JP5515994B2 - 固有情報をもった検出装置とそれを備えた分析装置 - Google Patents

Description

本発明は検出装置と、検出装置を交換可能に備えた分析装置に関し、例えば非分散型赤外分光光度計を検出器とする検出装置とそれを備えた水質分析計に関するものである。

分析装置の一例として水質分析計を取り上げ、従来の水質分析計を図５に概略的に示す。

水質分析計１００には制御部である本体制御基板１０２を備えた水質分析計本体に、検出装置１０２が交換可能に装着されている。検出装置１０４は試料の二酸化炭素濃度を検出する検出器１０６と検出装置側の制御装置である検出器制御基板１０８を備えている。検出器制御基板１０８には検出器１０６の動作を制御する駆動制御部１１０及び検出器１０６による検出信号を処理する処理部１１２が設けられている。本体制御基板１０２は演算部を構成するＣＰＵ（中央演算部回路）１２０、不揮発性記憶媒体、濃度表示部１２４、濃度出力部１２６などを備えている。

検出装置１０４は測定対象の二酸化炭素濃度を検出する検出器１０６からの信号を処理部１１２で電気信号に変換し増幅して本体制御基板１０２に伝送する。本体制御基板１０２側では検出装置１０４からの信号をＣＰＵ１２０により構成される演算部に入力し、測定値を算出して結果を濃度表示部１２４又は濃度出力部１２６に出力する。

検出装置１０４の検出器１０６の調整は装置本体と一体で行われ、検出器１０６の固有の調整値や記録は本体制御基板１０２の不揮発性記憶媒体１２２に記憶されて二酸化炭素濃度の演算に用いられる。

検出器１０６の故障など、検出器１０６の交換が必要な事態が発生した場合、本体側には直前の検出器１０６の調整時の固有情報が記録されているが、これから交換を行う検出器の調整情報はないので、水質分析計が設置されている測定現場にて本体とともに検出器の調整が必要となる。水質分析計の場合は、そのような調製として検出器のガス感度及び直線性の調整が含まれる。

しかし、そのような調整にはある程度の技量を要する上に時間がかかるので、測定現場でそのような調整を行うとその調整時間のために測定を中断する時間が長くなる。

このような事情は水質分析計に限らず、交換の必要があり、調整の必要がある検出装置を備えた測定装置に共通の問題である。

本発明は測定現場での検出装置の交換を容易に短時間で行うことのできる検出装置と、そのような検出装置を装着した分析装置を提供することを目的とするものである。

本発明の検出装置は、試料の成分濃度を検出する検出器と、前記検出器の動作を制御する駆動制御部及び前記検出器による検出信号を処理する処理部を含む制御装置と、分析装置との間で信号及びデータの授受を行う入出力部とを備えた検出装置であって、前記制御装置は前記検出器の校正データを含むその検出器に固有の情報を記憶した不揮発性記憶媒体を備えており、前記入出力部は前記検出器の調整時には調整用の外部装置に接続でき、通常測定時には分析装置に接続できて前記処理部により処理された検出信号のほかに前記不揮発性記憶媒体に記憶されている検出器固有の情報も出力できるものである。

前記不揮発性記憶媒体に記憶する検出器固有の校正データは、この検出装置の外部で作成したものであってもよいが、検出装置内で作成したものとすることもできる。検出装置内で作成する場合の形態として、前記処理部は調整時には前記検出器による検出信号からその検出器に固有の校正データを作成して前記不揮発性記憶媒体に記憶する調整部も備えているようにすることができる。これにより、校正データを検出装置内で作成して不揮発性記憶媒体に記憶することができるので、他の検出装置の校正データを誤って取り込むというような操作上の不具合の発生を防止することができる。

本発明の分析装置は、分析装置本体と、その分析装置本体に装着された交換可能な検出装置とからなるものである。その検出装置として本発明の検出装置を用いる。また、分析装置本体も不揮発性記憶媒体を備えており、分析装置本体の不揮発性記憶媒体にはその分析装置に装着されている検出装置の検出器の校正データを記憶することができる。そして、分析装置に検出装置を新たに装着したり又は交換したりした際にその装着又は交換した新たな検出装置の不揮発性記憶媒体からその検出装置の検出器固有の校正データを取り込んで分析装置本体の不揮発性記憶媒体に記憶することができる。分析装置本体は分析装置本体の不揮発性記憶媒体に記憶されている検出器校正データに基づいて検出器の検出信号の演算処理を行うものである。

