JPH0347451B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は非分散型赤外線ガス分析計に関し、特
に、複数の異なる外乱影響の作用が修正されたガ
ス濃度表示を与えるべく異なるタイプの赤外線検
出器が共働する赤外線ガス分析計に関する。

試料ガスの一成分の濃度を測定する場合、この
測定は、赤外線を試料ガスに透過させてその吸収
赤外線を測定することによつて行なわれている。
波長領域を、調べようとする成分が有する特有の
吸収特性の通過帯域に制限することにより、計器
を、調べようとする特定の成分に選択的に応答さ
せることができる。

前記したタイプの計器は赤外線感知装置および
これに用いられる機構に基づいて分類できる。赤
外線分析計の１つのタイプは、赤外吸収が黒体検
出器の使用によつて測定される分析計を含む。こ
れらの検出器は、典型的にはサーミスタフレー
ク、熱伝対、ピロ電気型検出器のような固体装置
であり、該装置はこれがさらされた赤外線の全て
の量にのみ応答する。このタイプの検出器を使用
した分析計では、前記検出器は、通常、調べよう
とする前記成分の特性である吸収帯域を含む波長
帯域にのみ前記検出器を応答させる狭い通過帯域
のフイルタを経て照射される。このタイプの一つ
の分析計が、例えば、本願発明者の一人であるシ
ー・エヌ・シーダストランドの米国特許第
3920993号明細書に示されている。このタイプの
他の分析計は米国特許第3539804号明細書に示さ
れている。このタイプのさらに他の分析計が1979
年11月29日シー・エヌ・シーダストランド他によ
つて出願された「スプリツト検出器」、U.S.S.
N.98469に開示されている。

他のタイプの赤外線ガス分析計は、感知が
「Luft−type」検出器としてよく知られている空
気式検出器によつて行なわれる分析計を含む。こ
れらの検出器は典型的にはガスが充填された圧力
−応答装置であり、該装置は充填されたガスが有
する吸収線の特定の波長で吸収される赤外線の量
にのみ応答する。このタイプの検出器を使用する
分析計では、調べようとする成分の濃度の測定は
試料セル内に未知混合物の試料ガスが在るときの
前記検出器の内圧と、前記試料セル内にゼロガス
が在るときの前記検出器の内圧との差に基づく。

空気式検出器を使用する分析計は、環境機械振
動のような外乱影響の作用を低減もしくは除去す
るために、二以上の検出器を利用する。機械振動
および衝撃の影響を修正すべく配置された複数の
空気式検出器を有するタイプの分析計は、米国特
許第3770974号明細書に記載されている。赤外線
源の強度変化を補償すべく配置された複数の空気
式検出器を有するタイプの分析計は、米国特許第
3130302号明細書に開示されている。また、さら
に前記試料ガス内の干渉混合物の影響を補償する
後者のタイプの分析計は米国特許第2924713号明
細書に記載されている。

種々のタイプおよび外形を有する空気式検出器
を備える分析計を記載した他の特許、米国特許第
2957076号、同第3898462号、および同第4156812
号に示されている。

従来技術として、また黒体検出器および空気式
検出器の両者を有するタイプの赤外線ガス分析計
が開発されている。シー・エヌ・シーダストラン
ド他により1980年１月31日に出願された米国特許
願で出願中である名称「非分散型赤外線分析計に
おける干渉ガスの影響を打ち消すための方法およ
び装置」のU.S.S.N.117175には、それぞれが帯域
フイルタを有する複数の黒体検出器が試料セルと
空気式検出器との間に配置された分析計が示され
ている。しかしながら、この分析計では、前記黒
体検出器は各干渉混合物の影響を打ち消すのに使
用される信号を作り出すために供されている。

空気式検出器を利用する誤差消去の構成の共通
する特徴は、それらが光学的に直列的に接続され
た少なくとも二つの空気式検出器を含むことであ
る。この配列は、同様な検出器に同様な方法で影
響を及ぼす機械振動および衝撃のような外乱影響
の作用を効果的に打ち消すことができるが、同様
な検出器に異なつた方法で影響を及ぼす赤外線源
の強度変化および干渉混合物の現出のような外乱
影響の作用を効果的に打ち消すことはできない。
これは、下流側の検出器が上流側の検出器を通し
て照射されることにより、該上流側検出器の選択
的な赤外線吸収によつて波長分布が変化した赤外
線に下流側検出器がさらされることに依る。その
結果、両空気式検出器それ自体は同じであつて
も、両者が異なる波長分布を有する赤外線にさら
されるという事実は、振動に関する誤差成分が打
ち消されると同じ方法で打ち消されるべき赤外線
源および干渉に関する誤差成分を有する信号を起
生することを妨げる。

また、一般的に、同様なタイプの検出器を備え
る分析計の問題点は、異なるタイプの外乱影響を
同時に修正するために、相入れない修正要件を必
要とすることに在る。同じ方法で同様な検出器に
影響を与える機械振動のような外乱影響に対して
は、同様な検出器の直列配置は修正操作が容易と
なる。他方、同様な検出器に異なる影響を与える
赤外線源の強度変化および干渉混合物のような外
乱影響に対しては、同様な検出器の直列配置は修
正操作を妨げる。

例えば、同様なタイプの検出器の出力信号が振
動に関する誤差成分を消去すべく結合されると、
赤外線源および干渉に関する誤差成分は消去され
ない。これとは逆に、同様なタイプの検出器が赤
外線源および干渉に関する誤差成分の修正を可能
とすべく変更されると、振動に関する誤差のため
の補償に対する能力は悪影響を受ける。従つて、
従来では、複数の類似する赤外線検出器を使用し
た分析計は異なるタイプの外乱影響を同時に補償
することはできなかつた。

他方、最後に述べた出願中の前記米国特許願に
記載された分析計は前記した問題の解決に向けら
れており、その有用性は他の面に制限されてい
る。空気式検出器の上流側に一つ以上の黒対検出
器が配置されたものでは、前記空気式検出器で降
下を生じる赤外線の妨害が生じる。この問題は、
あり得ることであるが、二つの上流側黒体検出器
の一つを赤外線源の強度変化の監視に、また第２
のそれを干渉濃度変化の監視に用いた場合に複合
する。上流側の前記黒体検出器がこのような問題
を克服するに充分に小さければ、それらの出力信
号の強度および信号−ノイズ比は、受け入れられ
ない程に低下してしまう。従つて、性能の兼ね合
いという困難な問題が生じる。

本発明においては、環境機械振動および衝撃の
ような外的原因によつて引き起こされる誤差、赤
外線源の強度変化のような内的原因によつて引き
起こされる誤差および干渉混合物の現出のような
試料に関する誤差を同時に修正する赤外線ガス分
析計が提供される。この同時修正を与える本発明
の一つの特徴は、異なるタイプの複数の検出器の
使用に在る。より詳細には、本発明は、上流側の
空気式検出器を経て試料セルから赤外線を受ける
べく配置された少なくとも一つの黒体検出器を含
む。また、本発明の前記分析計は、好ましくは、
前記試料セルを透過する赤外線にさらされること
のない或はこれに感応しない付加の空気式検出器
を含む。後に詳述するように、この配置は、前記
分析計が必要に応じて、異なつたタイプの影響を
生じる誤差を除去すべく、異なつたタイプの検出
器間の類似性および相違性の両方の利点を利用す
ることを可能とする。これによれば、いかなる一
つのタイプの複数の検出器の使用によつても除去
し得ない複数のタイプの誤差を除去することがで
きる。

複数のタイプの誤差を同時に修正する本発明の
他の特徴は、改良された信号処理回路の提供に在
る。この回路においては、同じタイプおよび異な
るタイプの検出器からの出力信号は、異なつたタ
イプの複数の誤差信号成分を互いに除去する割合
で結合される。本発明によれば、種々の信号の結
合は、互いに他のタイプの誤差信号成分の除去に
影響を与えることなく、各タイプの誤差信号成分
の除去を行ない得る方法で達成される。この方法
によれば、全ての前記検出器の出力信号が結合さ
れた後、その結果として導き出される信号は、異
なつたタイプの複数の誤差を同時に含まない。

本発明は、複数の比較的広い間隔の吸収線が存
在するスペクトル領域、すなわち、より一般的に
は、吸収特性によつて占められる領域の比較的小
部分のスペクトル領域を含む赤外スペクトルをも
つガス分子の測定に特に好適である。例えば、そ
のようなスペクトル領域は、一酸化炭素および塩
化水素のような多くのヘテロ−原子分子すなわち
ヘテロ−原子ガスの種々の振動回転帯域
（Vibrational−rotational bands）を含む。ま
た、これらの帯域の使用は、本発明の分析計が上
流側の空気式検出器を通過する赤外線にさらされ
る一以上の黒体検出器を使用することを可能とす
る。前記した上流側およば下流側の前記検出器の
異なつた（ほぼ相補的）スペクトル応答特性は、
前記空気式検出器および黒体検出器が波長のシン
グルバンドの２つの相互に排他的な部分に効果的
に応答するという状況を確立させる。その結果、
前記黒体検出器が前記空気式検出器を通してのみ
赤外線を受けるという事実に拘わらず、前記両検
出器の出力信号が複数の異なるタイプの誤差を同
時に修正する方法で結合されることを妨げるとい
う前記両出力信号間の有害な相互影響が生じるこ
とはない。

