JPH0227692A - 赤外線ビーム源のパルス変調電力供給用回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 不発明は、受信器によって検出可能であるビームを発生
する赤外線ビーム源へのパルス変調電力供給用の回路装
置に関する。

従来の技術 この種のパルス駆動型赤外線ビーム源は、被検ガス試料
の配置されたキュベツト装置によって当該ガス試料の成
分濃度を測定するためにしばしば用Ａられる。その際ビ
ーム源は、時間発生器金倉して駆動されるパルス発生器
に接続されでおり、このパルス発生器によってビーム源
への供給電圧がパルスクロックに相応してオン・オフさ
れる。赤外線ビームパルスは測定キュベツトを透過し、
その際検出すぺさがス成分の濃度に応じて程度の差こそ
あれビームエネルギーが吸収される。吸収されないビー
ムエネルギーは受信室に到達し、この受信室内で有効信
号がさらに評価処理される。従って変調方式が次の目的
のために適用される。すなわち、測定ビームを障害とな
るビーム強度の変動から明確に区別することができるよ
うにするため疋適用される。それにより改善されたＳ／
Ｎ比が得られる（西独特許出願公開用３０　４３　３３
２号公報〕。

しかし公知の回路装置では、測定信号の時間的経過が測
定キュベツト内の濃度変化に相応する吸収変動に従うだ
けでなく、信号経過はビーム源の加熱および冷却特性に
よっても定められる。そしてビーム源もまたパルス出力
およびパルス列のキーイング比に依存するのである。従
つてコストのかかる信号処理方法によって信号最大値と
信号最小値金それぞれ、非対称に経過する信号曲線から
ろ波選別しなければならなＡｏその他、公知の強度変調
駆動型のビーム源は緩慢で、そのビーム強度は周囲温度
に依存する。

というＤＦｉ最大温度および加熱−冷却時定数も周囲へ
の熱放出により影響されるからである。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は冒頭に述べた回路装置を改善して、ビー
ム源がそのビーム特性および熱特性に可能な限９紙存し
ないようにし、会わせて周囲条件に影響されないように
し、迅速で容易に処理できる測定信号全受信器に送出す
ることかできるようにすることである。

課題を解決するための手段 この課題は次のようにして解決される。すなわち、パル
ス持続中は上側の温度目標値Ｔｏに、パルス体上中は下
側の温度目標値ＴｕＫなるよう制御ユニットにより電力
供給を制御可能とし、２）の目標値間の切換えを、制御
ユニットの目標値入力部に接続されたパルス発生器１．
てよジトリガ可能とすることによって解決される。

本発明の利点は実質的に次のとおジであ、る。

すなわち、電力供給パルスの立上り時間ないし立下り時
間の経過後に、周囲温度釦よびビーム発生器の固有特性
に殆ど依存しな−安定したビーム温度が得られることで
ある。それにより、ビーム発生器から送出された強度に
相応して受信された測定信号を容易に処理することがで
き、非常に短かい立上り振動時間の後、直ちに使用でさ
る。

電力供給は開始時Ｃでは、上（ＩＩＩ目標値によって設
定された温度に急峻な立上り縁で達するような高程度の
ものであってよい。その後の制御プラトー（平面レベル
〕中に目標値を維持するための比較的に僅かな電力供給
で十分であるようにするのである。

ビーム全遮断して下側目標値にもたらす際には、先ず電
力供給を完全に遮断する。そして下側目標値に達した後
下側制御プラトー（平面しベル〕に保持する。その際僅
かの電力供給のみが必要である。

ビーム源を温度に依存する抵抗として、ブリッジ回路の
測定分岐路に配設し、ブリッジ回路の基準分岐路がパル
ススイッチにより制御される付加抵抗を有し、ブリッジ
回路の零分岐路か演算増幅器の入力側に接続され、演算
増幅器の出力側が閉制御ループ内でビーム源と接続され
るように構成すると有利である。

温度依存抵抗をビーム源として選択することにより、制
御回路に必要な、温度実際値を入力するためのセンサが
形成される。

ビームの上側電力消費はその温度依存抵抗によ！ｌｌ制
限され、それにより加熱時間の始めにのみ最大使用可能
エネルギーを供給することができ、急速な加熱が可能と
なる。過度に長く持続する電力供給によるビーム発生器
の破壊がそれによジ回避される。アクティブな抵抗制御
ブリッジによジ供給される熱出力は、基準分岐路中の抵
抗の選択により設定される。付加抵抗の接続時には演算
増幅器の一方の入力側のブリッジ抵抗が高くなり、その
結果零分岐路中の電圧差が高まる。ブリッジ回路のこの
不平衡状態の結果として、ビーム源には演算増幅器によ
り比較的に高い電力が、加熱されるビーム源の抵抗値が
再びブリッジ平衡状態を惹起するまで供給される。それ
によジビーム源の最大ビーム出力に対する上側制御目標
値Ｔｏが設定される。付加抵抗の遮断時にはビーム温度
は、ブリ・ツシ回路の零平衡状態がビーム加熱電力の下
側１ｆｉｌＪ御目標値Ｔｕで達成される筐で低下する。