好ましい形態では、検出装置の不揮発性記憶媒体にはその検出装置の検出器の固有情報としてその検出器に割り当てられた管理番号も記憶されているものとすることができる。その場合、分析装置本体は装着された検出装置の管理番号を分析装置本体の不揮発性記憶媒体に保持しており、分析装置本体は電源投入時に検出装置の不揮発性記憶媒体に記憶されている管理番号と分析装置本体が保持している管理番号を比較し、一致しなければ検出装置が交換されたものと判断としてその検出装置の管理番号と校正データを取り込んで分析装置本体の不揮発性記憶媒体に記憶している管理番号と校正データを更新し、一致すれば検出装置は交換されていないものと判断として不揮発性記憶媒体に記憶している管理番号と校正データをそのままにしておくものである。

そのような分析装置の好ましい一例は水質分析計である。その場合、検出装置の測定セルでガス濃度を測定する方式の検出器としてＮＤＩＲ（非分散型赤外分光光度計)が用いられ、不揮発性記憶媒体に記憶される検出器固有の校正データとして炭酸ガス濃度に対する検出信号強度の関係を示すデータを少なくとも含む。非分散型赤外分光光度計の検出信号では、濃度対信号が非直線性であるので、濃度演算の際に直線性補正が必要となる。検出装置を水質分析計に装着する前の単体の状態で調整する際、校正データの１つとして直線性補正値を検出装置の不揮発記憶媒体に記録させておく。そして、水質分析計に検出装置を新たに装着するとき、又は既に装着されている検出装置が劣化した場合などで交換するとき、その新たに装着される検出装置の固有情報である直線性補正値等の校正データを水質分析計本体側の制御部に転送して水質分析計本体側に記憶することにより、検出装置を新たに装着したときや交換したときに行う水質分析計本体からの検出装置の感度の調整や直線性の確認が不要となる。

本発明では、検出装置に不揮発性記憶媒体を備えてその検出装置の検出器に固有の校正データを記憶させるようにし、入出力部を介して外部に出力できるようにしたので、分析装置に検出装置を新たに装着したり検出装置を交換したりした際に分析装置本体側からの検出装置の再調整や測定値の検証が不要となる。特に検出装置の交換は測定現場において行われるので、検出装置を調整できる技術をもった技術者が測定現場にいない場合にも検出装置を交換することができるようになり、分析装置の維持管理が容易になる。

検出装置の一実施例を概略的に示すブロック図である。 同実施例の調整動作を示すフローチャートである。 分析装置の一例としての水質分析計の一実施例を概略的に示すブロック図である。 同実施例における検出装置交換の動作を示すフローチャートである。 従来の水質分析計を概略的に示すブロック図である。

図１は検出装置の一実施例を表す。

検出装置２は検出器としてのＮＤＩＲ４と、制御装置である検出器制御基板６を含んでいる。検出器４は試料が流れるフローセル８に対し赤外光源１０からの赤外線を遮蔽板１２の回転により断続してセル８に入射させる光源部を備えている。遮蔽板１２はモータ１４により回転させられ、遮蔽板１２に設けられたスリットが光源１０からの光を断続してセル８に導く。セル８を透過した赤外線は光検出器１６で検出される。赤外線がセル８を透過する際にセル８中を流れる試料ガス中の二酸化炭素により吸収を受け、二酸化炭素濃度に応じてセル８を透過する赤外線の光量が減少する。

セル８に試料ガスを供給するためにセル８には試料供給部１８が接続される。試料供給部１８は通常側定時には試料ガスを供給し、この検出装置の調整時にはゼロガス、スパンガス、及び所定濃度に調整された標準ガスを供給するものである。標準ガスを作成するためにスパンガスを所定の濃度に低下させるためのガス分割器を備えている。