本発明が特徴とするところは、図示の実施例に
ついての以下の説明により、さらに明らかとなろ
う。

第１図を参照するに、本発明に沿つて構成され
た赤外線ガス分析計の光学的部分の断面図が、該
分析計に使用するに好適な信号処理手段たる電気
信号処理回路のブロツクダイアグラムと共に、示
されている。第１図の前記分析計は本発明の最も
一般的な、すなわち有効な実施例を表わし、前記
分析計は、(a)機械振動および衝撃のような、外的
原因によつて引き起こされる誤差の影響、(b)赤外
線源の強度振動のような、内的原因によつて引き
起こされる誤差の影響および(c)干渉混合物の現出
のような、試料に関する誤差の影響を除去するた
めの装置を含む。修正能力を犠牲にして第１図に
示された前記装置のある部分を削除した本発明の
他の実施例を第３および第４図に関連して後述す
る。

第１図に示された前記分析計の光学的部分すな
わち機械的部分は、通常、赤外線源組立体１０
と、試料セル組立体２０と、検出器組立体３０と
を含む。これらの組立体は、時に、複数の出力信
号を起生し、該各出力信号は調べようとする成分
の濃度、赤外線源強度、外部振動および干渉混合
物の濃度の変化に一致して変化する信号成分を含
む。第１図の実施例の電気的部分は、複数の誤差
修正手段すなわち誤差修正回路８０，９０，１０
０と、出力信号調整回路１１０と、出力表示計１
２０とを含む。前記誤差修正回路８０，９０およ
び１００は、該回路からほぼ前記した誤差成分の
全てが除去された信号を前記調整回路１１０およ
び出力表示計１２０に与えるべく、本発明に従つ
て前記検出器組体体３０からの種々の出力信号を
合成する。第１図の前記分析計の前記機械的部分
および電気的部分は、実質的に調べようとする成
分の濃度にのみ変化する出力信号を発すべく共働
する。

第１図に示されているように、前記組立体１０
は、赤外線源１２と、チヨツパーブレード１４
と、チヨツパーモータ１６とを含む。チヨツパー
ブレード１４は前記試料セル組立体２０を照射す
る前記赤外線源１２による放射を周期的に遮断
し、その典型的な断続周波数は10Hzである。この
遮断は、従来よく知られているように、検出器組
立体３０の出力信号の高周波ノイズおよび低周波
ノイズの両者を低減させるために用いられる変調
信号を前記検出器組立体３０に起生させる。前記
赤外線源１２は従来におけると同様な構成および
作用を有し、ここでは詳細を省略する。

第１図の試料セル組立体２０は全体に管状の試
料セル２１を含み、該試料セルはガス入口２２お
よびガス出口２４を備え、分析すべきガス流を内
部に収容する。前記セル２１の上流端は赤外線透
過窓２６により閉じられており、該窓を経て試料
ガスが前記放射源１２により照射される。前記セ
ル２１の下流端は出力窓２８により閉じられてお
り、該窓は好ましくは前記セル組立体２０からの
赤外線の透過を、調べようとする成分の検出に利
用する選択された吸収線を含む赤外線スペクトル
に制限するための通過帯域を有する帯域フイルタ
から成る。そのような通過帯域および一組の吸収
線の一例が第２図に典型的な形態で示されてい
る。光学フイルタ２８の通過帯域の選択について
は後述するが、試料セル組立体２０は従来におけ
ると同様な構成および作用を有する。従つて、前
記組立体２０の構成および作用についての詳細は
省略する。

光学フイルタ２８を透過する赤外線のスペクト
ル分布から、調べようとする成分の濃度を決定す
るために、検出器組立体３０が設けられている。
第１図に示されているように、検出器組立体３０
は空気式検出器４０，５０および黒体検出器６
０，７０を含む。本発明によれば、前記黒体検出
器６０，７０は、該検出器が前記試料セル組立体
２０からの赤外線を前記空気式検出器４０のみを
経て受けるように、前記空気式検出器４０，５０
の光学的に下流の側に位置する。後述するように
この配置は、黒体検出器６０および７０が赤外線
源１２からの赤外線の最大量を受けることを可能
とし、しかも黒体検出器６０および７０が前記検
出器４０によつて赤外線の受領を妨げられること
を防止する。

第１図の実施例では、第１の空気式検出器４０
は従来のそれと同様であり、上流側赤外線透過窓
４２、下流側赤外線透過窓４４、ダイヤフラムと
して配置される感圧可撓電極４６および固定電極
４８を含む。後者の電極４８は、前記検出器４０
の出力端４０ａに接続されている。前記検出器４
０は、通常、該検出器が調べようとする適量のガ
スで満たされることにより、該ガスに対する感度
が高められている。前記検出器４０がそのように
満たされかつ第１図に示されるように接続される
と、出力端４０ａの電圧は電極４６，４８間のキ
ヤパシタンスによつて決まり、このキヤパシタン
スの変化は前記検出器４０内のガス内に起生する
圧力パルスの強度に依存する。また、これらのパ
ルスの強度は前記試料セル２１内の調べようとす
る成分の濃度に依存する。前記した増感により、
前記検出器の出力端４０ａの電圧は入射線の第２
図に示された吸収線の波長で降下する部分を表わ
し、入射線の他の部分はほぼ減衰することなく前
記検出器４０を透過する。

空気式検出器５０は、前記検出器４０と異なり
赤外線透過窓を備えないが、充填ガスを備えかつ
前記検出器４０におけると同様な空気式の一対の
電極５６，５８を備える。空気式検出器５０は、
好ましくは、該検出器が赤外線源１２から赤外線
を受けることなくしかも前記検出器４０における
と同様な環境機械振動に応動すべく配置される。
この関係は、前記検出器４０の出力端４０ａの信
号が振動に関連する振動誤差成分を含む範囲で、
前記検出器５０の出力端５０ａの信号に同じ振動
誤差成分が含まれることを確実とする。この状況
は、振動誤差修正手段すなわち振動誤差修正回路
８０内で、前記検出器４０の出力信号からの所望
の信号成分を除去することなく該出力信号からの
振動誤差成分を除去することを可能とする。

前記した状況を得るために、前記検出器５０は
第１図に示されているように前記検出器４０の上
方にこれと平行に配置され、あるいは、可撓性を
有する前記電極４６，５６が同一面もしくは平行
面にあるように前記検出器４０の側方に配置され
る。第１図に示す前者の配置例が容易ではあるが
両検出器の出力端４０ａおよび５０ａの振動誤差
成分間のより正確なトラツキングを得る上で、後
者の配置例が好ましい。しかしながら、電気回路
が第１図に示されているように、物理的方向性に
おける180度の差異を補償するために、両検出器
４０および５０の出力間で180度の位相のずれを
生じさせるならば、前者の配置例を用いることが
できる。

黒体検出器６０，７０は、それぞれサーミスタ
フレークのような赤外線固体応答装置を含む。第
１ａ図に部分的に最も明確に示されているように
前記検出器６０，７０はスロツトが設けられた絶
縁部材６４の対向するアームに設置されており、
該絶縁部材はスロツト６４ｂを絶縁部材６６に適
合させることにより該絶縁部材に設置されてい
る。絶縁部材６４，６６は、前記検出器６０，７
０が前記試料セル組立体２０を経る赤外線を受け
るように前記検出器を位置決めるべく、ハウジン
グ６８の内部に固着できる。ハウジング６８の内
部は集束反射面、例えば放物面を構成することか
ら前記検出器６０，７０の配置構造は反射ハウジ
ング６８の内部を２つの集束要素６８ａ，６８ｂ
に分割し、該各集束要素はこれに入射する赤外線
を該集束要素に関連する前記検出器に集束させ
る。これにより、前記両検出器６０，７０は、比
較的高い信号レベルで動作し、その結果、高い
SN比を示す。

