JP5117505B2 - 改良された信号処理を持つ光音響検出器 - Google Patents
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Description
IOSC:振動子103からの信号である。前記信号の周波数は、振幅変調のAC変調周波数の周波数と同じ、又は波長変調が使用される場合には前記波長変調のAC変調周波数の2倍である。IOSCの振幅は、前記トレースガスの濃度に比例する。図3は、前記トレースガス濃度の1回の増加を示す。t=t1において、前記トレースガス濃度及び検出器電流IOSCはおおよそ2倍になる。
SWHOLD:ホールド信号SWHOLDは、前記ホールドスイッチを制御する。SWHOLDがハイである場合、前記スイッチは閉じられる。SWHOLDがローである場合、前記スイッチは開かれる。IOSC及びSWHOLDの比較は、検出器電流IOSCの負の部分のみがキャパシタ111にフィードされることを示す。IOSCが正である場合、前記ホールドスイッチは開かれ、IOSCはキャパシタ111により積分されない。この例において、SWHOLDの周波数は、IOSCの周波数と同じであり、デューティサイクルは50%である。
UINT:前記ホールドスイッチが閉じられ、検出器電流IOSCがキャパシタ111にフィードされる場合、オペアンプ110の出力部における電圧UINTは増加する。前記ホールドスイッチが閉じられる場合、UINTは一定のままである。
SWSELECT:時々(例えば、毎秒10又は100回)、選択信号SWSELECTはハイであり、電圧UINTは、サンプルホールド回路112によりサンプリングされる。
SWRESET:UINTをサンプリングした直後に、リセット信号SWRESETは、リセットスイッチを閉じさせ、前記積分器はリセットされる。この後に、前記積分器は、再び検出器電流IOSCを積分し始め、次のリセットまでこれを続ける。高いリセット周波数は、結果として高いサンプリングレート及び比較的低いゲインを生じる。低いリセット周波数は、結果として低いサンプリングレート及び高いゲインを生じる。前記ゲインは、したがって、前記リセット周波数にも依存する。
UOUT:前記サンプルホールド回路は出力信号UOUTを供給する。図3に示されるように、前記トレースガス濃度はt=t1において増加し(IOSCの振幅が増加する)、出力信号UOUTは、最初に新しいサンプルが取られる(SWSELECTがハイである)ときに変化する。
Claims (9)
- サンプル混合物内のサンプルの濃度を検出する光音響検出器であって、
前記サンプルの分子を励起する光ビームを生成する光源と、
前記サンプル混合物において圧力変化を生成するように前記光ビームを変調する光変調器であって、前記圧力変化の振幅が前記濃度の尺度である、当該光変調器と、
前記圧力変化を検出器電流に変換する検出器素子と、
前記検出器電流を処理して前記濃度を表す出力信号を生成する処理セクションと、
を有する光音響検出器において、
前記処理セクションが、
前記検出器電流を積分する積分増幅器であって、ホールドスイッチを介して前記検出器素子に結合される当該積分増幅器と、
前記検出器電流の周期の所定の間隔中に前記積分増幅器を前記検出器素子に結合するために前記ホールドスイッチを動作するホールド信号を生成するタイミング回路と、
後処理ユニットとを有し、当該後処理ユニットが、
前記積分増幅器からの積分電圧を所定の値と比較する比較器と、
前記積分電圧が前記所定の値に到達する場合に、リセットスイッチを閉じ、前記積分増幅器をリセットするリセットパルスを供給するリセットパルス生成器と、
前記積分電圧が前記所定の値に到達する場合に、前記所定の値に到達するのに使用される合計サンプリング時間を決定するタイマと、
を有することを特徴とする、光音響検出器。 - 前記タイミング回路が、前記検出器電流の周波数に等しい周波数及び50%のデューティサイクルを持つ周期的信号として前記ホールド信号を生成することにより反復的に前記ホールドスイッチを動作する、請求項1に記載の光音響検出器。
- 前記検出器素子が、振動子素子であり、前記光変調器が、前記振動子素子の共振周波数において前記光ビームを変調する、請求項1に記載の光音響検出器。
- 前記振動子素子が、結晶振動子、例えば水晶音叉である、請求項3に記載の光音響検出器。
- 前記タイミング回路が、前記検出器電流の周波数の3分の1に等しい周波数及び50%のデューティサイクルを持つ周期的信号として前記ホールド信号を生成することにより反復的に前記ホールドスイッチを動作する、請求項1に記載の光音響検出器。
- 前記タイミング回路が、前記検出器電流の周波数の半分に等しい周波数及び75%のデューティサイクルを持つ周期的信号として前記ホールド信号を生成することにより反復的に前記ホールドスイッチを動作する、請求項1に記載の光音響検出器。
- 前記処理セクションが、
第1の出力信号及び第2の出力信号をそれぞれ生成することにより第1の測定及び第2の測定を行い、前記第2の測定に使用される前記ホールド信号が前記検出器電流の周期の半分だけ位相シフトされ、
前記第1の出力信号及び前記第2の出力信号の絶対値から平均出力信号を計算する、
請求項2、5又は6のいずれか一項に記載の光音響検出器。 - 前記ホールドスイッチが、バッファ段を介して前記検出器素子に結合される、請求項1に記載の光音響検出器。
- 前記処理セクションが、前記積分増幅器からの積分電圧を前記出力信号に複製する選択スイッチと、前記積分増幅器をリセットするリセットスイッチとを更に有し、前記タイミング回路が、前記選択スイッチを動作する選択信号及び引き続いて前記リセットスイッチを動作するリセット信号を生成し、前記タイミング回路が、更に、前記リセット信号の周波数の少なくとも2倍の周波数を持つ前記ホールド信号を生成する、請求項1に記載の光音響検出器。
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