検出器制御基板６にはＣＰＵ２０のほか、ＣＰＵ２０に接続されＣＰＵ２０からの指示により検出器４の動作を制御する駆動制御部としてのモータ／光源駆動回路２２、光検出器１６による検出信号を処理する処理部として光検出器１６に接続され光検出器１６の検出信号を取り込んで増幅するセンサ信号増幅回路２４及び増幅回路２４の信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ２０へ供給する信号変換回路２６も設けられている。この実施例では、処理部はセンサ信号増幅回路２４と信号変換回路２６を含む。検出器制御基板６にはＣＰＵ２０に接続され、検出器４の固有の校正データを記憶するための不揮発性記憶媒体２８も設けられている。不揮発性記憶媒体２８としては電気的に書込み及び消去が可能なＥＥＰＲＯＭなどを用いることができる。更に検出器制御基板６には分析装置本体やＰＣ(パーソナルコンピューター）などの外部装置との間で信号及びデータの授受を行う入出力部としてシリアル通信インターフェース３０が設けられている。インターフェース３０としては、例えばＲＳ２３２Ｃなどを用いることができる。

検出器制御基板６には、さらに、検出装置２の状態が通常測定モードであるのか調整モードであるのかを切替える切替えスイッチ３１が設けられている。切替えスイッチ３１は特に限定されるものではないが、例えばＤＩＰスイッチを用いることができる。不揮発性記憶媒体２８に検出器固有データを記憶させるときのモードは調整モードであり、切替えスイッチ３１により調整モードに設定すると、インターフェース３０にＰＣ３２を接続することができるようになる。切替えスイッチ３１により通常測定モードに切り替えると、インターフェース３０を分析装置の入出力装置と接続することができるようになる。

切替えスイッチ３１を設ける代わりに、インターフェース３０に接続されているのがＰＣ３２であるのか、分析装置の入出力部であるのかをＣＰＵ２０が判定し、自動的にモードを切り替えるようにすることもできる。

不揮発性記憶媒体２８にはその検出器４に固有の校正データが記憶される。校正データとしては感度のほか、炭酸ガス濃度に対する検出器出力を表す検量線データの直線性などに関するデータが含まれる。

不揮発性記憶媒体２８には、さらに、その検出器４を識別するための検出器管理番号も記憶される。さらに、その検出器４のメンテナンス情報も記憶することができる。

検出装置２は分析装置に交換可能に装着される。分析装置に装着する前の段階で、不揮発性記憶媒体２８には検出器４の固有のデータが記憶される。その固有のデータはこの検出装置２自体においてＣＰＵ２０がもつプログラムにより作成することができる。またＣＰＵ２０がそのような固有データを作成するためのプログラムを備えていない場合は、外部に接続されるＰＣなどによりその検出器４の固有データを作成し、不揮発性記憶媒体２８に書き込むようにすることもできる。ここでは、ＣＰＵ２０がそのような固有データ作成プログラムを備えているものとして説明する。

不揮発性記憶媒体２８に検出器の固有データを書き込む際は、検出装置２はまだ分析装置に装着されていない状態であり、インターフェース３０には外部の制御装置としてＰＣ３２が接続される。また試料供給部１８もＰＣ３２により制御され、ゼロガス、スパンガス及び所定濃度の標準ガスがセル８へ供給されるように制御される。

その固有情報を書き込むための動作を説明する。その動作のフローチャートは図２に示したものである。切替えスイッチ３１を調整モード側にする。試料供給部１８を、その試料供給部１８内の流路の開閉と流量調整のための電磁弁及び流量制御部をＰＣ３２により制御するためのジグを介してＰＣ３２に接続する。またＰＣ３２はインターフェース３０を介してこの検出装置２に接続する。

ＰＣ３２の制御により試料供給部１８からセル８にゼロガス（二酸化炭素成分を含まない窒素又は空気などのガス）を流し、そのときの検出器出力がゼロ点を示すように検出装置２のゼロ点を調整し、その調整値を不揮発性記憶媒体２８に記憶させる。スパンガス（二酸化炭素を一定濃度で含むガス）を試料供給部１８からセル８へ流し、そのときの検出器出力がスパン点となるようにスパン点調整を行い、その調整値を不揮発性記憶媒体２８に記憶させる。