前記検出器６０，７０が第１図に示されている
ように接続されると、前記検出器６０は、その出
力端６０ａに、該検出器に入射する赤外線の総合
量に応じた大きさの出力信号を出力する。同様に
前記検出器７０は、その出力端７０ａに、該検出
器に入射する赤外線の総合量に応じた大きさの出
力信号を出力する。空気式検出器４０は、前記し
たように、前記赤外線源１２からの赤外線エネル
ギーの第２図に示された吸収線の波長で現われる
部分にのみ依存する出力信号を生じるが、両検出
器６０，７０のスペクトル応答はこれと異なる。
第２図に象徴的に示されたタイプの吸収スペクト
ルを有するガスでは、前記赤外線源１２からの全
赤外線のうちのこれらの吸収波長で降下する部分
は前記フイルタ２８の帯域内の全エネルギーの小
部分であり、従つて、黒体検出器６０，７０の出
力信号の大きさは、（後述するある近似の目的の
ために）前記検出器４０からの出力信号の大きさ
に実質的に依存しないと見なし得る。この関係は
前記フイルタすなわち帯域フイルタ２８が比較的
広い通過帯域を有するように選択されれば、第２
図に示されたようなタイプの吸収スペクトルを有
しない二酸化炭素のようなガスについても適する
ことが理解されよう。

空気式検出器４０の出力信号の干渉誤差成分を
除去するために用いられる修正信号を前記黒体検
出器６０，７０の出力信号から引き出すべく、前
記帯域フイルタ２８の通過帯域よりも狭い通過帯
域を有する帯域フイルタ７４が前記黒体検出器７
０の前方に配置されている。前記フイルタ７４の
通過帯域は、好ましくは、該フイルタがフイルタ
２８の帯域における除去されるべき干渉混合物に
よる最も強い吸収帯域を含む赤外線部分を検出要
素たる検出器７０に透過させるように、選択され
る。例えば、調べる成分が一酸化炭素であり、主
要な干渉物が水であつたとすると、前記フイルタ
７４は、第２図に示されているように、その通過
帯域が前記フイルタ２８の通過帯域内にある水の
最も強い吸収帯域の大部分を含むように選択され
る。

前記検出器７０は帯域フイルタを含むが、他方
前記検出器６０はこれを含まないことから、両検
出器６０，７０はある意味では似ているが相異な
る出力信号を起生する。例えば、両検出器６０，
７０の出力信号は、その両者の大きさが前記赤外
線源１２からの赤外線の強度によつて直接変化す
るということで同じである。他方、前記両出力信
号は干渉混合物の濃度に応じて変化する成分を含
むがこの干渉混合物に対する両検出器６０，７０
の感度は異なる。より詳細には、帯域フイルタ７
４の存在によつて、干渉混合物の濃度変化は、前
記検出器６０の出力信号におけるよりも前記検出
器７０の出力信号により大きな割合変化を与え
る。これは、第２図に示されているように、水に
より吸収される赤外線エネルギーが前記フイルタ
２８を透過する全エネルギーに比較して比較的小
さくかつ比較的狭い帯域のフイルタ７４を透過す
る全エネルギーに比較して比較的大きいことによ
る。これらの類似性および相違性の意義は、第１
図の信号処理回路に関連して後述する。

本発明においては、第１図に示された信号処理
手段たる信号処理回路は、多数の妨害作用の効果
を同時に除去するために、前記検出器４０ないし
７０間の類似性および相違性の両者を利用する。
例えば、前記信号処理回路は、前記検出器４０の
出力信号からの干渉誤差成分を除去するために、
類似の検出器６０および７０間の相違性を利用す
る。さらに、前記検出器４０の出力信号の前記赤
外線源による誤差成分を除去するために、前記赤
外線源の強度変化は非類似の検出器４０および６
０に同様な作用を及ぼすという事実を利用する。
最後に、前記検出器４０の出力信号の振動誤差成
分を除去するために、類似の検出器４０および５
０は、外的振動に同様な応答を示しかつ調べよう
とする成分の濃度の変化に異なる応答を示すとい
う事実を利用する。さらに、前記した出力信号の
結合すなわち合成の方法は、他の必要な誤差修正
を行なうために、前記回路の性能に影響を及ぼす
ことなく各誤差修正を確実に行ない得るように定
められている。

前記信号処理回路の詳細を述べるに先立ち、理
解を容易にするために、調べる情報たる所望の成
分を有する元信号すなわち主信号であつて所望の
最終出力信号を得るために種々の誤差信号成分が
除去される主信号を明確にする。第１図の実施例
では、前記主信号は空気式検出器４０によつて得
られ、その出力端４０ａの信号として現われる。
しかしながら、この信号は、外的振動および衝撃
によつて引き起こされる振動誤差成分、前記赤外
線源の強度変化によつて引き起こされる赤外線源
に関する誤差成分および試料セル２１内の干渉混
合物の現出により引き起こされる干渉誤差成分を
含む。前記した所望の信号成分に影響を及ぼすこ
となく前記した誤差成分の影響を除去する信号処
理手段すなわち前記信号処理回路について述べ
る。

前記検出器の出力端４０ａの主信号から前記振
動誤差成分を除去するために、第１図ではDCブ
ロツキングコンデンサC₁およびC₂を介して前記
検出器４０，５０に接続された振動誤差修正手段
すなわち振動誤差修正回路８０が設けられてい
る。この修正回路８０は、振動誤差修正信号起生
手段たる振動誤差修正信号起生回路８０−１およ
び信号結合手段たる信号結合回路８０−２を含ん
で示されている。前記信号起生回路８０−１は、
その入力端８０−１ａおよび８０−１ｂのそれぞ
れに前記検出器４０，５０からの未処理のAC出
力信号を受け、該信号をその出力端８０−１ｃお
よび８０−１ｄのそれぞれにおける適正な大きさ
の濾波されたDC信号に変換する。前記信号結合
回路８０−２は、その入力端８０−２ａおよび８
０−２ｂに前記信号起生回路８０−１の出力信号
を受け、その出力端に、前記した振動誤差成分を
実質的に含まない、振動誤差が修正された信号
V_Pを出力すべく、前記両出力信号を減算する。

第１図の実施例では、前記信号起生回路８０−
１は、好ましくはゲインの制御が可能の第１およ
び第２の緩衝増幅器８３，８４と、第１および第
２の帯域フイルタ８５，８６と、第１および第２
の整流フイルタ回路８７，８８とを含む。前記増
幅器８３，８４は、それぞれ前記検出器４０，５
０から受ける前記出力信号のレベルの絶対値の大
きさを増大させる。また、前記増幅器８３，８４
は前記検出器４０，５０からの前記出力信号の相
対的な大きさを適正に調整する。好ましくは、前
記赤外線源１２が消されまた前記計器すなわち検
出器４０，５０が連続的な機械振動下におかれた
ときに前記回路８０−１の出力端８０−１ｃおよ
び８０−１ｄの信号が互いに等しくなるように、
前記増幅器８３，８４のゲインが調整される。こ
れは、前記信号結合回路８０−２でこれらの信号
が連続的に減算されると、出力端８０−２ｃの出
力信号が零となることを確実とする。また、この
関係は、前記赤外線源１２が点灯され、また前記
試料セルに成分が未知のガスが導入されたとき、
前記出力端８０−２ｃの出力信号が前記振動によ
つて影響を受けない信号成分のみを含むことを確
実とする。

比較的狭い通過帯域を有しかつ前記赤外線源組
立体１０のチヨツピング周波数を中心周波数とす
るそれぞれの帯域フイルタ８５，８６は、前記検
出器４０，５０の出力信号から調べようとする成
分の濃度に変化を与えることのない高周波および
低周波の信号成分を除去する。このフイルタ作用
は、各フイルタ回路８５，８６の前記出力端に、
前記組立体１０によつて決まる周波数の交流波形
の最大振幅（peak amplitude）によつて調べよ
うとする情報の所望成分を搬送する信号を与える
ことにある。前記帯域フイルタの構成および作用
は従来よく知られており、帯域フイルタ８５，８
６の詳細は省略する。

整流フイルタ回路８７，８８は、前記フイルタ
８５，８６の交流出力電圧を受け、該電圧を、前
記検出器４０，５０からの出力信号の強度に比例
した大きさの比較的リツプルを含まない直流電圧
に変換する。この変換は、前記検出器４０，５０
からの前記出力信号を後に詳述する第１図の他の
誤差修正回路からの信号との結合を容易とする一
般的すなわち標準的な形態にする上で、望まし
い。前記フイルタ回路８７，８８の構成および作
用は従来と同様であり、その詳細を省略する。

前記したように、振動誤差修正信号起生回路８
０−１は、その出力端８０−１ｃに、前記検出器
４０からのガス計測交流信号（振動成分を含む）
に応じた、該信号から引き出されるアナログDC
信号を生じさせ、またその出力端８０−１ｄに、
前記検出器５０からの振動信号の大きさにのみ応
じた、該信号から引き出されるアナログDC信号
を生じさせる。また、前記出力端８０−１ｃの前
記信号の大きさは前記出力端８０−１ｄの前記信
号の大きさに応じて変化することから、後者の信
号は振動誤差修正回路として用いるのに適正な大
きさを有することが理解できよう。