この下側の値は周囲温度である必要はなく、最大ビーム
出力時の温度に対し十分な間隔かあれば良い。それによ
り冷却の際に信号経過の十分に高い側！米傾斜度が得ら
れる。付加抵抗の接続持続時間は制御プラトーの長さを
定める。演算増幅器の電力後供給により、下側制御値Ｔ
ｕから上側制御値Ｔｏへのビーム温度の急速な上昇が可
能となる。

下側制御温度Ｔｕから上側制御温度Ｔｏへ切換わる際の
上昇時間をさらに短縮するために、演算増幅器の出力側
をトランジスタスイッチを介して、ビーム源駆動のため
に必要な供給電圧に接続する。それによ５トランジスタ
の導通時に、使用できる電力のすべてがビーム発生器に
印加され、その結果農大可能な短時間で、ビーム強度の
安定した上側温度プラトーに達する。

目標値に対する抵抗を調整可能に構、成すれば、上側お
よび下側の制御目標値を調整できる。パルススイッチは
電界効果トランジスタとして構成され、そのソースとド
レインは付加抵抗をプリツゾ接続する。電界効果トラン
ジスタのベースはパルス発生器と接続されている。パル
ス発生器のパルス列により付加抵抗が周期的に接続ない
し遮断され、その結果ビーム源はその熱出力の点で相応
して追従する。パルス・デユーティ比を適切に選択する
ことによって、下側制御温度Ｔｕおよび上側制御温度Ｔ
ｏでの安定したプラトーフェーズの持続期間を所望に応
じて選定できる。

演算増幅器の出力側がトランジスタスイッチを介して供
給電圧に接続される回路の利点は次のとおりである。す
なわち、下側制御値Ｔｕから上側制御値Ｔｏへの加熱フ
ェーズ中に過変調制御するため全動作電圧がブリッジ回
路に印加され、その結果ビーム源が最高速度でその上側
制御温度に達する、ということである。達した場合には
直ちに、ビーム発生益金上側温度制御１直Ｔｏに保持す
るのに十分なグリップ′這圧に戻し制御される。ビーム
発生器の制御を行わなＡ場合に過電流ないし過電圧パル
スによって生じるようなビーム発生器の過熱または破壊
の危険性はこの場合もはや存在しなＡ０上側制御値Ｔｏ
および下側制御値’ｒｕに達した後は、ビーム出力は一
定で周囲温度に依存しなめ。その結果非常に安定した赤
外線ビーム源が得られる。その際周囲からの影響は容易
に補償される。上側制御値Ｔｏから下側制御値Ｔｕに切
換えた後、本発明の回路では再び急峻な側縁経過が得ら
れる。

なぜなら、過変調制御により今度はプリンゾ電流が完全
に遮断されるからである。下側制御値Ｔｕに達した後、
ブリッジ電圧は自動的に、ビーム発生器を下側温度に安
定に保持するのに十分な値に制御される。

受信器により受信された信号をさらに評価するために、
受信器は後置接続された増幅器を介して走査装置に接続
されている。この走査装置は受信信号を次のように走査
する。すなわち、上側制御値Ｔｏの安定状態に達した際
に測定信号Ｓｏ（ｉ）を、また下側制御値Ｔｕに達した
際に測定信号Ｓｕ（ｉ）全記録し処理するようにする。

このようにして安定な制御状態において一連の信号Ｓｏ
（１）とＳｕ　（ｉ　）がサンプリングされ加算され、
２）の和の差形成により変調測定信号Ｗが生成される。

ビーム源の安定した制御領域に急速に達成することによ
って、走査装置はどの信号、Ｓｏ（ｉ）ないしＳｕ（１
）　、を評価に利用すべきかを容易に識別できる。すな
わち、後続する信号値をそれぞれ先行の信号値と比較す
ることのみか必要であり、所定の差分閾値を下回った際
に、記録検出した信号値を変調測定値の処理のために供
給することができる。この有利な走査および処理方式で
は周囲温度の影響が完全に排除される。

すなわち、周囲温度の影響はビーム源の信号の加熱時の
側縁および冷却時の側縁に残るが、しかしこれは完全に
除去し得る。なぜなら、測定値検出を行うのは安定なプ
ラトー７エーズにのみ制限されているからである。変調
測定値を順次連続するパルスサイクルで繰返し検出する
ことにより、変調測定値の比較的に高品質が達成される
。なぜなら、ビーム源と周囲によるノイズの影響がさら
に抑圧されるからである。・従って複数の測定サイクル
Ｋにわたって平均された変調測定値が、 として得られる。