次に、ＰＣ３２からの指令により、試料供給部１８のガス分割器によりスパンガスの一定割合の二酸化炭素濃度の標準ガスを作製する。例えばそのガスの二酸化炭素濃度はそれぞれスパンガスの２０％、４０％、６０％及び８０％の濃度をもつガスである。それぞれの濃度の標準ガスを試料供給部１８からセル８に流し各濃度での出力値を不揮発性記憶媒体２８に記憶させる。ＣＰＵ２０はゼロガス、スパンガス及び標準ガスの検出器出力を用いて二酸化炭素濃度に対する検出器出力の近似曲線を算出し、その近似曲線を表す各係数を不揮発性記憶媒体２８に記憶させる。不揮発性記憶媒体２８にはまたその検出器４の固有番号を検出器管理番号として不揮発性記憶媒体２８に記憶させる。これで、検出装置２の調整が完了する。不揮発性記憶媒体２８にはその検出器４の管理番号を予め記憶させておく。このようにして、不揮発性記憶媒体２８にはその検出器４の固有データがその管理番号とともに保持される。
その後、必要に応じてドリフトやノイズレベル検査など、検出装置２の性能試験を行う。

ゼロ点調整値とスパン点調整値を不揮発性記憶媒体２８に記憶させる操作は、ゼロガス及びスパンガスを流したときの検出器出力がそれぞれゼロ点、スパン点の基準値になるように、検出器電気回路のデジタルトリマをＰＣ３２側から手動で調整し、検出装置の不揮発性記憶媒体２８に記録させるか、又はこれらの作業をＰＣ３２側で自動化するプログラムを作成し、ＰＣ３２により調整作業の自動化と調整データの電子情報化をするようにする。

図３はこの検出装置２を分析装置４０に装着した状態を示したものである。切替えスイッチ３１を通常測定モード側に切り替えておく。分析装置４０は本体側の制御基板４２を備え、検出装置が装着される場所にこの実施例の検出装置２が装着される。制御基板４２はＣＰＵ４４を備え、検出装置２と接続するために入出力部としてＣＰＵ４４と接続されたＲＳ２３２Ｃなどのシリアル通信インターフェース４６を備えている。検出装置２からの固有情報を取り込んで本体側に保持するためにＣＰＵ４４と接続された不揮発性記憶媒体４８も備えている。不揮発性記憶媒体４８もＥＥＰＲＯＭなどで実現することができる。

ＣＰＵ４４は検出装置２のインターフェース３０を介し本体側のインターフェース４６を経て取込んだ検出器固有情報を本体側の不揮発性記憶媒体４８に記憶する。ＣＰＵ４４は本体側の不揮発性記憶媒体４８に記憶した検出装置２の固有の校正データを用い、通常測定モードで試料ガスを測定することにより得られた検出器４の測定値にその校正データを適用し、試料ガス中の二酸化炭素濃度を算出する演算処理を行う。ＣＰＵ４４による演算結果を表示するために、ＣＰＵ４４には液晶パネルなどの濃度表示部５０と、アナログ出力するためのプリンタ等の濃度出力部５２が設けられている。

この分析装置で電源を投入したときの動作は図４に示されるものである。本体側のＣＰＵ４４は検出器側の不揮発性記憶媒体２８から検出器管理番号を取り込み、本体側の不揮発性記憶媒体４８に記憶している管理番号と比較する。番号が同じ場合は現在装着されている検出器は交換されていないと判断して、そのまま通常測定動作を始める。一方、検出器側から取り込んだ管理番号と本体側の不揮発性記憶媒体４８に保持している管理番号が異なる場合は、本体側のＣＰＵ４４は検出装置２が交換されたと判断して、その取り込んだ管理番号により本体側の不揮発性記憶媒体４８に記憶されていた管理番号を更新し、検出装置の不揮発性記憶媒体２８に記憶されている校正データを取り込み、その取り込んだ校正データにより本体側の不揮発性記憶媒体４８に記憶されていた校正データを更新する。その後、通常測定動作を始める。

検出器４がＮＤＩＲの場合の固有情報としての校正データとしては、ゼロ点調整値、スパン点調整値及び直線補正値を少なくとも含む。

具体的に示すと、ゼロ点調整値は、ＮＤＩＲの測定セルにゼロガスを流し、検出装置２の出力が規定のゼロ点電圧になるように調整したときの検出器制御回路内ゼロ点用デジタルトリマ設定値であり、１から２５６の間の整数値で表わされる。