振動の誤差が修正された信号V_Pを得べく前記
回路８０−１により得られた前記信号を結合する
ために、信号結合回路８０−２が設けられてい
る。第１図の実施例では、信号結合回路８０−２
は演算増幅器から成る加算増幅器８９を含み、前
記演算増幅器は前記入力端８０−２ａに接続され
る非反転（non−inverting）入力端８９ａ、前記
入力端８０−２ｂに接続される反転（inverting）
入力端８９ｂおよび前記出力端８０−２ｃに接続
される出力端８９ｃを有する。前記増幅器８３，
８４におけると同様、前記増幅器８９は、ゲイン
の調整が可能であることが好ましい。前記した増
幅器の接続により、前記増幅器８９の出力端８９
ｃの信号は、該増幅器に前記回路８０−１から加
えられる信号の代数的加算に応じて変化し、その
結果、振動誤差修正回路８０の出力端８０−２ｃ
における信号V_Pは振動に関する誤差信号を含ま
ないことが理解できよう。これは、出力表示計１
２０に完全に修正された出力信号を与えるための
多段の誤差修正過程における第１段階の完了を意
味する。

振動の誤差が修正された信号V_Pを、さらに前
記試料セル内の混合物による干渉の影響を除去す
べく修正するために、第１図の前記信号処理回路
は干渉誤差修正手段すなわち干渉誤差修正回路９
０を含む。前記回路９０は、干渉誤差修正信号起
生手段たる干渉誤差修正信号起生回路９０−１お
よび信号結合手段たる信号結合回路９０−２を含
んで示されている。修正信号起生回路９０−１
は、その入力端９０−１ａおよび９０−１ｂのそ
れぞれに前記黒体検出器６０，７０から生じた出
力信号を受け、またその出力端９０−１ｃに前記
信号V_Pの干渉誤差成分とほぼ等しい大きさを有
する干渉誤差修正信号V_BBを起生すべく、配置さ
れている。加算振幅器９９を含む信号結合回路９
０−２は、その各入力端９０−２ａおよび９０−
２ｂに前記信号V_PおよびV_BBを受け、またその出
力端９０−２ｃに干渉誤差が修正された信号すな
わち干渉誤差成分が除去された信号を起生すべ
く、配置されている。本発明によれば、前記回路
９０の誤差修正効果は、他の誤差修正回路８０お
よび１００の誤差修正動作に不利な影響を及ぼす
ことなく得られる。

干渉誤差修正信号起生回路９０−１は、それぞ
れが振動修正信号起生回路８０−１の対応する部
分と電気的および機能的に同様な、ゲインを調整
可能の増幅器９２，９３、帯域フイルタ９４，９
５および整流フイルタ回路９６，９７を含む。従
つて、前記回路９２ないし９７の個別の説明は省
略する。

また、干渉誤差修正信号起生回路９０−１は、
ポテンシヨメータの形態を有する混合手段たる信
号混合素子９８を含む。後述するように、混合手
段すなわち混合素子９８は、その出力端９０−１
ｃに振動誤差が修正された前記信号V_Pの干渉誤
差成分にほぼ等しい大きさを有する干渉誤差修正
信号V_BBを起生すべく、黒体検出器６０の出力信
号から得られた信号V_BB1の調整可能の一部（an
adjustable fraction）を黒体検出器７０の出力信
号から得られた信号V_BB2の調整可能の相補性の一
部（acomplementarily adjustable fraction）と
結合する。これは、前記回路の出力端９０−２ｃ
に干渉および振動が修正された信号V_Qすなわち
干渉誤差成分および振動誤差成分の両者が除去さ
れた信号を起生すべく、前記信号結合回路９０−
２に前記両信号の結合を可能とする。干渉誤差修
正回路９０の作用を第１ｂ図に示された方程式群
を参照して述べる。方程式(1)ないし(3)を参照する
に、単色赤外線波長をλとして、空気式検出器４
０および黒体検出器６０および７０のそれぞれの
出力電圧の大きさを表わす数学的関係が示されて
いる。これらの方程式において、量Ｓは波長λの
前記赤外線源１２からの放射強度を現わし、C_SS
は前記試料セル内の調べようとする成分の濃度を
現わし、C_ISは前記試料セル内の干渉混合物の濃
度を現わし、L_Sは前記試料セルの光路長を現わ
し、C_SPは空気式検出器４０における調べようと
する成分の濃度を現わし、L_Pは空気式検出器４
０の光路長を現わし、a₀、a₁およびa₂は調べよう
とする成分の吸収係数を現わし、b₀、b₁およびb₂
は干渉混合物の吸収係数を現わし、K′、K′₁およ
びK′₂は適正な比例定数を現わす。前記赤外線源
１２は多様な波長を起生することから、前記検出
器４０，６０および７０により起生される実際の
電圧は方程式(1)ないし(3)の右辺を各方程式に関す
る帯域フイルタの通過帯域の全波長の範囲につい
て積分することによつてのみ計算できることが理
解できよう。

通常の場合におけるように、調べようとする成
分および干渉混合物の成分の濃度が比較的低いと
指数方程式(1)ないし(3)は方程式(4)に示された近似
値を用いて単純化することができる。この近似値
を用い、前記した積分の履行および符号８３，８
５および８７等で示した回路の作用を考慮する
と、方程式(1)ないし(3)は方程式(5)ないし(7)で示さ
れた形に書き代えることができる。この後者の方
程式(5)ないし(7)では、プライムのない定数Ｋ、
K₁、K₂が方程式(1)ないし(3)定数K′、K′₁、K′₂と
他の定数との結合値を表わす。

より詳細には、空気式検出器４０の出力信号は
振動修正回路８０により処理された後、前記回路
の出力端８０−２ｃに電圧V_Pとして現われ、方
程式(5)で示されるように、赤外線源強度Ｓに関連
しかつ試料ガスの各成分の濃度に関する大きさを
有する。同様に、前記検出器６０および７０の出
力信号は、前記回路９２ないし９７により処理さ
れた後前記フイルタ回路９７および９６の出力端
にそれぞれ電圧V_BB1およびV_BB2として現われ、そ
れぞれ方程式(6)および(7)で示される大きさを有す
る。方程式(5)ないし(7)において、係数a₀、a₁、a₂
は、調べようとする成分の濃度に対する各前記検
出器の感度と考えることができ、また、係数b₀、
b₁、b₂は干渉混合物に対する各前記検出器の感度
と考えることができる。

本発明においては、前記回路９０−１の出力電
圧V_BBは、該信号V_BBの前記赤外線源の誤差成分
が前記信号V_BB1およびV_BB2の相対割合の変化によ
つて影響を受けないように、電圧V_BB1の調整可能
な一部が電圧V_BB2の調整可能な一部と混合される
ことにより起生される。この関係は、方程式(8)に
よつて表わされ、該方程式にはパラメータεが導
入されており、これにより前記信号V_BB1および
V_BB2の係数の合計がεの全ての値について１とな
る。この関係は前記電圧V_BBおよびV_Pがεの全て
の値で前記赤外線源強度Ｓに比例することを意味
する。これは、前記電圧V_BBの干渉誤差成分の大
きさが前記信号V_Pのそれに等しくなるように調
整可能とする。また、これは、前記信号V_BBおよ
びV_Pが前記信号結合回路９０−２で代数的に結
合されたとき、方程式(9)で示されているように、
その結果の信号V_Qが、実質的に干渉誤差成分を
含むことなくしかも前記赤外線強度Ｓに比例する
ことを可能にする。このように、干渉混合物の影
響は前記赤外線源強度の変化の影響を修正するた
めの前記信号処理回路の性能に不利な影響を及ぼ
すことなく除去される。

第１図の実施例では、方程式(8)の係数εおよび
（１−ε）は、信号混合素子たるポテンシヨメー
タ９８の両端に前記信号V_BB1およびV_BB2を印加し
かつ前記ポテンシヨメータのワイパアームを前記
回路９０−１の出力端９０−１ｃに接続すること
により、得られる。この接続は、前記ポテンシヨ
メータの抵抗の一端と前記ワイパとの間の前記ポ
テンシヨメータ抵抗値のパーセンテージとしてε
を与え、また前記ポテンシヨメータの抵抗の他端
と前記ワイパとの間の前記抵抗値のパーセンテー
ジとして（１−ε）を与える。前記混合手段たる
混合要素９８が方程式(8)に示されているように前
記信号V_BB1およびV_BB2に関連する出力信号V_BBを
起生しているという事実は、システムの接地（第
１図の電圧の全てはこれに関する）と、前記回路
出力端９０−１ｃとの間での電圧の合計により確
認することができる。

前記干渉誤差修正回路９０が前記した結果を起
生する方法について述べる。方程式(10)を参照する
に方程式(6)および(7)を方程式(8)に代入し、さらに
この代入により得られた方程式および方程式(5)を
方程式(9)に代入した結果が示されている。方程式
(10)は前記信号結合回路９０−２の出力電圧を最も
一般的な形態で表現する。導き出された方程式(10)
ではC_ISおよびC_SSを含む項がまとめられ、またC_IS
およびC_SSのいずれをも含まない項がまとめられ
ている。その結果、方程式(10)は、それぞれ第１ｂ
図に示された大括弧で閉じられた３つの主たる部
分を含むように最も見やすく整理されている。