実施例 以下本発明の実施例を模式図を用りて詳細に説明する。

第１図において、赤外線ビーム源１は温度依存抵抗とし
てグリップ回路に配設されている。

ここでビーム源１は測定分岐路の測定抵抗―に対し、お
よび相互接続された２）の可変抵抗Ｒ２，Ｒ３と直列に
接続された、基準分岐路の基準抵抗ＲｉＶｃ対して設け
られてｈる。零分岐路では、演算増幅器２０反転入力側
ｘｉが前置抵抗Ｒ５を介してビーム源１と測定抵抗馳の
間に接続され、非反転入力側が可変抵抗Ｒ２の調整端子
に接続されている。演算増幅器２の出力側Ａと入力側Ｅ
１はＲＣ累子Ｒ４，Ｃ’ｉ介して接続されてｂる。出力
側Ａにはベース抵抗Ｒ５ｔ−介してトランジスタスイッ
チＴ２のベース５が接続されている。トランジスタスイ
ッチのコレクタ６はビーム源に、エミッタは正の供給電
圧に接続されている。エミッタ４とベースは抵抗Ｒ６を
介して結合されている。分圧器Ｒ２，Ｒ３に設けられた
可変紙ＰｊＬＲ３は電界効果トランジスタＴ１に並列に
接続されて込る。

を界効果トランジスタのベース８はパルス発生器９７ｃ
接続されている。ビーム源１は受信器１ｏｉｃ対向して
おり、受信器はその前置増幅器１１を介して走査装置１
２および後続の評価表示ユニット１６に接続されている
。

第２図の線図には受信器１０の信号Ｓが時間に対して記
入されている。曲線縫７Ｍｋは、パルス状に送出される
ビーム源１のビーム出力に依存する信号を示す。ビーム
出力はゾグデグの矢印１４によジ示されている。下側温
度側ｉ４１値Ｔｕへのビーム源１の冷却により、安定し
た下側プラトーに達した後、時点ｔｕｃ１）で一連の信
号Ｓｕ（ｉ）の測定が行われる。上側温度制御値Ｔｏに
達するためビーム源１に対して加熱電力を切換えた後、
受信器１０にて測定信号Ｓｏ　（ｉ）が取出される。信
号値Ｓｕ（ｉ）とＳｏ（ｉ）は走査装置１２によって記
録検出され、評価ユニット１３に供給される。第２図の
実施例では、下側制御温度Ｔｕおよび上側制御温度Ｔｏ
の各プラトーに対してそれぞれ３つの測定信号Ｓｕ（１
）とＳｏ（１）が記録検出される。この測定信号はその
都度加算され、和は３で割算した後、相互に減算される
。そのようにして得られた結果は１パルス周期に対する
変調測定値となる。この測定過程は別のパルス周期ｋに
対しても繰返すことができる。変調値の形成が頻繁に繰
返さｒＬればされる程、測定信号をより正確にパックグ
ラウンドノイズから区別することができる。

発明の効果 本発明により、電力供給パルスの立上り時間なＡし立下
り時間の経過後に、周囲温度およびビーム発生器の固有
特性に殆ど依存しなめ安定したビーム温度が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は赤外線ビーム源のパルス駆動用回路装置の回路
図、第２図は受信器の信号経過に対第１図 ￥２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、受信器によつて検出可能であるビームを発生する赤
   外線ビーム源へのパルス変調電力供給用回路装置におい
   て、 パルス持続中は上側温度目標値Ｔｏに、またパルス休止
   中は下側温度目標値Ｔｕになるよう電力供給が制御ユニ
   ツト（１、２）によつて制御可能であり、その際２つの
   目標値間の切換えは制御ユニツト（１、２）の目標値入
   力部（Ｅ２）に接続されたパルス発生器（Ｔ１）により
   トリガされることを特徴とする赤外線ビーム源のパルス
   変調電力供給用回路装置。 ２、ビーム源が温度依存抵抗（１）としてブリッジ回路
   の測定分岐路に配設されており、該ブリッジ回路の基準
   分岐路がパルススイッチ（Ｔ１）により付加接続可能な
   付加抵抗（Ｒ３）を有し、前記ブリッジ回路の零分岐路
   は演算増幅器（２）の入力側（Ｅ１、Ｅ２）と接続され
   ており、該演算増幅器の出力側（Ａ）は閉制御ループ内
   で前記ビーム源（１）と接続されている請求項１記載の
   装置。 ３、演算増幅器（２）の出力側（Ａ）はトランジスタス
   イッチ（Ｔ２）を介して、ビーム源（１）の駆動に必要
   な供給電圧源に接続可能である請求項２記載の装置。 ４、付加抵抗（Ｒ３）は、電界効果トランジスタとして
   構成されたパルススイッチ（Ｔ１）のソースとドレイン
   によつて橋絡され、上記トランジスタのベース（８）は
   パルス発生器（９）に接続された請求項３記載の装置。 ５、受信器（１０）は後置接続された増幅器（１１）を
   介して、ビーム源（１）から受信した信号に対する走査
   装置（１２）に接続されており、該走査装置にて信号経
   過が走査可能であつて、該信号経過は安定状態に達した
   際に上側パルス出力に対する測定信号Ｓｏ（ｉ）として
   、および下側パルス出力に対する測定信号Ｓｕ（ｉ）と
   して処理可能であり、その際ｎ回加算された信号Ｓｏ（
   ｉ）とＳｕ（ｉ）との重み付けした差形成により、 ▲数式、化学式、表等があります▼ が変調測定値として算出される請求項１から４までのい
   ずれか１記載の装置。