２】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。上
述した制御部６は、例えばＣＰＵから成り、後述するＲ
ＯＭ９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。 【００２３】７は、例えば複数の押しボタンより成る操
作部で、光源の試験的オン／オフ、所要データの設定等
を行う。 【００２４】８はＲＡＭで、熱検出器２の検出信号から
検出される吸気時の最大値、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。 【００２５】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を濃度変化に応じたバ
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。 【００２６】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がオンとされる
（ステップＳ１）。 【００２７】被検者の口に挿入された通気管Ｔの挿入端
を介して出入する呼吸に伴う炭酸ガスの濃度変化による
赤外線透過量を熱検出器２で受光し、熱検出器２の出力
が大きくなった時点を吸気と認識し、熱検出器２の検出
信号から現在の吸気時の最大値を検出してＲＡＭ８に記
憶する（ステップＳ２）。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。 【００２８】次の吸気時の最大値を検出する前に、熱検
出器２の検出信号が記憶した最大値を越えた場合には、
記憶した最大値を更新してＲＡＭ８に記憶する（ステッ
プＳ３）。 【００２９】制御部６は、ＲＡＭ８に記憶された最大値
を逐次読み出し、前述した本発明の原理に基づき、カル
マンフィルタ処理を行って補正値を出力する（ステップ
Ｓ４）。 【００３０】次に、ステップＳ４で求めた補正値との差
を計算し、リアルタイムで取り込まれる時系列的に変化
する濃度信号を求める（ステップＳ５）。 【００３１】制御部６は、この濃度信号に基づき炭酸ガ
ス濃度を求め、濃度信号を表示部（表示装置）１０に送
出して、光及び／又は音による濃度の表示を行う（ステ
ップＳ６）。炭酸ガス濃度は、図４に示すような炭酸ガ
ス濃度として得られるが、表示部１０を従来の如く、バ
ーグラフ構成とした場合は、炭酸ガス濃度に応じてバー
表示の長さが変化する。 【００３２】このように、カルマンフィルタを用いて補
正値を求め、この補正値と検出信号との差をとることで
ドリフトを補正しているため、周囲温度の急激な変化が
あっても補正後の信号に不連続点を生じることがない炭
酸ガス濃度測定装置を提供できる。 【００３３】 【発明の効果】以上説明したように本発明の炭酸ガス濃
度測定装置によれば、赤外線検出器として熱検出器を用
いることにより、従来の光検出器に必要なチョッパ（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。 【００３４】また、周囲温度の急激な変化に伴う熱検出
器の検出信号のドリフトを、カルマンフィルタにより補
正できるようにしたので、不連続点のない連続した安定
した炭酸ガス濃度の測定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】図１の実施例によるカルマンフィルタによる補
正値を示す図である。 【図４】図１の実施例により得られる炭酸ガス濃度を示
す波形図である。 【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】図１の実施例によるカルマンフィルタによる補
正値を示す図である。 【図４】図１の実施例により得られる炭酸ガス濃度を示
す波形図である。 【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
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 33/497
A61B 5/08
G01N 21/61
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、透過光量に
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と、 前記熱検出器の検出信号の前回の吸気時の最大値を、次
の吸気時の前記検出信号の最大値が検出されるまで用い
続けてカルマンフィルタ処理して補正値を求め、この補
正値と前記検出信号との差を算定して時系列的に変化す
る濃度信号を求め、この濃度信号に基づき炭酸ガス濃度
を求める演算手段と、 を備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 |
|---|---|---|---|
| JP03732495A JP3488971B2 (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 炭酸ガス濃度測定装置 |
| EP03021573A EP1374768A3 (en) | 1995-02-24 | 1996-02-23 | Capnometer |
| EP96102772A EP0729727A3 (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 |
|---|---|---|---|
| JP03732495A JP3488971B2 (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 炭酸ガス濃度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08233808A JPH08233808A (ja) | 1996-09-13 |
| JP3488971B2 true JP3488971B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=12494481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03732495A Expired - Fee Related JP3488971B2 (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 炭酸ガス濃度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3488971B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2534109A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-02-17 | Senseair Ab | A method of compensating for a measuring error and an electronic arrangement to this end |
| US7451762B2 (en) * | 2005-06-17 | 2008-11-18 | Salter Labs | Pressure sensing device with test circuit |
-
1995
- 1995-02-24 JP JP03732495A patent/JP3488971B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08233808A (ja) | 1996-09-13 |
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