方程式(10)の第１の部分を参照するに、該部分は
ゼロガスを用いたキヤリブレーシヨンの間に第１
図の前記回路に前記信号V_P，V_BB1，V_BB2を与え
るゲインを適正に調整することにより、零に等し
くできることを表わす。この調整は、ゼロガスの
流動の間方程式(10)の第２および第３の部分が等し
く零になることから、容易に行なうことができ
る。この調整の間K₁およびK₂は互いに等しくな
るように調整され、従つて、εの変化による影響
が除去される。その後にＫをK₁およびK₂の値に
等しくすることは、εおよびＳの全ての値に対し
て前記第１の部分の全てが零になることを保障す
る。このように調整されると、Ｋ，K₁，K₂の各
値は変化せず、その結果、方程式(10)の前記第１の
部分は前記分析計の以後の全ての作動状況下にお
いて零に等しく維持される。

方程式(10)の第２（C_ISを含む）部分を参照する
に、該部分は、前記分析計が調べようとする成分
を含まずに干渉混合物を多量に含むガスの供給を
受けるキヤリブレーシヨンの状況下において、ε
の値を適正に調整することによつて零に等しくな
る。この調整は、先の調整によつて前記第１の部
分が零に等しくなつておりかつ調べようとする成
分が無いことにより方程式(10)の第３を部分が零に
等しくなつていることから、容易に行ない得る。
この調整が行なわれると、決められたεの値は、
方程式(10)の第２の部分が干渉混合物の全ての濃度
に対して零に等しくなることを保障する。

前記した調整に鑑み、前記信号結合回路９０−
２の出力信号電圧V_Qは方程式（11）で示された
式に整理できることが理解できよう。後者すなわ
ち方程式（11）では、括弧内の各項は感度の単位
を表わす定数値を有し、方程式（11）の全ての括
弧部分を新たな変数a′に置換することができ、該
変数a′は方程式（11）の大括弧部分に等しくかつ
第１図の前記分析計の調べようとする成分に対し
ての全体的な実効感度を表わす。この実効感度
a′を方程式（11）に代入することにより、これを
方程式（12）に整理することができ、該式は、信
号結合回路９０−２の出力端における電圧V_Qが
振動あるいは干渉に関する誤差成分を含まずかつ
赤外線強度Ｓに比例することを示す。このよう
に、電圧V_Qを得ることにより、本発明による多
段修正過程における第２段階が完了する。

前記信号V_Qの残りの赤外線源に関する誤差成
分を除去するために、第１図には赤外線源誤差修
正手段たる赤外線誤差修正回路１００が設けられ
ており、該回路は赤外線源誤差修正信号起生手段
すなわち赤外線源（誤差）修正信号起生回路１０
０−１および信号結合手段すなわち信号結合回路
１００−２を含む。前記起生回路１００−１は、
黒体検出器６０の出力信号を受けるべく接続され
る入力端１００−１ａを有し、赤外線強度Ｓに応
じて変化する大きさの赤外線源修正信号V_Sをそ
の出力端１００−１ｂに起生すべく動作する。前
記信号結合回路１００−２は、前記修正回路９０
から干渉および振動の誤差修正を受けた信号V_Q
を受けるべく接続された入力端１００−２ａと、
前記信号起生回路１００−１から赤外線修正信号
V_Sを受けるべく接続された入力端１００−２ｂ
とを有する。前記信号結合回路１００−２は、そ
の出力端１００−２ｃに、前記赤外線強度Ｓの変
化に実質的に無関係の大きさを有する、前記赤外
線源に関する誤差が修正された信号V_Fを出力す
べく前記両信号V_Q，V_Sを結合する。本発明によ
れば、この信号結合作用は先になされた全ての修
正効果を維持する方法によりなされ、これにより
振動、干渉および赤外線源に関する誤差成分を同
時に含まない最終出力信号V_Fが得られる。

前記修正信号起生回路１００−１は、ゲインの
調整が可能の増幅器１０２と、帯域フイルタ回路
１０３と、整流フイルタ回路１０４とを含む。こ
れらの回路は、電気的および機能的に、前記起生
回路８０−１および９０−１にそれぞれ対応する
回路におけると同様であり、前記回路１０２ない
し１０４の個別な詳細は省略する。

第２図に関連して先に説明したように、前記フ
イルタ２８の通過帯域は、２つの判断基準の一方
に適合するように選択されている。すなわち、吸
収線間に前記黒体検出器６０および７０を励起す
るに充分なエネルギが在るスペクトル領域を有す
る一酸化炭素のような分子すなわちガスでは、前
記フイルタ２８の通過帯域は充分に狭く設定され
る。広い吸収特性で特徴付けられる二酸化炭素の
ような他の分子すなわちガスでは、前記フイルタ
２８の帯域は、前記黒体検出器６０および７０を
励起するに充分なエネルギーの透過を許すように
広く設定される。このいずれか一方への適合は、
前記黒体検出器６０，７０がこれに向けられた全
赤外線エネルギーに応じて変化する出力信号を起
生するという事実と共に、調べようとする成分の
濃度とは無関係でありしかも前記赤外線１２の強
度に直接比例する出力信号を前記検出器６０に起
生させる。同様に、信号V_Sの干渉成分の影響は、
少なくとも前記赤外線強度変化の大きな影響に比
較して、無視し得る。従つて、前記回路１００−
１の出力端１００−１ｂの信号V_Sは近似式KSで
示され、ここでＫは比例定数を示す。

第１図の実施例では、信号結合回路１００−２
は、好ましくはアナログ除算器１０６を含み、該
除算器はその入力端１００−２ａの信号（V_Q）
がその入力端１００−２ｂの信号（V_S）で除さ
れるように接続され、またその出力端が出力端１
００−２ｃに接続されている。前記アナログ除算
器の内部構造およびその作用は従来よく知られて
おり、前記除算器すなわち除算回路１０６の構成
および作用の詳細は省略する。

前記したように、信号結合回路１００−２の各
入力端の信号V_QおよびV_Sはそれぞれ前記赤外線
源強度Ｓに比例することから、一方の入力信号に
おける赤外線の強度変化は他方の入力信号におけ
る赤外線の強度変化により相殺され、その結果、
出力端１００−２に前記赤外線強度Ｓに無関係の
信号V_Fが起生される。前記したように、前記信
号V_Qは実質的に振動および干渉に関する誤差成
分を含むことはなく、また前記信号V_Sは振動お
よび干渉に関する成分をほとんど含まないことか
ら、前記赤外線誤差のための前記修正は、前記修
正回路８０および９０により得られた効果を大き
く損なうことなく達成し得る。従つて、前記修正
回路１００の出力端における信号V_Fは振動、干
渉および赤外線源に関する誤差が同時に修正され
ており、増幅器１１０による増幅のような所望の
後処理を経て出力表示計１２０に適用される。こ
のように、新たなV_Fは本発明により達成される
多段修正過程の最終段階の完了を示す。

要約するに、第１図の実施例は、異なる検出器
の類似性および相違性の両方を利用することによ
り、タイプの異なる誤差成分のそれぞれを同時に
除去することを企図していることが理解できよ
う。さらに、第１図の実施例は、各誤差成分の除
去が他の誤差成分を除去するための前記回路の性
能に悪影響を及ぼさないように達成し得るよう
に、前記した検出器からの信号を結合する信号処
理回路を企図することが理解できよう。

第１図の実施例では、各修正回路８０，９０，
１００がそれぞれの修正作用を容易に理解し得る
ような形式で示されている。しかしながら、第１
図の前記信号処理回路の種々の部分を前記した結
果を達成し得るように変えることができる。例え
ば、加算増幅器８９の入力端が前記増幅器８３お
よび８４の出力たに直接接続され、また単一の帯
域フイルタおよび単一の整流フイルタ回路が前記
増幅器８９の出力端と前記回路の出力端８０−２
ｃとの間に結合されていても、電圧V_Pは影響を
受けないであろう。他の実施例として、加算増幅
器８９および９９によりなされる連続的な加算
は、３入力端子を有する一つの加算増幅器を前記
回路８０−１および９０−１の出力端８０−１
ｃ，８０−１ｄおよび９０−１ｃに（調整可能な
適切な抵抗器を経て）接続することにより、行な
うことができる。さらに他の実施例として、前記
増幅器１０２の入力端が前記検出器６０の出力信
号ではなく、信号V_BB1を受けるべく接続されてい
る場合、前記回路１００−１の前記フイルタ１０
３および整流フイルタ回路１０４を不要とするこ
とができる。従つて、本発明の実施は、第１図に
示されたと同様な信号処理回路を使用することに
限定されるものではない。