スパン点調整値は、ＮＤＩＲの測定セルにスパンガスを流し、検出装置２の出力が規定のスパン点電圧になるように調整したときの検出器制御回路内ゼロ点用デジタルトリマ設定値であり、これも１から２５６の間の整数値で表わされる。スパン点調整値はガス感度値ともいう。

ＮＤＩＲの出力電圧とガス濃度の関係は非直線的である。したがって、ゼロ点及びスパン点を調整した後で、その間の出力電圧とガス濃度の関係を求め補正する。通常はスパンガスの濃度をガス分割器で５分割して作成した標準ガスをＮＤＩＲのセルに流してその時の出力電圧を求め、先に取得したゼロ点、スパン点の電圧値とともに６点の値から最小自乗法などにより近似曲線を算出し、その各次数の係数を求める。その係数が直線補正値である。直線補正値はセットにして不揮発性記憶媒体２８に記憶しておく。ガス濃度とＮＤＩＲ出力電圧との関係の近似曲線が３次式で表わされる場合は、直線補正値はａ，ｂ，ｃ，ｄという４個の浮動小数点定数として表わすことができる。

２ 検出装置
４ 検出器
６ 検出器制御基板
８ フローセル
１６ 光検出器
１８ 試料供給部
２０，４４ ＣＰＵ
２２ モータ／光源駆動回路
２４ センサ信号増幅回路
２６ 信号変換回路
２８，４８ 不揮発性記憶媒体
３０，４６ シリアル通信インターフェース
３１ 切替えスイッチ
４０ 分析装置
４２ 本体制御基板

Claims (3)

1. 分析装置本体と、前記分析装置本体に装着された交換可能な検出装置とからなる分析装置において、
   前記検出装置は試料の成分濃度を検出する検出器と、前記検出器の動作を制御する駆動制御部及び前記検出器による検出信号を処理する処理部を含む制御装置と、前記分析装置本体との間で信号及びデータの授受を行う入出力部とを備えており、
   前記制御装置は前記検出器について試料の成分濃度に対する検出信号強度の関係を示す校正データを含むその検出器に固有の情報を記憶した第１の不揮発性記憶媒体を備え、
   前記処理部は、調整時には前記分析装置本体から独立して前記検出器による検出信号からその検出器に固有の情報として前記校正データを作成し、前記第１の不揮発性記憶媒体に記憶する調整部を備え
   前記入出力部は前記検出器の調整時には調整用の外部装置に接続でき、通常測定時には前記分析装置本体に接続できて前記処理部により処理された検出信号のほかに前記第１の不揮発性記憶媒体に記憶されている検出器固有の情報も出力できるように構成されており、
   前記分析装置本体は、装着されている前記検出装置の検出器の校正データを記憶する第２の不揮発性記憶媒体を備えており、前記第２の不揮発性記憶媒体は前記分析装置本体に検出装置を新たに装着したり又は交換したりした際に装着又は交換した新たな検出装置の前記第１の不揮発性記憶媒体からその検出装置の検出器固有の校正データを取り込んで記憶するように構成されており、
   前記分析装置本体は前記第２の不揮発性記憶媒体に記憶されている検出器校正データに基づいて前記検出器の検出信号の演算処理を行うものである分析装置。
2. 前記第１の不揮発性記憶媒体にはその検出装置の検出器の固有情報としてその検出器に割り当てられた管理番号も記憶されており、
   前記分析装置本体は装着された検出装置の管理番号を前記第２の不揮発性記憶媒体に保持しており、
   前記分析装置本体は電源投入時に前記第１の不揮発性記憶媒体に記憶されている管理番号と前記第２の不揮発性記憶媒体に保持している管理番号を比較し、一致しなければ検出装置が交換されたものと判断としてその検出装置の管理番号と校正データを取り込んで前記第２の不揮発性記憶媒体に記憶している管理番号と校正データを更新し、一致すれば検出装置は交換されていないものと判断として前記第２の不揮発性記憶媒体に記憶している管理番号と校正データをそのままにしておくものである請求項１に記載の分析装置。
3. 該分析装置は水質分析計であり、
   前記検出器は非分散型赤外分光光度計であり、
   前記第１の不揮発性記憶媒体には前記検出器に固有の校正データとして炭酸ガス濃度に対する検出信号強度の関係を示すデータを少なくとも含んでいる請求項１又は２に記載の分析装置。

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