第１図の実施例に沿つての前記した説明におい
て、前記信号処理回路の各アナログ電気回路が行
なう機能をアナログ或はデジタルコンピユータの
いずれか一方によつて行なうことができる。アナ
ログコンピユータでは、所望の結果を得るに必要
なプログラミングコネクシヨンは第１図に示され
た固定結線とほぼ同様となる。他方、デジタルコ
ンピユータでは、第１図に示された種々の回路の
機能は、前記各検出器の出力信号が適正なアナロ
グ−デジタル変換器によつてデジタル化されると
減算あるいは除算サブルーチンのようなプログラ
ムステートメントの実行によつて行なわれる。従
つて、そのようなコンピユータ手段はここで示し
た配設回路手段と実質的に等しく、本発明に含ま
れる。

特別な適用においては、前記誤差のうちのある
誤差が充分に小さく、従つて、第１図の前記分析
計の誤差修正能力の一部が不要となることがあ
る。これとは逆に、前記分析計のコストおよび複
雑化の低減を図るために、第１図に関して説明し
た誤差修正のいくつかを比較的低い精度で行なう
ことが望まれる。低精度および低コストの分析計
の一例が第３図の実施例として示されている。

第３図の実施例は第１図のそれとほぼ同様であ
り、これと同様な機能をなす部分には同じ参照符
号が付されている。しかしながら、第３図の実施
例は第１図のそれと、いくつかの点で異なる。一
つの相違点は、第３図の実施例が一つの黒体検出
器６０′のみを含む検出器組立体３０′を備える点
に在る。この黒体検出器６０′は適切なマウント
エレメント６３により反射ハウジング６８のほぼ
焦点に載置されている。

他の相違点は、第３図の実施例が第１図の前記
修正信号起生回路９０−１または信号結合回路９
０−２に対応する回路を含まない点に在る。これ
らの回路が無いということは、第３図の実施例が
単一の黒体検出器のみ備えるということに関連す
る。これらの回路が無いことにより引き起こされ
る干渉誤差修正能力の低下の程度は後述する。

第３図の実施例と第１図のそれとの間の第３の
相違点は、第３図の実施例が前記修正信号起生回
路１００−１の出力を３つの方法のうちの一つで
前記振動誤差修正回路８０の出力に結合すべく接
続される信号結合手段たる信号結合回路１００−
２および１００−３を含む点に在る。第３図の選
択スイツチ１１２および１１３が第３図に示され
た位置に在ると、信号結合回路１００−３が選択
されている。この状況下では、前記回路１００−
１および８０−２の出力は前記回路１００−３で
加算結合される。これに代えて、前記スイツチ１
１２が第３図に示された反対の位置に操作された
前記スイツチ１１３が第３図に維持されると両回
路１００−２および１００−３が選択される。こ
の状況下では、前記回路１００−２の出力によつ
て除算された結果を得べく前記回路８０−２およ
び１００−２の出力が前記回路１００−３で結合
される。さらに、これらに代えて、前記スイツチ
１１３が第３図に示されたと反対側に操作される
と、前記回路１００−２が選択される。この状況
下では、前記回路１００−２は前記回路１００−
１および８０−２の出力信号をその一方と他方で
除することにより結合する。前記選択スイツチ１
１２および１１３の種々の状態によつて選択され
た前記回路は、空気式検出器４０により起生され
た信号の前記赤外線源および干渉に関する誤差成
分の修正に用いられる異なる３つの近似回路の選
択を意味する。

例えば、選択スイツチ１１２および１１３が第
３図に示された状態にあると、信号結合回路１０
０−３が選択されまた前記回路１００−２が非結
線状態におかれる。これは、実際上、前記した３
つ近似回路のうちの第１の近似回路の選択であ
る。この状況下では、信号結合回路１００−３は
加算増幅器１０８を含み該増幅器の逆相入力端は
前記回路８０−２および１００−１からの信号
V_PおよびV_BB1を受けるべく接続されることから、
前記増幅器１０８の出力電圧は前記両信号（V_P，
V_BB1）の差に等しい。この差は、第１ｂ図の方程
式（13）に示された形式で表わされる。この方程
式は、方程式(10)において、黒体検出器７０を除去
した結果として方程式(7)により与えられる項が除
去されかつεが１に等しくされた形態として最も
見やすく示されている。方程式（13）におけるゲ
インＫおよびK₁は第１図の実施例に関して先に
説明したように、互いに等しく調整されることが
理解されよう。

方程式（13）を参照するに、加算増幅器１０８
の出力端における差信号V_P−V_BB1では、干渉に
関する誤差成分が大きく減衰されている。これ
は、干渉混合物に対する空気式検出器４０および
黒体検出器６０の感度b₀およびb₁が相互にほぼ等
しく従つて方程式（13）の右方部分（右項）がほ
ぼ零になるからである。調べようとする成分に対
する検出器６０および４０の感度a₀およびa₁は大
きく相違することから、方程式（13）の左方の項
に前記したと同じような効果が生じることはな
い。しかし、これは、方程式（13）のk₁a₁の項を
無視できることを可能とし、方程式（13）を方程
式（14）に近似できるという結果をもたらす。こ
の方程式（14）は先に述べた方程式（12）の形式
に似ていることから、前記した３つの近似回路の
うちの第１の近似回路の選択は、該第１の選択回
路が前記赤外線源強度Ｓを変化に対し完全な修正
の能力を持たないということを除いて第１図にお
けると同様な結果をもたらすことが理解できよ
う。

前記した選択は赤外線源強度変化を完全に修正
し得ないという事実に拘らず、前記分析計の赤外
線源特性は大きく改善される。これは、方程式
（14）に示されているように、赤外線強度Ｓは該
赤外線強度が調べようとする成分の濃度C_SSのよ
うな小さな数を乗じられる項にしか現われないこ
とによる。これは、方程式(5)における赤外線源変
化の影響に比較して赤外線源変化の影響の実質的
な低減を表わす。すなわち、方程式(5)では、前記
検出器赤外線源強度Ｓは単独項としておよびガス
濃度を含む項の因数として双方に現われる。

さらに、方程式（14）からは、調べようとする
成分の濃度が零になると、赤外線源強度Ｓに関係
なく前記結合回路１００−３の出力が零になるこ
とが理解できよう。これは、第３図の分析計の
「零」が繰り返えし可能な値を有することを確実
ならしめることから、望ましい結果である。方程
式(5)から明らかなように、本発明の誤差修正回路
を有しない分析計は正確ではない。従つて、第１
の近似回路の選択、すなわち信号結合回路１００
−３のみを使用することは、赤外線源誤差の大き
さを低減するのみならず前記分析計の零特性を改
善させる。

赤外線源強度変化の影響を前記した第１の近似
回路の選択によつて得られるレベルよりも低減さ
せることが望まれる場合、前記スイツチ１１３を
第３図に示された位置に維持しかつ前記スイツチ
１１２を第３図に示されたと反対の位置へ操作す
ることによつて、第２の近似回路が選択される。
この選択によつて、第１の近似回路が選択に関連
して説明した理由により、前記回路１００−３の
出力電圧は方程式（14）で示されるとおりとな
る。次に、この電圧に信号結合回路１００−２で
電圧V_BB1により除算される。この除算の結果、第
１図の除算回路１０６に関連して先に述べた理由
により、赤外線源強度Ｓの影響が除去される。こ
のように、第２の近似回路の選択は、第１図の前
記回路のそれに似た結果を持たらす。しかしなが
ら第３図における黒体検出器７０の欠如は主信号
の干渉誤差成分のおおよその修正を与えるに過ぎ
ないことから、その結果は正確ではない。

最後に、最大の赤外線源強度修正を最小の信号
処理回路で得ようとする場合、これは、前記した
第３の近似回路、すなわち前記スイツチ１１３を
第３図に示されたと反対側の位置に操作すること
により、達成できる。この選択により、信号V_P
は単に信号V_BB1′で除算され、方程式（15）で示
された式が導かれる。第３の近似回路の選択は、
ほぼ完全に赤外線源強度Ｓを除去できることに加
えて干渉混合物の影響をほぼ除去することがで
き、これにより方程式（16）で示される形の処理
済信号が得られる。これは、先に説明したよう
に、感度a₁は感度a₀に関して小さく、また感度b₀
およびb₁は共に比較的小さいことによる。従つ
て、第３の近似回路の選択は、第１および第２の
近似回路の選択と同様、振動、干渉および赤外線
源に関する誤差を同時に低減する。方程式（13）
に定数項「１」が表われることが好ましくなけれ
ば、当然に、加算増幅器を除算器すなわち除算回
路１０６に接続しかつその入力端の一つに前記定
数項を除去するに充分な直流オフセツト電圧を与
えることにより、前記定数項を容易に除去でき
る。

前記したように、前記スイツチ１１２および１
１３によりなし得る前記選択回路のいずれも、第
１図の実施例により得られる程に正確な結果を得
る実施例を提供しないが、各選択回路は振動、赤
外線源および干渉に関する誤差の全てを（少なく
とも部分的）に修正する。これらの各タイプの誤
差についての修正の度合は前記スイツチ１１２お
よび１１３の種々の状態によつて変わることか
ら、調べようとする成分、干渉混合物の性質およ
びその濃度、赤外線源の安定性に応じて、ある適
用については、ある一組のスイツチ切換状態によ
り選択された例がより正確であり、他方、他の適
用については他の一組のスイツチ切換状態により
選択された例がより正確であろう。当然に、より
高い精度が必要とされる場合には、第１図に示さ
れた複雑な回路を用いることによつて、さらに高
い精度を得ることができる。

本発明の市販型ガス分析計では、通常、第３図
に符号１１２および１１３で示されたタイプのス
イツチは設けられていない。それよりも、そのよ
うな分析計には、意図する適用に応じて、単一の
信号結合回路１００−２または単一の信号結合回
路１００−３のいずれか一方もしくは両者の組み
合わせが望まれるであろう。従つて、実用的見地
からは、第３図の前記スイツチ１１２および１１
３は、これを介して一枚の図面に多数の同じよう
な実施例を記載するための説明的な手段と見なす
ことができる。

第３ａおよび３ｂ図を参照するに、本発明の実
施に使用される他の黒体検出器構造の部分断面図
が示されている。例えば、第３ａ図は、円形の金
属フオイル６９ａおよび６９ｂ（上流側金属フオ
イル６９ａは黒色である）を含有するフイルムピ
ロ電気型黒体検出器要素を含むタイプの黒体検出
器を示し、両金属フオイル６９ａ，６９ｂは適当
なピロ電気型フイルム６９ｃにより分離されてお
り、またそれぞれにリード線７１ａおよび７１ｂ
が設けられている。前記フオイル６９ａは前記セ
ル２１の横断面積と同等の面積を有することか
ら、鏡またはレンズのような放射集束要素を必要
としない。さらに、同形の前記フオイル６９ａ，
６９ｂをそれぞれ符号７１ａおよび７１ｂのよう
な一対のリード線を有する２以上のセグメントに
径方向へ分割できることから、第３ａ図に示され
た黒体検出器の構造を第１図に示したタイプの分
離検出器構造に用いることができる。従つて、外
観は異なるが、第１，３および３ａ図の前記黒体
検出器は機能的に均等である。

第３ｂ図を参照するに、固体検出器要素を有す
る他のタイプの黒体検出器が示されている。第３
ｂ図の実施例では、第１および３図におけるよう
な「下流側」反射面からの反射よりも円錐ハウジ
ング６７の上流側内方反射面からの反射によつ
て、赤外線が検出器要素６０に集中する。必要で
あれば集光レンズを含ませることができる。第３
ｂ図の実施例の利点は、第３図に符号６３で示さ
れるようなマウンテイングエレメントに関連する
損失すなわち放射妨害を生じることなく赤外線を
前記検出器要素に集束させ得ることに在る。しか
しながら、第３ｂ図の前記検出器は、その全ての
作用の上で、第１，３および３ａ図のそれらと均
等である。

第１および３図の実施例についての前記したと
ころでは、空気式検出器５０は試料セル組立体２
０を透過する赤外線にさらされないように配置さ
れていた。しかしながら、この赤外線にさらされ
ないということは、所望の振動修正のための必要
条件ではない。例えば、第４図を参照するに、本
発明の他の実施例の部分断面図が示されており空
気式検出器５０′は、前記試料セルを透過する赤
外線にさらされておりしかも前記した振動誤差修
正に用いられる適切な信号を発する。これは、前
記検出器５０′を、空気的および振動的に前記検
出器４０と同様としかつ前記フイルタ２８の通過
帯域に吸収帯域を有しないガスで前記検出器５
０′内を満たすことにより達成し得る。後者の条
件は、目に見えない赤外線によつて前記検出器５
０′が影響を受けないことを確実にし、従つて赤
外線が作用する他の検出器４０および６０′の作
用に悪影響を及ぼすことはない。しかしながら前
記検出器５０′は前記検出器４０の金属ダイヤフ
ラムすなわち電極４６と同一平面上でこれに近接
する金属ダイヤフラムすなわち電極５６を有する
ことから、前記検出器５０′は第１図に関連して
先に説明した振動修正に用いられ適正な出力信号
を与えることができる。これらの相似性に鑑み第
４図の実施例についての詳述は省略する。

前記した各実施例において、空気式検出器組立
体は、調べようとする成分の濃度に比例した出力
信号を起生するための一つの空気式検出器と、振
動修正信号が導き出される信号を与えるための第
２の空気式検出器とを備えるタイプであつた。振
動が問題とならないような状況下で前記分析計が
使用される場合、前記第２の空気式検出器および
該検出器に関連する電気回路を不要とすることが
理解できよう。例えば、第１図の実施例において
その変形例として空気式検出器５０、増幅器８
４、フイルタ８６、整流フイルタ回路８８および
加算増幅器８９を除去し、整流フイルタ回路８７
の出力端を前記信号結合回路９０−２の入力端９
０−２ａに直接接続することができる。第３およ
び４図の実施例においても同様である。それらの
簡単な特性からみて、これらの変形例の詳細は省
略する。

前記したところに鑑み、本発明は、(a)異なるタ
イプの複数の検出器を有する改良された検出器の
組み合わせおよび(b)複数の異なる妨害影響を除去
するために類似型および非類似型の検出器間の相
違性および類似性を利用すべく、改良された信号
処理回路の企図することが明らかであろう。ま
た、本発明の前記分析計は、修正される外乱影響
の数およびその外乱影響がどの程度正確に除去さ
れるべきかに応じて、多数の異なつた形態を採る
ことができる。しかしながら、このような形態の
それぞれは光学的下流側で結合される少なくとも
１つの黒体検出器を備える少なくとも一つの空気
式検出器を含む。この検出器構造は、これに関連
する信号処理回路と共に、分離リフアレンスおよ
び試料セルを有する分析計以上の性能を有する単
一セル分析計を含む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロツクダイヤグ
ラムであり、第１ａ図は第１図の実施例の一部を
示す部分斜視図であり、第１ｂ図は第１図の実施
例の演算を制御する関係を現わす一組の方程式を
示し、第２図は一酸化炭素の吸収スペクトルの一
部を構成する吸収帯域を示し、第３図は本発明の
他の実施例を示すブロツクダイヤグラムであり、
第３ａおよび３ｂ図は本発明の実施に用いられる
それぞれ他の黒体検出器を示す部分断面図であり
第４図は本発明のさらに他の実施例を示す部分的
なブロツクダイヤグラムである。 １２：赤外線源、２１：試料セル、２８：帯域
フイルタ、４０，５０，５０′：空気式検出器、
６０，６０′，７０：黒体検出器、８０，９０，
１００：誤差修正手段（回路）、８０−１，９０
−１，１００−１：誤差修正信号起生手段（回
路）、８０−２，９０−２，１００−２，３：信
号結合手段（回路）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 赤外線を起生するための赤外線源と、試料ガ
   スを包含する試料セルと、前記試料ガスの調べる
   成分の予め決められた吸収特性を含む通過帯域を
   有する帯域フイルタとを有するタイプの赤外線ガ
   ス分析計であつて、さらに、(a)調べようとする前
   記成分に感応する空気式検出器と、(b)前記赤外線
   源からの赤外線を前記試料セル、前記帯域フイル
   タおよび前記空気式検出器を経て受けるべく前記
   空気式検出器の光学的に下流の側に配置された黒
   体検出器と、(c)前記赤外線源および干渉に関する
   誤差が修正された出力信号を供給すべく、前記空
   気式検出器および前記黒体検出器から起生された
   信号を結合するための信号処理手段とを含む、赤
   外線ガス分析計。 ２ 前記帯域フイルタの前記通過帯域は、前記吸
   収特性に関するエネルギーが前記通過帯域におけ
   る全エネルギーに比較して小さいスペクトル領域
   を含むように選択されている、特許請求の範囲第
   １項に記載の分析計。 ３ 前記吸収特性は前記帯域フイルタの前記通過
   帯域の比較的小さな部分を占め、また前記黒体検
   出器は前記空気式検出器を透過する赤外線のほぼ
   全てを受けるべく適合されている、特許請求の範
   囲第１項に記載の分析計。 ４ 調べようとする前記成分はヘテロ−原子ガス
   であり、また前記吸収特性は調べようとする前記
   成分の回転吸収線の予め決められた吸収特性を含
   む、特許請求の範囲第１項に記載の分析計。 ５ 前記信号処理手段は前記空気式検出器の前記
   出力に従つて変化する第１の信号を起生するため
   の手段と、前記第１の信号の前記赤外線源および
   干渉に関する誤差成分にほぼ等しい大きさを有す
   る修正信号を前記黒体検出器の前記出力から起生
   するための修正信号起生手段と、ほぼ前記誤差成
   分を含まない信号を起生すべく前記第１の信号と
   前記修正信号とを結合するための信号結合手段と
   を含む、特許請求の範囲第１項に記載の分析計。 ６ 前記信号結合手段は前記第１の信号および前
   記修正信号を代数的に加算するための手段を含
   む、特許請求の範囲第５項に記載の分析計。 ７ 前記信号結合手段は前記第１の信号を前記修
   正信号で除算するための除算手段を含む、特許請
   求の範囲第５項に記載の分析計。 ８ 前記信号結合手段は前記第１の信号および前
   記修正信号を代数的に加算するための手段と、こ
   の加算された結果の信号を前記黒体検出器の前記
   出力に従つて変化する信号で除算するための手段
   とを含む、特許請求の範囲第５項に記載の分析
   計。 ９ 前記試料セルを透過する前記赤外線源からの
   赤外線を受けるべく配置されかつ干渉混合物の濃
   度に対する感度が第１の前記黒体検出器のそれと
   異なる第２の黒体検出器を備える、特許請求の範
   囲第１項に記載の分析計。 １０ 前記信号処理手段は(a)前記試料セル内の調
   べようとする前記成分の濃度に従つて大きさが変
   化する干渉修正を受けた信号を起生するために、
   前記第１および第２の黒体検出器と前記空気式検
   出器とに接続された干渉誤差修正手段と、 (b)前記試料セル内の調べようとする前記成分の
   濃度に従つて大きさが変化する、赤外線源修正お
   よび干渉修正を受けた信号を起生するために、前
   記干渉修正を受けた信号および一方の前記黒体検
   出器の前記出力に実質的に比例する信号を受ける
   べく接続された赤外線源誤差修正手段とを含む、
   特許請求の範囲第９項に記載の分析計。 １１ 前記信号処理手段は干渉修正を受けた信号
   を起生するための干渉誤差修正手段を含み、該干
   渉誤差修正手段は(a)前記空気式検出器の出力の干
   渉に関する誤差成分にほぼ等しい大きさを有する
   干渉修正信号を起生するために前記両黒体検出器
   の前記出力に応答する干渉修正信号起生手段と、
   (b)前記干渉に関する誤差成分がほぼ除去された信
   号を供給すべく、前記干渉修正信号を前記空気式
   検出器の前記出力から導き出された信号と代数的
   に結合するための信号結合手段とを含む、特許請
   求の範囲第９項に記載の分析計。 １２ 前記信号処理手段はさらに前記赤外線源の
   強度変化の影響を実質的に除去するための赤外線
   源誤差修正手段を含み、該赤外線源誤差修正手段
   は(a)前記干渉修正を受けた信号の前記赤外線源に
   関する誤差成分にほぼ等しい大きさを有する赤外
   線源修正信号を起生するために、一方の前記黒体
   検出器の前記出力に応答する赤外線源修正信号起
   生手段と、(b)前記出力信号を供給すべく前記赤外
   線源修正信号を前記干渉修正を受けた信号と代数
   的に結合するための信号結合手段とを含む、特許
   請求の範囲第１１項に記載の分析計。 １３ 前記干渉修正信号起生手段は式：V_B＝
   εV_BB1＋（１−ε）V_BB2で示される干渉修正信号を
   供給すべく、前記第１および第２の黒体検出器の
   前記出力から導き出された信号を混合するための
   混合手段を含み、前記V_Bは前記干渉修正信号で
   ありV_BB1およびV_BB2は前記第１および第２の黒体
   検出器の前記出力から導き出された信号であり、
   εは零と１との間の値を有する混合パラメータで
   ある、特許請求の範囲第１１項に記載の分析計。 １４ 前記信号処理手段は(a)前記両黒体検出器の
   前記出力から干渉修正を受けた信号を導き出し、
   (b)一方の前記黒体検出器の前記出力から赤外線源
   修正を受けた信号を導き出し、また(c)前記出力信
   号を供給すべく前記干渉修正信号および赤外線修
   正信号を前記空気式検出器の前記出力から導き出
   された信号と結合するための手段を含む、特許請
   求の範囲第９項に記載の分析計。 １５ 前記試料セルを透過する赤外線の影響を受
   けることなく第１の前記空気式検出器におけると
   ほぼ同様に環境機械振動に応答する第２の空気式
   検出器と、前記出力信号から振動に関する誤差を
   除去すべく前記第２の空気式検出器を前記信号処
   理手段に接続するための手段とが設けられてい
   る、特許請求の範囲第１項に記載の分析計。 １６ 前記第２の空気式検出器は前記試料セルを
   通過する赤外線の光路の外に配置されている、特
   許請求の範囲第１５項に記載の分析計。 １７ 前記第２の空気式検出器は前記通過帯域に
   吸収帯域を有しないガスで満たされており、前記
   第２の空気式検出器は前記第１の空気式検出器と
   光学的に直列に接続されている、特許請求の範囲
   第１５項に記載の分析計。 １８ 前記試料セルを透過する赤外線の影響を受
   けることなく第１の前記空気式検出器におけると
   ほぼ同様に環境振動に応答する第２の空気式検出
   器と、前記出力信号から振動に関する誤差を除去
   すべく前記第２の空気式検出器を前記信号処理手
   段に接続するための手段とが設けられている、特
   許請求の範囲第９項に記載の分析計。 １９ 前記信号処理手段は(a)振動修正を受けた信
   号を起生すべく前記第１および第２の空気式検出
   器の前記出力を結合するための振動誤差修正手段
   と、(b)振動修正および干渉修正を受けた信号を起
   生すべく前記振動修正を受けた信号と前記第１お
   よび第２の黒体検出器から導き出された信号とを
   結合するための干渉誤差修正手段と、(c)前記出力
   信号を起生すべく前記振動修正および干渉修正を
   受けた信号を一方の前記黒体検出器の前記出力か
   ら導き出された信号と結合するための赤外線源誤
   差修正手段とを含む、特許請求の範囲第１８項に
   記載の分析計。 ２０ 前記干渉誤差修正手段は(a)前記振動修正を
   受けた信号の前記干渉に関する誤差成分にほぼ等
   しい大きさを有する干渉修正信号を起生するため
   の干渉誤差修正信号起生手段と、(b)前記振動修正
   および干渉修正を受けた信号を起生すべく前記振
   動修正を受けた信号および前記干渉修正信号を代
   数的に結合するための信号結合手段とを含む、特
   許請求の範囲第１９項に記載の分析計。 ２１ 前記干渉誤差修正信号起生手段は前記第１
   および第２の黒体検出器の前記出力から導き出さ
   れた信号V_BB1およびV_BB2に式：V_B＝εV_BB1＋（１
   −ε）V_BB2で関連する干渉修正信号V_Bを起生す
   るための混合手段を含み、ここでεは零と１との
   間の値を有する混合パラメータである、特許請求
   の範囲第２０項に記載の分析計。 ２２ 前記赤外線源誤差修正手段は(a)前記振動修
   正および干渉修正を受けた信号の前記赤外線源に
   関する誤差成分にほぼ等しい大きさを有する赤外
   線源修正信号を起生するための赤外線源誤差修正
   信号起生手段と、(b)前記出力信号を起生すべく前
   記赤外線源修正信号を前記振動修正および干渉修
   正を受けた信号と代数的に結合するための信号結
   合手段とを含む、特許請求の範囲第１９項に記載
   の分析計。 ２３ 前記信号結合手段は前記振動修正および干
   渉修正を受けた信号を前記赤外線源修正信号で除
   算するための除算手段を含む、特許請求の範囲第
   ２２項に記載の分析計。 ２４ 前記振動誤差修正手段は(a)前記第２の空気
   式検出器の前記出力から振動修正信号を起生する
   ための振動誤差修正信号起生手段と、(b)前記振動
   修正を受けた信号を起生すべく前記振動修正信号
   を前記第１の空気式検出器の前記出力から導き出
   された信号と代数的に結合するための信号結合手
   段とを含む、特許請求の範囲第１９項に記載の分
   析計。 ２５ 前記信号結合手段は加算増幅器を含む、特
   許請求の範囲第２４項に記載の分析計。 ２６ 前記信号処理手段は(a)前記第２の空気式検
   出器の前記出力から振動誤差修正信号を導き出
   し、(b)前記第１および第２の黒体検出器の前記出
   力から干渉修正信号を導き出し、(c)一方の前記黒
   体検出器の前記出力から赤外線源修正信号を導き
   出し、また(d)前記出力信号を供給すべく、前記振
   動修正信号、干渉修正信号および赤外線源修正信
   号を前記第１の空気式検出器の前記出力から導き
   出された信号と結合するための手段を含む、特許
   請求の範囲第１９項に記載の分析計。